第1章代谢调节与基因表达调控ppt课件

1、一、代谢调理的概念一、代谢调理的概念二、代谢调理二、代谢调理1、酶程度的调理、酶程度的调理2、细胞构造对代谢途径的分隔控制调理、细胞构造对代谢途径的分隔控制调理3、激素调理和跨膜信号转导、激素调理和跨膜信号转导一、代谢调理一、代谢调理 生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必需有乖巧而严密的调时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必需有乖巧而严密的调理机制，才干使代谢顺应外界环境的变化与生物本身生长发理机制，才干使代谢顺应外界环境的变化与生物本身生长发育的需求。调理失灵活会导致代谢妨碍，出现病态甚至危及育的需求

2、。调理失灵活会导致代谢妨碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的构造、代谢和生理生命。在漫长的生物进化历程中，机体的构造、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调理机制也随之更为复杂。功能越来越复杂，代谢调理机制也随之更为复杂。代谢调理的四级程度：代谢调理的四级程度： 酶程度调理酶程度调理 细胞程度调理细胞程度调理 激素程度调理激素程度调理 神经程度调理神经程度调理多细胞整体程度调理多细胞整体程度调理酶活性的前馈和反响调理酶活性的前馈和反响调理 前馈feedforward 和反响feedback 是来自电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响，后者的意思是“输出对输入的影响，这

3、里分别借用来阐明底物和代谢产物对代谢过程的调理作用。这种调理能够是正调控，也能够是负调控，其调理机理是经过酶的变构效应来实现的。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反响反响前馈前馈反响调理中酶活性调理的机制反响调理中酶活性调理的机制代谢物代谢物别别构构中中心心活性活性中心中心6-6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原糖原糖原 合成酶合成酶ATP ADP UTP UDPG 葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸羧羧化化酶酶乙酰乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二

4、酸拧檬酸拧檬酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核酸核酸 氨甲酰氨甲酰天冬氨酸天冬氨酸+磷酸烯醇式丙酮酸羧磷酸烯醇式丙酮酸羧化反响的调理控制化反响的调理控制氨基酸合成的反响调控氨基酸合成的反响调控反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸分支酸分支酸脱氧庚酮糖酸脱氧庚酮糖酸-7-磷酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸脱氢奎尼酸脱氢奎尼酸莽草酸莽草酸谷氨酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 预苯酸预苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶谷氨酰胺

5、合酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛高丝氨酸高丝氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸细胞能量形状目的细胞能量形状目的能荷能荷= ATP+0.5ADPATP+ADP+AMPATPATP ADPATP系统质量作用比系统质量作用比=糖酵解与三羧酸循环途径的调理糖酵解与三羧酸循环途径的调理丙酮酸丙酮酸 G细胞液细胞液柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸 线粒体线粒体 G-6-P F-6-P F-1.6-2P 磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶 PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP NADH O2ATP ADP+PiAT

6、P ADP+PiAMP + ATP 2ADP AMP + ATP 2ADP PiPiPiPi PEP 羧激酶羧激酶+-+- 己糖激酶己糖激酶 丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶 柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶 -酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶脱氢酶激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶 b无活性无活性磷酸化酶磷酸化酶a P有活性有活性磷酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰例：糖原磷酸化酶的共价修饰共价修饰共价修饰酶级联络统酶级联络统调控表示图调控表示图意义：由于意义：由于酶的共价修酶的共价修饰反响是酶饰反响是酶促反响，只促反响，只需有少量信需有少量信号分子如号分子如激素存在，激素存在，即可经过加即可

7、经过加速这种酶促速这种酶促反响，而使反响，而使大量的另一大量的另一种酶发生化种酶发生化学修饰，从学修饰，从而获得放大而获得放大效应。这种效应。这种调理方式快调理方式快速、效率极速、效率极高。高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化、腺苷酸环化酶无活性酶无活性腺苷酸环化酶活性腺苷酸环化酶活性2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激、蛋白激酶无活性酶无活性蛋白激酶活性蛋白激酶活性4、磷酸化酶激、磷酸化酶激酶无活性酶无活性磷酸化酶激酶活性磷酸化酶激酶活性5、磷酸化酶、磷酸化酶 b无活性无活性磷酸化酶磷酸化酶 a活性活性6、糖、糖原原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡

8、萄糖葡萄糖血液血液肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456cAMP激活蛋白激活蛋白激酶的作用机理激酶的作用机理糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控 糖原的分解和合成都是根据肌体的需求由一系列的调糖原的分解和合成都是根据肌体的需求由一系列的调控机制进展调控，其限速酶分别为糖原磷酸化酶和糖原控机制进展调控，其限速酶分别为糖原磷酸化酶和糖原合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰合成酶。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调理及变构效应的调理。二种酶磷酸化及去磷酸化的的调理及变构

9、效应的调理。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式类似，但其效果相反。方式类似，但其效果相反。糖原合成酶糖原合成酶 a ( 有活性有活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b ( 无活性无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 无活性无活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)PP三三酶酶定定位位的的区区域域化化线粒体线粒体:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循环酸循环;-氧化氧化;呼吸链呼吸链电子传送电子传送;氧化磷酸化氧化磷酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷磷戊糖途径戊糖途径;糖原糖原合成合成;脂肪酸合脂肪酸合成成;细胞核细胞核:核酸合成核酸合成内质网内质网:蛋白质合成蛋白质

10、合成;磷脂合成磷脂合成1 1、含氮激素作用方式、含氮激素作用方式2 2、甾醇类激素作用方式、甾醇类激素作用方式甾甾醇醇类类激激素素作作用用原原理理表表示示图图肽类激素经过肽类激素经过cAMP-蛋白激酶调理代谢表示图蛋白激酶调理代谢表示图 ATP cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改动细胞的生理过程改动细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶无活性蛋白激酶无活性c+RcAMP蛋白激酶有活性蛋白激酶有活性受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白一、原核和真核基因组一、原核和真核基因组二、原核生物酶合成调理的遗传机制二、原核生物酶合成调理的遗传机制三、真核生物基因表

11、达的调控三、真核生物基因表达的调控 基因基因genegene是指是指DNADNA分子中的最小功分子中的最小功能单位。包括能单位。包括RNA(tRNArRNA(tRNAr、rRNA)rRNA)和蛋白质和蛋白质编码的构造序列及无转录产物的调控序列。编码的构造序列及无转录产物的调控序列。 基因组基因组genomegenome是指某一特定生物单是指某一特定生物单倍体所含的全体基因。原核细胞的倍体所含的全体基因。原核细胞的“染色体染色体DNADNA分子就包含了一个基因组；而在真核分子就包含了一个基因组；而在真核细胞中那么是指一套单倍染色体的的全部细胞中那么是指一套单倍染色体的的全部基因。基因。原核和真核

12、基因组原核和真核基因组基因基因(gene)概念的开展概念的开展原核生物基因组的特点原核生物基因组的特点真核生物基因组的特点真核生物基因组的特点1、基因组大，有多个复制子；、基因组大，有多个复制子；mRNA 为单顺反子；为单顺反子；2、有大量反复序列，根据反复次数可分为：、有大量反复序列，根据反复次数可分为： 单拷贝序列，主要编码蛋白质，数量多，但含量少单拷贝序列，主要编码蛋白质，数量多，但含量少 中度反复序列，可反复几十到几千次，编码中度反复序列，可反复几十到几千次，编码tRNA、rRNA和表达量大的蛋白质和表达量大的蛋白质 高度反复序列，可反复几百万次，不编码，有高度变高度反复序列，可反复几

13、百万次，不编码，有高度变异性，可作指纹图谱分析异性，可作指纹图谱分析3、有断裂基因，即基因中有外显子区和内含子区，转录、有断裂基因，即基因中有外显子区和内含子区，转录后经剪切去掉内含子后后经剪切去掉内含子后 才成为可翻译的才成为可翻译的mRNA模板或功能模板或功能rRNA。4、DNA上有多数不编码序列，在基因表达调控中起重要上有多数不编码序列，在基因表达调控中起重要作用。作用。 支配子支配子原核基因表达的协同单位原核基因表达的协同单位支配子支配子构造基因编码蛋白质，构造基因编码蛋白质，S控制部位控制部位支配部位支配部位operator, O启动子启动子premotor, P 酶诱导和阻遏的支配

14、子模型酶诱导和阻遏的支配子模型 合成途径支配子的衰减作用合成途径支配子的衰减作用调理基因调理基因酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏支支配配子子模模型型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂支配部位支配部位启动子启动子调理基因调理基因构造基因构造基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻挠支配基因阻遏蛋白阻挠支配基因构造基因不表达构造基因不表达诱导物诱导物诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挠支配基因的作用到阻挠支配基因的作用,构

15、造基因可以表达构造基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟支配基因结合阻遏蛋白不能跟支配基因结合, 构造基因可以表达构造基因可以表达阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋从而使阻遏蛋白可以阻挠支配基因白可以阻挠支配基因,构造基因不表达构造基因不表达代谢产物代谢产物大大肠肠杆杆菌菌乳乳糖糖操操纵纵子子模模型型调理调理基因基因支配支配部位部位乳糖构造基因乳糖构造基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白有活性有活性基基 因因 关关 闭闭启启动动子子ORPLacZLacYLaca调理调理基因基因支配支配部位部

16、位乳糖构造基因乳糖构造基因启启动动子子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白无活性无活性 基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖支配子的构造、乳糖支配子的构造B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳糖 阻遏蛋白阻遏蛋白有活性有活性乳糖支配子的降解物阻遏乳糖支配子的降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因构造基因构造基因TCGP(CAP)OCAP结结合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP -CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激

17、活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMP CGP：降解物基因活化蛋白：降解物基因活化蛋白catabolic gene activation protein CAP：环腺苷酸受体蛋白：环腺苷酸受体蛋白cycilic AMP receptor protein降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活形状呈失活形状大肠杆菌色氨酸支配子的衰减作用的能够机制大肠杆菌色氨酸支配子的衰减作用的能够机制Trp密码子密码子111232233444核糖体核糖体核糖体核糖体转录继续转录继续转录终止转录终止C.高浓度色氨酸使核高浓度色氨酸使核糖体到达糖体到达2部位，部位， 3与与4 碱基配对，转录碱基

18、配对，转录终止。终止。A.游离游离mRNA中中1与与2以及以及3与与4碱基配对。碱基配对。B.低浓度色氨酸使核低浓度色氨酸使核糖体停留在糖体停留在1部位，部位，转录得以完成。转录得以完成。真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA程度调理程度调理转录程度调理转录程度调理转录后加工转录后加工的调理的调理翻译调理翻译调理mRNA降解调理降解调理翻译后加工翻译后加工的调理的调理核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个程度真核基因表达调控的五个程度 DNA程度调理程度调理 转录程度调理转录程度调理 转录后加工的调理转录后加工的调理 翻译程度调理