酶合成的调节

1、二、酶合成的调节二、酶合成的调节通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，是基因水通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，是基因水平上的调节，属于粗放的调节，间接而缓慢。平上的调节，属于粗放的调节，间接而缓慢。（一）酶合成调节的类型（一）酶合成调节的类型1.诱导诱导(induction)：是酶促分解底物或产物诱使微生物细胞合是酶促分解底物或产物诱使微生物细胞合成分解代谢途径中有关酶的过程。微生物通过诱导作用而产生成分解代谢途径中有关酶的过程。微生物通过诱导作用而产生的酶称为的酶称为诱导酶（诱导酶（为适应外来底物或其结构类似物而临时合成为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的酶类）。的

2、酶类）。 举例：举例：E.coli在含乳糖的培养基中合成在含乳糖的培养基中合成-半乳糖苷酶和半乳半乳糖苷酶和半乳糖苷渗透酶等。糖苷渗透酶等。 诱导物诱导物(inducer)：底物或结构类似物，如：异丙基：底物或结构类似物，如：异丙基- -D-硫硫代半乳糖苷（代半乳糖苷（IPTG，isopropylthiogalactoside）。）。 诱导作用的类型诱导作用的类型：同时诱导同时诱导：诱导物加入后，微生物能同：诱导物加入后，微生物能同时诱导出几种酶的合成，主要存在于短的代谢途径中。时诱导出几种酶的合成，主要存在于短的代谢途径中。 顺序诱导顺序诱导：先合成能分解底物的酶，再合：先合成能分解底物的酶

3、，再合成分解各中间代谢物的酶达到对复杂代谢途径的分段调节。成分解各中间代谢物的酶达到对复杂代谢途径的分段调节。组成酶（固有酶）组成酶（固有酶）：不依赖底物或底物结构类似：不依赖底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。如：物的存在而合成的酶。如：EMP途径的一些酶。途径的一些酶。诱导酶：诱导酶：依赖于底物或底物结构类似物的存在而依赖于底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。如：乳糖酶。合成的酶。如：乳糖酶。 （一）酶合成调节的类型（一）酶合成调节的类型-22.阻遏（阻遏（repression）：代谢过程中包括关键酶在内的代谢过程中包括关键酶在内的的合成的现象，从的合成的现象，从而更彻底地控制和减少末

4、端产物的合成。而更彻底地控制和减少末端产物的合成。阻遏作用的类型阻遏作用的类型：末端产物阻遏（末端产物阻遏（end-product repression）：由于终产物的过量）：由于终产物的过量积累而导致生物合成途径中酶合成的阻遏的现象，常常发生在氨积累而导致生物合成途径中酶合成的阻遏的现象，常常发生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等这些重要结构元件生物合成的时候。基酸、嘌呤和嘧啶等这些重要结构元件生物合成的时候。例如过量的精氨酸阻遏了参与合成精氨酸的许多酶的合成。例如过量的精氨酸阻遏了参与合成精氨酸的许多酶的合成。分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏（catabolite repression）：当微生物在含有两

5、）：当微生物在含有两种能够分解底物的培养基中生长时，利用快的那种分解底物会阻种能够分解底物的培养基中生长时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶的合成的现象。最早发现于大肠杆菌生遏利用慢的底物的有关酶的合成的现象。最早发现于大肠杆菌生长在含葡萄糖和乳糖的培养基时长在含葡萄糖和乳糖的培养基时,故又称故又称葡萄糖效应葡萄糖效应。分解代谢。分解代谢物阻遏导致出现物阻遏导致出现“二次生长（二次生长（diauxic growth）”.直接作用者是优先利用的碳源的中间代谢物直接作用者是优先利用的碳源的中间代谢物实质是：实质是：（二）酶合成调节的机制（二）酶合成调节的机制操纵子学说概述：操纵子学说

6、概述：1、操纵子（、操纵子（operon）：是基因表达和控制的一个完整单元，其）：是基因表达和控制的一个完整单元，其中包括结构基因，调节基因，操作子和启动子。中包括结构基因，调节基因，操作子和启动子。结构基因结构基因(structural genes)：是决定某一多肽的是决定某一多肽的DNA 模板，可模板，可根据其上的碱基顺序转录出相应的根据其上的碱基顺序转录出相应的mRNA，然后再可通过核糖体，然后再可通过核糖体转译出相应的酶转译出相应的酶;（编码蛋白质的DNA序列） 启动子启动子(promoter)：能被依赖于：能被依赖于DNA的的RNA聚合酶所识别的碱聚合酶所识别的碱基顺序，是基顺序，是

7、RNA聚合酶的结合部位和转录起点；（在许多情况下聚合酶的结合部位和转录起点；（在许多情况下还包括促进这一过程的调节蛋白结合位点。）还包括促进这一过程的调节蛋白结合位点。）操纵子（操纵子（operator）：位于启动基因和结构基因之间的一段碱：位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，是阻遏蛋白的结合位点，能通过与阻遏物相结合来决定基顺序，是阻遏蛋白的结合位点，能通过与阻遏物相结合来决定结构基因的转录是否能进行；结构基因的转录是否能进行； 调节基因调节基因（regulator gene）：用于编码组成型调节蛋白的基：用于编码组成型调节蛋白的基因，因，一般远离操纵子一般远离操纵子,但在原核生物中但

8、在原核生物中,可以位于操纵子旁边可以位于操纵子旁边,编码调节蛋白。编码调节蛋白。Structure of a typical operon 一些重要术语一些重要术语2、诱导物（、诱导物（inducer）与辅阻遏物（）与辅阻遏物（corepressor） 诱导物诱导物是起始酶诱导合成的物质，如乳糖等；是起始酶诱导合成的物质，如乳糖等；（与调节蛋白（与调节蛋白结合，抑制其与操纵基因结合，抑制其与操纵基因 的结合促进转录进行）；的结合促进转录进行）； 辅阻遏物辅阻遏物是阻遏酶产生的物质，如氨基酸和核苷酸等；是阻遏酶产生的物质，如氨基酸和核苷酸等；（调节蛋白结合，促进其与操纵基因的结合抑制转录进行）；

9、（调节蛋白结合，促进其与操纵基因的结合抑制转录进行）； 它们都是小分子信号物质，常被总称为它们都是小分子信号物质，常被总称为效应物（效应物（effecor），可，可与调节蛋白相结合以使后者发生变构作用，并进一步提高或降低与调节蛋白相结合以使后者发生变构作用，并进一步提高或降低与操纵基因与操纵基因 的结合能力。的结合能力。3、阻遏物（、阻遏物（repressor）与和阻遏物蛋白（）与和阻遏物蛋白（aporepresseor）二二者都是由调节基因编码产生特异性者都是由调节基因编码产生特异性调节蛋白调节蛋白(regulatory potein)， ；它俩是一类它俩是一类低分子量变构蛋白低分子量变构蛋

10、白，有两个结合位点，一个与操纵基，有两个结合位点，一个与操纵基因结合，另一位点可与效应物结合；当调节蛋白与效应物结合后，因结合，另一位点可与效应物结合；当调节蛋白与效应物结合后，就发生变构作用，变构后与操纵基因的结合能力可提高或下降。就发生变构作用，变构后与操纵基因的结合能力可提高或下降。（有活性有活性可与可与O结合；无活性结合；无活性不与不与O结合）结合） 阻遏物阻遏物: 能在没有诱导物时与操纵基因结合的调节蛋白；能在没有诱导物时与操纵基因结合的调节蛋白；阻遏物蛋白阻遏物蛋白:只能再有辅阻遏物存在时才能与操纵基因结合。只能再有辅阻遏物存在时才能与操纵基因结合。正调节：正调节：转录过程依赖于调

11、节蛋白的存在。转录过程依赖于调节蛋白的存在。 负调节：负调节：转录过程不依赖于调节蛋白的存在。转录过程不依赖于调节蛋白的存在。E.coli 乳糖操纵子学说乳糖操纵子学说(负调节）负调节）The enzymes that are required for lactose degradation:beta-galactosidase: This enzyme hydrolyzes the bond between the two sugars, glucose and galactose. It is coded for by the gene LacZ. Lactose Permease: Th

12、is enzyme spans the cell membrane and brings lactose into the cell from the outside environment. The membrane is otherwise essentially impermeable to lactose. It is coded for by the gene LacY. Thiogalactoside transacetylase: The function of this enzyme is not known. It is coded for by the gene LacA.

13、 酶合成的诱导酶合成的诱导Enzyme Induction： Figure 7. The Lac operon and its control elements Lac R = Regulatory gene (also known as Lac I) gene that encodes for the lac Repressor protein that is concerned with regulating the synthesis of the structural genes in the operon. Lac I is adjacent to the Promoter site

14、 of the operon. An active repressor binds to a specific nucleotide sequence in the operator region and thereby blocks binding of RNAp to the promoter to initiate transcription. The lac repressor is inactivated by lactose, and is active in the absence of lactose. O = Operator specific nucleotide sequ

15、ence on DNA to which an active Repressor binds. P = Promoter specific nucleotide sequence on DNA to which RNA polymerase binds to initiate transcription. (The promoter site of the lac operon is further divided into two regions, an upstream region called the CAP site, and a downstream region consisti

16、ng of the RNAp interaction site. The CAP site is involved in catabolite repression of the lac operon.). If the Repressor protein binds to the operator, RNAp is prevented from binding with the promoter and initiating transcription. Under these conditions the enzymes concerned with lactose utilization

17、 are not synthesized. Lac Z, Y and A = Structural Genes in the lac operon. Lac Z encodes for Beta-galactosidase; Lac Y encodes the lactose permease; Lac A encodes a transacetylase whose function is not known. lac = lactose the inducer molecule. When lactose binds to the Repressor protein, the Repres

18、sor is inactivated; the operon is derepressed; the transcription of the genes for lactose utilization occurs. Table 3. Functional and regulatory components of the lac operon Figure 8. Enzyme Induction. Induction (or derepression) of the lac operon is a form of negative control because the effect of

19、the regulatory protein (Active repressor) is to stop transcription. 有乳糖时：乳糖作为一种效应物与阻遏物结合 ,使其变构, 不能与O结合,从而转录进行,合成乳糖酶,分解乳糖。无乳糖时：细胞内产生的阻遏物结合在操纵基因上,转录不能进行；酶合成的阻遏酶合成的阻遏Enzyme Repression： 1.终产物的阻遏：终产物的阻遏：(end product repression):（ 反馈阻反馈阻遏遏) 即在合成代谢中，终产物阻遏该途径即在合成代谢中，终产物阻遏该途径 所有酶的合成。所有酶的合成。为基因表达的控制为基因表达的控制 。

20、 如：色氨酸如：色氨酸(Try)合成的调控合成的调控(正调节正调节)Figure 5. Genetic organization of the Trp operon and its control elements Table 2. The Trp operon and its control elements R = Regulatory gene that encodes for the trp Repressor protein that is concerned with regulating the synthesis of the 5 gene products. An activ

21、e repressor binds to a specific nucleotide sequence in the operator region and thereby blocks binding of RNAp to the promoter to initiate transcription. O = Operator specific nucleotide sequence on DNA to which an active Repressor binds. P = Promoter specific nucleotide sequence on DNA to which RNA polymerase binds to initiate transcription. If the repressor protein binds to the operator, RNAp is prevented from binding with the promoter and initiating transcription. Therefore, none of the enzymes concerned with tryptophan biosynthesis are synthesized. A = Attenuator DNA sequence which lies