生物化学-第十二章细胞代谢和基因表达调节课件

第一节细胞代谢的调节网络第二节代谢调节第三节基因表达的调节第十二章细胞代谢与基因表达调控一、代谢途径交叉形成网络第一节细胞代谢的调节网络细胞代谢调节的总原则和方略糖、脂、蛋白质、核酸代谢之间的联系P624糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖→→α-酮酸非必需氨基酸蛋白质

NH3蛋白质氨基酸α-酮酸糖（生糖氨基酸）节首氨基化脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂肪甘油磷酸二羟丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架非必需氨基酸蛋白质蛋白质氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）节首TCA核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系3.核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。1.核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型2.各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。节首4.核苷酸的生物合成需要糖代谢提供磷酸核糖，蛋白质代谢提供氨基酸。5.核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。下一页一、细胞水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节三、神经水平的代谢调节第二节代谢调节代谢调节可在多个水平进行，如底物水平、酶水平等。一、细胞水平的代谢调节（一）代谢途径的区域化——分隔与控制细胞具有精细结构，真核细胞具有膜包围的细胞器。因此代谢途径的有关酶类，常常组成酶系，分布于细胞的某一区域或亚细胞结构。

1.控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度；

2.控制物质运输3.膜与酶可逆结合——双关酶（HK，PFK等）P630酶或酶系所在区域酶或酶系所在区域糖酵解酶系TCA酶系磷酸戊糖途径酶系脂肪酸β氧化酶系脂肪酸合成酶系尿素合成酶系胞浆线粒体胞浆线粒体胞浆线粒体和胞浆蛋白质合成酶系DNA聚合酶RNA聚合酶水解酶类粗面内质网细胞核细胞核溶酶体真核细胞内某些酶的区域化分布节首P631二、激素水平的代谢调节激素的分类1、氨基酸及其衍生物类激素：酪氨酸的代谢产物，如甲状腺素、肾上腺素2、肽及蛋白质激素：胰岛素、降钙素等3、固醇类激素：肾上腺皮质激素、性激素4、脂肪酸衍生物类激素：前列腺素三、神经水平的调节（高等动物）中枢神经下丘脑垂体腺体靶细胞P632P638一、基因表达1.基因组(genome)：一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。2.基因表达(geneexpression)：遗传信息的展现，即基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。可按一定时间程序发生改变——时序调节可随内外环境条件变化而调整——适应调节第三节基因表达的调节（一）基因表达的概念P639（二）基因表达的特点1.时间特异性多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stagespecificity)。2.空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cellortissuespecificity)。在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性(spatialspecificity)。3.受内外环境条件的影响而变化2.可诱导和可阻遏表达（可调基因）（1）可诱导在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。如分解乳糖的基因。

（2）可阻遏如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。如合成Trp的基因。在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinateexpression)，这种调节称为协调调节。二、基因表达的多级调控1.DNA水平2.转录水平：转录起始、转录终止、转录后加工蛋白质降解等3.翻译水平反义RNA、mRNA的二级结构与稳定性、翻译后加工修饰第一个被阐明的操纵子——大肠杆菌乳糖操纵子基于乳糖对乳糖代谢酶的诱导现象：大肠杆菌培养基中没有乳糖，则细胞内参与乳糖分解代谢的3种酶很少（β-半乳糖苷酶0.5-5个/cell）；一旦加入乳糖或其类似物，则几分钟内酶分子数骤增（β-半乳糖苷酶5000个/cell，其它两种酶也大量增加）。三、原核生物基因表达转录起始水平的调控为什么加入底物，相应的分解代谢的酶才会合成？经济原则（一）大肠杆菌乳糖操纵子(lacoperon)的结构调控区CAP结合位点启动子操纵基因结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：β-半乳糖苷酶透过酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNAZYAOPDNAI调节基因P640mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时（二）乳糖操纵子阻遏蛋白的负调节调节基因结构基因不能转录（三）乳糖操纵子CAP的正调节（P641）葡萄糖效应：细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，优先利用G，只有在G耗尽后,经过一段停滞期才利用乳糖。分解G的酶是组成型表达，G的降解物影响了分解其它糖的酶表达,称之为降解物阻遏。调节基因的产物为环腺苷酸受体（CRP），也称为降解物基因活化蛋白（CAP），与cAMP结合后被活化，与操纵子上某部位结合使DNA链弯曲，促进RNA聚合酶与启动子的结合，从而cAMP-CRP能增强转录。G分解代谢的降解物能抑制腺苷酸环化酶活性并活化磷酸二酯酶，导致cAMP浓度降低，因而不能与CAP结合促进转录。

ATPcAMP腺苷酸环化酶磷酸二酯酶mRNA低乳糖时高乳糖时葡萄糖低cAMP浓度高葡萄糖高cAMP浓度低RNA-po