1、第十三章第十三章 物質代謝的相互聯系和調節控制物質代謝的相互聯系和調節控制第一節第一節 物質代謝的相互聯系物質代謝的相互聯系第二節第二節 代謝調節代謝調節物質代謝的相互聯系物質代謝的相互聯系一、代謝途徑交叉一、代謝途徑交叉形成網絡形成網絡二、分解代謝和合成代謝的二、分解代謝和合成代謝的單向性單向性三、三、atpatp是通用的能量載體是通用的能量載體四、四、nadphnadph 以還原力形式攜帶能量以還原力形式攜帶能量五、代謝的五、代謝的基本要略基本要略1 1、糖代謝與脂類代謝的相互關系糖代謝與脂類代謝的相互關系2 2、糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系3 3、脂類代謝與蛋

2、白質代謝的相互聯系脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯系4 4、核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯系核酸與糖、脂類、蛋白質代謝的聯系糖糖類類脂脂類類氨氨基基酸酸核核苷苷酸酸之之間間的的代代謝謝聯聯系系pep丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸 -酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸絲氨酰絲氨酰蘇氨酸蘇氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮乙酰乙酰coa甘油甘油脂肪酸脂肪酸膽固醇膽固醇亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸異亮氨酸異亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰

3、乙酰乙酰coa脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨蘇氨酸蘇氨酸纈氨酸纈氨酸琥珀酰琥珀酰coa蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白質蛋白質淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨組氨酸組氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二單酰丙二單酰coa1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖糖乙酰乙酰coa，nadph脂肪酸脂肪酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解從頭合成從頭合成脂肪甘油甘油磷酸二

4、羥丙酮磷酸二羥丙酮糖代謝糖代謝脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰coa琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循環乙醛酸循環 -氧化氧化糖異生糖異生tca糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系糖代謝與蛋白質代謝的相互聯系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白質蛋白質 nh3蛋白質蛋白質 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸）（生糖氨基酸）脂類代謝與蛋白質代謝的相互聯系脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰coa氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白質蛋白質蛋白質蛋白質氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰coa脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪（生酮氨基酸）（生酮氨基酸） 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如核苷酸的

5、一些衍生物具重要生理功能（如coa、nad+，nadp+，camp，cgmp）。）。 核酸核酸是細胞內重要的遺傳物質，控制著是細胞內重要的遺傳物質，控制著蛋白質蛋白質的合成，影響細的合成，影響細胞的成分和代謝類型胞的成分和代謝類型 核酸生物合成核酸生物合成需要需要糖和蛋白質糖和蛋白質的代謝中間產物參加，而且需要的代謝中間產物參加，而且需要酶和多種蛋白質因子。酶和多種蛋白質因子。 各類物質代謝各類物質代謝都離不開具備高能磷酸鍵的各種都離不開具備高能磷酸鍵的各種核苷酸核苷酸，如，如atp是是能量的能量的“通貨通貨”，此外，此外utp參與多糖的合成，參與多糖的合成，ctp參與磷脂合成參與磷脂合成，g

6、tp參與蛋白質合成與糖異生作用。參與蛋白質合成與糖異生作用。脂肪代謝和糖代謝的關系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循環循環乙醛酸乙醛酸循環循環甘油甘油乙酰乙酰 coa三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微植物或微生物生物糖分解和糖異生途徑中糖分解和糖異生途徑中相對獨立的單向反應相對獨立的單向反應 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸

7、甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖果糖激酶激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酯酶磷酸酯酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 草酰乙酸草酰乙酸pep羧激酶羧激酶atpatp攜帶能量由能源傳遞給細胞的攜帶能量由能源傳遞給細胞的需能過程需能過程atpatpadp+piadp+pi太陽能太陽能化學能化學能生物合成生物合成細胞運動細胞運動膜運輸膜運輸通過通過nadphnadph循環將還原力由分解代謝循環將還原力由分解代謝轉移給生物合成反應轉移給生物合

8、成反應nadph+hnadph+h+ +nadpnadp+ +分解代謝分解代謝還原性有機物還原性有機物還原性生物合成反應還原性生物合成反應氧化物氧化物還原性生物還原性生物合成產物合成產物氧化前體氧化前體 代謝的基本要略代謝的基本要略 代謝的基本要略在于代謝的基本要略在于:形成形成、還原力還原力和和構造單元構造單元，以以用于生物合成。用于生物合成。 由由atp、還原力和構造單元可合成各類生物、還原力和構造單元可合成各類生物分子，并進而裝配成生物不同層次的結構。生物合成和生物分子，并進而裝配成生物不同層次的結構。生物合成和生物形態建成是一個耗能和增加有序結構的過程，需要由形態建成是一個耗能和增加有

9、序結構的過程，需要由物質流物質流、能量流能量流和和信息流信息流來支持。來支持。脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它單糖其它單糖三羧酸三羧酸循環循環電子傳遞電子傳遞（氧化）（氧化）蛋白質蛋白質脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰coae-磷酸化磷酸化+pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中間產物（如中間產物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰coa等）等） 共同中間物進共同中間物進入三羧酸循環入三羧酸循環,氧化脫下的氫由氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞電子傳遞鏈傳遞生成生成h2o，釋放，釋放出大量能量，其出大量能量，其中一部分通過磷中一部分通過磷酸化儲存在酸化儲存在atp中。中。大

10、分子降解大分子降解成基本結構成基本結構單位單位生物氧化的三個階段生物氧化的三個階段nadph生物系統中的能流生物系統中的能流（胞液）（胞液）（線粒體）（線粒體）（pep）丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸（轉氨基作用）（轉氨基作用）糖的分解代謝和糖的分解代謝和糖異生的關系糖異生的關系一、一、代謝調節的概念代謝調節的概念二、二、酶水平的調節酶水平的調節三、三、細胞結構對代謝途徑的分隔控制調節細胞結構對代謝途徑的分隔控制調節四、激素調節和跨膜信號轉導激素調節和跨膜信號轉導代謝的調節代謝的調節代謝調節的四級水平：代謝調節的四級水平： 酶水平調節酶水平調節 細胞水平調節細胞水平調節 激素水平調節

11、激素水平調節 神經水平調節神經水平調節多細胞整體水平調節多細胞整體水平調節酶活性的前饋和反饋調節酶活性的前饋和反饋調節 前饋前饋（feedforward ）和）和反饋反饋（feedback ）是來自電子工程）是來自電子工程學的術語，前者的意思是學的術語，前者的意思是“輸入對輸出的影響輸入對輸出的影響”，后者的意思是，后者的意思是“輸出對輸入的影響輸出對輸入的影響”，這里分別借用來說明底物和代謝產物對，這里分別借用來說明底物和代謝產物對代謝過程的調節作用。這種調節可能是正調控，也可能是負調控，代謝過程的調節作用。這種調節可能是正調控，也可能是負調控，其調節機理是通過酶的其調節機理是通過酶的變構效

12、應變構效應來實現的。來實現的。s0sns2s1e0e1en-1或或+或或+反饋反饋前饋前饋反饋調節中酶活性調節的機制反饋調節中酶活性調節的機制代謝物代謝物別別構構中中心心活性活性中心中心6-6-磷酸葡萄糖對糖原合成的前饋激活作用磷酸葡萄糖對糖原合成的前饋激活作用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 -酮戊二酸酮戊二酸擰檬酸擰檬酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸蛋白質蛋白質嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核酸核酸 氨甲酰氨甲酰天

13、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應的調節控制化反應的調節控制 氨基酸合成的反饋調控氨基酸合成的反饋調控反硝化作用反硝化作用氧化亞氮氧化亞氮氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸分支酸分支酸脫氧庚酮糖酸脫氧庚酮糖酸-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蘚糖赤蘚糖-4-磷酸磷酸脫氫奎尼酸脫氫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 預苯酸預苯酸tryphetrpiletrphisctpampglnlysmetthr酮丁酸酮丁酸glyala谷氨酰胺合酶谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛高絲氨酸高絲氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸atp+nh4+adp+pi葡萄

14、糖胺葡萄糖胺-6-磷酸磷酸糖酵解與三羧酸循環途徑的調節糖酵解與三羧酸循環途徑的調節丙酮酸丙酮酸 g細胞液細胞液檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰coa檸檬酸檸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 線粒體線粒體 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 o2atpatp adp+piadp+piamp + atp 2adpamp + atp 2adp pipipipi pep 羧激酶羧激酶+-+- 己糖激酶己糖激酶 丙酮酸丙酮酸脫氫酶脫氫酶 檸檬酸檸檬酸合成

15、酶合成酶 -酮戊二酸酮戊二酸 脫氫酶脫氫酶酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價酶分子中的某些基團，在其它酶的催化下，可以共價結合或脫去，引起酶分子構象的改變，使其活性得到調節，結合或脫去，引起酶分子構象的改變，使其活性得到調節，這種方式稱為酶的共價修飾（這種方式稱為酶的共價修飾（covalent moldificationcovalent moldification ）。目）。目前已知有六種修飾方式：前已知有六種修飾方式：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙?；チ姿峄?，乙酰化/去乙去乙酰化，腺苷?；；佘挣；?去腺苷酰化，尿苷?；ハ佘挣；蜍挣；?去尿苷?；?，甲去尿苷?；?，甲基化基化

16、/去甲基化，氧化去甲基化，氧化（s-s）/還原還原(2sh)。激酶激酶atpadp磷酸化酶磷酸化酶 b（無活性）（無活性）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：糖原磷酸化酶的共價修飾例：糖原磷酸化酶的共價修飾共價修飾共價修飾級聯系統級聯系統調控調控腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸環化腺苷酸環化酶（無活性）酶（無活性）腺苷酸環化酶（活性）腺苷酸環化酶（活性）2、atpcampr、camp3、蛋白激酶蛋白激酶（無活性）（無活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（無活性）（無活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（

17、活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（無活性）（無活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液腎上腺素或腎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機理激酶的作用機理糖原合成酶和糖原磷酸化酶的調控糖原合成酶和糖原磷酸化酶的調控 糖原的分解和合成都是根據肌體的需要由一系列的調控機制進行調控，其糖原的分解和合成都是根據肌體的需要由一系列的調控機制進行調控，其限速酶分別為糖原限速酶分別為糖原磷酸化酶磷酸化酶和和糖原合成酶糖

18、原合成酶。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化。它們的活性是受磷酸化或去磷酸化的共價修飾的調節及變構效應的調節。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，的共價修飾的調節及變構效應的調節。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。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 ( 無活性無活性)ohohatpadph2opi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 無活性無活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)pp酶酶定定位位的的區區域域化化線粒體線粒體:丙酮酸氧化丙酮酸氧化;三羧三羧酸循環酸循環; -氧化氧化;呼吸鏈電呼吸鏈電子傳遞子傳遞;氧化磷酸化氧化磷

19、酸化細胞質細胞質:酵解酵解;磷磷戊糖途徑戊糖途徑;糖原糖原合成合成;脂肪酸合脂肪酸合成成;細胞核細胞核:核酸合成核酸合成內質網內質網:蛋白質合成蛋白質合成;磷脂合成磷脂合成動動物物細細胞胞結結構構和和代代謝謝途途徑徑1 1、含氮激素含氮激素作用模式作用模式2 2、甾醇類激素作用模式甾醇類激素作用模式甾甾醇醇類類激激素素作作用用原原理理示示意意圖圖肽類激素通過肽類激素通過camp-蛋白激酶調節代謝示意圖蛋白激酶調節代謝示意圖 atp camp+ppi內在蛋白質的磷酸化作用內在蛋白質的磷酸化作用改變細胞的生理過程改變細胞的生理過程細胞膜細胞膜細胞膜細胞膜cr蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（無活性）c+

20、rcatp蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受體受體環化酶環化酶激素激素g蛋白蛋白糖糖酵酵解解和和葡葡萄萄糖糖異異生生的的關關系系（胞液）（胞液）（線粒體）（線粒體）葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-p-甘油醛甘油醛 -酮戊二酸酮戊二酸乳酸乳酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸tca循環循環乙酰乙酰coapepg-6-pf-6-pf-1.6-p丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸3-p-甘油甘油甘油甘油abc1c2a g-6-p磷酸酯酶磷酸酯酶b f-1.6-p磷酸酯酶磷酸酯酶c1 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶c2

21、pep羧激酶羧激酶 第三節第三節 基因轉錄調控基因轉錄調控 一個基因指的是編碼蛋白質多肽鏈和功能一個基因指的是編碼蛋白質多肽鏈和功能rna的的dna（某些病毒基因為（某些病毒基因為rna），基因表達就是遺傳信息被轉錄），基因表達就是遺傳信息被轉錄和翻譯的過程。和翻譯的過程。 基因表達的調控可以在不同水平，例如轉錄水平，或基因表達的調控可以在不同水平，例如轉錄水平，或翻譯水平上進行。翻譯水平上進行。 主要是在轉錄水平上進行，因為主要是在轉錄水平上進行，因為他們的轉錄和翻譯過程可同時進行。他們的轉錄和翻譯過程可同時進行。 在時間和空間上都被分隔在時間和空間上都被分隔開，而且轉錄和翻譯后都要經過復雜

22、的加工過程，所以其開，而且轉錄和翻譯后都要經過復雜的加工過程，所以其基因調控在不同水平都需要進行調控。基因調控在不同水平都需要進行調控?；虮磉_的調節可以發生在不同水平上：基因表達的調節可以發生在不同水平上：轉錄水平轉錄水平：從dna模板上把信息轉錄到rna上。在環境信號分子的影響下。這是在質、量和時間程序上的調節。翻譯水平翻譯水平：將mrna的三聯體密碼轉變成氨基酸順序。即蛋白質合成水平上的調節。加工水平加工水平：包括rna和蛋白質合成后的加工、修飾、轉變成有活性的形成。蛋白質活性的調節蛋白質活性的調節：包括別構調節和共價修飾調節 在上述幾個方面的調節中，轉錄水平的調節是最關在上述幾個方面的

23、調節中，轉錄水平的調節是最關鍵的鍵的。因為細胞功能的重大調整，不涉及轉錄就不能實現。基因表達的控制主要是指轉錄水平的調節基因表達的控制主要是指轉錄水平的調節，尤其是在原核生物中，翻譯和加工的問題比較簡單，轉錄水平的調控就更為突出。 根據細菌酶的合成對環境的反應不同，酶的合成可分為兩種類根據細菌酶的合成對環境的反應不同，酶的合成可分為兩種類型：組成酶和適應酶。適應酶可分為誘導酶和阻遏酶。型：組成酶和適應酶。適應酶可分為誘導酶和阻遏酶。 1961年，法國科學家jacob和monod根據酶合成的誘導和阻遏的現象，提出了操縱子（operon）模型。是指編碼一特定代謝是指編碼一特定代謝途徑酶的結構基因和

24、控制這些基因轉錄途徑酶的結構基因和控制這些基因轉錄的的控制順序所構成的轉錄單控制順序所構成的轉錄單位。（這樣的轉錄單位在原核生物中即稱為操縱子。）位。（這樣的轉錄單位在原核生物中即稱為操縱子。） 一乳糖操縱子（一乳糖操縱子（lac operon）是酶誘導合成的例子）是酶誘導合成的例子結構基因：z基因編碼半乳糖苷酶。 y基因編碼半乳糖苷透過酶 a基因編碼硫代半乳糖苷轉乙?；覆倏v基因（operator）:是阻遏蛋白結合部位。啟動基因（又稱啟動子，promoter）:是rna聚合酶結合的部位。操縱子操縱子(operon)的結構與功能的結構與功能inhibitor geneps1s2s3啟動子啟動子

25、結構基因結構基因1，2，3.o操縱基因操縱基因promoteroperator genestructure gene調控區調控區結構基因結構基因 操縱子操縱子表達阻表達阻遏蛋白遏蛋白 結合結合rna聚合酶聚合酶 結合結合阻遏蛋白阻遏蛋白表達功能蛋白表達功能蛋白?i阻遏物基因阻遏物基因jacob和和monod在對大腸桿菌乳糖發酵過程中酶的生物合成研究時，在對大腸桿菌乳糖發酵過程中酶的生物合成研究時，探討了基因表達調控機制，并提出了乳糖操縱子模型。探討了基因表達調控機制，并提出了乳糖操縱子模型。操縱子操縱子：由一個啟動子共轉錄的幾個不同基因組成的轉錄單位，由一個啟動子共轉錄的幾個不同基因組成的轉錄

26、單位，即由啟動子序列、操縱基因和受操縱基因調控的一個或多個相關即由啟動子序列、操縱基因和受操縱基因調控的一個或多個相關基因（結構基因）組成的基因表達單位?；颍ńY構基因）組成的基因表達單位?？梢院芎谜f可以很好說明原核生物基因表達的調控機制明原核生物基因表達的調控機制。調節物基因調節物基因控制控制部位部位幾個相關基因（結構基因）幾個相關基因（結構基因）操縱子的一般結構操縱子的一般結構大腸桿菌乳糖操縱子大腸桿菌乳糖操縱子 包括依次排列的啟動子、操縱基因和三個結構基包括依次排列的啟動子、操縱基因和三個結構基因。結構基因因。結構基因 z 編碼分解乳糖的編碼分解乳糖的 -半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、y 編碼

27、吸收乳糖的編碼吸收乳糖的 -半乳糖半乳糖苷透性酶、苷透性酶、 a 編碼編碼 -半乳糖苷乙?；D移酶。半乳糖苷乙酰基轉移酶。o代表操縱基因，代表操縱基因，i 代表調節代表調節基因，基因，p 代表啟動子。如果進行轉錄，轉錄產物是一條代表啟動子。如果進行轉錄，轉錄產物是一條。 大腸桿菌能夠利用乳糖作為它的唯一碳源，但需要合成代謝乳糖的三個大腸桿菌能夠利用乳糖作為它的唯一碳源，但需要合成代謝乳糖的三個酶：酶： -半乳糖苷酶（降解乳糖生成半乳糖和葡萄糖）、半乳糖苷酶（降解乳糖生成半乳糖和葡萄糖）、 -半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶（使乳糖進入細胞內）、（使乳糖進入細胞內）、 -半乳糖苷乙酰基轉移酶（半乳糖

28、代謝時需要的半乳糖苷乙?；D移酶（半乳糖代謝時需要的酶）。這三個酶都是乳糖存在時誘導生成的酶。酶）。這三個酶都是乳糖存在時誘導生成的酶。乳糖操縱子乳糖操縱子 當細胞中沒有乳糖或其他誘導物時，調節物基因經轉錄、當細胞中沒有乳糖或其他誘導物時，調節物基因經轉錄、表達生成阻遏物，然后阻遏物特異與操縱基因結合，阻止表達生成阻遏物，然后阻遏物特異與操縱基因結合，阻止 z、y、a 基因的轉錄?；虻霓D錄。阻遏物阻遏物阻遏物與操縱基因結合，阻遏物與操縱基因結合，阻止阻止 z、y、a 基因轉錄基因轉錄 當細胞中存在乳糖或其他誘導物時，誘導物與阻遏物結當細胞中存在乳糖或其他誘導物時，誘導物與阻遏物結合，使阻遏物

29、構象發生變化，從而使阻遏物不能與操縱基因合，使阻遏物構象發生變化，從而使阻遏物不能與操縱基因結合。這種狀況下，在結合。這種狀況下，在rna聚合酶催化下可以進行聚合酶催化下可以進行 z、y、a 基因的轉錄。基因的轉錄。誘導物誘導物mrna阻遏蛋白阻遏蛋白idnazyaoppol沒有乳糖存在時沒有乳糖存在時乳糖操縱子的調節機制乳糖操縱子的調節機制阻遏基因阻遏基因1. 阻遏蛋白的負性調節阻遏蛋白的負性調節mrna阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時有乳糖存在時idnazyaoppol啟動轉錄啟動轉錄mrna乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 當e.coli在含有glucose的培養基中生長時，培養基

30、中即使含有乳糖，在glucose被用完之前，是不會產生與乳糖利用有關的酶，這種效應稱為這種效應稱為glucose效應或分解代謝物阻遏效應或分解代謝物阻遏。 因為乳糖操縱子的啟動子可分為兩部分因為乳糖操縱子的啟動子可分為兩部分（圖18-17）：rna聚合酶結合部位聚合酶結合部位:富含at對，并在它的側翼富含gc對 富含gc對，且是回文結構。 乳糖操縱子的結構乳糖操縱子的結構ayzopi結構基因透酶 半乳糖苷酶調控區操縱序列啟動序列cap結合位點調節基因乙酰轉移酶 cap叫做分解代謝物基因活化蛋白叫做分解代謝物基因活化蛋白（crp稱為camp受體蛋白）它能使gc對變得不穩定，可促進at對分開，從而

31、有利于轉錄。但但cap的活性受的活性受camp水平水平的調節的調節。當camp與cap結合后才能使cap同啟動子的cap結合部位結合。campcamp的水平受的水平受glucoseglucose的某種分的某種分解代謝物的影響解代謝物的影響, ,該代謝物可以抑制細菌腺苷環化酶該代謝物可以抑制細菌腺苷環化酶的活性，激活磷酸二酯酶的活性，因而可以降低的活性，激活磷酸二酯酶的活性，因而可以降低campcamp的濃度的濃度. .所以當有glucose存在時,細胞內的camp水平顯著下降。這樣campcap的濃度降低，不能促進rna聚合酶進行轉錄，也就抑制了酶的誘導合成。 只有當以乳糖作為唯一碳源時，才不

32、會存在glucose的分解代謝物阻遏的現象。這時，campcap的水平升高，在乳糖的誘導下即可合成與乳糖代謝有關的酶。 campcampcapcap復合物系統復合物系統是以是以campcamp為信號的正調為信號的正調節系統。它對所有分解代謝物敏感的操縱子（包節系統。它對所有分解代謝物敏感的操縱子（包括括laclac和和araara-operon-operon）都有控制作用。）都有控制作用。在這里，乳糖利用酶的表達受到雙重控制，即以乳糖為誘導物的“精調”以及以camp為信號的“中調“控制。 capcap的正性調節的正性調節ayzopi無葡萄糖，camp濃度高時capcamprna pol 有葡萄

33、糖，camp濃度低時ayzopirna polcapcap的正性調節的正性調節: cap蛋白是一個同二聚體，具有蛋白是一個同二聚體，具有dna結合域和結合域和camp結合位點。當沒有葡萄糖存在時，由于結合位點。當沒有葡萄糖存在時，由于camp的濃度受葡萄糖代謝的調節，的濃度受葡萄糖代謝的調節，camp濃度濃度表現為較高，這時表現為較高，這時camp與與cap蛋白結合形成蛋白結合形成camp- cap復合物。此復合物可結合劑復合物。此復合物可結合劑lac啟動啟動基因上游附近的基因上游附近的cap位點上，從而可增強轉錄達位點上，從而可增強轉錄達50倍之倍之多。多。協調調節協調調節 當阻遏蛋白封閉轉

34、錄時，當阻遏蛋白封閉轉錄時，cap對該系統不能對該系統不能發揮作用；發揮作用； 如無如無cap存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結合，操縱子仍無轉錄活性。序列結合，操縱子仍無轉錄活性。 單純乳糖存在時，細菌利用乳糖作碳源；單純乳糖存在時，細菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時乳糖共同存在時 , 細菌首細菌首先利用葡萄糖。先利用葡萄糖。 葡萄糖對葡萄糖對 lac lac 操縱子的阻遏作用稱操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏分解代謝阻遏（catabolic repressioncatabolic repression）。）。 oooorna

35、 pol無葡萄糖camp濃度高有葡萄糖camp濃度低有乳糖無乳糖rna polrna polrna pol 在合成代謝中，催化氨基酸或其他小分子最終產物合成的酶隨時都需要，細胞中的這些酶經常在合成,即這些酶的合成經常處于消阻遏的狀態。所以，在這類操縱子中，調節基因的產物-阻遏蛋白是不活潑的，不能和操縱基因結合. 當合成途徑中的最終產物過量時，它就與阻遏蛋白結合，激活阻遏蛋白。激活后的阻遏蛋白就能結合到操縱基因上，阻止rna聚合酶對結構基因的轉錄，與合成反應有關的酶也就不能被合成。最終產物或其衍生物稱為輔阻遏物最終產物或其衍生物稱為輔阻遏物。e.coli和鼠傷寒沙門氏菌的色氨酸操縱子的調節符合這種阻遏現象。1. 1. 色氨酸操縱子（色氨酸操縱子（trptrp operon operon）的組織結構）的組織結構 結構基因（a.b.c.d.e）編碼從分支酸開始到色氨酸合成的五種酶（圖18-18）。trp l編碼一個前導肽。在trp l中有一段順序稱為attenuatorattenuator（弱化（弱化基因或衰減子）基因或衰減子）。此外