1、代謝調(diào)控PPT課件第十六章第十六章 代謝調(diào)控代謝調(diào)控通過基因表達(dá)，通過基因表達(dá)，DNA中的遺傳信息即可中的遺傳信息即可用以決定細(xì)胞的表型和生物形狀。但是，用以決定細(xì)胞的表型和生物形狀。但是，基因的表達(dá)隨著組織細(xì)胞及個體發(fā)育的基因的表達(dá)隨著組織細(xì)胞及個體發(fā)育的階段的不同，隨著內(nèi)外環(huán)境的變化的不階段的不同，隨著內(nèi)外環(huán)境的變化的不同，而表現(xiàn)為不同的基因的表達(dá)。同，而表現(xiàn)為不同的基因的表達(dá)。代謝調(diào)控PPT課件第一節(jié)第一節(jié) 代謝途徑之間的聯(lián)系代謝途徑之間的聯(lián)系 1 、代謝網(wǎng)絡(luò)代謝網(wǎng)絡(luò) 細(xì)胞代謝的基本原則是將各類物質(zhì)分別納入各自的共同代謝途徑，以少數(shù)關(guān)鍵的反應(yīng)如氧化還原、基團(tuán)轉(zhuǎn)移、水解合成、基團(tuán)脫加及異構(gòu)

2、反應(yīng)等，轉(zhuǎn)化種類繁多的分子。不同代謝途徑可以通過交叉點(diǎn)上關(guān)鍵的中間代謝物而相互作用和相互轉(zhuǎn)化。這些共同的中間代謝物使各代謝途徑得以溝通，形成經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)轉(zhuǎn)良好的代謝網(wǎng)絡(luò)通路。其中三個關(guān)鍵的中間代謝物是G-6-P、丙酮酸、乙酰CoA。 代謝調(diào)控PPT課件2 、分解代謝與合成代謝的單向性、分解代謝與合成代謝的單向性雖然酶促反應(yīng)是可逆的，但在生物體內(nèi)，代謝過程是單向的。一些關(guān)鍵部位的代謝是由不同的酶催化正反應(yīng)和逆反應(yīng)的。這樣可使兩種反應(yīng)都處于熱力學(xué)的有利狀態(tài)。一般酮酸脫羧的反應(yīng)、激酶催化的反應(yīng)、羧化反應(yīng)等都是不可逆的。這些反應(yīng)常受到嚴(yán)密調(diào)控，成為關(guān)鍵步驟。 代謝調(diào)控PPT課件3 、能量的代謝、能量的

3、代謝3.1 ATP是通用的能量載體 3.2 NADPH以還原力的形式攜帶能量3.3 ATP、還原力和構(gòu)造單元用于生物合成 代謝調(diào)控PPT課件 第二節(jié)第二節(jié) 代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)整體水平的調(diào)節(jié)整體水平的調(diào)節(jié) 代謝調(diào)控PPT課件一 、酶水平的調(diào)節(jié)（一）、酶活性的調(diào)節(jié)（一）、酶活性的調(diào)節(jié)前饋和反饋前饋和反饋 ATPATP、ADPADP和和AMPAMP的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)酶的連續(xù)激活和共價修飾酶的連續(xù)激活和共價修飾（二）、酶量的調(diào)節(jié)（二）、酶量的調(diào)節(jié)- -基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控 代謝調(diào)控PPT課件# 基因表達(dá)調(diào)控基本概念與原理基因表達(dá)調(diào)控基本概念與原理基因表達(dá)

4、的概念基因表達(dá)的概念基因表達(dá)基因表達(dá)（gene expression）就是指）就是指在一定調(diào)節(jié)因素的作用下，在一定調(diào)節(jié)因素的作用下，DNA分子上分子上特定的基因被激活并轉(zhuǎn)錄生成特定的特定的基因被激活并轉(zhuǎn)錄生成特定的RNA，或由此引起特異性蛋白質(zhì)合成的，或由此引起特異性蛋白質(zhì)合成的過程。過程。 代謝調(diào)控PPT課件人類基因組人類基因組DNA中約含中約含5萬個基因，但在萬個基因，但在某一特定時期，只有少數(shù)的基因處于轉(zhuǎn)某一特定時期，只有少數(shù)的基因處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)，其余大多數(shù)基因則處于靜錄激活狀態(tài)，其余大多數(shù)基因則處于靜息狀態(tài)。一般來說，在大部分情況下，息狀態(tài)。一般來說，在大部分情況下，處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)

5、的基因僅占處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的基因僅占5%。通過基因表達(dá)以合成特異性蛋白質(zhì)，從通過基因表達(dá)以合成特異性蛋白質(zhì)，從而賦予細(xì)胞以特定的生理功能或形態(tài)，而賦予細(xì)胞以特定的生理功能或形態(tài)，以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的改變。以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的改變。 代謝調(diào)控PPT課件# #基因表達(dá)的時間性及空間性基因表達(dá)的時間性及空間性 #時間特異性：時間特異性：基因表達(dá)的時間特異性基因表達(dá)的時間特異性(temporal specificity)是指特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按是指特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按照特定的時間順序發(fā)生，以適應(yīng)細(xì)胞或照特定的時間順序發(fā)生，以適應(yīng)細(xì)胞或個體特定分化、發(fā)育階段的需要。故又個體特定分化、發(fā)育階段的需要。故又稱為階段

6、特異性。稱為階段特異性。 代謝調(diào)控PPT課件#空間特異性：空間特異性：基 因 表 達(dá) 的 空 間 特 異 性基 因 表 達(dá) 的 空 間 特 異 性 （ s p a t i a l specificity）是指多細(xì)胞生物個體在某）是指多細(xì)胞生物個體在某一特定生長發(fā)育階段，同一基因的表達(dá)一特定生長發(fā)育階段，同一基因的表達(dá)在不同的細(xì)胞或組織器官不同，從而導(dǎo)在不同的細(xì)胞或組織器官不同，從而導(dǎo)致特異性的蛋白質(zhì)分布于不同的細(xì)胞或致特異性的蛋白質(zhì)分布于不同的細(xì)胞或組織器官。故又稱為細(xì)胞特異性或組織組織器官。故又稱為細(xì)胞特異性或組織特異性。特異性。 代謝調(diào)控PPT課件# #基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式 #組成

7、性表達(dá)：組成性表達(dá)：組成性基因表達(dá)組成性基因表達(dá)（constitutive gene expression）是指在個體發(fā)育的任一階）是指在個體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)行的基因段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)行的基因表達(dá)。其基因表達(dá)產(chǎn)物通常是對生命過表達(dá)。其基因表達(dá)產(chǎn)物通常是對生命過程必需的或必不可少的，且較少受環(huán)境程必需的或必不可少的，且較少受環(huán)境因素的影響。這類基因通常被稱為管家因素的影響。這類基因通常被稱為管家基因（基因（housekeeping gene）。）。 代謝調(diào)控PPT課件#誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)：誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)：誘導(dǎo)表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá)（induction）是指在特定環(huán)境）是指在特定環(huán)

8、境因素刺激下，基因被激活，從而使基因因素刺激下，基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。這類基因稱為可誘導(dǎo)的表達(dá)產(chǎn)物增加。這類基因稱為可誘導(dǎo)基因。基因。阻遏表達(dá)阻遏表達(dá)（repression）是指在特定環(huán)）是指在特定環(huán)境因素刺激下，基因被抑制，從而使基境因素刺激下，基因被抑制，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物減少。這類基因稱為可阻因的表達(dá)產(chǎn)物減少。這類基因稱為可阻遏基因。遏基因。 代謝調(diào)控PPT課件# #基因表達(dá)的生物學(xué)意義基因表達(dá)的生物學(xué)意義適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖。適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖。維持個體發(fā)育與分化。維持個體發(fā)育與分化。 代謝調(diào)控PPT課件# #基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)調(diào)控的基本原理 #

9、基因表達(dá)的多級調(diào)控：基因表達(dá)的多級調(diào)控：基因表達(dá)調(diào)控可見于從基因激活到蛋白基因表達(dá)調(diào)控可見于從基因激活到蛋白質(zhì)生物合成的各個階段，因此基因表達(dá)質(zhì)生物合成的各個階段，因此基因表達(dá)的調(diào)控可分為的調(diào)控可分為轉(zhuǎn)錄水平（基因激活及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄水平（基因激活及轉(zhuǎn)錄起始）錄起始），轉(zhuǎn)錄后水平（加工及轉(zhuǎn)運(yùn)），轉(zhuǎn)錄后水平（加工及轉(zhuǎn)運(yùn)），翻譯水平及翻譯后水平，但以轉(zhuǎn)錄水平翻譯水平及翻譯后水平，但以轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控最重要。的基因表達(dá)調(diào)控最重要。 代謝調(diào)控PPT課件#基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素：基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素：1順式作用元件：順式作用元件：順式作用元件順式作用元件（cis-acting element）又）又

10、稱分子內(nèi)作用元件，指存在于稱分子內(nèi)作用元件，指存在于DNA分子分子上的一些與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的特殊順上的一些與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的特殊順序。序。 代謝調(diào)控PPT課件在原核生物中，大多數(shù)基因表達(dá)通過操在原核生物中，大多數(shù)基因表達(dá)通過操縱子模型進(jìn)行調(diào)控，其順式作用元件主縱子模型進(jìn)行調(diào)控，其順式作用元件主要由要由啟動基因、操縱基因和調(diào)節(jié)基因啟動基因、操縱基因和調(diào)節(jié)基因組組成。成。在真核生物中，與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的在真核生物中，與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的順 式 作 用 元 件 主 要 有順 式 作 用 元 件 主 要 有 啟 動 子啟 動 子（promoter）、）、增強(qiáng)子增強(qiáng)子（enhancer）和和沉默子

11、沉默子（silencer）。）。 代謝調(diào)控PPT課件基因的組織結(jié)構(gòu)及順式作用元件基因的組織結(jié)構(gòu)及順式作用元件代謝調(diào)控PPT課件2反式作用因子：反式作用因子：反式作用因子反式作用因子（trans-acting factor）又）又稱為分子間作用因子，指一些與基因表稱為分子間作用因子，指一些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的蛋白質(zhì)因子。達(dá)調(diào)控有關(guān)的蛋白質(zhì)因子。反式作用因子與順式作用元件之間的共反式作用因子與順式作用元件之間的共同作用，才能夠達(dá)到對特定基因進(jìn)行調(diào)同作用，才能夠達(dá)到對特定基因進(jìn)行調(diào)控的目的。控的目的。原核生物中的反式作用因子主要分為原核生物中的反式作用因子主要分為特特異因子、激活蛋白和阻遏蛋白異因子

12、、激活蛋白和阻遏蛋白；而真核；而真核生物中的反式作用因子通常稱為生物中的反式作用因子通常稱為轉(zhuǎn)錄因轉(zhuǎn)錄因子子。 代謝調(diào)控PPT課件3順式作用元件與反式作用因子之間的相互作順式作用元件與反式作用因子之間的相互作用：用：大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白在與大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白在與DNA結(jié)合之前，需先通過結(jié)合之前，需先通過蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體或多聚蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體或多聚體，然后再通過識別特定的順式作用元件，而體，然后再通過識別特定的順式作用元件，而與與DNA分子結(jié)合。這種結(jié)合通常分子結(jié)合。這種結(jié)合通常是非共價鍵是非共價鍵結(jié)結(jié)合。合。 代謝調(diào)控PPT課件1 1、 原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

13、 存在于原核生物中的一種主要的調(diào)控存在于原核生物中的一種主要的調(diào)控模式是操縱子（模式是操縱子（operon）調(diào)控模式，）調(diào)控模式，該模式也見于低等真核生物中。該模式也見于低等真核生物中。在原核生物中，若干結(jié)構(gòu)基因可串聯(lián)在原核生物中，若干結(jié)構(gòu)基因可串聯(lián)在一起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)的在一起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控，這種基因的組織形式稱為調(diào)控，這種基因的組織形式稱為操縱操縱子子（operon） 。 代謝調(diào)控PPT課件1 1、1 1 操縱子的結(jié)構(gòu)與功能操縱子的結(jié)構(gòu)與功能 典型的操縱子可分為典型的操縱子可分為控制區(qū)和信息區(qū)控制區(qū)和信息區(qū)兩兩部分。控制區(qū)由各種調(diào)控基因所組成，部分。控制區(qū)由各種調(diào)控

14、基因所組成，而信息區(qū)則由若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起而信息區(qū)則由若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成。構(gòu)成。 調(diào)節(jié)基因（調(diào)節(jié)基因（Regulatory gene）為阻抑蛋白編碼基因為阻抑蛋白編碼基因 控制區(qū)控制區(qū) 啟動基因（啟動基因（Promoter）為為 cAMP 受體蛋白（受體蛋白（CRP）和）和 RNA 聚合酶結(jié)合區(qū)。聚合酶結(jié)合區(qū)。 操縱基因（操縱基因（0perater）為阻抑蛋白結(jié)合位點(diǎn)。為阻抑蛋白結(jié)合位點(diǎn)。 信息區(qū)信息區(qū)由一個或數(shù)個結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起組成。由一個或數(shù)個結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起組成。 代謝調(diào)控PPT課件以原核生物以原核生物乳糖操縱子乳糖操縱子(Lac operon)為例，其為例，其控制區(qū)包括

15、控制區(qū)包括調(diào)節(jié)基因（阻遏基因），啟動基因調(diào)節(jié)基因（阻遏基因），啟動基因（其（其CRP結(jié)合位點(diǎn)位于結(jié)合位點(diǎn)位于RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)上聚合酶結(jié)合位點(diǎn)上游）和操縱基因游）和操縱基因；其信息區(qū)由；其信息區(qū)由-半乳糖苷酶半乳糖苷酶基因（基因（lacZ），通透酶基因（），通透酶基因（lacY）和乙酰化）和乙酰化酶基因（酶基因（lacA）串聯(lián)在一起構(gòu)成。）串聯(lián)在一起構(gòu)成。 控制區(qū)控制區(qū)信息區(qū)信息區(qū)代謝調(diào)控PPT課件乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因及其表達(dá)產(chǎn)物乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因及其表達(dá)產(chǎn)物代謝調(diào)控PPT課件1 1、2 2 乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制 1、2、1 乳糖操縱子的誘導(dǎo)：乳糖操縱子的誘導(dǎo)：代謝調(diào)控

16、PPT課件 當(dāng)培養(yǎng)基中乳糖濃度升高而葡萄糖濃度降低時當(dāng)培養(yǎng)基中乳糖濃度升高而葡萄糖濃度降低時 細(xì)胞中細(xì)胞中 cAMP 濃度升高濃度升高 乳糖作為誘導(dǎo)劑與阻抑蛋白結(jié)合乳糖作為誘導(dǎo)劑與阻抑蛋白結(jié)合 cAMP 與與 CRP 結(jié)合并使之激合結(jié)合并使之激合 促使阻抑蛋白與操縱基因分離促使阻抑蛋白與操縱基因分離 CRP 與啟動基因結(jié)合并促使與啟動基因結(jié)合并促使 RNA 聚合酶與啟動基因結(jié)合聚合酶與啟動基因結(jié)合 基因轉(zhuǎn)錄激活基因轉(zhuǎn)錄激活 代謝調(diào)控PPT課件1 1、2 2、2 2 乳糖操縱子的阻遏：乳糖操縱子的阻遏：代謝調(diào)控PPT課件 當(dāng)培養(yǎng)基中乳糖濃度降低而葡萄糖濃度升高時當(dāng)培養(yǎng)基中乳糖濃度降低而葡萄糖濃度

17、升高時 細(xì)胞中細(xì)胞中 cAMP 濃度降低濃度降低 缺乏乳糖與阻抑蛋白結(jié)合缺乏乳糖與阻抑蛋白結(jié)合 CRP 失活失活 阻抑蛋白與操縱基因結(jié)合阻抑蛋白與操縱基因結(jié)合 CRP 及及 RNA 聚合酶不能與聚合酶不能與 啟動基因結(jié)合啟動基因結(jié)合 基因轉(zhuǎn)錄被阻遏基因轉(zhuǎn)錄被阻遏 代謝調(diào)控PPT課件1 1、3 3 色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制 色氨酸操縱子色氨酸操縱子（trp operon）屬于阻遏）屬于阻遏型操縱子，主要參與調(diào)控一系列用于色型操縱子，主要參與調(diào)控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的轉(zhuǎn)錄合成。當(dāng)氨酸合成代謝的酶蛋白的轉(zhuǎn)錄合成。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺乏色氨酸時，此操縱子開放，細(xì)胞內(nèi)缺乏色氨酸時，

18、此操縱子開放，而當(dāng)細(xì)胞內(nèi)合成的色氨酸過多時，此操而當(dāng)細(xì)胞內(nèi)合成的色氨酸過多時，此操縱子被關(guān)閉。縱子被關(guān)閉。 代謝調(diào)控PPT課件色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制與乳糖操縱子色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制與乳糖操縱子類似，但通常情況下，操縱子處于開放類似，但通常情況下，操縱子處于開放狀態(tài)，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)狀態(tài)，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄。合而阻遏轉(zhuǎn)錄。而當(dāng)色氨酸合成過多時，色氨酸作為輔而當(dāng)色氨酸合成過多時，色氨酸作為輔阻遏物與輔阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋阻遏物與輔阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄白，后者與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉。關(guān)閉。 代謝調(diào)控PPT課件色 氨

19、 酸 操 縱 子 的 調(diào) 控 還 涉 及色 氨 酸 操 縱 子 的 調(diào) 控 還 涉 及 轉(zhuǎn) 錄 衰 減轉(zhuǎn) 錄 衰 減(attenuation)機(jī)制。即在色氨酸操縱子第一個機(jī)制。即在色氨酸操縱子第一個結(jié)構(gòu)基因與啟動基因之間存在有一衰減區(qū)域，結(jié)構(gòu)基因與啟動基因之間存在有一衰減區(qū)域，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)色氨酸酸濃度很高時，通過與轉(zhuǎn)錄相當(dāng)細(xì)胞內(nèi)色氨酸酸濃度很高時，通過與轉(zhuǎn)錄相偶聯(lián)的翻譯過程，形成一個偶聯(lián)的翻譯過程，形成一個衰減子衰減子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)，使RNA聚合酶從聚合酶從DNA上脫落，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止。上脫落，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止。 代謝調(diào)控PPT課件1 1、4 4 原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式 由成

20、群的操縱子組成的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)稱為由成群的操縱子組成的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)稱為調(diào)節(jié)子調(diào)節(jié)子。通過組成調(diào)節(jié)子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對若干操。通過組成調(diào)節(jié)子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對若干操縱子及若干蛋白質(zhì)的合成進(jìn)行協(xié)同調(diào)控，從而縱子及若干蛋白質(zhì)的合成進(jìn)行協(xié)同調(diào)控，從而達(dá)到整體調(diào)控的目的。達(dá)到整體調(diào)控的目的。典型的整體調(diào)控模式是典型的整體調(diào)控模式是SOS反應(yīng)，這是由一組反應(yīng)，這是由一組與與DNA損傷修復(fù)有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)基因組成。損傷修復(fù)有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)基因組成。在正常情況下，這些基因均被在正常情況下，這些基因均被LexA阻遏蛋白阻遏蛋白封閉。當(dāng)有紫外線照射時，細(xì)菌體內(nèi)的封閉。當(dāng)有紫外線照射時，細(xì)菌體內(nèi)的RecA蛋白水解酶蛋白水

21、解酶被激活，催化被激活，催化LexA阻遏蛋白裂解阻遏蛋白裂解失活，從而導(dǎo)致與失活，從而導(dǎo)致與DNA損傷修復(fù)有關(guān)的基因表損傷修復(fù)有關(guān)的基因表達(dá)。達(dá)。 代謝調(diào)控PPT課件2、 真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié) 真核生物中基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制較真核生物中基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制較原核生物復(fù)雜得多，許多細(xì)節(jié)還未原核生物復(fù)雜得多，許多細(xì)節(jié)還未弄清楚。就人類染色體弄清楚。就人類染色體DNA而言，而言，就有就有30億個堿基對，估計約有億個堿基對，估計約有5萬個萬個基因。基因。 代謝調(diào)控PPT課件真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn) #轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子：真核基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物一般是真核基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物

22、一般是單順反子單順反子（mono-cistron），即一個編碼基），即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子，并指導(dǎo)分子，并指導(dǎo)翻譯一條多肽鏈。翻譯一條多肽鏈。 代謝調(diào)控PPT課件#大量重復(fù)序列：大量重復(fù)序列：真核基因組中含大量的重復(fù)序列，這些真核基因組中含大量的重復(fù)序列，這些重復(fù)序列大部分是沒有特定生物學(xué)功能重復(fù)序列大部分是沒有特定生物學(xué)功能的的DNA片段，可占整個基因組片段，可占整個基因組DNA的的90%。根據(jù)重復(fù)頻率可將其分為高度重。根據(jù)重復(fù)頻率可將其分為高度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列和單拷貝序列。復(fù)序列、中度重復(fù)序列和單拷貝序列。 代謝調(diào)控PPT課件#斷裂基因：斷裂基因：真核生

23、物中的基因具有不連續(xù)性，即一個基因真核生物中的基因具有不連續(xù)性，即一個基因的編碼序列往往被一些非編碼序列分隔開。基的編碼序列往往被一些非編碼序列分隔開。基因中能夠轉(zhuǎn)錄并進(jìn)一步編碼多肽鏈合成的部分因中能夠轉(zhuǎn)錄并進(jìn)一步編碼多肽鏈合成的部分稱為稱為外顯子外顯子（exon），而在轉(zhuǎn)錄后會被剪除），而在轉(zhuǎn)錄后會被剪除的部分則稱為的部分則稱為內(nèi)含子內(nèi)含子（intron）。）。 代謝調(diào)控PPT課件真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn) (激素水平和發(fā)育過程)2、1 轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)節(jié)染色質(zhì)丟失染色質(zhì)丟失擴(kuò)增擴(kuò)增重排重排修飾修飾代謝調(diào)控PPT課件2、2 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)2、2、

24、1 RNA聚合酶活性受轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控：聚合酶活性受轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控：真核生物中存在真核生物中存在RNA pol、三三種不同的種不同的RNA聚合酶，分別負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄不聚合酶，分別負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄不同的同的RNA。這些。這些RNA聚合酶與相應(yīng)的轉(zhuǎn)聚合酶與相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合體，從而激活或抑制該錄因子形成復(fù)合體，從而激活或抑制該酶的催化活性。酶的催化活性。代謝調(diào)控PPT課件2、2、2 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變參與基因表達(dá)的調(diào)控：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變參與基因表達(dá)的調(diào)控：真核生物真核生物DNA與組蛋白結(jié)合并形成核小體的結(jié)構(gòu)，再與組蛋白結(jié)合并形成核小體的結(jié)構(gòu)，再進(jìn)一步形成染色質(zhì)。當(dāng)真核基因被激活時，染色質(zhì)的進(jìn)一步形成染色質(zhì)。當(dāng)真核基因被

25、激活時，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生改變。主要的改變有：結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生改變。主要的改變有： 單鏈單鏈DNA形成：形成：基因被激活后，雙鏈基因被激活后，雙鏈DNA解開成單鏈解開成單鏈以利于轉(zhuǎn)錄，從而形成一些對以利于轉(zhuǎn)錄，從而形成一些對DNAase的超敏位點(diǎn)。的超敏位點(diǎn)。代謝調(diào)控PPT課件DNA拓樸結(jié)構(gòu)改變：拓樸結(jié)構(gòu)改變：天然雙鏈天然雙鏈DNA均以均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在，當(dāng)基因激活后，負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在，當(dāng)基因激活后，則轉(zhuǎn)錄區(qū)前方的則轉(zhuǎn)錄區(qū)前方的DNA拓樸結(jié)構(gòu)變?yōu)檎酝貥憬Y(jié)構(gòu)變?yōu)檎猿菪Ｕ猿菪勺璧K核小體形成，超螺旋。正性超螺旋可阻礙核小體形成，并促進(jìn)組蛋白解聚。并促進(jìn)組蛋白解聚。核小體不穩(wěn)定性

26、增加：核小體不穩(wěn)定性增加：由于組蛋白修飾狀由于組蛋白修飾狀態(tài)改變，巰基暴露等原因而引起核小體態(tài)改變，巰基暴露等原因而引起核小體結(jié)構(gòu)改變。結(jié)構(gòu)改變。 代謝調(diào)控PPT課件2、2、3 正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控（基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件及激活機(jī)制元件及激活機(jī)制 ）：真核基因一般都處于阻遏狀態(tài)，真核基因一般都處于阻遏狀態(tài)，RNA聚聚合酶對啟動子的親和力很低。通過利用合酶對啟動子的親和力很低。通過利用各種轉(zhuǎn)錄因子正性激活各種轉(zhuǎn)錄因子正性激活RNA聚合酶是真聚合酶是真核基因調(diào)控的主要機(jī)制。核基因調(diào)控的主要機(jī)制。 代謝調(diào)控PPT課件順式作用元件順式作用元件主要有啟動子（主要有啟動子（promoter

27、）、）、增強(qiáng)子（增強(qiáng)子（enhancer）和沉默子）和沉默子（silencer）。）。反式作用因子反式作用因子（trans-acting factor）又）又稱為分子間作用因子，指一些與基因表達(dá)稱為分子間作用因子，指一些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的蛋白質(zhì)因子。調(diào)控有關(guān)的蛋白質(zhì)因子。反式作用因子與順式作用元件之間的共同反式作用因子與順式作用元件之間的共同作用作用，才能夠達(dá)到對特定基因進(jìn)行調(diào)控的，才能夠達(dá)到對特定基因進(jìn)行調(diào)控的目的。目的。代謝調(diào)控PPT課件2、2、3、1 順式作用元件順式作用元件 1啟動子：啟動子：存在于結(jié)構(gòu)基因上游，與基因轉(zhuǎn)錄啟動存在于結(jié)構(gòu)基因上游，與基因轉(zhuǎn)錄啟動有關(guān)的一段特殊有關(guān)的一段

28、特殊DNA順序稱為順序稱為啟動子啟動子（promoter)promoter)。與原核生物類似，也含有。與原核生物類似，也含有一段富含一段富含TATA的順序，稱為的順序，稱為TATA盒。盒。除此之外，還可見除此之外，還可見CAAT盒和盒和GC盒。盒。 代謝調(diào)控PPT課件代謝調(diào)控PPT課件2增強(qiáng)子：增強(qiáng)子：位于結(jié)構(gòu)基因附近，能夠增強(qiáng)該基因轉(zhuǎn)位于結(jié)構(gòu)基因附近，能夠增強(qiáng)該基因轉(zhuǎn)錄活性的一段錄活性的一段DNA順序稱為順序稱為增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer)。增強(qiáng)子是另一類順式作用的增強(qiáng)子是另一類順式作用的DNA片段，片段，可使基因轉(zhuǎn)錄的速率大大提高。其突出可使基因轉(zhuǎn)錄的速率大大提高。其突出特點(diǎn)是：特點(diǎn)是

29、：在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)5或或3側(cè)均側(cè)均能起作用能起作用；相對于啟動子的任一指向相對于啟動子的任一指向均能起作用均能起作用；發(fā)揮作用與受控基因的發(fā)揮作用與受控基因的遠(yuǎn)近距離相對無關(guān)遠(yuǎn)近距離相對無關(guān)；對異源性啟動子對異源性啟動子也能發(fā)揮作用也能發(fā)揮作用；通常具有一些短的重通常具有一些短的重復(fù)順序復(fù)順序。 代謝調(diào)控PPT課件增強(qiáng)子是通過一類稱之為轉(zhuǎn)錄因子的蛋增強(qiáng)子是通過一類稱之為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)而發(fā)揮其促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的作用。其作用白質(zhì)而發(fā)揮其促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的作用。其作用機(jī)制目前公認(rèn)的是機(jī)制目前公認(rèn)的是環(huán)出模型環(huán)出模型。在在噬菌體噬菌體Cro蛋白蛋白結(jié)合位點(diǎn)和結(jié)合位點(diǎn)和RNA起起始點(diǎn)之間插入數(shù)百堿基對的無關(guān)始

30、點(diǎn)之間插入數(shù)百堿基對的無關(guān)DNA，Cro蛋白結(jié)合仍然對聚合酶有激活作用。蛋白結(jié)合仍然對聚合酶有激活作用。電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，Cro蛋白與蛋白與Cro位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合后，通過后，通過DAN鏈的彎曲成環(huán)與起始點(diǎn)附鏈的彎曲成環(huán)與起始點(diǎn)附近的轉(zhuǎn)錄蛋白靠近并結(jié)合。這一機(jī)制同近的轉(zhuǎn)錄蛋白靠近并結(jié)合。這一機(jī)制同樣適合于樣適合于SV40以及其它真核基因的啟動以及其它真核基因的啟動子。子。 代謝調(diào)控PPT課件3沉默子：沉默子：能夠?qū)蜣D(zhuǎn)錄起阻遏作用的能夠?qū)蜣D(zhuǎn)錄起阻遏作用的DNA片段，片段，屬于負(fù)性調(diào)控元件。屬于負(fù)性調(diào)控元件。 代謝調(diào)控PPT課件2、2、3、2 反式作用因子（分子間作用反式作用因子（

31、分子間作用因子）：因子）：真核生物反式作用因子通常屬于轉(zhuǎn)錄因真核生物反式作用因子通常屬于轉(zhuǎn)錄因子（子（transcription factor，TF）。）。 代謝調(diào)控PPT課件1轉(zhuǎn)錄因子的種類：轉(zhuǎn)錄因子的種類：(1)非特異性轉(zhuǎn)錄因子（基本轉(zhuǎn)錄因子）：非特異性轉(zhuǎn)錄因子（基本轉(zhuǎn)錄因子）：非選擇性調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的蛋白質(zhì)因子稱為非選擇性調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的蛋白質(zhì)因子稱為非特異性轉(zhuǎn)錄因子。真核生物中存在的三種非特異性轉(zhuǎn)錄因子。真核生物中存在的三種RNA聚合酶分別有相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子，即聚合酶分別有相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子，即TF，TF，TF。其中以。其中以TF研究較清楚，研究較清楚，TF一共有六種亞類，分別是一共有六

32、種亞類，分別是TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TF-I。TFD是唯一能是唯一能識別啟動子識別啟動子TATA盒盒并與之結(jié)并與之結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，而合的轉(zhuǎn)錄因子，而TFB則可促進(jìn)聚合酶則可促進(jìn)聚合酶與與啟動子的結(jié)合。啟動子的結(jié)合。 代謝調(diào)控PPT課件(2)特異性轉(zhuǎn)錄因子：特異性轉(zhuǎn)錄因子：能夠選擇性調(diào)控某種或某些基因轉(zhuǎn)錄表能夠選擇性調(diào)控某種或某些基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的蛋白質(zhì)因子稱為特異性轉(zhuǎn)錄因子。達(dá)的蛋白質(zhì)因子稱為特異性轉(zhuǎn)錄因子。目前較清楚的是調(diào)控免疫球蛋白基因表目前較清楚的是調(diào)控免疫球蛋白基因表達(dá)的核內(nèi)蛋白質(zhì)因子（達(dá)的核內(nèi)蛋白質(zhì)因子（NF），已發(fā)現(xiàn)存），已發(fā)現(xiàn)存在在NFA，NF2A，NFB，NFB4

33、，NF等等亞類。亞類。 代謝調(diào)控PPT課件2轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)：目前已知，反式作用因子至少含有三個目前已知，反式作用因子至少含有三個功能域，即功能域，即DNA結(jié)合功能域，轉(zhuǎn)錄活性結(jié)合功能域，轉(zhuǎn)錄活性功能域和其它轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合功能域功能域和其它轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合功能域。 代謝調(diào)控PPT課件對各種轉(zhuǎn)錄因子對各種轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合功能域的研究發(fā)現(xiàn)一結(jié)合功能域的研究發(fā)現(xiàn)一些帶共性的結(jié)構(gòu)，主要有：些帶共性的結(jié)構(gòu)，主要有： (1)HTH和和HLH結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 由兩段由兩段-螺旋夾一段螺旋夾一段-折迭構(gòu)成，折迭構(gòu)成，-螺旋與螺旋與-折迭之間通過折迭之間通過-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角或成環(huán)連接，即或成環(huán)連接，即螺旋螺旋-

34、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)和螺旋螺旋結(jié)構(gòu)和螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)。典型的例子是。典型的例子是噬菌體的噬菌體的CroCro蛋白，蛋白，該蛋白含三段該蛋白含三段-螺旋和三段螺旋和三段-折迭，兩亞基折迭，兩亞基通過通過-折迭而形成二聚體，相當(dāng)于折迭而形成二聚體，相當(dāng)于DNA的一的一個螺距的長度，而每一亞基的一段個螺距的長度，而每一亞基的一段-螺旋則螺旋則剛好能嵌入剛好能嵌入DNA雙螺旋的大溝中與雙螺旋的大溝中與DNA緊密緊密結(jié)合。結(jié)合。 代謝調(diào)控PPT課件(2)鋅指結(jié)構(gòu)：鋅指結(jié)構(gòu)：見于見于TFA和類固醇激素受體中，由一段富含和類固醇激素受體中，由一段富含半胱氨酸的多肽鏈構(gòu)成。每四個半光氨酸殘基半胱氨酸

35、的多肽鏈構(gòu)成。每四個半光氨酸殘基或或His殘基螯合一分子殘基螯合一分子Zn2+，其余約，其余約12-13個殘個殘基則呈指樣突出，剛好能嵌入基則呈指樣突出，剛好能嵌入DNA雙螺旋的大雙螺旋的大溝中而與之相結(jié)合。每個蛋白質(zhì)分子中可含溝中而與之相結(jié)合。每個蛋白質(zhì)分子中可含2-9個鋅指結(jié)構(gòu)。個鋅指結(jié)構(gòu)。 代謝調(diào)控PPT課件(3)亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)：亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)： 見于真核生物見于真核生物DNA結(jié)結(jié)合蛋白質(zhì)的合蛋白質(zhì)的C端，與癌端，與癌基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。由基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。由兩段兩段-螺旋平行排列構(gòu)螺旋平行排列構(gòu)成，其成，其-螺旋中存在每螺旋中存在每隔隔7個殘基規(guī)律性排列個殘基規(guī)律性排列的的Leu殘基，殘

36、基，Leu側(cè)鏈側(cè)鏈交替排列而呈拉鏈狀。交替排列而呈拉鏈狀。兩 條 肽 鏈 呈 鉗 狀 與兩 條 肽 鏈 呈 鉗 狀 與DNA結(jié)合。結(jié)合。 代謝調(diào)控PPT課件 3轉(zhuǎn)錄因子的作用特點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄因子的作用特點(diǎn)： 同一同一DNA順式作用元件可被不同的轉(zhuǎn)錄順式作用元件可被不同的轉(zhuǎn)錄因子所識別；因子所識別； 同一轉(zhuǎn)錄因子也可識別不同的同一轉(zhuǎn)錄因子也可識別不同的DNA順式順式作用元件；作用元件； TF與與TF之間存在相互作用；之間存在相互作用； 當(dāng)當(dāng)TF與與TF，TF與與DNA結(jié)合時，可導(dǎo)致結(jié)合時，可導(dǎo)致構(gòu)象改變；構(gòu)象改變； TF在合成過程中，有較大的可變性和可在合成過程中，有較大的可變性和可塑性。塑性。 代謝

37、調(diào)控PPT課件2、2、3、3 轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)控：轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)控：真核真核RNA聚合酶聚合酶的激活需要依賴多種的激活需要依賴多種轉(zhuǎn)錄因子，并與之形成復(fù)合體。其過程轉(zhuǎn)錄因子，并與之形成復(fù)合體。其過程首先是由首先是由TFD識別啟動子序列并與之識別啟動子序列并與之結(jié)合；繼而在結(jié)合；繼而在TFAF的參與下，的參與下，RNA聚合酶聚合酶與與TFD、B聚合形成一個功能聚合形成一個功能性的前起始復(fù)合體性的前起始復(fù)合體PIC；最后，結(jié)合；最后，結(jié)合了增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄因子與前起始復(fù)合體結(jié)了增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄因子與前起始復(fù)合體結(jié)合，從而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體。合，從而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體。 代謝調(diào)控PPT課件聚合酶聚

38、合酶轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝代謝調(diào)控PPT課件聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝代謝調(diào)控PPT課件聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝代謝調(diào)控PPT課件2、3 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié) 加工的多樣性2、4 翻譯水平的調(diào)節(jié) 合成起始的調(diào)節(jié)“掃描摸式” 帽子的識別 mRNA穩(wěn)定性 激素的影響2、5翻譯后水平的調(diào)節(jié)代謝調(diào)控PPT課件二、二、 細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)（一）、（一）、 酶在細(xì)胞中的分布酶在細(xì)胞中的分布1. 細(xì)胞核核膜上有大量酶類，這些酶參與糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝及核酸運(yùn)輸，DNA復(fù)制、RNA合成、加工和修飾。它們鑲嵌在核膜上，或結(jié)合在膜表面，有利于各種反應(yīng)的定向進(jìn)行。代謝調(diào)控PPT課件2. 胞液 指細(xì)胞質(zhì)的連續(xù)液相部分。大部分中間代謝在此進(jìn)行，如糖酵解、異生、磷酸戊糖途徑、糖、脂類、氨基酸以及核苷酸的生物合成等。其重量的20是蛋白質(zhì)，所以是高度組織的膠狀物質(zhì)，而不是溶液。與糖原代謝有關(guān)的酶結(jié)合在糖原顆粒表面。3. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的加工有關(guān)，光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與糖類和脂類的合成有關(guān)，細(xì)胞的磷脂、糖脂和膽固醇幾乎都是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的酶合成的。 代謝調(diào)控PPT課件4. 高爾基體 可對細(xì)胞合成或吸收的物質(zhì)進(jìn)行加工、濃縮、包裝