1、 第第 十四十四 章章 物物 質質 代代 謝謝 的的 調調 節節 控控 制制學習目的與要求：學習目的與要求：通過本章的學習使學生掌握通過本章的學習使學生掌握1.1.物質代謝的調節類型物質代謝的調節類型, ,特點特點 2.2.激素調節的機制及特點激素調節的機制及特點3.3.反饋調節類型及機制反饋調節類型及機制4.4.真核基因的調控真核基因的調控5.5.酶的誘導和阻遏的調酶的誘導和阻遏的調 節機制節機制重點：重點：1.1.激素調激素調 節的機制節的機制2.2.反饋的機制反饋的機制3.3.操縱子學說操縱子學說4.4.酶的誘導和阻遏的調酶的誘導和阻遏的調 節機制節機制難點：難點：酶的誘導和阻遏的調節機

2、制酶的誘導和阻遏的調節機制第一節第一節 物質代謝的調節類型特點物質代謝的調節類型特點一一. . 神經系統的調節作用神經系統的調節作用 在中區神經的控制下，通過神經遞質對效應器發生在中區神經的控制下，通過神經遞質對效應器發生直接影響；或者改變某些激素的分泌，再通過各種激直接影響；或者改變某些激素的分泌，再通過各種激素的相互協調，對整個代謝進行綜合調素的相互協調，對整個代謝進行綜合調 節。節。特點：特點：短而快短而快具整體性具整體性直接調直接調 節代謝的作用節代謝的作用多數通過激素發揮作用多數通過激素發揮作用二. 激素水平的調節 通過改變生物體細胞代謝物的濃度,也可以改變某些酶的活性或含量從而影響

3、代謝反應的速度。具組織特異性和效應特異性具組織特異性和效應特異性緩慢而持久緩慢而持久局部性調局部性調 節部分代謝節部分代謝由神經系統控制分泌由神經系統控制分泌特點：特點：三. 細胞水平的調節 通過代謝物的濃度的改變,來調 節某些酶促反應的速度。又稱酶水平的調節特點：特點：酶的活性酶的活性酶的數量酶的數量細胞水平的調節類型：細胞水平的調節類型：前饋調節前饋調節: : 輸入對輸出的影響輸入對輸出的影響阻遏阻遏: : 產物對酶合成的抑制產物對酶合成的抑制酶的活性調節酶的活性調節反饋調節反饋調節: :誘導誘導: : 底物對酶合成的誘導底物對酶合成的誘導酶的數量調節酶的數量調節輸出對輸入的影響輸出對輸入

4、的影響第二節第二節 激素調節的機制激素調節的機制激素激素: : 由內分泌腺細胞分泌的化學物質。由內分泌腺細胞分泌的化學物質。有兩類有兩類: : 氨基酸及多肽激素，類固醇激素氨基酸及多肽激素，類固醇激素一一. . 多肽激素的作用機制多肽激素的作用機制1. 1. 第一階段第一階段: :2. 2. 第二階段第二階段: :3. 3. 第三階段第三階段: :激素與受體結合激素與受體結合激活腺苷酸環化酶激活腺苷酸環化酶ATPATP環化成環化成cAMPcAMPcAMPcAMP激活蛋白激酶激活蛋白激酶 蛋白激酶激活磷酸化酶激酶蛋白激酶激活磷酸化酶激酶 磷酸化酶激酶激活磷酸化酶磷酸化酶激酶激活磷酸化酶糖原磷酸解

5、生成糖原磷酸解生成 1-P-G 1-P-G( (一一).).酶的激活機制酶的激活機制( (放大效應放大效應) )ATP cAMP 蛋白激酶蛋白激酶 蛋白激酶蛋白激酶（無活性）（無活性） （有活性）（有活性） 磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶 磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶（無活性）（無活性） ATP ADP ATP ADP （有活性）（有活性）磷酸化酶磷酸化酶b b 磷酸化酶磷酸化酶a a（無活性（無活性) ATP ADP) ATP ADP有活性）有活性）糖原糖原 1-P-G 1-P-GPi腎上腺素腎上腺素膜上受體膜上受體腺苷酸環化酶腺苷酸環化酶第一階段第一階段: :第二階段第二階段: :第三階段第三階段:

6、 :細胞膜細胞膜( (二二).).基因表達機制基因表達機制ATP cAMP組蛋白激酶組蛋白激酶 組蛋白激酶組蛋白激酶 無活性無活性 有活性有活性OHO-PmRNA組蛋白組蛋白激素激素受體受體腺苷酸環化酶腺苷酸環化酶二二. . 類固醇激素的作用機制類固醇激素的作用機制第一階段第一階段: : 激素進入細胞，激素進入細胞， 激素與受體結合形成激素激素與受體結合形成激素-受體復合受體復合物物2. 2. 第二階段第二階段: : 復合物進入細胞核復合物進入細胞核 與特定部位結合與特定部位結合 3. 3. 第三階段第三階段: : 基因表達合成酶基因表達合成酶酶酶mRNAhnRNA激素激素受體受體激素激素-受

7、體復合物受體復合物第三節第三節 反饋調節的機制反饋調節的機制一一. . 反饋抑制的類型反饋抑制的類型( (一一). ). 協調反饋抑制協調反饋抑制 DA B C EE1如如: ThrAsp Lys MetAKAK:AK:天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶( (二二). ). 同工酶調節同工酶調節( (三三). ). 累積反饋抑制累積反饋抑制 高絲氨酸 ThrAsp 高絲氨酸 Met Lys AKIAKIAKIIAKIIAKIIIAKIII CA B D Ea%c%b%總抑制總抑制% = a% + b% + c% = a% + b% + c%( (四四). ). 合作反饋抑制合作反饋抑制( (五五). )

8、. 順序反饋抑制順序反饋抑制總抑制總抑制% a% + b% + c% a% + b% + c% D EA B C F G CA B D Ea%b%c%二二. . 反饋調節的機制反饋調節的機制具有反饋調節的酶具有反饋調節的酶: : 變構酶變構酶變構酶的組成變構酶的組成: : 變構中心變構中心 ( (調節部位調節部位) ) 活性中心活性中心3. 3. 變構劑變構劑: : 產物產物第四節第四節 基因表達調節控制基因表達調節控制一一. . 原核生物轉錄的調控原核生物轉錄的調控-操縱子操縱子I I調節基因調節基因P P啟動子啟動子O O操作子操作基因）操作子操作基因）Z Z、Y Y、A A三種結構基因三

9、種結構基因（一操縱子概念（一操縱子概念（二阻遏蛋白及操縱基因的組成，特點（二阻遏蛋白及操縱基因的組成，特點如：乳糖操縱子阻遏蛋白如：乳糖操縱子阻遏蛋白: : 同四聚體同四聚體, ,分子量分子量148000148000；每個肽鏈；每個肽鏈347347個氨基酸，個氨基酸，分子量為分子量為3700037000。具有活性。有的無活性。具有活性。有的無活性。阻遏蛋白阻遏蛋白調節基因的產物調節基因的產物（三操縱子的種類：誘導型與阻遏型（三操縱子的種類：誘導型與阻遏型TGGAATTGTGAGC G GATAACAATTACCTTAACACTCG C CTATTGTTAA120如如: :乳糖操縱子的操縱基因乳

10、糖操縱子的操縱基因: : 大小由大小由21bp21bp組成組成, , 具二元旋轉對稱性具二元旋轉對稱性2.2.操縱基因操縱基因通過開與關調節結構基因的表達通過開與關調節結構基因的表達( (一一).).調控水平調控水平二二. . 真核基因的調控真核基因的調控真核染色質體真核染色質體DNA） 1.1.轉錄前調節轉錄前調節轉錄初級產物轉錄初級產物ProProRNARNAhnRNAhnRNA3.3.轉錄后加工的調節轉錄后加工的調節RNA Processing controlRNA Processing control）mRNA多肽鏈多肽鏈5.5.翻譯后加工及蛋白質活性控制翻譯后加工及蛋白質活性控制pr

11、otein activity controlprotein activity control）活性蛋白活性蛋白2.轉錄調節轉錄調節transcription control）4.4.翻譯調節翻譯調節translational controltranslational control）包括包括mRNAmRNA降解的調控降解的調控包括運輸調節包括運輸調節( (二二). ). 順式作用元件順式作用元件(cis(cisacting elements)acting elements)真核基因的順式調控元件真核基因的順式調控元件: : 是指基因周圍能與特異轉錄因子是指基因周圍能與特異轉錄因子結合而影響轉錄

12、的結合而影響轉錄的DNADNA序列。序列。啟動子啟動子(promoter)- (promoter)- 正性調控正性調控增強子增強子(enhancer)- (enhancer)- 正性調控正性調控沉寂子沉寂子(silencer)- (silencer)- 負性調控負性調控啟動子中的元件可以分為兩種：啟動子中的元件可以分為兩種：核心啟動子元件核心啟動子元件(core promoter element)(core promoter element)指指RNARNA聚合酶起聚合酶起始轉錄所必需的最小的始轉錄所必需的最小的DNADNA序列，包括轉錄起始點及其上游序列，包括轉錄起始點及其上游25/25/3

13、0bp30bp處的處的TATATATA盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉錄起盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉錄起始位點和產生基礎水平的轉錄。始位點和產生基礎水平的轉錄。上游啟動子元件上游啟動子元件(upstream promoter element)(upstream promoter element)包括通常位包括通常位于于70bp70bp附近的附近的CAATCAAT盒和盒和GCGC盒、以及距轉錄起始點更遠的上游盒、以及距轉錄起始點更遠的上游元件元件 增強子的作用有以下特點：增強子的作用有以下特點：增強子提高同一條增強子提高同一條DNADNA鏈上基因轉錄效率，可以遠距離作用：鏈上基因轉錄效

14、率，可以遠距離作用： 通?？删嚯x通?？删嚯x1 14kb4kb、個別情況下離開所調控的基因、個別情況下離開所調控的基因30kb30kb仍仍能發揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。能發揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。增強子作用與其序列的正反方向無關：增強子作用與其序列的正反方向無關： 將增強子方向倒置依然能起作用。而將啟動子倒就不能起將增強子方向倒置依然能起作用。而將啟動子倒就不能起作用，可見增強子與啟動子是很不相同的。作用，可見增強子與啟動子是很不相同的。增強子要有啟動子才能發揮作用：增強子要有啟動子才能發揮作用： 沒有啟動子存在，增強子不能表現活性。沒有啟動子存在，增強子不能表

15、現活性。 最早在酵母中發現，以后在最早在酵母中發現，以后在T T淋巴細胞的淋巴細胞的T T抗原受體基因的抗原受體基因的轉錄和重排中證實沉寂子的作用的存在。轉錄和重排中證實沉寂子的作用的存在。負調控順式元件負調控順式元件可不受序列方向的影響可不受序列方向的影響距離發揮作用距離發揮作用并可對異源基因的表達起作用并可對異源基因的表達起作用作用特點：作用特點：( (三三). ). 反式作用因子反式作用因子(trans(transacting factors)acting factors) 不同基因由不同的上游啟動子元件組成，能與不同的轉錄因子結合，這些轉錄因子通過與基礎的轉錄復合體作用而影響轉錄的效率

16、。現在已經發現有許多不同的轉錄因子，看到的現象是：同一DNA序列可被不同的蛋白因子所識別；能直接結合DNA序列的蛋白因子是少數，但不同的蛋白因子間可以相互作用，因而多數轉錄因子是通過蛋白質蛋白質間作用與DNA序列聯系并影響轉錄效率的 第五節細胞水平的誘導與阻遏調節機制第五節細胞水平的誘導與阻遏調節機制一、構成酶與適應酶一、構成酶與適應酶 根據酶的合成對環境影響的反應不同根據酶的合成對環境影響的反應不同: :1.構成酶/組成酶2.2.適應酶適應酶 誘導酶誘導酶阻遏酶阻遏酶二、酶合成的誘導機制二、酶合成的誘導機制-乳糖操縱子乳糖操縱子Z: -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y: -半乳糖苷透過酶半乳糖苷透過酶

17、A: -半乳糖苷乙?；D移半乳糖苷乙?；D移酶酶調節基因調節基因啟動子啟動子支配支配基因基因lacZ lacYlacAmRNAmRNA蛋白質蛋白質阻遏蛋白阻遏蛋白( (有活性有活性) )1. 1. 封鎖封鎖( (無乳糖無乳糖) )( (一阻遏蛋白的負調控一阻遏蛋白的負調控2. 開放開放(有乳糖有乳糖)調節基因調節基因啟動子啟動子支配支配基因基因lacZ lacYlacAmRNAmRNAmRNAmRNA蛋白質蛋白質阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻遏蛋白(無活性無活性)乳糖乳糖分解乳糖分解乳糖( (二二CAPCAP的正調控的正調控調節基因調節基因啟動子啟動子支配支配基因基因lacZ la

18、cYlacACAPcAMPCAP-cAMPCAP-cAMP復合物復合物mRNAmRNA+ 當沒有葡萄糖及當沒有葡萄糖及cAMPcAMP濃度較高時，濃度較高時，cAMPcAMP與與CAPCAP結合，這時結合，這時CAPCAP結合在結合在laclac啟動序列附近的啟動序列附近的CAPCAP位點，可刺激位點，可刺激RNARNA轉錄活性。轉錄活性。葡萄糖的分解代謝產物能抑制腺苷酸環化酶活性并活化磷酸葡萄糖的分解代謝產物能抑制腺苷酸環化酶活性并活化磷酸二酯酶，從而降低了二酯酶，從而降低了cAMPcAMP的濃度，的濃度，CAPCAP不能被活化形成不能被活化形成CAPCAPcAMPcAMP復合物，則不能轉錄。復合物，則不能轉錄。 lac lac阻遏蛋白負性調節與阻遏蛋白負性調節與CAPCAP正性調節兩種機制協正性調節兩種機制協調合作：調合作： 當當LacLac阻遏蛋白封閉轉錄時，阻遏蛋白封閉轉錄時，C