第三篇遺傳信息第十一章DNA的復制和修復第十三章蛋白質的生物合成第十二章RNA的生物合成和加工第十四章細胞代謝與基因表達調控第十四章細胞代謝與基因表達調控第一節細胞代謝的調節網絡第二節酶活性的調節第三節基因表達的調節第一節細胞代謝的調節網絡一、糖代謝與脂肪代謝的相互關系脂肪甘油磷酸二羥丙酮糖代謝脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖

(植物)乙醛酸循環

-氧化糖異生TCA糖乙酰CoA，NADPH脂肪酸磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油脂肪有氧氧化酵解從頭合成脂肪代謝和糖代謝的關系延胡索酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循環乙醛酸循環甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸

氧化

糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羥丙酮磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸合成植物或微生物小結：糖代謝與脂代謝的相互聯系1、攝入的糖量超過能量消耗時葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪組織）合成糖原儲存（肝、肌肉）2、脂肪的甘油部分能在體內轉變為糖脂肪酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、腎、腸磷酸-甘油葡萄糖3、脂肪的分解代謝受糖代謝的影響饑餓、糖供應不足或糖代謝障礙時高酮血癥草酰乙酸相對不足糖不足脂肪大量動員酮體生成增加氧化受阻二、糖代謝與蛋白質代謝的相互關系1、糖代謝的中間產物可氨基化生成某些非必需氨基酸糖丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA檸檬酸α-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸2、大部分氨基酸脫氨基后，生成相應的α-酮酸，可轉變為糖。丙氨酸丙酮酸脫氨基糖異生葡萄糖三、脂肪代謝與蛋白質代謝的相互關系脂肪甘油磷酸二羥丙酮脂肪酸乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸蛋白質蛋白質氨基酸酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪（生酮氨基酸）——但不能說，脂類可轉變為氨基酸。氨基酸可作為合成磷脂的原料絲氨酸磷脂酰絲氨酸膽胺腦磷脂膽堿卵磷脂四、核酸和其他物質代謝的相互關系（一）氨基酸是體內合成核酸的重要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳單位合成嘌呤合成嘧啶（二）磷酸核糖和NADPH由磷酸戊糖途徑提供核酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺核苷酸ATPGTPCTPUTP雙糖或多糖葡萄糖磷酸戊糖途徑磷酸核糖ADPGGDPGUDPG能量供體蛋白質合成磷脂代謝輔助因子信號分子糖與核酸的互變糖、脂、蛋白質、核酸代謝之間的聯系五、細胞內酶的隔離分布多酶體系在細胞內的分布

酶的隔離分布的意義

——避免了各種代謝途徑互相干擾。第二節酶活性的調節一、酶的變構調節1、變構調節的概念某些代謝物能與變構酶分子上的變構部位特異性結合，使酶的分子構象發生改變，從而改變酶的催化活性以及代謝反應的速度。被調節的酶稱為變構酶或別構酶(allostericenzyme)使酶發生變構效應的物質，稱為變構效應劑(allosteric

effector)

?變構激活劑

allostericeffector

——引起酶活性增加的變構效應劑。?變構抑制劑

allostericeffector

——引起酶活性降低的變構效應劑。別構激活劑別構抑制劑2、變構調節的機制變構酶催化亞基調節亞基變構效應劑：底物、終產物其他小分子代謝物別構激活劑別構抑制劑變構效應劑+酶的調節亞基酶的構象改變酶的活性改變（激活或抑制）疏松亞基聚合緊密亞基解聚酶分子多聚化別構中心活性中心代謝物3、變構調節的生理意義①

代謝終產物反饋抑制(feedbackinhibition)反應途徑中的酶，使代謝物不致生成過多。乙酰CoA

乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA長鏈脂酰CoA

②變構調節使能量得以有效利用，不致浪費。G-6-P–+糖原磷酸化酶抑制糖的氧化糖原合酶促進糖的儲存③變構調節使不同的代謝途徑相互協調。檸檬酸–+6-磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化乙酰輔酶A羧化酶促進脂酸的合成二、酶的共價修飾調節1、共價修飾的概念酶蛋白肽鏈上某些殘基在酶的催化下發生可逆的共價修飾，從而引起酶活性改變，這種調節稱為酶的共價修飾。2、共價修飾的主要方式磷酸化---去磷酸乙酰化---脫乙酰甲基化---去甲基腺苷化---脫腺苷SH與–S—S–互變酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的酶蛋白3、共價修飾的特點①酶蛋白的共價修飾是可逆的酶促反應，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性狀態可互相轉變。②具有放大效應，效率較變構調節高。③磷酸化與脫磷酸是最常見的方式。

同一個酶可以同時受變構調節和化學修飾調節。三、能荷的調節能荷==[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]能荷值為0～1。能荷值高，抑制分解代謝。第十四章細胞代謝與基因表達調控第一節細胞代謝的調節網絡第二節酶活性的調節第三節基因表達的調節第三節基因表達的調節geneexpression一、基因表達(geneexpression)1、概念：在一定調節機制控制下，基因通過轉錄和翻譯而產生其蛋白質產物，或轉錄后直接產生其RNA產物，如tRNA、rRNA等的過程。2、產物類型：大多數基因的表達產物是蛋白質,部分基因如tRNA和rRNA基因表達產物是RNA。geneexpression二、基因表達調控圍繞基因表達過程中發生的各種各樣的調節方式都通稱為基因表達調控.轉錄水平的調控轉錄后的調控翻譯水平的調控三、基因表達的方式組成型基因表達適應性表達（誘導和阻遏表達）1、組成型基因表達（constitutiveexpression）1）持家基因(house-keepinggene)某些基因在一個生物個體的幾乎所有細胞中持續表達，通常被稱為持家基因。2）組成型表達

管家基因較少受環境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數或幾乎全部組織中持續表達，這種表達方式為組成型表達。2、適應性表達

指環境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。適應環境條件變化基因表達水平增高的現象稱為誘導(induction)，這類基因被稱為可誘導的基因(induciblegene)；1）誘導和可誘導基因隨環境條件變化而基因表達水平降低的現象稱為阻遏(repression)，相應的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)。

2）阻遏和可阻遏基因四、原核生物基因表達的調節1、操縱子（operon）的概念概念：基因表達的協調單位，由調節基因、啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關的結構基因所組成。操縱基因受調節基因產物的控制。2、操縱子的研究背景JacobandMonod發現過程：β-半乳糖苷酶Noβ–galactosidasewasproducedβ–galactosidasewasproducedE.coliGlucoseE.colilactose3、乳糖操縱子的調控機制（1）乳糖操縱子的結構1961年，Monod和Jacob提出獲1965年諾貝爾生理學和醫學獎FrancisJacob

JacquesMonod

ThelactoseOperon(乳糖操縱子)lacZ半乳糖苷酶（β-galactosidase

）lacY半乳糖苷透過酶（lactosepermease

）lacA硫代半乳糖苷轉乙酰酶（thiogalactosidetransacetylase

）O1O2O33個操縱基因（operator）：O1-主操縱基因O2-假操縱基因O3-假操縱基因ZI（2）乳糖對乳糖操縱子的表達的影響1）沒有乳糖存在時mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol阻遏基因①沒有乳糖存在時，lac操縱子不表達2）有乳糖存在時mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol啟動轉錄mRNA乳糖②有乳糖存在時，lac操縱子基因表達失活？ipozyaVerylowleveloflacmRNAAbsenceoflactoseActiveipozyab-GalactosidasePermeaseTransacetylasePresenceoflactoseInactive小結：（3）葡萄糖對lac操縱子的影響（降解物阻遏效應）---指當G和其它糖類一起作為細菌的碳源時G總是優先被利用，G的存在阻止了其它糖類的利用的現象。①CRP或CAP對乳糖操縱子的正性調節CRP—cAMPreceptorprotein（cAMP受體蛋白）CAP—Catabolitegeneactivatorproteins(分解產物代謝基因激活蛋白)

課后思考題：×②阻遏蛋白與CAP蛋白的協同調節即需要乳糖存在以滅活阻遏蛋白，又需要G不存在或僅有低濃度，以增加cAMP濃度促進與CAP的結合，此為協同調節。

乳糖異乳糖1、分解代謝基因激活蛋白（CAP）對乳糖操縱子表達的影響是（）。正性調控負性調控正/負性調控

D.無調控作用

E.可有可無課堂練習題：2、阻遏蛋白識別操縱子中的（）。A．啟動基因B．結構基因C．操縱基因D．內含于E．外顯子3、乳糖操縱子激活的直接誘導劑是（）A．β-半乳糖苷酶B．通透酶C．葡萄糖D．乳糖E．別乳糖4、lac阻遏蛋白由（）？A．Z基因編碼B．Y基因編碼C．A基因編碼D．I基因編碼E．以上都不是5、cAMP與CAP結合，CAP介導正性調節發生在A．有葡萄糖及cAMP較高時B．有葡萄糖及cAMP較低時C．沒有葡萄糖及cAMP較高時D．沒有葡萄糖及cAMP較低時E．沒有葡萄糖及沒有乳糖時課后作業題簡要回答大腸桿菌乳糖操縱子基因表達的調控機理？結構特點阻遏蛋白的負性調控CAP的正性調控協同調節4、色氨酸操縱子的調控機制實驗：1.大腸桿菌生長在無機鹽和葡萄糖的培養基上時，檢測到細胞內有色氨酸合成酶的存在；2.在上述培養基中加入色氨酸，檢測發現細胞內色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。3.表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，體現了菌生長的經濟原則：不需要就不合成。4.酶合成的阻遏現象。經典實驗（1）Trp操縱子的結構trpRtrpPtrpO結構基因前導序列調控序列衰減子atrpL（2）Trp操縱子的調控機制色氨酸的阻遏調控衰減調控①色氨酸的阻遏調控當細胞內缺乏色氨酸時，此操縱子開放，而當細胞內合成的色氨酸過多時，此操縱子被關閉。trp的阻遏調控機制：TrpTrp濃度高時Trp濃度低時mRNAOPtrpR調節區結構基因RNA聚合酶RNA聚合酶色氨酸操縱子－阻遏調節?②Trp操縱子的衰減調控機制在操縱區與結構基因之間的一段可以終止轉錄作用的核苷酸序列，當操縱子被阻遏時，RNA合成被終止，這段核苷酸起終止轉錄信號作用.弱化子或衰減子的概念：調節區結構基因trpROP前導序列

衰減子區域UUUU……前導mRNA1234衰減子調節機制（精細調節）UUUU……前導mRNA1234核糖體

trp密碼子

起調節作用的是色氨酰-tRNA的濃度色氨酸濃度高時色氨酸濃度低時前導mRNA色氨酸濃度低時色氨酸濃度高時沒有蛋白質合成時衰減子具有什么生物學意義？？可誘導調節：調節分解代謝的操縱子，同時受cAMP-CAP的活性調節可阻遏調節：調節合成代謝的操縱子特殊代謝物調節基因活性的類型小結：課堂練習題：1、Trp是一種調節分子，被認為是trp操縱子中

，活化無活性的

。trp操縱子受

系統和

系統的調控。2、操縱子一般由

、

、

基因和

基因組成。五、真核生物基因表達的調節DNA水平的調控轉錄水平的調控轉錄后水平的調控翻譯水平的調控翻譯后水平的調控DNA轉錄初產物RNAmRNA蛋白質前體mRNA降解物活性蛋白質DNA水平調節轉錄水平調節轉錄后加工的調節翻譯調節mRNA降解調節翻譯后加工的調節核細胞質（一）真核生物在DNA水平的調控1、具有轉錄活性的染色質有獨特結構按功能狀態的不同可將染色質分為活性染色質和非活性染色質。活性染色質－具有轉錄活性的染色質；非活性染色質－沒有轉錄活性的染色質。活性染色質的結構特點：在結構上：活性染色質上具有DNaseI超敏感位點.活性染色質趨向于去甲基化.2、染色質的乙酰化和核小體置換染色體中組蛋白的