物质代谢的相互联系和基因表达的调节课件.ppt

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1、第十五章物质代谢的相互联系和基因表达的调节主要内容：物质代谢的相互联系代谢的调节和控制主要讨论酶的调节主讲老师：华南师范大学生命科学学院陈文利一、物质代谢的相互联系（一）糖代谢和脂代谢的相互关系糖脂肪（二）糖代谢和蛋白质代谢的相互关系：2.蛋白质分解aa糖转变1.糖aa蛋白质合成（三）脂代谢和蛋白质代谢之间的关系2.蛋白质aa脂肪1.脂肪aa蛋白质合成转变转变分解（四）核酸代谢与糖、脂及蛋白质代谢的相互关系：代谢途径的联系：相互转变，相互制约,殊途同归。二、代谢的调节和控制代谢调节分为三类:酶的调节激素的调节神经调节其中酶的调节是最基本的调节方式，是

2、一切调节的基础。（一）酶的调节：也称原初调节或原始调节。酶的调节是通过控制酶的浓度和酶的活性来调节酶促反应的速度和方向，也就是调节代谢的速度和方向。关键酶（Keyenzyme）：往往是代谢途径的第一步反应的酶（a）或是分支代谢途径中分支点上的酶（b、c、f）或整个代谢途径中的限速酶或催化不可逆反应的酶（c）ABCDEFGabcdfg许多关键酶都是调节酶如别构酶、共价修饰酶、同工酶、多功能酶等。酶的调节主要是通过控制关键酶的浓度和活性来调节。通过控制酶浓度的调节要牵涉到基因、mRNA、蛋白质的生物合成，所以这种调节是一种慢调节，在几小时或几天内才能完成

3、。另一种通过调节酶活性，这是快速调节，在几分钟到几十分钟内完成。1.酶浓度的调节：酶浓度的调节诱导阻遏终产物的阻遏分解代谢产物阻遏诱导作用（induction）：指用诱导物（inducer）来促进酶的合成，这种作用称诱导作用。阻遏作用（repression）：指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成，这种作用称阻遏作用。（1）酶合成的诱导作用：在细菌中普通存在，如大肠杆菌可利用多种糖作为碳源，当用乳糖作为唯一碳源时，开始细菌不能利用乳糖，但2～3分钟后就合成了与乳糖代谢有关的三种酶（1）β—半乳糖苷酶：水解乳糖的酶，使乳糖水解成半乳糖和葡萄

4、糖（2）β-半乳糖透性酶：促使乳糖通过细胞膜。（3）β-半乳糖苷转乙酰基酶（硫代半乳糖苷转乙酰基酶）：这酶的功能不清，可能是将不能代谢的乳糖类似物乙酰化，并将它们排出体外。这里乳糖是诱导物、诱导了这三种酶的合成，这三种酶就是诱导酶。乳糖究竟如何诱导了这三种酶的合成呢？1961年法国Monod和Jacob提出了著名的乳糖操纵子(lactoseoperon）模型，这模型的提出犹如当年Watson和Crick发现DNA双螺旋模型一样，受到人们的重视，人们把它看作生物学的第二个里程碑。乳糖操纵子模型的基本要点：调节基因启动子操纵基因结构基因A操纵子（oper

5、on）BC一群功能相关的结构基因相邻，并且共同受同一个操纵基因和启动子所控制。一群功能相关的结构基因（structuralgene）和操纵基因（operator）、启动子（promoter）组成了一个操纵子(operon)。为什么称它们为一个操纵子呢？因为它们又共同受一个调节基因（regulatorgene）所调节。结构基因：决定酶蛋白或蛋白质的基因。操纵基因：转录的开关，可打开或关闭结构基因的转录。启动子：专管转录起始，上面有RNA聚合酶的结合位点。调节基因：为阻遏蛋白编码。酶合成的诱导：诱导物：乳糖或乳糖类似物IPTG（异丙基β-D-硫代半乳糖苷

6、）现在知道乳糖操纵子除需诱导物外，还需cAMP和cAMP受体蛋白（CRP），当cAMP与CRP结合成复合物时，这复合物能结合到启动子上，促使转录的起始。结构基因操纵基因启动子RNA聚合酶CRPcAMP复合物CRP＋cAMP（2）酶合成的阻遏作用①最终产物的阻遏：以E.ColiTrp操纵子为例，Trp操纵子含有5个结构基因，它们编码的酶蛋白催化分支酸转变为Trp，Trp是辅助遏物（corepressor）。酶合成的阻遏作用利用操纵子模型解释酶合成的诱导和阻遏，但要注意操纵子仅仅存在于原核细胞，操纵子的调控是原核细胞转录水平的调控。真核细胞中没有操纵子，

7、即真核细胞中功能上彼此有关的基因往往分布在不同染色体上，它们并不组成一个操纵子。②分解代谢产物的阻遏：E.Coli以乳糖为唯一碳源时，乳糖可诱导与乳糖有关的三种酶的合成，但如果培养基中既含葡萄糖，又含乳糖时，则优先利用Glc，等Glc耗尽后才能利用乳糖，也就是说在大量Glc时，乳糖操纵子还是关闭，Glc阻遏了乳糖代谢有关的三种酶的合成，这种现象过去称为葡萄糖效应（glucoseeffect）。后来知道这是由于Glc分解代谢产物引起的，因此又称为分解代谢产物阻遏（cataboliterepression）。GC－＋ATPcAMP5'-AMP腺苷酸环化酶

8、磷酸二酯酶CRPcAMPCRP复合物结构基因分解代谢产物启动子操纵基因分解代谢产物阻遏，即葡萄糖效应的机制：