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基因表达的调控
一、原核和真核基因组
二、原核生物酶合成调节的遗传机制 ——操纵子学说
三、真核生物基因表达的调控
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原核生物酶合成调节的遗传机制
操纵子学说
a、操纵子——基因表达的协同单位
结构基因（编码蛋白质，S）
操纵子
操纵基因（operator, O）
控制部位
启动子（premotor, P）
操
mRNA
基因关闭
纵
子
阻遏蛋白 （有活性）
的 B、乳糖酶的诱导
负
调节
启 动 操纵
乳糖结构基因
调
基因 R
子 基因 P O LacZ
LacY
Laca
控
mRNA 乳糖
阻遏蛋白 （无活性）
mRNAZ mRNAY mRNAa
基 因
表
达
阻遏蛋白
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（有活性）
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乳糖操纵子的正调控
CAP 基因
RT
mRNA
是通过酶的变构效应来实现的。
（1）限速步骤和标兵酶 （2）反馈抑制
（3）前馈和反馈激活
（4）前馈和反馈调节中酶活性调节的机制
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共价修饰
酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下， 可以共价结合或脱去，引起酶分子构象的改变， 使其活性得到调节，这种方式称为酶的共价修饰 （Covalent moldification ）。目前已知有六种修饰方式： 磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/ 去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去 甲基化，氧化（S-S）/还原(2SH)。
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同工酶反馈抑制示意图
-
E1
A
B
C
E2
-
H
-
E4
J
D
E3 F
-
G
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几种氨基酸的同工酶反馈调节
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累积反馈抑制示意图
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反馈激活和前馈激活示意图
+
E AB C D F
+ C
E AB • • • • • G
D +
例1:糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶， 例2：乙酰CoA的积累激活PEP羧化酶
葡萄糖降解物与cAMP的关系
ATP 腺苷酸 抑制 环化酶
cAMP
磷酸二酯
5'-AMP
酶 激活
葡萄糖
分解代 谢产物
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真核生物基因表达调控
• 真核基因表达调控的五个水平
DNA水平调节 转录水平调节 转录后加工的调节 翻译水平调节 翻译后加工的调节
• 真核基因调控主要是正调控 • 顺式作用元件和反式作用因子 • 转录因子的相互作用控制转录
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肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图
激素 受体
G蛋白 环化酶
ATP
cATP+PPi
细胞膜
R
c
蛋白激酶（无活性）
c+ R
蛋白激酶（有活性）
cATP
内在蛋白质的磷酸化作用
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改变细胞的生理过程
细胞膜
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问答题
1、为什么说三羧酸循环是糖、脂、蛋白质三大物质代谢的 共同通路？
第四部分 物质代谢的联系及调节
一、糖、脂类、核酸、蛋白质代谢的相互联系
1、糖代谢与脂类代谢的相互关系 2、糖代谢与蛋白质代谢的相互联系 3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系 4、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系
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1
二 、 代谢调节
1 代谢调节的概念
2、酶水平的调节 （1） 酶定位的区域化 （2） 酶活性的调节(共价修饰，反馈调节) （3） 酶合成的调节（原核生物基因表达的 调控-操纵子学说） 3、细胞信号的跨膜转导
酶 定 位 的 区 域 化
细胞核:核酸合成
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线粒体:丙酮酸氧化;三羧 酸循环;-氧化;呼吸链电 子传递;氧化磷酸化
内质网:蛋白质合成 ;磷脂合成
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酶活性的前馈和反馈调节
前馈（feedforward ）和反馈（feedback ）是来自电
子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响”， 后者的意思是“输出对输入的影响”，这里分别借用来说 明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。这种调节作用
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顺序反馈抑制示意图
-
E1
A
B
C
-
H
J E2
D
E3
F
G
-
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芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节
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协同调节示意图
-
--
J
E1
A
B
C
E2
D
E3 F
G
H
-
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么么么么方面
• Sds绝对是假的
赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节
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阻挡操 纵基因
基因不表达
实例：大肠杆菌乳糖操纵子（如图）
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A.有活性阻遏蛋白
调节基因
酶
的
阻遏蛋白 (有活性)
启动基因 操纵基因
结构基因
阻遏蛋白阻挡操纵基因 结构基因不表达
诱
B.有活性阻遏蛋白加诱导剂
导
mRNA
和
诱导物
阻
遏
C.无活性阻遏蛋白
酶蛋白
诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起 到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达
b、酶合成的诱导和阻遏机理
实例：诱导型操纵子乳糖操纵子
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阻遏型操纵子 色氨酸操纵子（自学） 34
酶合成的诱导机理
调节基因
诱导物
阻ห้องสมุดไป่ตู้蛋白 （有活性）
阻遏蛋白 （无活性）
不能阻挡 操纵基因
基因表达
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酶合成的阻遏机理
调节基因
阻遏物
阻遏蛋白 （无活性）
阻遏蛋白 （有活性）
6
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6、糖原
节方式快速、
1-磷酸葡萄糖
葡萄糖
效率极高。
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血液
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
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反馈抑制
由代谢终产物作为变构剂来抑制在此产 物合成过程中某一酶（通常为限速酶）活 性的作用，称为反馈抑制。这是一种负反 馈机制，多数情况下控制合成代谢。
类型：顺序反馈抑制 协同反馈抑制 累积反馈抑制 同工酶反馈抑制
B
C2 PEP羧激酶
磷酸二羟丙酮
3-P-甘油 乳酸
甘油
乙酰CoA
（胞液） （线粒体）
TCA循环
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脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
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生物氧化的三个阶段
乙醛酸
柠檬酸 异柠檬酸
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代谢调节
一、代谢调节的概念 二、细胞区域化调节
三、酶水平的调节
四、激素调节
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代谢调节
生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同 时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调 节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发 育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及 生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理 功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。
操
mRNA
纵
阻遏蛋白(无活性)
酶蛋白
子
D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂
阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表达
模
型
代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋 白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达
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代谢产物
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A、乳糖操纵子的结构
调节
乳
基因
糖
R
启 动 操纵 子 基因
PO
乳糖结构基因
LacZ
LacY Laca
CAP结 合部位
结构基因
P O LacZ LacY Laca T
RNA聚 合酶
mRNAZ mRNAY
基
mRNAa 因 表 达
CAP
cAMP -CAP
降低cAMP浓度 cAMP 使CAP呈失活状态
CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）
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天冬氨酸
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（PEP） 丙酮酸
（胞液） （线粒体）
（转氨基作用）
谷氨酸
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蛋白质 核酸
糖
类
氨基酸
核苷酸
脂
类 生糖氨基酸
核糖-5-磷酸
氨
甘氨酸 天冬氨酸
基
谷氨酰氨
酸
丙氨酸 甘氨酸
生酮氨基酸
和
丝氨酰 苏氨酸
亮氨酸 赖氨酸
核 苷
半胱氨酸 天冬氨酸
酪酰氨 色氨酸
笨丙氨酸
酸
天冬酰氨
异亮氨酸
之
酪氨酸 天冬氨酸
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代谢调节的四级水平：
酶水平调节
细胞水平调节
激素水平调节
多细胞整体水平调节