细胞代谢与基因表达调控-课件.ppt

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1、重点：代谢途径的相互作用 酶活性的调节 真核生物与原核生物基因的表达调控难点：基因表达调节的水平与差异。,第十五章 物质代谢的联系及其调节,第一节 细胞代谢的调节网络,一、代谢途径交叉形成网络二、分解代谢和合成代谢的单向性三、ATP是通用的能量载体四、NADPH 以还原力形式携带能量五、代谢的基本要略,糖代谢与脂类代谢的相互联系,糖代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂肪,甘油,磷酸二羟丙酮,脂肪酸,乙酰CoA,氨基酸碳架,氨基酸,蛋白质,蛋白质,氨基酸,酮酸或乙酰CoA,脂肪酸,脂肪,（生酮氨基酸）,脂肪代谢和糖代谢的关系,延胡索酸,琥珀酸,苹果酸,草酰乙酸,3-磷酸

2、甘油,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸,植物或微生物,糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系,糖分解和糖异生途径中相对独立的单向反应,ATP携带能量由能源传递给细胞的需能过程,ATP,ADP+Pi,太阳能,化学能,生物合成,细胞运动,膜运输,通过NADPH循环将还原力由分解代谢转移给生物合成反应,NADPH+H+,NADP+,分解代谢,还原性有机物,还原性生物合成反应,氧化物,还原性生物合成产物,氧化前体,6葡萄糖-6-磷酸,66-磷酸-葡萄糖酸内酯,66-磷酸-葡萄糖酸,65-磷酸-核酮糖,NADPH,NADPH CO2,25-磷酸-核糖,25-磷酸-木酮糖,23-磷酸甘油醛,27-磷酸景

3、天庚酮糖,2果糖-6-磷酸,24-磷酸赤藓糖,2果糖-6-磷酸,23-磷酸甘油醛,果糖-1.6-二磷酸,果糖-6-磷酸,H2O,Pi,H2O,25-磷酸-木酮糖,葡萄糖,丙酮酸,丙酮酸,乙酰COA,丙酮酸,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸,乙酰COA,草酰乙酸,苹果酸,丙酮酸,柠檬酸合酶,丙酮酸羧化酶,NADP,NADPH+CO2,苹果酸酶,NAD,NADH,CO2,ATP,ATP柠檬酸裂解酶,ADP+Pi,ATP+HSCOA,胞 液,线粒体,乙酰CoA的转运（柠檬酸丙酮酸循环）,代谢的基本要略,代谢的基本要略在于形成ATP、还原力和构造单元以用于生物合成。由ATP、还原力和构造单元可合成各类生物分子

4、，并进而装配成生物不同层次的结构。生物合成和生物形态建成是一个耗能和增加有序结构的过程，需要由物质流、能量流和信息流来支持。,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递（氧化）,蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,共同降解物,代谢终产物,构造单元,NADPH,一、酶活性的调节二、细胞对代谢途径的分隔与控制,第二节 代 谢 调 节,一、酶活性的调节,最基本的代谢调节,酶活性调节,酶含量调节,变构效应（别构）,共价修饰,基因表达调控,酶的激活与抑制,酶的诱导与阻遏,酶活性的前馈和反馈调节,底物和代谢产物对代谢过程的调节作用。其调节机理是通过酶的变构效应来实现的。

5、,葡萄糖,丙酮酸,羧化酶,乙酰CoA,磷酸烯醇式丙酮酸,1，6-二磷酸果糖,天冬氨酸,氨基酸,蛋白质,嘧啶核苷酸,核酸,氨甲酰天冬氨酸,磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应的调节控制,产能反应和需能反应的调节,糖酵解与三羧酸循环途径的调节,丙酮酸,G,细胞液,柠檬酸,乙酰CoA,柠檬酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,乙酰CoA,丙酮酸,线粒体,G-6-P,F-6-P,F-1.6-2P,磷酸果糖激酶,PEP,ADP+Pi ATP,ADP+Pi ATP,NADH,O2,ATP ADP+Pi,AMP+ATP 2ADP,Pi,Pi,丙酮酸激酶,己糖激酶,丙酮酸脱氢酶,柠檬酸合成酶,-酮戊二酸 脱氢酶,酶分子中的某些基团，

6、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）。,共价修饰,例：糖原磷酸化酶的共价修饰,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)。,酶级联系统调控示意图,肾上腺素或胰高血糖素,1、腺苷酸环化酶（无活性）,腺苷酸环化酶（活性）,2、ATP,cAMP,R、cAMP,3、蛋白激酶（无活性）,蛋白激酶（活性）,4、磷酸化酶激酶（无活性）,磷酸化酶激酶（活性）,5、磷酸化酶 b（无活性）,磷

7、酸化酶 a（活性）,6、糖原,6-磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,葡萄糖,血液,肾上腺素或胰高血糖素,1,4,5,6,酶定位的区域化,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,细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;,细胞核:核酸合成,内质网:蛋白质合成;磷脂合成,细胞膜结构对代谢的调节和控制作用,控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度 控制细胞和细胞器的物质运输 内膜系统对代谢途径的分隔作用 膜与酶的可逆结合,动物细胞结构和代谢途径,一、原核生物基因表达的调节二、真核生物基因表达的调控,第三节 基因表达的调控,1、基因表达的时间性及空间性（1）时间特异性 某一基因的表达

8、严格按特定的时间顺序发生（2）空间特异性 在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现,2、基因表达的方式按对刺激的反应可分为：（1）组成性表达管家基因（housekeeping gene）-在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。此类基因只受启动子序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，不受其他机制的调节,（2）诱导和阻遏表达诱导（induction）-可诱导基因在特定环境信号刺激下表达增强的过程。DNA损伤 修复酶基因激活乳糖 利用乳糖的三种酶表达阻遏（repression）-可阻遏基因表达产物水平降低的过程色氨酸 色氨酸合成酶系,原核生物酶合成调节的遗传机制操纵子学

9、说,P,S1,S2,S3,启动子,O,Promoter,调控序列,结构基因,操纵子（operon）,结合RNA聚合酶,表达功能蛋白,?,操纵子（operon）:原核生物的转录单位,操纵基因,Operator,酶的诱导和阻遏操纵子模型,B.有活性阻遏蛋白加诱导剂,A.有活性阻遏蛋白,C.无活性阻遏蛋白,D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂,衰减（attenuation）：主要涉及与氨基酸合成有关的操纵基因。色氨酸操纵基因启动子下游有一段引导顺序（50-60bp有2个色氨酸密码子），终止信号位于100-140bp之间，可形成发夹结构，但取决于聚合酶与核糖体之间的相对位置。,真核生物基因表达调控,真核基因表

10、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,转录水平的调控,最重要顺式作用元件反式作用因子转录起始的调控,（1）顺式作用元件,影响自身基因表达活性的DNA序列非编码序列分启动子、增强子、沉默子启动子TATA盒，-25bp上游启动子元件(upstream promotor elements,UPE)，CAAT 盒，-75bp；GC序列等,增强子：远离转录起始点（130kb），增强启动子转录活性DNA序列，与方向、距离无关沉默子：负性调节元件，起阻遏作用,顺式作用元件,增强子,（2）反式作用因子(trans-acting factor),概念：为DNA结合蛋白，核内蛋白，可使邻近基因开放（正调控）或关闭（负调控）通用转录因子结合在TATA盒上的蛋白质因子。TFA、TFB、TFD、TFE等转录调控因子结合在UPE上的蛋白质因子,反式作用因子特点,三个功能结构域：DNA识别结合域；转录活性域；结合其他蛋白的结合域能识别并结合顺式作用元件(cis-acting element)正调控与负调控,