生物化学第十四章物质代谢调节

难点：
酶的诱导和阻遏的调节机制
第一节 物质代谢的调节类型特点
一. 神经系统的调节作用
在中区神经的控制下，通过神经递质对效应器发生 直接影响；或者改变某些激素的分泌，再通过各种激 素的相互协调，对整个代谢进行综合调 节。
特点：
短而快 具整体性 直接调 节代谢的作用 多数通过激素发挥作用
二. 激素水平的调节
第五节细胞水平的诱导与阻遏调节机制
一、构成酶与适应酶
根据酶的合成对环境影响的反应不同:
1.构成酶/组成酶
2.适应酶 诱导酶 阻遏酶
二、酶合成的诱导机制---乳糖操纵子
(一）阻遏蛋白的负调控
1. 关闭(无乳糖)
调节基因 操纵 启动子 基因 lacZ lacY
lacA
mRNA
蛋白质 阻遏蛋白 (有活性) Z: -半乳糖苷酶 Y: -半乳糖苷透过酶
通过改变生物体细胞代谢物的浓度,也可以改变某些 酶的活性或含量从而影响代谢反应的速度。
具组织特异性和效应特异性 缓慢而持久 特点： 局部性调 节部分代谢 由神经系统控制分泌
三. 细胞水平的调节
通过代谢物的浓度的改变,来调 节某些酶促反应的速度。 又称酶水平的调节 酶的活性 特点： 酶的数量
细胞水平的调节类型：
3.沉寂子（silencer）
最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的 转录和重排中证实沉寂子的作用的存在。 作用特点： 负调控顺式元件 可不受序列方向的影响 距离发挥作用 并可对异源基因的表达起作用
如： UAS（upstream acticity sequence） CAATbox（－70～－80） GC BOX（－80～－110）
(放大效应)
激素与受体结合 激活腺苷酸环化酶
ATP环化成cAMP cAMP激活蛋白激酶 蛋白激酶激活磷酸化酶激酶
磷酸化酶激酶激活磷酸化酶
3.
第三阶段:
糖原磷酸解生成 1-P-G
肾上腺素
膜上受体
第一阶段:
ATP
细胞膜
腺苷酸环化酶 cAMP 蛋白激酶 （有活性） 磷酸化酶激酶 ADP （有活性） 磷酸化酶a ADP（有活性） 糖原 Pi 1-P-G
第四节
基因表达调节控制
一. 原核生物转录的调控---操纵子 （一）操纵子概念
I－调节基因 P－启动子 O－操作子（操作基因）
Z、Y、A－三种结构基因
（二）阻遏蛋白及操纵基因的组成，特点
1. 阻遏蛋白
调节基因的产物
如：乳糖操纵子阻遏蛋白: 同四聚体,分子量148000；每个肽链347个氨基酸， 分子量为37000。具有活性。有的无活性。
(二).
顺式作用元件(cisacting elements)
真核基因的顺式调控元件: 是指基因周围能与特异转录因子 结合而影响转录的DNA序列。
启动子(promoter)--- 正性调控 增强子(enhancer)--- 正性调控 沉寂子(silencer)--- 负性调控
1.启动子（Promoter）
启动子：是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－200bp序列，包 含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长7－30bp。
启动子中的元件可以分为两种：
①核心启动子元件(core promoter element) 指RNA聚合酶起 始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游－ 25/－30bp处的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起 始位点和产生基础水平的转录。 ②上游启动子元件(upstream promoter element) 包括通常位 于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游 元件
蛋白
阻遏蛋白 (无活性)
酶蛋白
trp
(二) 衰减子的衰减作用(负调控)
衰减子：在转录水平上调节基因表达的衰减作用，用于终止和减 弱转录，这种调节的作用部位叫衰减子——是一种位于结构基因上游前 导区的终止子。
前馈调节: 输入对输出的影响
酶的活性调节
反馈调节: 输出对输入的影响
酶的数量调节
诱导: 底物对酶合成的诱导 阻遏: 产物对酶合成的抑制
第二节
激素调节的机制
激素: 由内分泌腺细胞分泌的化学物质。 有两类: 氨基酸及多肽激素，类固醇激素
一. 多肽激素的作用机制 (一).酶的激活机制 1. 2. 第一阶段: 第二阶段:
2.操纵基因
通过开与关调节结构基因的表达
如:乳糖操纵子的操纵基因: 大小由21bp组成, 具二元旋转对称性
1 20 TGGAATTGTGAGC G GATAACAATT ACCTTAACACTCG C CTATTGTTAA （三）操纵子的种类：诱导型与阻遏型
二. 真核基因的调控 (一).调控水平
(三).
反式作用因子(transacting factors)
反式作用因子：与顺式作用元件结合，以反式作用影响转录的蛋白 因子可统称为转录因子(transcription factors, TF)。 如：RNA聚合酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。
1.GTF（Genaral Transcription Factor ） 通用转录因子 2.TBP(TATAbox binding protein) 是唯一能识别TATA盒并与其结合的转录因子，是三种RNA聚合酶 转录时都需要的； 不同基因由不同的上游启动子元件组成，能与不同的转录因子结合， 这些转录因子通过与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。现在已 经发现有许多不同的转录因子，看到的现象是：同一DNA序列可被不同 的蛋白因子所识别；能直接结合DNA序列的蛋白因子是少数，但不同的 蛋白因子间可以相互作用，因而多数转录因子是通过蛋白质－蛋白质间 作用与DNA序列联系并影响转录效率的
2.增强子（Ehancer）
增强子：一种能够提高转录效率的顺式调控元件。 通常占100－200bp长度，也和启动子一样由若干组件构成，基本核心组 件常为8－12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。 增强子的作用有以下特点： ①增强子提高同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离作用： 通常可距离1－4kb、个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用， 而且在基因的上游或下游都能起作用。 ②增强子作用与其序列的正反方向无关： 将增强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，可见增 强子与启动子是很不相同的。 ③增强子要有启动子才能发挥作用： 没有启动子存在，增强子不能表现活性。
真核染色质体（DNA） 1.转录前调节 2.转录调节（transcription control）
转录初级产物（Pro－RNA）hnRNA
3.转录后加工的调节（RNA Processing control）
mRNA
包括运输调节
4.翻译调节（translational control） 包括mRNA降解的调控 多肽链 5.翻译后加工及蛋白质活性控制 （protein activity control） 活性蛋白
A: -半乳糖苷乙酰基转移酶
2. 开放(有乳糖)
操纵 启动子 基因 lacZ lacY
调节基因
lacA
mRNA
蛋白质 阻遏蛋白 (有活性)
mRNA
乳糖 阻遏蛋白 (无活性)
分解乳糖
(二）CAP的正调控
操纵 启动子 基因 lacZ lacY
调节基因
lacA
CAP CAP-cAMP cAMP
复合物
三、酶合成的阻遏机制---色氨酸操纵子
（一）阻遏蛋白的负调控
1.关闭(有trp)
结构基因 调节基因 操纵基因
E
mRNA
D
C
B
A
蛋白
辅阻遏物trp 阻遏蛋白 阻遏蛋白- trp （无活性） （有活性） A,B,C,D,E----合成色氨酸有关的酶
2.开放(无trp)
结构基因
调节基因 操纵基因
mRNA
第
十四
章
物 质 代 谢 的 调 节 控 制
学习目的与要求：
通过本章的学习使学生掌握 1.物质代谢的调节类型,特点 2.激素调节的机制及特点 3.反馈调节类型及机制 4.真核基因的调控 5.酶的诱导和阻遏的调 节机制
重点：
1.激素调 节的机制 2.反馈的机制 3.操纵子学说 4.酶的诱导和阻遏的调 节机制
+
mRNA
当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在 lac启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA转录活性。葡萄糖的分解代谢 产物能抑制腺苷酸环化酶活性并活化磷酸二酯酶，从而降低了cAMP的浓 度，CAP不能被活化形成CAP－cAMP复合物，则不能转录。
lac阻遏蛋白负性调节与CAP正性调节两种机制协调合作： 当Lac阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用； 但是如果没有CAP存在来加强转录活性，即使阻遏蛋白从操 纵序列上解聚仍几无转录活性。 lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖。
hnRNA
激素
受体
激素--受体复合物
mRNA 酶
第三节
反馈调节的机制
一. 反馈抑制的类型 (一). 协调反馈抑制 A
E1 D
B
C
E
如:
Asp AK Lys
AK:天冬氨酸激酶
Thr Met
(二). 同工酶调节
AKI Asp AKII AKIII
高丝氨酸
高丝氨酸
Thr
Met
Lys
(三). 累积反馈抑制
a%
A b% B c%
总抑制% =
C D E
a% + b% + c%
(四). 合作反馈抑制
a%c%
b%
E
总抑制% > a%
(五). 顺序反馈抑制 D A B C F G E
二. 反馈调节的机制
1. 具有反馈调节的酶: 2. 变构酶的组成: 3. 变构剂: 变构酶 变构中心 (调节部位) 活性中心 产物
蛋白激酶 （无活性）
第二阶段:
磷酸化酶激酶 （无活性） ATP 磷酸化酶b （无活性)
ATP
第三阶段:
(二).基因表达机制
受体
激素
腺苷酸环化酶
ATP cAMP
组蛋白激酶 无活性 组蛋白
OH
组蛋白激酶 有活性
O-P
mRNA
二. 类固醇激素的作用机制
1. 第一阶段: 激素进入细胞， 激素与受体结合形成激素--受体复合物 2. 第二阶段: 复合物进入细胞核 与特定部位结合 3. 第三阶段: 基因表达合成酶