生物化学代谢调节

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1、酶含量的调节（主要通过基因表达调控来影响蛋白质含量）基因表达（geneexpression）特定核苷酸序列的转录和翻译。原核生物：基因组结构简单，转录和翻译可以在同一时空进行；真核生物：基因组结构复杂，转录和翻译在时间和空间上均被隔开，还需进行转录后和翻译后加工。2.1酶蛋白的合成大肠杆菌（E.coli）基因组约含4000个基因，只有5％高水平表达；人类基因组约含3.5万个基因，只有2％高水平表达。有些基因在各种细胞内都是以恒定水平表达的，这些基因被称为管家基因。以恒定水平表达的方式，被称为组成性表达。(如β-actin,G3PD)可诱导基

2、因：有些基因需在特定环境信号刺激下才能表达，被称为可诱导基因。能增强基因表达的物质，称为诱导剂（inducer）。可阻遏基因另有一些基因在特定环境信号刺激下，表达水平下降，称为可阻遏基因。能阻抑基因表达的物质，称为阻遏剂(repressor)。操纵子（operon）是由功能上相关联的多个编码序列（结构基因）及其上游的调控序列串联在一起构成的一个转录协调单位。2.1.1原核生物基因表达的调控（转录水平）JacobandMonod(1961)操纵子调节基因启动序列操纵序列编码序列(结构基因,S)ABCCRP结合位点多顺反子mRNA功能相关联的数

3、个蛋白质cAMP-CRP结合部位RNA聚合酶附着部位阻遏蛋白阻遏蛋白受体部位控制区（调控序列）信息区转录翻译IPO操纵子调控序列操纵序列启动序列CRP结合位点调节基因编码序列（结构基因）多顺反子mRNA：功能上相关联的多个结构基因受控于同一个启动序列，被转录成一个mRNA、翻译成多种蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子mRNA。2.1.1.1诱导剂诱导酶蛋白合成的机理（基因表达与培养液中存在的碳源有关）（1）培养液中存在高浓度Glc,或Glc和Lac同时存在时，E.coli优先利用葡萄糖——“葡萄糖效应”；主要通过阻遏蛋白的负性调控，使Lac

4、操纵子结构基因关闭；（2）Glc被耗尽，或存在高浓度Lac时，可以通过乳糖诱导，使基因开启；并需要CRP-cAMP的正性调控。乳糖操纵子（lacoperon）RegulatorgenepromotoroperatorstructuralgenesCRPzyapoiCRPsiteRepressor阻遏蛋白的负性调控RNAPolymeras培养液：高浓度Glc,或Glc和Lac同时存在时，E.coli不利用Laclac操纵子RegulatorgenepromotoroperatorstructuralgenesCRPRNA聚合酶zyapoiCR

5、Psiteallolactose↑LactosemRNA透性酶转乙酰酶－半乳糖苷酶乳糖的诱导作用5'3'培养液：Glc耗尽后，或只存在Lac时，E.coli需利用Lac乳糖是一种弱诱导剂，诱导能力有限，需要CRP的促进作用。即：“Lac诱导＋CRP的正性调控”CRP是变构蛋白，其活性需cAMP的变构激活（CRP-cAMP活性复合物形式）。cAMP的水平又受葡萄糖浓度的影响。激活PDE高浓度Glc→分解代谢产物→cAMP水平↓→不能激活CRP抑制ACLac操纵子缺乏CRP-cAMP的正性调控启动Lac的诱导作用Glc耗尽后PDE↓、AC↑→

6、cAMP水平↑→CRP-cAMP与CAP位点结合促进RNApolⅡ活性增强基因转录活性（出现Glc效应的原因）lac操纵子RegulatorgenepromotoroperatorstructuralgenesCRPCRP-cAMPRNA聚合酶zyapoiCRPsiteallolactosemRNA透性酶转乙酰酶－半乳糖苷酶5'3'CRP-cAMP的正性调控作用Lac操纵子基因转录的调控（1）受阻遏蛋白的负性调控和CAP的正性调控的协调作用，控制基因转录速率；（2）在Glc和Lac都存在时，优先利用Glc,通过阻遏蛋白的负性调控，关闭基因

7、；（3）Glc耗尽后，乳糖作为诱导剂，并通过cAMP-CRP正性调控，促使基因转录。IPTG:异丙基硫代半乳糖苷(强诱导剂)2.1.1.2阻遏剂阻抑酶蛋白合成的机理调节基因表达无活性的阻遏蛋白，不能与操纵序列结合，RNA聚合酶催化基因转录，基因开放。色氨酸作为辅阻遏物，与阻遏蛋白形成有活性的辅阻遏物－阻遏蛋白复合物。活性复合物与操纵序列结合阻止RNA聚合酶移动，基因关闭。色氨酸操纵子（Trpoperon）OtrpRPtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA转录产物5‘端有一162bp长度的前导序列，其中含有能形成“衰减子”结构的序列。（结构

8、基因）调节区在高浓度色氨酸存在下，通过形成特殊的“衰减子”结构，对转录进行更加精细的负性调控。“前导序列”含有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个互补的短序列。序列Ⅰ中含有编码14个aa.的前导肽