1、 第十三章第十三章 物质代谢的调节控制物质代谢的调节控制n第一节第一节 代谢调控的类型代谢调控的类型n第二节第二节 激素的调节作用激素的调节作用n第三节第三节 细胞水平的反馈调节机制细胞水平的反馈调节机制n第四节第四节 基因表达的调节控制基因表达的调节控制n第五节第五节 糖代谢与脂代谢调节糖代谢与脂代谢调节n第六节第六节 代谢调节与微生物发酵代谢调节与微生物发酵n生命现象是生物体内发生的极其复杂的生命现象是生物体内发生的极其复杂的生物化学过程的生物化学过程的综合结果综合结果。n为了保证生命活动（为了保证生命活动（如生长、发育、分如生长、发育、分化、繁殖、代谢和运动等化、繁殖、代谢和运动等）能够
2、有条不）能够有条不紊地进行，所有生物体内发生的生物化紊地进行，所有生物体内发生的生物化学过程都必须受到有效的调控。学过程都必须受到有效的调控。n生物调控机制是生物在长期进化过程中生物调控机制是生物在长期进化过程中逐步形成的。生物进化程度愈高，调控逐步形成的。生物进化程度愈高，调控机制愈机制愈完善完善、愈、愈复杂复杂。调控的分子生物学基础调控的分子生物学基础n调控的本质是化学物质与机体组织中具调控的本质是化学物质与机体组织中具有重要功能的生物大分子之间进行物理有重要功能的生物大分子之间进行物理化学反应的最终结果。化学反应的最终结果。n这些能够与化学物质发生结合并产生相这些能够与化学物质发生结合并
3、产生相应作用的生物大分子，一般称为应作用的生物大分子，一般称为受体受体。n调控分调控分生物体内物质的调控生物体内物质的调控和和外源化学外源化学物质的调控。物质的调控。物质之间的相互作用物质之间的相互作用n包括生物大分子之间的包括生物大分子之间的相互识别与作用相互识别与作用，如核酸与，如核酸与蛋白质之间的作用多糖与蛋白质之间的相互作用；蛋白质之间的作用多糖与蛋白质之间的相互作用；蛋白质与蛋白质之间的相互作用。蛋白质与蛋白质之间的相互作用。n有机小分子与生物大分子有机小分子与生物大分子之间的相互作用，如辅酶之间的相互作用，如辅酶与酶之间的相互作用。与酶之间的相互作用。n有机分子与酶或蛋白质受体有机
4、分子与酶或蛋白质受体之间的相互作用。之间的相互作用。n底物与酶分子之间底物与酶分子之间的识别以及相互作用。的识别以及相互作用。n无机金属离子与生物大分子无机金属离子与生物大分子之间的相互作用，如金之间的相互作用，如金属离子与酶或蛋白质之间的络合；与生物小分子属离子与酶或蛋白质之间的络合；与生物小分子（辅酶、（辅酶、ATPATP等）之间的络合作用。等）之间的络合作用。第一节第一节 代谢调控的类型代谢调控的类型n神经调控作用神经调控作用n激素调控作用激素调控作用n细胞水平的调节作用细胞水平的调节作用n人及高等动物具有高度发达的神经系统，这人及高等动物具有高度发达的神经系统，这类生物的各种活动和代谢
5、的调节机制都处于类生物的各种活动和代谢的调节机制都处于中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接影响各种影响各种酶的合成酶的合成，又影响内分泌腺分泌激，又影响内分泌腺分泌激素的素的种类和水平种类和水平，所以神经系统的调节具有，所以神经系统的调节具有整体性特点整体性特点。n神经系统对生命活动的调控在很大程度上是神经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节通过调节激素的分泌激素的分泌来实现的来实现的。神经调控作用神经调控作用 第二节第二节 激素调节功能激素调节功能激素调控作用激素调控作用n激素是生物体内特定细胞产生的的对某些激素是生物体内特定细胞产生的的对某些靶
6、细胞具有特殊刺激作用的微量物质。靶细胞具有特殊刺激作用的微量物质。n激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质，它对激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质，它对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。各种生命活动和代谢过程具有调控功能。n激素调控往往是激素调控往往是局部性局部性的，并且直接或间接受到的，并且直接或间接受到神经系统的控制。神经系统的控制。n通常一种激素只作用于一定的细胞组织，不同的通常一种激素只作用于一定的细胞组织，不同的激素调节不同的物质代谢或生理过程。激素调节不同的物质代谢或生理过程。n1.1.含量少；含量少；在生物体某特定组织细胞产生。在生物体某特定组织细胞产生。n2.2.通过体液的运
7、动被输送到其他组织中发通过体液的运动被输送到其他组织中发挥作用。挥作用。n3.3.作用很大，效率高作用很大，效率高，在新陈代谢中起调，在新陈代谢中起调节控制作用。节控制作用。n4.4.在医疗上，激素也是一类重要在医疗上，激素也是一类重要药物。药物。激素具有以下几个特点：激素具有以下几个特点：激素的分类激素的分类n在生物激素中，在生物激素中，动物激素动物激素最为重要。最为重要。植物激素植物激素主要为主要为植物生长调节剂。植物生长调节剂。n根据激素的化学结构和调控功能，一般可以分为三类根据激素的化学结构和调控功能，一般可以分为三类 n（1 1）含氮激素。含氮激素。包括蛋白质激素、多肽激素、氨基包括
8、蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素等。酸衍生物激素等。n（2 2）类固醇激素。类固醇激素。性腺和肾上腺皮质分泌的激素大性腺和肾上腺皮质分泌的激素大多数是类固醇激素。多数是类固醇激素。n（3 3）脂肪酸衍生物激素。脂肪酸衍生物激素。主要由生殖系统及其它组主要由生殖系统及其它组织分泌产生。织分泌产生。甲状腺激素甲状腺激素n甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的甲状腺所分泌的激素主要是甲状腺素和少量的三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性约为三碘甲腺原氨酸。三碘甲腺原氨酸的活性约为甲状腺素的甲状腺素的5 51010倍。二者的结构如下：倍。二者的结构如下：OIHOINH2II-CH2-CH-COO
9、H-CH2-CH-COOHIINH2HOIO甲状腺素三碘甲腺原氨酸甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内甲状腺是体内吸收碘能力最强的组织，能将体内70-80%70-80%的碘富集在其中。的碘富集在其中。甲状腺素甲状腺素生理功能生理功能n在甲状腺素的合成中，碘化过程并不是在甲状腺素的合成中，碘化过程并不是发生在游离的酪氨酸上，而是甲状腺球发生在游离的酪氨酸上，而是甲状腺球蛋白分子中的酪氨酸残基发生蛋白分子中的酪氨酸残基发生碘化反应。碘化反应。n主要是促进糖、脂及蛋白质的代谢；促主要是促进糖、脂及蛋白质的代谢；促进机体的生长发育和组织分化；对进机体的生长发育和组织分化；对中枢中枢神经系统、循环
10、系统、造血过程、肌肉神经系统、循环系统、造血过程、肌肉活动及智力和体质的发育等均有显著作活动及智力和体质的发育等均有显著作用用。n幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时，幼年动物若甲状腺机能减退或切除甲状腺时，将引起发育迟缓，将引起发育迟缓，身材矮小身材矮小，行动呆笨行动呆笨而缓而缓慢；慢；n成年动物甲状腺机能减退时，出现厚皮病，成年动物甲状腺机能减退时，出现厚皮病，心博减慢，基础代谢降低，性机能低下。心博减慢，基础代谢降低，性机能低下。n反之，甲状腺机能亢进，动物眼球突出，心反之，甲状腺机能亢进，动物眼球突出，心跳加快，跳加快，基础代谢增高，消瘦基础代谢增高，消瘦，神经系统兴，神经系统兴奋性
11、提高，表现为神经过敏等奋性提高，表现为神经过敏等.肾上腺素肾上腺素 n肾上腺分为髓质和皮质两部分。髓质分泌肾上腺分为髓质和皮质两部分。髓质分泌肾上腺素和少量去甲肾上腺素。去甲肾上肾上腺素和少量去甲肾上腺素。去甲肾上腺素主要由交感神经末梢分泌。他们也是腺素主要由交感神经末梢分泌。他们也是酪氨酸的衍生物，为酪氨酸的衍生物，为R-R-构型。构型。HOHOCHCH2OHNHCH3HOHOCHCH2OHNH2肾上腺素去甲肾上腺素n肾上腺素具有与肾上腺素具有与交感神经兴奋交感神经兴奋相似相似的作用，使血管收缩，心脏活动加的作用，使血管收缩，心脏活动加强，血压升高，临床上被用来作为强，血压升高，临床上被用来
12、作为升压药物，起抗休克作用。升压药物，起抗休克作用。n肾上腺素主要是肾上腺素主要是调节糖代谢调节糖代谢,它能它能够促进肝糖原和肌糖原的分解，增够促进肝糖原和肌糖原的分解，增加血糖和血中的加血糖和血中的乳酸乳酸含量。含量。肾上腺素肾上腺素功能功能多肽及蛋白质激素多肽及蛋白质激素n 由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、由脑垂体、下丘脑、胰腺、甲状旁腺、胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多胃肠粘膜以及胸腺等分泌的激素属于多肽或蛋白质激素。这些激素具有各种各肽或蛋白质激素。这些激素具有各种各样的功能。样的功能。胰岛素胰岛素n胰岛素是由胰腺中胰岛的胰岛素是由胰腺中胰岛的-细胞分泌的一种细胞分泌的一种含有含有
13、5151个氨基酸残基的蛋白质激素。个氨基酸残基的蛋白质激素。n胰岛素由两条多肽链组成胰岛素的生理功能主胰岛素由两条多肽链组成胰岛素的生理功能主要是促进细胞摄取葡萄糖；促进肝糖原和肌糖要是促进细胞摄取葡萄糖；促进肝糖原和肌糖原的合成；抑制肝糖原的分解。原的合成；抑制肝糖原的分解。n胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用，胰岛素具有抑制细胞内腺苷酸环化酶活性作用，使使cAMPcAMP产生显著减少，导致糖原分解速度减慢。产生显著减少，导致糖原分解速度减慢。胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反。胰岛素的生理功能与肾上腺素的作用相反。（2 2）胰高血糖素）胰高血糖素n胰高血糖素为胰岛的胰高血糖素为胰岛
14、的-细胞分泌的多肽激素，由细胞分泌的多肽激素，由2929个氨基个氨基酸组成，人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样，其结酸组成，人和猪的胰高血糖素的氨基酸序列完全一样，其结构如下：构如下：nHis-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-A
15、sp-ThrTrp-Leu-Met-Asp-Thrn胰高血糖素主要是促进肝糖原分解，使血糖升高，与肾上腺胰高血糖素主要是促进肝糖原分解，使血糖升高，与肾上腺素作用相似。其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化酶，素作用相似。其作用原理是激活肝细胞中的腺苷酸环化酶，使使cAMPcAMP浓度升高，从而提高磷酸化酶活性，促进肝糖原分解浓度升高，从而提高磷酸化酶活性，促进肝糖原分解。甲状旁腺激素甲状旁腺激素n甲状旁腺主要分泌甲状旁腺素（甲状旁腺主要分泌甲状旁腺素（PTHPTH）和降）和降钙素（钙素（CTCT），它们都是多肽激素。），它们都是多肽激素。n二者的生理作用相反，二者的生理作用相反，PTHPTH可
16、以升高血钙，可以升高血钙，而而CTCT则可以降低血钙，因此都是调节钙磷代则可以降低血钙，因此都是调节钙磷代谢的激素。谢的激素。糖皮质激素功能糖皮质激素功能n调节糖代谢：调节糖代谢：抑制糖的氧化，使血糖抑制糖的氧化，使血糖升高；促进蛋白质转化为糖。这类激升高；促进蛋白质转化为糖。这类激素还具有良好的抗炎，抗过敏作用，素还具有良好的抗炎，抗过敏作用，是常用的激素药物。是常用的激素药物。n调节水盐代谢：调节水盐代谢：促使体内保留钠离子及排出过促使体内保留钠离子及排出过多的钾离子，调节水盐代谢。肾上腺皮质激素多的钾离子，调节水盐代谢。肾上腺皮质激素分泌失常，将引起糖代谢及无机盐代谢紊乱而分泌失常，将引
17、起糖代谢及无机盐代谢紊乱而出现病症。出现病症。盐皮质激素盐皮质激素性激素性激素n性激素属于类固醇类激素，可分为雄性激素性激素属于类固醇类激素，可分为雄性激素和雌性激素两类。它们与动物的性别及第二和雌性激素两类。它们与动物的性别及第二性征的发育有关。性征的发育有关。n性激素的分泌受垂体的促性腺激素（性激素的分泌受垂体的促性腺激素（LHF LHF 和和 SHSH）调节。）调节。n 第三节第三节细胞细胞-酶水平调控作用酶水平调控作用n细胞细胞-酶水平调控是通过调节细胞内的酶酶水平调控是通过调节细胞内的酶的种类、数量、分布或活性来控制各种的种类、数量、分布或活性来控制各种代谢过程或生理过程。代谢过程或
18、生理过程。n这类调控主要包括：细胞膜结构的调控这类调控主要包括：细胞膜结构的调控作用和酶的活性调控作用。作用和酶的活性调控作用。n某些人工合成或天然存在的化学物质也某些人工合成或天然存在的化学物质也具有调控功能，主要是表现在对酶的活具有调控功能，主要是表现在对酶的活性影响方面。性影响方面。n细胞内进行的错综复杂的代谢过程及生理细胞内进行的错综复杂的代谢过程及生理变化，主要是通过变化，主要是通过酶的调节酶的调节来实现的。来实现的。n实际上，激素的调控作用也是通过对酶的实际上，激素的调控作用也是通过对酶的影响（酶的产生和酶的活性）而实现的。影响（酶的产生和酶的活性）而实现的。n细胞细胞-酶对生物体
19、内发生的生物化学过程的酶对生物体内发生的生物化学过程的调控主要包括调控主要包括细胞膜结构的调控作用细胞膜结构的调控作用和和酶酶的活性调控作用的活性调控作用两个方面。两个方面。一、细胞膜结构的调控作用一、细胞膜结构的调控作用n细胞内发生的各种代谢反应及生理变化细胞内发生的各种代谢反应及生理变化之所以能够有条不紊地进行，首先是由之所以能够有条不紊地进行，首先是由于细胞本身具有的特殊膜结构。如果细于细胞本身具有的特殊膜结构。如果细胞的完整性受到破坏，细胞水平的调控胞的完整性受到破坏，细胞水平的调控功能将丧失。功能将丧失。二、酶活性的调控二、酶活性的调控n酶除了具有催化功能外，还具有调节和控制酶除了具
20、有催化功能外，还具有调节和控制各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。各类生物化学反应速度、方向和途径的功能。n酶水平的调节作用主要有两种方式：一是通酶水平的调节作用主要有两种方式：一是通过激活或抑制酶的活性；二是通过影响酶的过激活或抑制酶的活性；二是通过影响酶的合成或降解速度，即改变细胞内酶的含量。合成或降解速度，即改变细胞内酶的含量。这种酶水平的调节作用是生物调控最重要的这种酶水平的调节作用是生物调控最重要的形式。形式。n酶活性的前馈和反馈调节酶活性的前馈和反馈调节 前馈（前馈（feedforward feedforward）和反馈（）和反馈（feedback feedback）是来自是来
21、自电子工程学的术语，前者的意思是电子工程学的术语，前者的意思是“输入对输出的影输入对输出的影响响”，后者的意思是，后者的意思是“输出对输入的影响输出对输入的影响”，这里分别，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。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是种调节可能是正调控，也可能是负调控，其调节机理是通过酶的变构效应来实现的。通过酶的变构效应来实现的。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反馈反馈前馈前馈别别构构中中心心活性活性中心中心代谢物代谢物反馈调节中酶活性调节的机制反馈调节中酶活性调节的机制酶变构调节作用酶变
22、构调节作用n有些酶分子除了具有活性中心（结合部位和催化有些酶分子除了具有活性中心（结合部位和催化部位）外，还存在一个特殊的调控部位，即部位）外，还存在一个特殊的调控部位，即变构变构中心中心。n变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但它变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但它可以与某些化合物（称为变构剂）发生可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价非共价结结合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑制的作用。这类酶通常称为制的作用。这类酶通常称为变构酶变构酶，由于，由于变构剂变构剂与变构中心的结合与变构中心的结合而而引起酶活性改变的引起酶活性改变的现象
23、则称现象则称为为变构调节作用变构调节作用。n目前已知的变构酶均为目前已知的变构酶均为寡聚酶，寡聚酶，含两个或两含两个或两个以上的亚基，一般分子量较大，而且具有个以上的亚基，一般分子量较大，而且具有复杂的空间结构。复杂的空间结构。n大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程，大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程，由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的竞争性或非竞争性抑制竞争性或非竞争性抑制作用的数量关系。作用的数量关系。变构剂可以分为两类变构剂可以分为两类n激活变构剂：激活变构剂：变构剂与酶分子结合后，酶的构象变构剂与酶分子结合后，酶的构象发生了变化，这种新的
24、构象有利于底物分子与酶发生了变化，这种新的构象有利于底物分子与酶的结合，使酶促反应速度提高。的结合，使酶促反应速度提高。n抑制变构剂：抑制变构剂：变构剂与酶分子结合所引起的酶的变构剂与酶分子结合所引起的酶的构象变化不利于与底物的结合，表现出一定程度构象变化不利于与底物的结合，表现出一定程度的抑制作用。的抑制作用。n实验发现，在变构酶中起实验发现，在变构酶中起催化作用催化作用，称为，称为催化亚催化亚基基；与变构剂结合的对反应起调节作用，称为；与变构剂结合的对反应起调节作用，称为调调节亚基。节亚基。共价修饰调控共价修饰调控n某些酶分子上的基团可以在另一种酶催化下发生共价某些酶分子上的基团可以在另一
25、种酶催化下发生共价修饰作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），从而引起修饰作用（例如磷酸化或去磷酸化作用），从而引起酶活性的激活或抑制。这种作用称为酶活性的激活或抑制。这种作用称为共价修饰作用。共价修饰作用。这类酶则称为共价调节酶。有如下两个特点：这类酶则称为共价调节酶。有如下两个特点：n被修饰的酶可以有两种互变形式，即一种为被修饰的酶可以有两种互变形式，即一种为活性形式活性形式（具有催化活性），另一种为（具有催化活性），另一种为非活性形式非活性形式（无催化活（无催化活性性)。正反两个方向的互变均发生共价修饰反应，并且。正反两个方向的互变均发生共价修饰反应，并且都将引起酶活性的变化。都将引起酶活性的
26、变化。n共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象，所以共价修饰调节作用可以产生酶的连续激活现象，所以n具有具有信号放大信号放大效应。例如肾上腺素引起糖原分解过程效应。例如肾上腺素引起糖原分解过程中的一系列磷酸化激活步骤，其结果将激素的信号被中的一系列磷酸化激活步骤，其结果将激素的信号被逐级放大了约逐级放大了约300300万倍万倍。n 共价修饰第四节第四节 基因表达调控基因表达调控基因表达基因表达转录调控转录调控方式方式n原核生物以原核生物以操纵子操纵子为单元进行表达和调控，为单元进行表达和调控，特异的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性特异的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性的重要因素。的重要因素。I
27、I调节基因调节基因P P启动子启动子O O操作子（操作操作子（操作基因）基因）Z Z、Y Y、A A三种结三种结构基因构基因乳糖操纵子的调节机制乳糖操纵子的调节机制阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节 当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白（蛋白（repressor proteinrepressor protein）处于活性状态，阻止）处于活性状态，阻止RNARNA聚合酶与启动基因的结合，则无法启动转录。聚合酶与启动基因的结合，则无法启动转录。当有乳糖存在时，当有乳糖存在时，laclac操纵子（元）即可被诱导。操纵子（元）即可被诱导。乳糖进入细胞，
28、经乳糖进入细胞，经半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与O O序列解离、转序列解离、转录发生。录发生。异丙基硫代半乳糖苷（异丙基硫代半乳糖苷（IPTGIPTG）是一种作用极）是一种作用极强的诱导剂，不被细菌代谢而十分稳定，因此被强的诱导剂，不被细菌代谢而十分稳定，因此被实验室广泛应用实验室广泛应用 CAPCAP（代谢产物活化蛋白）的正性调节（代谢产物活化蛋白）的正性调节 当没有当没有葡萄糖葡萄糖及及cAMPcAMP浓度较高时，浓度较高时，cA
29、MPcAMP与与CAPCAP结合，这时结合，这时CAPCAP结合在结合在laclac启动序列附近启动序列附近的的CAPCAP位点，可刺激位点，可刺激RNARNA转录活性。葡萄糖的转录活性。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，从而降低了化磷酸二酯酶，从而降低了cAMPcAMP的浓度，的浓度，CAPCAP不能被活化形成不能被活化形成CAPCAPcAMPcAMP复合物，则不复合物，则不能转录。能转录。nlaclac阻遏蛋白负性调节与阻遏蛋白负性调节与CAPCAP正性调节两种机制协正性调节两种机制协调合作：当调合作：当LacLac阻遏蛋白封
30、闭转录时，阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAP对该系对该系统不能发挥作用；但是如果没有统不能发挥作用；但是如果没有CAPCAP存在来加强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。无转录活性。n laclac操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖。乏葡萄糖。调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因辅阻遏物辅阻遏物trp阻遏蛋白原阻遏蛋白原l 调节基因编码的阻遏蛋白原不与操作基因结合，结构基因转录。调节基因编码
31、的阻遏蛋白原不与操作基因结合，结构基因转录。TrpTrp或或TrpTrpRNARNA与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基因不能表达。因结合，结构基因不能表达。阻遏物调节机制阻遏物调节机制色氨酸操纵子的调节机制色氨酸操纵子的调节机制大肠杆菌色氨酸操纵子大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的衰减作用衰减子：衰减子：在转录水平上调节基因表达的衰减作用，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用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减子子是一种位于结构基因上游前导区的是一种位于结构基因上游前导区的终止子终止子
32、。真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解调节降解调节翻译后加工翻译后加工的调节的调节核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 转录后加工的调节转录后加工的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后加工的调节翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控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顺式作用元件和反
33、式作用因子 转录因子的相互作用控制转录转录因子的相互作用控制转录真核基因的调控真核基因的调控翻译调节翻译调节（translational control）真核染色质体（真核染色质体（DNA）转录前调节转录前调节转录初级产物转录初级产物RNA（ProRNA）hnRNA转录后加工的调节（RNA Processing control）转运调节（RNA transport control）mRNAmRNA降解的调控降解的调控mRNA降解物降解物多肽链翻译后加工及蛋白质活性控制（protein activity control）活性蛋白失活蛋白转录调节（transcription control）真核基
34、因的顺式调控元件是基因周围真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的能与特异转录因子结合而影响转录的DNADNA序列。其中主要是起正性调控作用的顺序列。其中主要是起正性调控作用的顺式作用元件，包括启动子式作用元件，包括启动子(promoter)(promoter)、增强子增强子(enhancer)(enhancer)；近年又发现起负性；近年又发现起负性调控作用的调控作用的元件沉寂子元件沉寂子(silencer)(silencer)。n是指是指RNARNA聚合酶结合并起动转录的聚合酶结合并起动转录的DNADNA序列序列。真核启。真核启动子一般包括转录起始点及其上游约动子一般
35、包括转录起始点及其上游约100100200bp200bp序序列，包含有若干具有独立功能的列，包含有若干具有独立功能的DNADNA序列元件，每序列元件，每个元件约长个元件约长7 730bp30bp。n启动子中的元件可以分为两种：启动子中的元件可以分为两种：n核心启动子元件核心启动子元件(core promoter elementcore promoter element)指指RNARNA聚合酶起始转录所必需的最小的聚合酶起始转录所必需的最小的DNADNA序列，包括序列，包括转录起始点及其上游转录起始点及其上游25/25/30bp30bp处的处的TATATATA盒。核盒。核心元件单独起作用时只能确
36、定转录起始位点和产生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。基础水平的转录。n上游启动子元件上游启动子元件(upstream promoter element(upstream promoter element)包括通常位于包括通常位于70bp70bp附近的附近的CAATCAAT盒和盒和GCGC盒、以及距盒、以及距转录起始点更远的上游元件转录起始点更远的上游元件一种能够提高转录效率的顺一种能够提高转录效率的顺式调控元件，通常占式调控元件，通常占100100200bp200bp长度，也和启动子一长度，也和启动子一样由若干组件构成，基本核心组件常为样由若干组件构成，基本核心组件
37、常为8 812bp12bp，可，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。增强子的作用有以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：下特点：n增强子提高同一条增强子提高同一条DNADNA链上基因转录效率链上基因转录效率，可以远可以远距离作用，通常可距离距离作用，通常可距离1 14kb4kb、个别情况下离开所调、个别情况下离开所调控的基因控的基因30kb30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用游都能起作用。n增强子作用与其序列的正反方向无关，增强子作用与其序列的正反方向无关，将增强子方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，向倒置
38、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。可见增强子与启动子是很不相同的。n增强子要有启动子才能发挥作用，增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，没有启动子存在，增强子不能表现活性。增强子不能表现活性。最早在酵母中发现，以后在最早在酵母中发现，以后在T T淋巴细胞的淋巴细胞的T T抗原受体基因抗原受体基因的转录和重排中证实这种沉寂子的作用可不受序列方向的转录和重排中证实这种沉寂子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用，是一种起作用，是一种负调控顺式元件负调控顺式元件。CAAT
39、boxCAATbox（70708080）GC BOXGC BOX（8080110110）以反式作用影响转录的因子可统称为转录因以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子子(transcription factors,TF)(transcription factors,TF)。RNARNA聚合聚合酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。nTBP(TATAbox binding protein)TBP(TATAbox binding protein)是唯一能识是唯一能识别别TATATATA盒并与其结合的转录因子，是三种盒并与其结合的转录因子，是三种RNARNA聚合酶转录时
40、都需要的；聚合酶转录时都需要的；n不同基因由不同的上游启动子元件组成，能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，与不同的转录因子结合，这些转录因子通过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。与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。第五节第五节 糖代谢与脂代谢调节糖代谢与脂代谢调节 能荷能荷n指细胞内指细胞内ATP、ADP、AMP系统系统中可供中可供利用的高能磷酸键的量度。利用的高能磷酸键的量度。n生物体内糖代谢和脂类代谢虽然受到柠生物体内糖代谢和脂类代谢虽然受到柠檬酸、乙酰辅酶檬酸、乙酰辅酶A等物质的调节，但调节等物质的调节，但调节控制中起决定作用的是控制中
41、起决定作用的是ATP、AMP这些这些反应反应能荷的能荷的物质。物质。生物系统中的能流生物系统中的能流糖代谢途径的调节糖代谢途径的调节nATP是糖酵解途径中限速酶磷酸果糖激酶、酵解途径中限速酶磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的反馈抑制物质。丙酮酸激酶的反馈抑制物质。n再三羧酸循环中、再糖原合成与分解途再三羧酸循环中、再糖原合成与分解途径中，径中，ATP均通过调节酶的活性来调节均通过调节酶的活性来调节整个的物质代谢速度。整个的物质代谢速度。PEP丙酮酸丙酮酸生酮氨基酸生酮氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸核糖核糖-5-磷酸磷酸 甘氨酸甘氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰氨谷氨酰氨丙氨酸丙氨酸 甘氨酸甘氨酸丝氨酰丝氨酰苏氨酸
42、苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸 氨基酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮乙酰乙酰CoA甘油甘油脂肪酸脂肪酸胆固醇胆固醇亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪酰氨酪酰氨色氨酸色氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA脂肪脂肪核苷酸核苷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸苯丙酰氨苯丙酰氨酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫酰氨甲硫酰氨苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸乙醛酸乙醛酸蛋白质蛋白质淀粉、糖原淀粉、糖原核酸核酸生糖氨基酸生糖氨基酸谷氨酰氨谷氨酰氨组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸
43、精氨酸谷氨酸谷氨酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙二单酰丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖类、脂类、蛋白质类代谢途径关糖类、脂类、蛋白质类代谢途径关系系 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型。胞的成分和代谢类型。核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。酶和多种蛋白质因子。各类物质代谢都离不
44、开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是能量的是能量的“通货通货”，此外，此外UTP参与多糖的合成，参与多糖的合成，CTP参与磷脂合参与磷脂合成，成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。参与蛋白质合成与糖异生作用。通过通过NADPHNADPH循环将还原力由分解代谢循环将还原力由分解代谢转移给生物合成反应转移给生物合成反应NADPH+HNADPH+H+NADPNADP+分解代谢分解代谢还原性有机物还原性有机物还原性生物合成反应还原性生物合成反应氧化物氧化物还原性生物还原性生物合成产物合成产物氧化前体氧化前体脂肪酸合成的调节脂肪酸合成的调节n乙酰辅酶
45、乙酰辅酶A羧化酶羧化酶呈呈聚合态是具有活性聚合态是具有活性，因此，凡促进其聚合因素起正调节作用，因此，凡促进其聚合因素起正调节作用，使其解聚的因素起负调节作用。使其解聚的因素起负调节作用。第六节第六节 代谢调节与微生物发酵代谢调节与微生物发酵n微生物代谢的调节控制可以直接应用于微生物代谢的调节控制可以直接应用于发酵工业。发酵工业。n目前主要有目前主要有三种措施三种措施改变微生物的正常改变微生物的正常代谢。代谢。1.降低最终产物的浓度降低最终产物的浓度以解除反馈抑制。以解除反馈抑制。2.改变敏感酶和酶生成机制改变敏感酶和酶生成机制。3.改变细胞的透性改变细胞的透性。降低最终产物的浓度降低最终产物
46、的浓度n降低最终产物的浓度可以解除最终产物降低最终产物的浓度可以解除最终产物对合成途径的对合成途径的反馈抑制或阻遏作用反馈抑制或阻遏作用，也，也就能就能积累中间产物或最终产物积累中间产物或最终产物。改变敏感酶的作用机制改变敏感酶的作用机制 选育抗代谢类似物的选育抗代谢类似物的变异株，变异株，也是提高也是提高某些代谢产物产量的措施某些代谢产物产量的措施。改变细胞的透性改变细胞的透性n一方面注意筛选细胞膜通透性强的野生菌株。一方面注意筛选细胞膜通透性强的野生菌株。n另一方面对于通过诱变选育出来的突变体要注另一方面对于通过诱变选育出来的突变体要注意控制发酵条件，以提高细胞膜的透性。意控制发酵条件，以提高细胞膜的透性。本章重点本章重点:1.糖类、脂类、蛋白质和核酸代谢的调控糖类、脂类、蛋白质和核酸代谢的调控和相互关系。和相互关系。2.了解细胞结构、酶活性、信号转导和基了解细胞结构、酶活性、信号转导和基因水平的代谢调节。因水平的代谢调节。
