《大连理工大学生物化学课件--细胞代谢与基因表达调控（调研知识）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大连理工大学生物化学课件--细胞代谢与基因表达调控（调研知识）（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、细胞代谢细胞代谢 与与 基因表达调控基因表达调控1优选分析糖分解代谢糖分解代谢 糖酵解：葡萄糖糖酵解：葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 6384 己糖进入糖酵解：果糖己糖进入糖酵解：果糖 6-磷酸磷酸果糖果糖 8589 半乳糖半乳糖 1-磷酸磷酸半乳糖半乳糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 甘露糖甘露糖 6-磷酸磷酸甘露糖甘露糖 6-磷酸磷酸果糖果糖 丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸乙酰乙酰COA 9296 柠檬酸循环：乙酰柠檬酸循环：乙酰COA CO2 95112 氧化磷酸化：合成氧化磷酸化：合成ATP 114146 磷酸戊糖途径：磷酸戊糖途径：6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖核糖核糖-5-磷酸磷酸+NA
2、DPH 147153 糖原分解：糖原糖原分解：糖原1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖血糖血糖 1761822优选分析糖合成代谢糖合成代谢 糖异生：糖酵解中间物、产物及糖异生：糖酵解中间物、产物及TCA中间物中间物葡萄糖葡萄糖 154158 葡萄糖葡萄糖-乳酸循环：乳酸循环：葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸葡萄糖葡萄糖 158 糖原合成：糖原合成：6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原糖原 183187 光合作用：光合作用： CO2+H2O 葡萄糖葡萄糖+O2 1972293优选分析脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢 脂肪酸脂肪酸-氧化：脂肪酸氧化：脂肪酸乙酰乙酰COA 234239 酮体氧化
3、：乙酰乙酸、酮体氧化：乙酰乙酸、-羟丁酸羟丁酸乙酰乙酰COA CO2 245脂类合成代谢脂类合成代谢 脂肪酸合成：脂肪酸合成：乙酰乙酰COA 脂肪酸脂肪酸 257267 三脂酰甘油合成：三脂酰甘油合成：乙酰乙酰COA 脂肪酸脂肪酸 三脂酰甘油三脂酰甘油 267268 形成酮体：形成酮体：乙酰乙酰COA 乙酰乙酸、乙酰乙酸、-羟丁酸羟丁酸 244245 胆固醇及胆固醇酯合成：胆固醇及胆固醇酯合成：乙酰乙酰COA 胆固醇胆固醇胆固醇酯胆固醇酯 284 磷脂合成：脂肪酸磷脂合成：脂肪酸磷脂磷脂 2682784优选分析氨基酸核苷酸代谢氨基酸核苷酸代谢 氨基酸分解：氨基酸氨基酸分解：氨基酸乙酰乙酰COA
4、，TCA中间物中间物 303329 氨基酸合成氨基酸合成 尿素循环：氨尿素循环：氨尿素尿素 340362 葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循环：丙氨酸丙氨酸循环：丙氨酸葡萄糖葡萄糖 310核苷酸代谢核苷酸代谢 核苷酸分解：嘌呤核苷酸分解：嘌呤尿酸；尿酸； 387391 嘧啶嘧啶氨、氨、CO2、- 丙氨酸、丙氨酸、-氨基异丁酸氨基异丁酸 核苷酸合成：核苷酸合成：氨基酸氨基酸嘌呤、嘧啶嘌呤、嘧啶 391403DNA复制、修复：复制、修复： 406 RNA合成及加工：合成及加工： 455蛋白质合成及修饰：蛋白质合成及修饰： 5175优选分析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-
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
6、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一一、细细胞胞代代谢谢的的调调节节网网络络6优选分析糖代谢与脂类代谢的相互联系糖代谢与脂类代谢的相互联系糖代谢与脂类代谢的相互联系糖代谢与脂类代谢的相互联系糖糖乙酰乙酰CoA，NADPH脂肪酸脂肪酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪有有氧氧化氧氧化酵解酵解从头合成从头合成脂肪脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮糖代谢糖代谢脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸糖糖 (植物植物)乙醛酸循环乙醛
7、酸循环 -氧化氧化糖异生糖异生TCA一、细胞代谢的调节网络一、细胞代谢的调节网络7优选分析脂肪代谢和糖代谢的关系脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循环循环乙醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸合合成成植物或微植物或微生物生物葡萄糖葡萄糖8优选分析糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖代谢与蛋白质代谢的相互联系糖糖 -酮酸酮酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 NH3蛋白
8、质蛋白质 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 糖糖（生糖氨基酸）（生糖氨基酸）9优选分析脂类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脂肪甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰CoA氨基酸碳架氨基酸碳架氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸酮酸或乙酰酮酸或乙酰CoA脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪（生酮氨基酸）（生酮氨基酸）10优选分析核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系核核酸酸是是细细胞胞内内重重要要的的遗遗传传物物质质，控控制制着着蛋蛋白白质质的的合合成成，影影响响细胞的成分和代谢类型；细胞的成分和代谢类型；核核酸酸生生物物合合成成需需要要糖
9、糖和和蛋蛋白白质质的的代代谢谢中中间间产产物物参参加加，而而且且需需要酶和多种蛋白因子；要酶和多种蛋白因子；各各类类物物质质代代谢谢都都离离不不开开具具高高能能磷磷酸酸键键的的各各种种核核苷苷酸酸，如如ATP是是能能量量的的“通通货货”，UTP参参与与多多糖糖的的合合成成，CTP参参与与磷磷脂脂合合成成，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；核核苷苷酸酸的的一一些些衍衍生生物物具具重重要要生生理理功功能能（如如CoA，NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。）。11优选分析分解代谢和合成分解代谢和合成代谢的单向性代谢的单向性 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-1-磷酸
10、葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 2 草酰乙酸草酰乙酸PEPPEP羧激酶羧激酶12优选分析ATP 和和 NADPH13优选分析细胞能量状态指标细胞能量状态指标能荷能荷= ATP+0.5ADPATP+ADP+AMPATPATP ADPATP系统质量作用
11、比系统质量作用比=14优选分析由由ATP携带能量传递给细胞的需能过程携带能量传递给细胞的需能过程ATPADP+Pi太阳能太阳能化学能化学能生物合成生物合成细胞运动细胞运动膜运输膜运输15优选分析肌肌肉肉使使用用 ATP 做做功功16优选分析肌肌肉肉使使用用 ATP 做做功功17优选分析脑脑利利用用 ATP 产产生生神神经经冲冲动动18优选分析通过通过NADPH循环将还原力由分解代谢转移循环将还原力由分解代谢转移给生物合成反应给生物合成反应NADPH+H+NADP+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
12、氧化前体19优选分析二、二、 代谢的基本要略代谢的基本要略代代谢谢的的基基本本要要略略在在于于形形成成ATP、还还原原力力和和构构造造单单元元以以用用于于生生物物合合成成各各类类生生物物分分子子，进进而而装装配配成成生生物物不不同同层层次次的的结结构构。生生物物合合成成和和生生物物形形态态建建成成是是一一个个耗耗能能和和增增加加有有序序结结构构的的过过程程，需需要要由由物质流、能量流和信息流物质流、能量流和信息流来支持。来支持。20优选分析代代 谢谢 调调 节节代谢调节的四级水平：代谢调节的四级水平： 酶水平调节酶水平调节 细胞水平调节细胞水平调节 激素水平调节激素水平调节 神经水平调节神经水
13、平调节多细胞整体水平调节多细胞整体水平调节 生命有限的空间内，同时有复杂的代谢途径在运生命有限的空间内，同时有复杂的代谢途径在运转，因此必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢转，因此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。适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。 漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生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变为复杂。理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之变为复杂。21优选分析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 ）和反馈（）和反馈（
14、feedback ）是来自电子工程）是来自电子工程学的术语，前者的意思是学的术语，前者的意思是“输入对输出的影响输入对输出的影响”，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”，这里分别借用来说明底物和代谢产物对，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。这种调节可能是正调控，也可能是负调控，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，其调节机理是通过酶的变构效应来实现。其调节机理是通过酶的变构效应来实现。S0SnS2S1E0E1En-1或或+或或+反馈反馈前馈前馈22优选分析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代谢物代谢物别别构构中
15、中心心活活性性中中心心23优选分析6-磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用磷酸葡萄糖对糖原合成的前馈激活作用GUDPG6-P-G+1-P-G糖原糖原糖原糖原 合成酶合成酶ATP ADP UTP UDPG 24优选分析葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸羧羧化化酶酶乙酰乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸拧檬酸拧檬酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核酸核酸 氨甲酰氨甲酰天冬氨酸天冬氨酸+PEP羧化反应羧化反应的调节控制的调节控制25优选分析反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸分支酸分支酸脱氧庚
16、酮糖酸脱氧庚酮糖酸-7-磷酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸脱氢奎尼酸脱氢奎尼酸莽草酸莽草酸谷氨酸谷氨酸PEP + +预苯酸预苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛高丝氨酸高丝氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸氨基酸合成的反馈调控氨基酸合成的反馈调控26优选分析糖酵解与糖酵解与TCA循环途径的调节循环途径的调节丙酮酸丙酮酸细胞液细胞液柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸 线粒体线粒体 G-6-P
17、 F-6-P F-1.6-2P 磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶 PEPADP+Pi ATPADP+Pi ATP NADH O2ATP ADP+PiAMP + ATP 2ADP PiPi PEP 羧激酶羧激酶+-+- 丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶 柠檬酸柠檬酸合成酶合成酶 -酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶脱氢酶27优选分析 酶分子中的某些基团，在其它酶的催化下，可以共价结合或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，这种方式称为称为酶的共价修饰（酶的共价修饰（Covalent moldification
18、 ）。）。 目前已知有六种修饰方式：目前已知有六种修饰方式：磷酸化磷酸化/去磷酸化，乙酰化去磷酸化，乙酰化/去乙去乙酰化，腺苷酰化酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（去甲基化，氧化（S-S）/还原还原(2SH)。激酶激酶ATPADP磷酸化酶磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶a P（有活性）（有活性）磷酸酯酶磷酸酯酶-OHH2OP例：糖原磷酸化酶的共价修饰例：糖原磷酸化酶的共价修饰酶的共价修饰酶的共价修饰28优选分析磷磷酸酸化化酶酶的的共共价价修修饰饰29优选分析糖原合成酶和糖原磷酸化酶的调控糖原合成酶和糖
19、原磷酸化酶的调控 糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进糖原的分解和合成都是根据肌体的需要由一系列的调控机制进行调控，其限速酶分别为行调控，其限速酶分别为糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶。它们的活。它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰的调节及变构效应的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。糖原合成酶糖原合成酶 a (无无活性活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b (有有活性活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 无活性
20、无活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)PP30优选分析常常见见的的共共价价修修饰饰机机制制 31优选分析酶的共价修饰酶的共价修饰32优选分析酶的共价修饰与级联放大酶的共价修饰与级联放大33优选分析级联系统调级联系统调控示意图控示意图意义：由于酶的共价意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子只要有少量信号分子（如激素）存在，即（如激素）存在，即可通过加速这种酶促可通过加速这种酶促反应，而使大量的另反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。从而获得放大效应。这种调节方式快速、这种调节方式快速、效率极高。效率极高
21、。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化腺苷酸环化酶（无活性）酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP A
22、DP45634优选分析酶酶原原与与酶酶原原激激活活35优选分析36优选分析酶的功能：催化剂；调控代谢速度、酶的功能：催化剂；调控代谢速度、方向和途径方向和途径调控方式：调节酶活性；酶含量调控方式：调节酶活性；酶含量酶活性的调节酶活性的调节37优选分析酶酶活活性性的的别别构构调调节节38优选分析别别构构调调节节39优选分析别别构构调调节节40优选分析别别构构调调节节41优选分析线粒体线粒体:丙酮酸氧丙酮酸氧化化;三羧酸循环三羧酸循环; -氧化氧化;呼吸链呼吸链电子传递电子传递;氧化磷氧化磷酸化酸化细胞质细胞质:酵解酵解;磷戊糖途径磷戊糖途径;糖原合成糖原合成;脂脂肪酸合成肪酸合成;细胞核细胞核:
23、核酸核酸合成合成内质网内质网:蛋白蛋白质合成质合成;磷脂磷脂合成合成细胞结构对细胞结构对代谢途径的代谢途径的分割控制分割控制42优选分析酶酶的的区区域域化化分分布布43优选分析膜膜结结构构对对代代谢谢的的调调节节44优选分析新新陈陈代代谢谢的的组组织织分分工工45优选分析肝肝脏脏中中的的糖糖代代谢谢46优选分析脂脂肪肪的的贮贮存存与与动动员员47优选分析肝肝脏脏中中的的脂脂肪肪酸酸代代谢谢48优选分析肝肝脏脏中中的的氨氨基基酸酸代代谢谢49优选分析氧氧、代代谢谢物物、激激素素血血液液中中的的运运输输50优选分析血糖浓度的调节血糖浓度的调节51优选分析饥饥饿饿状状态态时时的的能能量量调调节节52
24、优选分析饥饥饿饿状状态态时时的的能能量量调调节节53优选分析饥饥饿饿状状态态时时的的能能量量调调节节54优选分析激激素素调调节节的的机机制制甾醇类激素作用原理示意图甾醇类激素作用原理示意图55优选分析肽类激素通过肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图蛋白激酶调节代谢示意图 ATP cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（无活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白56优选分析物质代谢的激素调节物质代谢的激素调节57优选分析物质
25、代谢的激素调节物质代谢的激素调节58优选分析调调节节代代谢谢的的信信息息分分子子59优选分析信信号号受受体体的的种种类类60优选分析物质代谢的激素调节物质代谢的激素调节61优选分析蛋蛋白白质质的的定定位位和和寿寿命命62优选分析1、原核和真核基因组、原核和真核基因组2、原核生物酶合成调节的遗传机制、原核生物酶合成调节的遗传机制3、真核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控三、基因表达的调控63优选分析基因基因(gene)概念的发展概念的发展1866年年 Mender建立遗传两大定律，提出遗传因子的概念建立遗传两大定律，提出遗传因子的概念1903年年 Sutton & Boveri 提出遗传
26、因子位于染色体上提出遗传因子位于染色体上1909年年 Johansen 提出基因概念，取代遗传因子提出基因概念，取代遗传因子1910年年 Morgen 建立基因假说，确认基因是确定性状的功能单位建立基因假说，确认基因是确定性状的功能单位1941年年 Beadle 提出一个基因一个酶学说提出一个基因一个酶学说1944年年 Avery 首次用实验证实首次用实验证实DNA是遗传信息的载体是遗传信息的载体1953年年 Watson & Crick 确定确定DNA双螺旋结构，进一步确定了基双螺旋结构，进一步确定了基 因的本质因的本质1957年年 Benzer 提出顺反子提出顺反子(cistron)学说，
27、认为基因是分子的一学说，认为基因是分子的一 段序列，负责遗传信息的传递段序列，负责遗传信息的传递70年代年代 发现基因包括有遗传效应的外显子发现基因包括有遗传效应的外显子(intron)和无效应的内和无效应的内 含子含子(extron)64优选分析原核生物基因组的特点原核生物基因组的特点1、基因组小，单复制子，、基因组小，单复制子，DNA分子上大部分是编码蛋白质的基因，因此多数为分子上大部分是编码蛋白质的基因，因此多数为单拷贝或仅有少量重复；单拷贝或仅有少量重复；2、功能相同的基因常串联在一起，转录在同一个、功能相同的基因常串联在一起，转录在同一个mRNA 中（多顺反子）；中（多顺反子）；3、
28、有基因重叠，以此增加信息容量。、有基因重叠，以此增加信息容量。真核生物基因组的特点真核生物基因组的特点1、基因组大，有多个复制子；、基因组大，有多个复制子；mRNA 为单顺反子；为单顺反子；2、有大量重复序列，根据重复次数可分为：、有大量重复序列，根据重复次数可分为： 单拷贝序列，主要编码蛋白质，数量多，但含量少单拷贝序列，主要编码蛋白质，数量多，但含量少 中度重复序列，可重复几十到几千次，编码中度重复序列，可重复几十到几千次，编码tRNA、rRNA和表达量大的蛋白质和表达量大的蛋白质 高度重复序列，可重复几百万次，不编码，有高度变异性，可作指纹图谱分析高度重复序列，可重复几百万次，不编码，有
29、高度变异性，可作指纹图谱分析3、有断裂基因，即基因中有外显子区和内含子区，转录后经剪切去掉内含子后、有断裂基因，即基因中有外显子区和内含子区，转录后经剪切去掉内含子后 才成为可翻译的才成为可翻译的mRNA模板或功能模板或功能rRNA。4、DNA上有多数不编码序列，在基因表达调控中起重要作用。上有多数不编码序列，在基因表达调控中起重要作用。65优选分析原核生物的基因表达调控原核生物的基因表达调控66优选分析 操纵子操纵子原核基因表达的协同单位原核基因表达的协同单位操纵子操纵子结构基因（编码蛋白质，结构基因（编码蛋白质，S）控制部位控制部位操纵基因（操纵基因（operator, O）启动子（启动子
30、（premotor, P） 酶诱导和阻遏的操纵子模型酶诱导和阻遏的操纵子模型 合成途径操纵子的衰减作用合成途径操纵子的衰减作用原核生物酶合成调节的遗传机制原核生物酶合成调节的遗传机制操纵子学说操纵子学说67优选分析1961年年，法法国国科科学学家家莫莫诺诺（JLMonod，1910-1976）与与雅雅可可布布（FJacob）发发表表“蛋蛋白白质质合合成成中中的的遗遗传传调调节节机机制制”一一文文，提提出出操纵子学说，开创了基因调控的研究。操纵子学说，开创了基因调控的研究。1965年，莫诺与雅可布荣获诺贝尔生理学与医学奖。年，莫诺与雅可布荣获诺贝尔生理学与医学奖。60年年代代中中期期，在在操操纵
31、纵子子中中还还发发现现了了另另一一个个开开关关基基因因，称称为为启启动动基因（基因（promoter）。）。 启动基因位于操纵基因之前，二启动基因位于操纵基因之前，二者紧密相邻。者紧密相邻。启动基因由环腺苷启动基因由环腺苷酸（酸（cAMP）启动，而）启动，而cAMP能能被葡萄糖所抑制。这样，葡萄糖被葡萄糖所抑制。这样，葡萄糖便通过抑制便通过抑制cAMP而间接抑制启而间接抑制启动基因，使结构基因失活，停止动基因，使结构基因失活，停止合成半乳糖苷酶。合成半乳糖苷酶。68优选分析69优选分析酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏操操纵纵子子模模型型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏
32、蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂操纵基因操纵基因启动基因启动基因调节基因调节基因结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基因阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达结构基因不表达诱导物诱导物诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表达结构基因可以表达阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻
33、遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达结构基因不表达代谢产物代谢产物70优选分析操纵子的三个结构基因为操纵子的三个结构基因为 -半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、 -半乳糖半乳糖苷通透酶和苷通透酶和 -半乳糖苷乙酰转移酶。半乳糖苷乙酰转移酶。在无乳糖时，在无乳糖时，阻遏阻遏蛋白与蛋白与O区结合，阻止区结合，阻止RNA聚合聚合酶的转录酶的转录在有乳糖时，乳糖与阻遏蛋白结合后，改变了阻遏在有乳糖时，乳糖与阻遏蛋白结合后，改变了阻遏蛋白的结构，使其不能与蛋白的结构，使其不能与O区结合。区结合。乳糖操纵子乳糖操纵子71优选分析大大肠肠杆杆菌
34、菌乳乳糖糖操操纵纵子子模模型型调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白（有活性）阻遏蛋白（有活性）基基 因因 关关 闭闭启启动动子子ORPLacZLacYLaca调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（无活性） mRNAA、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导乳糖乳糖 阻遏蛋白（有活性）阻遏蛋白（有活性）72优选分析色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子有色氨酸操纵子有5个结构基因个结构基因 D、E基因：共产生邻氨基苯
35、甲酸合成酶基因：共产生邻氨基苯甲酸合成酶 C基因：产物是吲哚甘油磷酸合成酶基因：产物是吲哚甘油磷酸合成酶 B、A基因：共同产物是色氨酸合成酶基因：共同产物是色氨酸合成酶这些基因一起转录翻译后可进行色氨酸的合成。这些基因一起转录翻译后可进行色氨酸的合成。色氨酸合成仅限细菌。色氨酸合成仅限细菌。73优选分析大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制111232233444核糖体核糖体转录继续转录终止C.高浓度高浓度Trp使核糖体使核糖体到达到达2部位，部位，3与与4 碱基碱基配对，转录终止。配对，转录终止。A.游离游离mRNA中中1与与2以及以及3与与4碱基碱
36、基配对。配对。B.低浓度低浓度Trp使核糖使核糖体停留在体停留在1部位，转部位，转录得以完成。录得以完成。74优选分析乳糖和色氨酸操纵子的共同点乳糖和色氨酸操纵子的共同点以负调控方式为主：蛋白质分子（阻遏物）对受调以负调控方式为主：蛋白质分子（阻遏物）对受调控的区域起抑制作用。控的区域起抑制作用。由低分子物质（底物或产物）影响蛋白质对由低分子物质（底物或产物）影响蛋白质对DNA的的结合。结合。结果：结果： 既满足细胞生长需求，又不无谓浪费。既满足细胞生长需求，又不无谓浪费。75优选分析乳糖和色氨酸操纵子的不同点乳糖和色氨酸操纵子的不同点 乳糖操纵子乳糖操纵子 色氨酸操纵子色氨酸操纵子 阻遏物阻
37、遏物阻遏物阻遏物R基因基因R基因基因阻遏物阻遏物阻遏物阻遏物代谢物代谢物基因开放基因开放 基因关闭基因关闭76优选分析cAMP对转录的调控对转录的调控在乳糖和葡萄糖都存在时，哪种糖被优先利用？在乳糖和葡萄糖都存在时，哪种糖被优先利用？乳糖操纵子的启动子属于弱启动子乳糖操纵子的启动子属于弱启动子正调控方式正调控方式CAP：catabolite gene activator protein(分解代谢基分解代谢基因活化蛋白因活化蛋白)受受cAMP激活激活cAMP-CAP复合物复合物：结合于：结合于DNA上游的上游的CAP位点，位点，促进分解代谢基因表达促进分解代谢基因表达CAP位点位点：位于：位于P
38、O上游，属正调控位点上游，属正调控位点77优选分析cAMP对转录的调控对转录的调控培养基中有葡萄糖时：葡萄糖代谢引起细胞内培养基中有葡萄糖时：葡萄糖代谢引起细胞内cAMP水平下降，乳糖操纵子基因关闭。水平下降，乳糖操纵子基因关闭。培养基中葡萄糖不足时：培养基中葡萄糖不足时： cAMP水平升高，水平升高， cAMP-CAP复合物生成，复合物生成， cAMP使使CAP变构，而与变构，而与CAP位位点结合，促进乳糖操纵子基因的转录，以便细胞利点结合，促进乳糖操纵子基因的转录，以便细胞利用乳糖。用乳糖。78优选分析乳糖操纵子的降解物阻遏乳糖操纵子的降解物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZ
39、mRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCGP(CAP)OCAP结结合部位合部位 RNA聚聚合酶合酶TcAMP -CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMP CGP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein） CAP：环腺苷酸受体蛋白（：环腺苷酸受体蛋白（cycilic AMP receptor protein,CRP）降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈
40、失活状态呈失活状态79优选分析真核生物的基因转录调控真核生物的基因转录调控真核生物的基因转录调控更为复杂：真核生物的基因转录调控更为复杂：总量大：总量大：30亿亿bp，10万基因万基因分散在各染色体上，分散在各染色体上，23对染色体：定位对染色体：定位大量的内含子：比结构基因多十数倍大量的内含子：比结构基因多十数倍大量的重复序列：重复次数可达几千大量的重复序列：重复次数可达几千百万次百万次更多的蛋白质参与更多的蛋白质参与基因的多态性：不同的地域、人种、个体基因的多态性：不同的地域、人种、个体80优选分析基因转录调控元件基因转录调控元件TATA box：-30区区CAAT box 启动子启动子G
41、C box上游活化序列：（上游活化序列：（USA） upstream activator sequence应答元件与可诱导因子：应答元件与可诱导因子：-200bp八聚体八聚体TATA box：免疫球蛋白：免疫球蛋白81优选分析基因转录调控元件基因转录调控元件顺式作用元件：真核生物结构基因上游的调控区，顺式作用元件：真核生物结构基因上游的调控区，有特定的相似或一致性的序列。有特定的相似或一致性的序列。反式作用因子：和顺式作用元件相结合或间接影响反式作用因子：和顺式作用元件相结合或间接影响其作用的蛋白质因子。其作用的蛋白质因子。增强子（增强子（enhancer）：它是在远距离影响启动的转）：它是在
42、远距离影响启动的转录调控元件，必须被蛋白质因子结合后才能发挥增录调控元件，必须被蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的功能。强转录的功能。增强子影响启动子，但没有严格的专一性。增强子影响启动子，但没有严格的专一性。增强子作用无方向性。增强子作用无方向性。82优选分析螺旋螺旋-转角转角-螺旋、螺旋螺旋、螺旋-环环-螺旋螺旋两个亚基通过两个亚基通过 -折叠折叠形成二聚体，相当于形成二聚体，相当于DNA的一个螺距。的一个螺距。83优选分析锌指锌指锌指锌指（Zinc finger）：锌螯合在多肽链中，以配价键和半胱氨）：锌螯合在多肽链中，以配价键和半胱氨酸残基或组氨酸残基结合。酸残基或组氨酸残基结合。Cy
43、s2/His2型：型： Cys-X24- Cys-X3-Phe-Leu- X2 -His- X3- HisCys2/ Cys2型：型：Cys-X2- Cys-X13 -Cys-X2- Cys一个单位以指部伸入一个单位以指部伸入DNA双螺旋的深沟，接触双螺旋的深沟，接触5 个核苷酸。个核苷酸。84优选分析亮氨酸拉链亮氨酸拉链常出现于真核生物常出现于真核生物 DNA结合蛋白的结合蛋白的C 端，与癌基因表达调控功端，与癌基因表达调控功能有关。能有关。亮氨酸拉链亮氨酸拉链(Leu zipper):两组平行的带亮氨酸的两组平行的带亮氨酸的螺旋形成的螺旋形成的对称二聚体。对称二聚体。 DNA结合蛋白的结合
44、蛋白的C端，每隔端，每隔7个氨基酸出现一个亮氨酸。个氨基酸出现一个亮氨酸。蛋白质的蛋白质的 螺旋每圈为螺旋每圈为 3.6 个氨基酸残基。每二圈出现的个氨基酸残基。每二圈出现的亮氨酸亮氨酸与轴平行列在同一直线上，构成拉链的一半。与轴平行列在同一直线上，构成拉链的一半。85优选分析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降解降解调节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86优选分析结 束87优选分析
