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16 细胞代谢与基因表达调控.ppt

16 细胞代谢与基因表达调控

小猴o0
2011-07-02 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《16 细胞代谢与基因表达调控ppt》,可适用于高等教育领域

第十六章细胞代谢和基因表达的调控细胞代谢包括物质代谢和能量代谢。细胞代谢是一个完整统一的网络并且存在复杂的调节机制这些调节机制都是在基因表达产物(蛋白质或RNA)的作用下进行的。重点:物质代谢途径的相互联系酶活性的调节。第一节              物质代谢途径的相互联系细胞代谢的基本原则是将各类物质分别纳入各自的共同代谢途径以少数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途径可以通过交叉点上关键的中间物而相互转化其中三个关键的中间物是GP、丙酮酸、乙酰CoA。一、 糖代谢与脂代谢的联系、  糖转变成脂图 糖经过酵解生成磷酸二羟丙酮及丙酮酸。磷酸二羟丙酮还原为甘油丙酮酸氧化脱羧转变成乙酰CoA合成脂肪酸。、  脂转变成糖图甘油经磷酸化为磷酸甘油转变为磷酸二羟丙酮异生为糖。在植物、细菌中脂肪酸转化成乙酰CoA后者经乙醛酸循环生成琥珀酸进入TCA由草酰乙酸脱羧生成丙酮酸生糖。动物体内无乙醛酸循环乙酰CoA进入TCA氧化生成CO和HO。脂肪酸在动物体内也可以转变成糖但此时必需要有其他来源的物质补充TCA中消耗的有机酸(草酰乙酸)。糖利用受阻依靠脂类物质供能量脂肪动员在肝中产生大量酮体(丙酮、乙酰乙酸、β羟基丁酸)。二、 糖代谢与氨基酸代谢的关系、  糖的分解代谢为氨基酸合成提供碳架图糖→丙酮酸→α酮戊二酸草酰乙酸这三种酮酸经过转氨作用分别生成Ala、Glu和Asp。、  生糖氨基酸的碳架可以转变成糖凡是能生成丙酮酸、α酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸的aa称为生糖aa。Phe、Tyr、Ilr、Lys、Trp等可生成乙酰乙酰CoA从而生成酮体。Phe、Tyr等生糖及生酮。三、 氨基酸代谢与脂代谢的关系氨基酸的碳架都可以最终转变成乙酰CoA可以用于脂肪酸和胆甾醇的合成。生糖aa的碳架可以转变成甘油。Ser可以转变成胆胺和胆碱合成脑磷脂和卵磷脂。动物体内脂肪酸的降解产物乙酰CoA不能为aa合成提供净碳架。脂类分子中的甘油可以转变为丙酮酸经TCA进一步转变为草酰乙酸、α酮戊二酸这三者都可以转变成氨基酸。四、 核苷酸代谢与糖、脂、氨基酸的关系核苷酸不是重要的碳源、氮源和能源。各种氨基酸如Gly、Asp、Gln是核苷酸的合成前体。有些核苷酸在物质代谢中也有重要作用:ATP供能及磷酸基团。UTP参与单糖转变成多糖(活化单糖)。CTP参与卵磷脂合成。GTP为蛋白质合成供能。五、 物质代谢的特点、  TCA是中心环节代谢途径交叉形成网络主要联系物:丙酮酸、乙酰CoA、柠檬酸、α酮戊二酸、草酰乙酸。、  分解、合成途径往往是分开的不是简单的逆反应。在一条代谢途径中某些关键部位的正反应和逆反应往往由两种不同的酶催化一种酶催化正反应另一种酶催化逆反应。以糖代谢为例:P 、  ATP是通用的能量载体乙酰CoA进入TCA后完全氧化生成CO、HO释放的自由能被ADP捕获转运。否则自由能以热能形式散发到周围环境中。、  分解为合成提供还原力和能量物质代谢的基本要略在于:生成ATP、还原力和结构单元用于体内生物合成。NADPH专一用于还原性生物合成NADH和FADH主要功能是通过呼吸链产生ATP。ATP来源:()底物水平磷酸化、()绿色植物和光合细菌的光合磷酸化、()呼吸链的氧化磷酸化。NADPH来源:()植物光合电子传递链()磷酸戊糖途径()乙酰CoA由线粒体转移到细胞质时伴随有NADH的氧化和NADP的还原所产生的NADPH可用于脂肪酸合成P图 有机物分解产生构造草料和能量大致可以分三个阶段:P图()将大分子分解为小分子单元释放的能量不能被利用。()将各种小分子单元分解为共同的降解产物乙酰CoA产生还原力NADPH和少量ATP。()乙酰CoA通过TCA被完全氧化成CO脱下的电子经氧化磷酸化产生大量的ATP。、  分解、合成受不同方式调节单向代谢的反馈调节顺序反馈控分枝代谢的反馈调节对同工酶的反馈抑制协同反馈抑制 第二节              代谢调节代谢调节是生物长期进化过程中为适应环境的变化的而形成的一种适应能力。进化程度越高的生物其代谢调节的机制越复杂、越完善。生物代谢调节在三个水平上进行即酶水平、细胞水平、多细胞整体水平(神经、激素)。酶和细胞水平的调节是最基本的调节方式为一切生物所共有。神经水平调节   动物激素水平调节   植物细胞水平调节 酶水平调节单细胞生物神经调节:整体的、最高级的调节。激素调节:受神经调节控制。第二级调节。酶调节:原始的、基本的调节。第三级调节。酶水平的调节:酶活性调节(酶原激活、别构效应、共价修饰)和酶含量(基因表达调控)一、 酶水平的调节酶水平的调节主要通过酶定位的区域化、酶活性的调节、酶含量的调节这三个方面进行。、  酶定位的区域化酶在细胞内有一定的布局和定位。催化不同代谢途径的酶类往往分别组成各种多酶体系。多酶体系存在于一定的亚细胞结构区域中或存在于胞质中这种现象称为酶的区域化。功能:浓缩效应防止干扰便于调节。⑴多酶体系在细胞中区域化为酶水平的调节创造了有利条件,使某些调节因素可以专一地影响细胞内某一部分的酶活性而不致影响其它部位酶的活性。⑵此外酶定位的区域化使它与底物和辅助在细胞器内一起相对浓缩利于在细胞局部范围内快速进行各个代谢反应。主要代谢途径酶系在细胞内的分布:胞质:糖酵解糖原合成磷酸成糖途径脂肪酸合成部分蛋白质合成。线粒体:脂肪酸β氧化三羧酸循环呼吸链氧化磷酸化。细胞核:核酸的合成、修饰。内质网:蛋白质合成磷脂合成。胞质和线粒体:糖异生胆固醇合成溶酶体:多种水解酶、  酶活性的调节调节方式:酶原的激活pH改变如溶菌酶。pH无活性。pH活性高。同工酶共价修饰反馈调节(生物体内最重要)特点:调节快速、灵敏数秒至数分钟可完成。()、   共价修饰和级联放大P图磷酸化脱磷酸化腺苷酰化脱腺苷酰化()、   前馈和反馈调节前馈调节:底物对酶活性的调节一般是前馈激活但也可能是前馈抑制。当底物浓度过高时可避免该代谢途径的过分拥挤和产物的大量合成如高浓度的乙酰CoA是乙酰CoA羧化酶的别构抑制剂可避免丙二酸单酰CoA大量合成。反馈调节:产物对酶活性的调节一般是反馈抑制但也有反馈激活。a.反馈抑制单价反馈抑制多价反馈抑制当序列终产物浓度积累过多时会抑制初始反应的酶活性使整个体系反应速度降低。b顺序反馈抑制c协同反馈抑制d累积反馈抑制e同工酶反馈抑制f反馈激活和前馈激活()、   反馈激活:()、   前馈激活:如在糖酵解中二磷酸果糖可提高后面丙酮酸激酶的活性加速磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。如当丙酮酸不能经乙酰CoA进入TCA时丙酮酸积累磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸后者可合成aa和嘧啶核苷酸。合成出的嘧啶核苷酸反馈激活磷酸烯醇丙酮酸羧化酶促进草酰乙酸合成保证TCA对草酰乙酸的需要。、  酶合成的调节(基因表达的调节)酶合成调节是通过酶量的变化来调控代谢速率。二、 细胞水平的调节()控制跨膜离子浓度剃度和电位梯度()控制跨膜物质运输()区隔化:浓缩作用防止干扰便于调节()膜与酶可逆结合:双关酶:能与膜可逆结合通过膜结合型和可溶型的互变来调节酶的活性。双关酶大多是代谢途径的关键酶和调节酶如糖酵解中的己糖激酶磷酸果糖激酶醛缩酶磷酸甘油醛脱氢酶氨基酸代谢的Glu脱氢酶Tyr氧化酶:参与共价修饰的蛋白激酶蛋白磷酸脂酶等。三、 激素水平的调节第一节                             基因表达的调节基因表达有几个水平的调节⑴转录水平⑵翻泽水平⑶加工水平转录后加工、翻译后加工⑷蛋白质活性调节其中最关键的是⑴基因表达的控制主要发生在转录水平,原核生物尤其如此。时序调节适应调节一、   原核生物基因表达的调节、     纵子模型操纵子是基因表达的协调单位它含有在功能上彼此有关的多个结构基因及控制位控制部位由启动子和操纵基因组成。一个操纵子的全部基因排列在一起其中含多个结构基因转录产物是单个多顺反mRNA操纵子的控制部位可受调节基因产物的调节。、     组成型基因和诱导型基因组成酶(构成酶)受环境影响小正常代谢条件下表达。如糖酵解的酶。诱导酶(适应型酶)对不同的生存环境有不同的表达。如半乳糖苷酶。、     正调控和负调控在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的加入调节蛋白后基因活性被开启此为正调控。在没有调节蛋白存在时基因是表达的加入调节蛋白后基因表达活必被关闭此为负调控。在正调控中调节蛋白称诱导蛋白。在负调控中调节蛋白称阻遇蛋白。、     原核生物结构基因表达的种控制模式。负调控:诱导作用应使阻遇蛋白解离DNA。阻遇作用应使阻遇蛋白结合DNA。P图 正调控:诱导作用应使诱导蛋白结合DNA。阻遇作用应使诱导蛋白解离DNA。图片《杨歧生》P 、     大肠杆菌乳糖操纵子Lac操纵子结构图:P图 LacZ、LacY、LacA为结构基因上游依次为操纵基因、启动子和调节基因LacI。当细胞内无诱导物(乳糖或IPTG)存在时阻遏蛋白与操纵基因结合。由于操纵基因与启动子有一定程度重叠妨碍了RNA聚合酶在序列上形成开放性启动子复合物。当细胞内有诱导物(乳糖或IPTG)存在时诱导物与阻遏蛋白结合改变阻遏蛋白构象使之迅速从操纵基因上解离下来。这样RNA聚合酶就能与启动子结合并形成开放性启动子复合物从而开始转录LacZYA结构基因。图片《孙乃恩》P IPTG:异丙基βD硫代半乳糖苷(安慰诱导物)能对乳糖操纵子产生极强的诱导效应是强诱导物。、     色氨酸操纵子(trp)的转录调控trp操纵子负责Trp的合成通常是开放的调节基因的产物使它关闭这种调控作用称为可阻遏型的负调控。⑴Ecolitrp操纵子有个结构基因trpEDCBA。⑵在trpE的上游有三个区段trpPOLtrpL是一段bp序列转录到mRNA中成为前导序列对操纵子的转录起调控作用。⑶在染色体分区有trpR基因编码kd的阻遏蛋白亚基,能以四聚体形式结合到trpO。TrpP与一般原核基因启动子一样具有序列和序列序列完全位于trpP之内。Ecolitrp操纵子的组成及基因产物的功能。图片: Ecoli具有合成各种aa的能力。在多数情况下只有在培养基不供应外源aa时才去合成产生该aa所必须的酶系。当细胞内Trp浓度较高时Trp与阻遏蛋白(trpR基因产物)结合产使它具有活性从而与trpO基因结合关闭转录。当细胞内Trp浓度很低时阻遏遇蛋白上的Trp解离出来使阻遏蛋白失活并失去与trpO结合的能力开启转录。图片:、     trp操纵子的前导序列trpmRNA分子一旦开始合成在trpE基因开始转录之前大多数mRNA会停止生长这是因为前导序列(trpL)对操纵子调控发挥了重要作用。trpmRNA的前导序列及前导肽。结构基因上游具有:启动子操纵基因前导序列衰减子区。mRNA端有b其中个构成前导序列。前导序列由个aa的前导肽、个互补区段和个衰减子终止点构成。衰减子:位于结构基因上游前导区的终止信号。前导序列的特点:⑴前导序列的某些区段富含GC。尾部有一个含个U的区段易极成不依赖于ρ的终止信号。(区与区构成终止信号的发夹结构)⑵区和区构成第二个发夹结构其中区处于个aa的前导肽序列中。⑶区与区也能形成另一个发夹结构从而可阻止区与区形成终止发夹结构。⑷前导序列RNA编码一段aa的前导肽并有一终止密码子UGA⑸前导序列中并列二个Trp密码子在mRNA合成过程中区与区若先配对则区与区配对,终止转录图片:阻遏和衰减机制虽然都是在转录水平上进行调节但是它们的作用机制完全不同前者控制转录的起始后者控制转录起始后是否继续下去。氨基酸合成操纵子前导肽序列P表 生长速度调节:严紧控制基因表达时序调节:翻译水平调节:二、真核基因表达的调节

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