酶合成的調節(jié)

1、二、酶合成的調節(jié)二、酶合成的調節(jié)通過調節(jié)酶的合成量進而調節(jié)代謝速率的調節(jié)機制，是基因水通過調節(jié)酶的合成量進而調節(jié)代謝速率的調節(jié)機制，是基因水平上的調節(jié)，屬于粗放的調節(jié)，間接而緩慢。平上的調節(jié)，屬于粗放的調節(jié)，間接而緩慢。（一）酶合成調節(jié)的類型（一）酶合成調節(jié)的類型1.誘導誘導(induction)：是酶促分解底物或產物誘使微生物細胞合是酶促分解底物或產物誘使微生物細胞合成分解代謝途徑中有關酶的過程。微生物通過誘導作用而產生成分解代謝途徑中有關酶的過程。微生物通過誘導作用而產生的酶稱為的酶稱為誘導酶（誘導酶（為適應外來底物或其結構類似物而臨時合成為適應外來底物或其結構類似物而臨時合成的酶類）。的

2、酶類）。 舉例：舉例：E.coli在含乳糖的培養(yǎng)基中合成在含乳糖的培養(yǎng)基中合成-半乳糖苷酶和半乳半乳糖苷酶和半乳糖苷滲透酶等。糖苷滲透酶等。 誘導物誘導物(inducer)：底物或結構類似物，如：異丙基：底物或結構類似物，如：異丙基- -D-硫硫代半乳糖苷（代半乳糖苷（IPTG，isopropylthiogalactoside）。）。 誘導作用的類型誘導作用的類型：同時誘導同時誘導：誘導物加入后，微生物能同：誘導物加入后，微生物能同時誘導出幾種酶的合成，主要存在于短的代謝途徑中。時誘導出幾種酶的合成，主要存在于短的代謝途徑中。 順序誘導順序誘導：先合成能分解底物的酶，再合：先合成能分解底物的酶

3、，再合成分解各中間代謝物的酶達到對復雜代謝途徑的分段調節(jié)。成分解各中間代謝物的酶達到對復雜代謝途徑的分段調節(jié)。組成酶（固有酶）組成酶（固有酶）：不依賴底物或底物結構類似：不依賴底物或底物結構類似物的存在而合成的酶。如：物的存在而合成的酶。如：EMP途徑的一些酶。途徑的一些酶。誘導酶：誘導酶：依賴于底物或底物結構類似物的存在而依賴于底物或底物結構類似物的存在而合成的酶。如：乳糖酶。合成的酶。如：乳糖酶。 （一）酶合成調節(jié)的類型（一）酶合成調節(jié)的類型-22.阻遏（阻遏（repression）：代謝過程中包括關鍵酶在內的代謝過程中包括關鍵酶在內的的合成的現(xiàn)象，從的合成的現(xiàn)象，從而更徹底地控制和減少末

4、端產物的合成。而更徹底地控制和減少末端產物的合成。阻遏作用的類型阻遏作用的類型：末端產物阻遏（末端產物阻遏（end-product repression）：由于終產物的過量）：由于終產物的過量積累而導致生物合成途徑中酶合成的阻遏的現(xiàn)象，常常發(fā)生在氨積累而導致生物合成途徑中酶合成的阻遏的現(xiàn)象，常常發(fā)生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等這些重要結構元件生物合成的時候。基酸、嘌呤和嘧啶等這些重要結構元件生物合成的時候。例如過量的精氨酸阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。例如過量的精氨酸阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏（catabolite repression）：當微生物在含有兩

5、）：當微生物在含有兩種能夠分解底物的培養(yǎng)基中生長時，利用快的那種分解底物會阻種能夠分解底物的培養(yǎng)基中生長時，利用快的那種分解底物會阻遏利用慢的底物的有關酶的合成的現(xiàn)象。最早發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生遏利用慢的底物的有關酶的合成的現(xiàn)象。最早發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生長在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時長在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時,故又稱故又稱葡萄糖效應葡萄糖效應。分解代謝。分解代謝物阻遏導致出現(xiàn)物阻遏導致出現(xiàn)“二次生長（二次生長（diauxic growth）”.直接作用者是優(yōu)先利用的碳源的中間代謝物直接作用者是優(yōu)先利用的碳源的中間代謝物實質是：實質是：（二）酶合成調節(jié)的機制（二）酶合成調節(jié)的機制操縱子學說概述：操縱子學說

6、概述：1、操縱子（、操縱子（operon）：是基因表達和控制的一個完整單元，其）：是基因表達和控制的一個完整單元，其中包括結構基因，調節(jié)基因，操作子和啟動子。中包括結構基因，調節(jié)基因，操作子和啟動子。結構基因結構基因(structural genes)：是決定某一多肽的是決定某一多肽的DNA 模板，可模板，可根據(jù)其上的堿基順序轉錄出相應的根據(jù)其上的堿基順序轉錄出相應的mRNA，然后再可通過核糖體，然后再可通過核糖體轉譯出相應的酶轉譯出相應的酶;（編碼蛋白質的DNA序列） 啟動子啟動子(promoter)：能被依賴于：能被依賴于DNA的的RNA聚合酶所識別的堿聚合酶所識別的堿基順序，是基順序，是

7、RNA聚合酶的結合部位和轉錄起點；（在許多情況下聚合酶的結合部位和轉錄起點；（在許多情況下還包括促進這一過程的調節(jié)蛋白結合位點。）還包括促進這一過程的調節(jié)蛋白結合位點。）操縱子（操縱子（operator）：位于啟動基因和結構基因之間的一段堿：位于啟動基因和結構基因之間的一段堿基順序，是阻遏蛋白的結合位點，能通過與阻遏物相結合來決定基順序，是阻遏蛋白的結合位點，能通過與阻遏物相結合來決定結構基因的轉錄是否能進行；結構基因的轉錄是否能進行； 調節(jié)基因調節(jié)基因（regulator gene）：用于編碼組成型調節(jié)蛋白的基：用于編碼組成型調節(jié)蛋白的基因，因，一般遠離操縱子一般遠離操縱子,但在原核生物中但

8、在原核生物中,可以位于操縱子旁邊可以位于操縱子旁邊,編碼調節(jié)蛋白。編碼調節(jié)蛋白。Structure of a typical operon 一些重要術語一些重要術語2、誘導物（、誘導物（inducer）與輔阻遏物（）與輔阻遏物（corepressor） 誘導物誘導物是起始酶誘導合成的物質，如乳糖等；是起始酶誘導合成的物質，如乳糖等；（與調節(jié)蛋白（與調節(jié)蛋白結合，抑制其與操縱基因結合，抑制其與操縱基因 的結合促進轉錄進行）；的結合促進轉錄進行）； 輔阻遏物輔阻遏物是阻遏酶產生的物質，如氨基酸和核苷酸等；是阻遏酶產生的物質，如氨基酸和核苷酸等；（調節(jié)蛋白結合，促進其與操縱基因的結合抑制轉錄進行）；

9、（調節(jié)蛋白結合，促進其與操縱基因的結合抑制轉錄進行）； 它們都是小分子信號物質，常被總稱為它們都是小分子信號物質，常被總稱為效應物（效應物（effecor），可，可與調節(jié)蛋白相結合以使后者發(fā)生變構作用，并進一步提高或降低與調節(jié)蛋白相結合以使后者發(fā)生變構作用，并進一步提高或降低與操縱基因與操縱基因 的結合能力。的結合能力。3、阻遏物（、阻遏物（repressor）與和阻遏物蛋白（）與和阻遏物蛋白（aporepresseor）二二者都是由調節(jié)基因編碼產生特異性者都是由調節(jié)基因編碼產生特異性調節(jié)蛋白調節(jié)蛋白(regulatory potein)， ；它倆是一類它倆是一類低分子量變構蛋白低分子量變構蛋

10、白，有兩個結合位點，一個與操縱基，有兩個結合位點，一個與操縱基因結合，另一位點可與效應物結合；當調節(jié)蛋白與效應物結合后，因結合，另一位點可與效應物結合；當調節(jié)蛋白與效應物結合后，就發(fā)生變構作用，變構后與操縱基因的結合能力可提高或下降。就發(fā)生變構作用，變構后與操縱基因的結合能力可提高或下降。（有活性有活性可與可與O結合；無活性結合；無活性不與不與O結合）結合） 阻遏物阻遏物: 能在沒有誘導物時與操縱基因結合的調節(jié)蛋白；能在沒有誘導物時與操縱基因結合的調節(jié)蛋白；阻遏物蛋白阻遏物蛋白:只能再有輔阻遏物存在時才能與操縱基因結合。只能再有輔阻遏物存在時才能與操縱基因結合。正調節(jié)：正調節(jié)：轉錄過程依賴于調

11、節(jié)蛋白的存在。轉錄過程依賴于調節(jié)蛋白的存在。 負調節(jié)：負調節(jié)：轉錄過程不依賴于調節(jié)蛋白的存在。轉錄過程不依賴于調節(jié)蛋白的存在。E.coli 乳糖操縱子學說乳糖操縱子學說(負調節(jié)）負調節(jié)）The enzymes that are required for lactose degradation:beta-galactosidase: This enzyme hydrolyzes the bond between the two sugars, glucose and galactose. It is coded for by the gene LacZ. Lactose Permease: Th

12、is enzyme spans the cell membrane and brings lactose into the cell from the outside environment. The membrane is otherwise essentially impermeable to lactose. It is coded for by the gene LacY. Thiogalactoside transacetylase: The function of this enzyme is not known. It is coded for by the gene LacA.

13、 酶合成的誘導酶合成的誘導Enzyme Induction： Figure 7. The Lac operon and its control elements Lac R = Regulatory gene (also known as Lac I) gene that encodes for the lac Repressor protein that is concerned with regulating the synthesis of the structural genes in the operon. Lac I is adjacent to the Promoter site

14、 of the operon. An active repressor binds to a specific nucleotide sequence in the operator region and thereby blocks binding of RNAp to the promoter to initiate transcription. The lac repressor is inactivated by lactose, and is active in the absence of lactose. O = Operator specific nucleotide sequ

15、ence on DNA to which an active Repressor binds. P = Promoter specific nucleotide sequence on DNA to which RNA polymerase binds to initiate transcription. (The promoter site of the lac operon is further divided into two regions, an upstream region called the CAP site, and a downstream region consisti

16、ng of the RNAp interaction site. The CAP site is involved in catabolite repression of the lac operon.). If the Repressor protein binds to the operator, RNAp is prevented from binding with the promoter and initiating transcription. Under these conditions the enzymes concerned with lactose utilization

17、 are not synthesized. Lac Z, Y and A = Structural Genes in the lac operon. Lac Z encodes for Beta-galactosidase; Lac Y encodes the lactose permease; Lac A encodes a transacetylase whose function is not known. lac = lactose the inducer molecule. When lactose binds to the Repressor protein, the Repres

18、sor is inactivated; the operon is derepressed; the transcription of the genes for lactose utilization occurs. Table 3. Functional and regulatory components of the lac operon Figure 8. Enzyme Induction. Induction (or derepression) of the lac operon is a form of negative control because the effect of

19、the regulatory protein (Active repressor) is to stop transcription. 有乳糖時：乳糖作為一種效應物與阻遏物結合 ,使其變構, 不能與O結合,從而轉錄進行,合成乳糖酶,分解乳糖。無乳糖時：細胞內產生的阻遏物結合在操縱基因上,轉錄不能進行；酶合成的阻遏酶合成的阻遏Enzyme Repression： 1.終產物的阻遏：終產物的阻遏：(end product repression):（ 反饋阻反饋阻遏遏) 即在合成代謝中，終產物阻遏該途徑即在合成代謝中，終產物阻遏該途徑 所有酶的合成。所有酶的合成。為基因表達的控制為基因表達的控制 。

20、 如：色氨酸如：色氨酸(Try)合成的調控合成的調控(正調節(jié)正調節(jié))Figure 5. Genetic organization of the Trp operon and its control elements Table 2. The Trp operon and its control elements R = Regulatory gene that encodes for the trp Repressor protein that is concerned with regulating the synthesis of the 5 gene products. An activ

21、e repressor binds to a specific nucleotide sequence in the operator region and thereby blocks binding of RNAp to the promoter to initiate transcription. O = Operator specific nucleotide sequence on DNA to which an active Repressor binds. P = Promoter specific nucleotide sequence on DNA to which RNA polymerase binds to initiate transcription. If the repressor protein binds to the operator, RNAp is prevented from binding with the promoter and initiating transcription. Therefore, none of the enzymes concerned with tryptophan biosynthesis are synthesized. A = Attenuator DNA sequence which lies