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Chapter39 细胞代谢与基因表达调控

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Chapter39 细胞代谢与基因表达调控 - PowerPoint PPT Presentation


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Chapter39 细胞代谢与基因表达调控. Metabolism control 0f cells. ?. 基因表达调控. Chapter39 细胞代谢与基因表达调控 Metabolism control 0f cells. 生物体内的代谢调节在三种不同的水平上进行. ● 分子水平调节. ● 细胞水平调节. ● 多细胞整体水平调节. 所有调节机制都是在基因产物 —— 蛋白质的作用下进行的,也就是说与基因表达的调控有关。. Chapter39 细胞代谢与基因表达调控 Metabolism control 0f cells. 一、细胞代谢的调节网络.

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Chapter39

细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

基因表达调控

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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

生物体内的代谢调节在三种不同的水平上进行

●分子水平调节

●细胞水平调节

●多细胞整体水平调节

所有调节机制都是在基因产物——蛋白质的作用下进行的,也就是说与基因表达的调控有关。

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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

一、细胞代谢的调节网络

(一)代谢途径交叉形成网络

通过共同中间代谢物使各物质的代谢途径联系起来,形成经济有效、运转良好的代谢网络。

三个最关键的中间代谢物:6—磷酸葡萄糖、丙酮酸、乙酰CoA

重点掌握细胞内4类主要有机物质:糖、脂类、蛋白质和核酸的代谢相互关系。(539页)

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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

(二)分解代谢和合成代谢的单向性

(三)ATP是通用的能量载体

(四)NADPH以还原力形式携带能量

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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

二、酶活性的调节

细胞间的信息联系主要由两个系统进行:一个是神经系统;一个是内分泌系统(激素)

变构效应(别构)

酶活性调节

酶的激活与抑制

最基本的代谢调节

共价修饰

酶含量调节

基因表达调控

酶的诱导与阻遏

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(一)酶促反应的前馈和反馈

前馈和反馈是指代谢底物和代谢产物对代谢过 程的作用。前馈和反馈又可分为正作用和负作用。

请看544页

(二)产能反应和需能反应的调节

受[ATP]/[ADP][Pi]比值的影响,即细胞能荷水平的调节

(三)酶的连续激活和共价修饰——级联放大系统

549页

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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

三、细胞结构对代谢途径的分隔控制(自学)

四、细胞信号传递系统

细胞内信息物质包括

无机离子 Ca2+

脂类衍生物 DAG Cer

糖类衍生物 IP3

核苷酸 cAMP cGMP

信号蛋白分子—多数为癌基因的产物 Ras

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通常将Ca2+、DAG、IP3、cAMP 、 cGMP等这类在细胞内传递信息的小分子化合物称为第二信使(secondary messenger)

方式 酶促级联反应

所有的信息物质在完成信息传递后,必须立即灭活

跨膜的信号转导

特定的细胞释放信息物质

→经扩散或血循环到达靶细胞

→与靶细胞的受体特异结合

→受体对信号进行转换并启动靶细胞内信使系统

→靶细胞产生生物学效应

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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

五、基因表达的调节

  • 1、基因表达的时间性及空间性
    • (1)时间特异性
    • 某一基因的表达严格按特定的时间顺序发生
    • (2)空间特异性
    • 在个体生长全过程,某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现
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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

五、基因表达的调节

  • 2、基因表达的方式
  • 按对刺激的反应可分为:
  • (1)组成性表达
    • 管家基因(housekeeping gene)--在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。
    • 此类基因只受启动子序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响,不受其他机制的调节
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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

五、基因表达的调节

  • 2、基因表达的方式
  • (2)诱导和阻遏表达
  • 诱导(induction)--可诱导基因在特定环境信号刺激下表达增强的过程。
    • DNA损伤 →修复酶基因激活
    • 乳糖 → 利用乳糖的三种酶表达
  • 阻遏(repression)--可阻遏基因表达产物水平降低的过程
    • 色氨酸 —色氨酸合成酶系
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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

五、基因表达的调节

3、原核生物基因表达的调节

(1)操纵子模型(561页)

操纵子——一个转录单位

掌握概念,和大肠杆菌乳糖操纵子模型

熟练掌握葡萄糖效应

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Chapter39细胞代谢与基因表达调控

Metabolism control 0f cells

五、基因表达的调节

3、原核生物基因表达的调节

(1)操纵子模型(561页)

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酶诱导和阻遏操纵子模型

酶的诱导

无诱导物时

调节基因

操纵基因

结构基因1

结构基因2

结构基因3

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酶诱导和阻遏操纵子模型

酶的诱导

有诱导物时

调节基因

操纵基因

结构基因1

结构基因2

结构基因3

转录

翻译

酶1

酶2

酶3

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五、癌基因表达

  • 癌基因已被证实是正常存在于生物(包括人类)基因组内的,它的结构异常或表达异常,也的确可以引起细胞癌变.
  • 1、癌基因
    • 本世纪初发现某些病毒对动物有致癌作用
    • 70年代从逆转录病毒中发现癌基因(oncogene,onc)
    • 80年代初在人膀胱癌细胞株中证实有oncogene
  • (1)病毒癌基因
    • 1911 Peyton Rous发现鸡肉瘤病毒(RSV)可以致癌,其中与致癌有关的基因src称为癌基因 1966诺贝尔奖
    • Bishop,Varmas 证实RSV中的src不是逆转录病毒固有的,而是来自宿主基因组的src基因 1989 诺贝尔奖
    • 致瘤病毒中存在的某些核苷酸序列称为癌基因,即病毒癌基因(v-onc)
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人类常见的致瘤病毒 RNA病毒 人类T淋巴性病毒Ⅰ(HTLV-Ⅰ) DNA病毒 EBV,HSV,HCMV,Ad

    • 习惯上,将逆转录病毒上所含 的致癌基因称为v-onc,而将宿主细胞基因组中的同源基因称为原癌基因或细胞癌基因
  • (2) 细胞癌基因(cellular oncogene,c-onc)
  • 细胞癌基因是指真核细胞中存在的一段核苷酸序列,这段核苷酸序列在正常细胞中以非激活形式存在,故又称原癌基因(proto-onc). 在某些特定条件下激活可致癌变
  • 原癌基因具有内含子和外显子
  • (3) 原癌基因分类
  • 原癌基因表达的蛋白产物分布于细胞膜,细胞质,或细胞核根据蛋白产物的功能分为几大类:
    • ①生长因子(growth factor, GF)及其类似物,以及生长因子受体(GF--R)
    • ②酪氨酸蛋白激酶:某些酶蛋白磷酸化(ser)
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③GTP结合蛋白:影响细胞内的信号系统

    • ④核内蛋白质: 结合DNA发挥转录调控作用,甚至影响复制
  • 由此可将癌基因分为相应的几类,或称癌基因家族用三个字母来表示, 超过100个 src家族 ras家族 myc家族 sis家族 erb家族
  • (4) 癌基因的激活
  • 原癌基因正常情况下行使正常的调控功能,,在某些特定因素作用下,其结构或调控发生异常,使之激活才具有致癌活性
  • 致癌机理
    • ①调节序列的插入 启动子 ,增强子
    • ②基因突变 膀胱癌细胞株EJ和T24中 , 点突变激活C-rasH癌基因,造成细胞癌基因大量表达
    • ③基因重排 染色体异位 burkitt淋巴瘤t(8;14) 8q24→14q32 C-myc被激活
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④基因扩增 原癌基因复制多个拷贝

    • ⑤基因偶联 某些原癌基因在特定条件下因其它原癌基因首先激活而序贯活化称为基因偶联 癌变的发生是多阶段,不同阶段相继或同时又不同癌基因激活
  • 2、抑癌基因(tumor suppresser gene)
    • 遗传性肿瘤细胞中 特定染色体或染色体的某一部分丢失,丢失的这一部分可能对细胞的恶性转化有抑制作用 因此推测在此染色体上存在抑癌基因
    • 1986年 视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,Rb)隐性癌基因Rb被克隆并测序, 抑癌基因首次被证实
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已发现的抑癌基因有10余种,都是通过缺失或失活而致细胞恶性转化的已发现的抑癌基因有10余种,都是通过缺失或失活而致细胞恶性转化的

  • ① P53基因
    • 1979年发现,53kD的磷酸化蛋白, 细胞核内,17p13.1
    • 野生型p53基因称为抑癌基因 , 正常p53的生物功能好似“分子警察”: G1期检查DNA损伤点,监视细胞基因组的完整性.如有损伤,P53蛋白阻止DNA复制,以提供足够的时间让损伤DNA修复.如果修复失败,P53蛋白则引发细胞程序性死亡,阻止具有基因损伤,可能诱发癌变的细胞产生.
  • ②Rb基因
    • 13p14 105kD P105-Rb 细胞核内 一类DNA结合蛋白Rb蛋白的磷酸化/去磷酸化是调节细胞生长的主要形式
  • ③其他抑癌基因:DCC基因, NF1基因, MCC基因
    • 抑癌基因作用机制涉及基因表达调控,细胞分裂,分化过程,也可能与GF,激酶,信息在胞内的传递密切相关