代谢调节综述

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人参皂甙体内代谢综述

人参皂甙体内代谢综述

人参皂甙体内代谢综述方松学号:201261930人参又名人衔、棒锤,首载于《神农本草经》,被列为上品。

系五加科植物人参Pana ginseng C.A.Mey.的干燥根。

在我国的医药学中应用广泛,素有“中药之王”之称。

主要产于吉林省长白山一带,是我国“东北三宝”之一。

具有抗肿瘤、降血脂、促进细胞再生等多种生理活性。

现就人参皂甙在体内代谢作简要综述。

1、人参皂甙分类现代研究表明,人参中含有人参皂甙、多种氨基酸、糖类、低分子肽类、脂肪酸、有机酸、维生素B、维生素C、菸酸、胆碱、果胶、微量元素等。

皂甙是人参生物活性的物质基础,从其皂甙元母核结构上主要分为以下三大类:(1)以原人参三醇为母体的糖甙,以Rg1为代表,为人参的主要成分。

(2)以原人参二醇为母体的糖甙,以Rb1为代表,为西洋参的主要成分。

(3)以齐墩果醇酸为母体结构的五元环皂甙Ro。

2、人参皂甙的药理活性(1)对中枢神精系统的双向调节作用:人参能加强大脑皮质的兴奋过程和抑制过程,使兴奋和抑制二种过程达到平衡,使由于紧张造成紊乱的神经过程得以恢复,人参皂甙小剂量主要表现为对中枢的兴奋作用,大剂量则转为抑制作用。

从人参所含的有效成分分折、人参皂甙Rb类有中枢镇静作用Rg类有中枢兴奋作用。

(2)人参的适应原样作用:人参对物理的、化学的、生物的各种有害刺激有非特异性的抵抗能力,可以使紊乱的机能恢复正常、主要表现为对血压、肾上腺、甲状腺机能和血糖等方面的双向调节作用。

(3)对免疫功能的用作:人参能增强机体的免疫功能。

在临床上人参主要用于休克、冠心病、心律失常、贫血、白细胞减少症、充血性心力衰竭,还常用于慢性阻塞性肺病、糖尿病、肿瘤、血小板减少性紫癜、早衰、记忆力减退等辅助治疗。

3、Rg1的体内代谢早在1983年,日本学者Odani等在无菌大鼠灌胃实验中发现,原人参三醇型皂甙Rg1在胃肠道中的直接吸收率非常低。

同时研究了Rg1在大鼠的胃、大肠和盲肠中的代谢产物。

21世纪被称为生物世纪

21世纪被称为生物世纪

21世纪被称为生物世纪,可见生物学技术对人类的影响是巨大的。

生物学技术渗透于社会生活的众多领域,食品生产中的转基因大豆、啤酒用于制衣的优质棉料和动物皮革,医学上疫苗、药品的生产和开发以及试管婴儿技术的应用,逐渐流行推广起来的生物能源如沼气、乙醇等,都包含生物学技术的应用。

生物学的最新研究成果都会引起世人的注意,如此新兴和前景广阔的专业自然吸引了广大同学的考研兴趣。

为此,针对生物学专业课基础阶段的复习,万学海文专业课考研辅导专家们对生物化学各章节知识点做了如下总结:第一章糖类化学学习指导:糖的概念、分类以及单糖、二糖和多糖的化学结构和性质。

重点掌握典型单糖(葡萄糖和果糖)的结构与构型:链状结构、环状结构、椅适合船式构象;D-型及L-型;α-及β-型;单糖的物理和化学性质。

以及二糖和多糖的结构和性质,包括淀粉、糖原、细菌多糖、复合糖等,以及多糖的提取、纯化和鉴定。

第二章脂类化学学习指导:一、重要概念水解和皂化、氢化和卤化、氧化和酸败、乙酰化、磷脂酰胆碱二、单脂和复脂的组分、结构和性质。

磷脂,糖脂和固醇彼此间的异同。

第三章蛋白质化学学习指导:蛋白质的化学组成,20种氨基酸的简写符号、氨基酸的理化性质及化学反应、蛋白质分子的结构(一级、二级、高级结构的概念及形式)、蛋白质的理化性质及分离纯化和纯度鉴定的方法、了解氨基酸、肽的分类、掌握氨基酸与蛋白质的物理性质和化学性质、掌握蛋白质一级结构的测定方法、理解氨基酸的通式与结构、理解蛋白质二级和三级结构的类型及特点,四级结构的概念及亚基、掌握肽键的特点、掌握蛋白质的变性作用、掌握蛋白质结构与功能的关系第四章核酸化学学习指导:核酸的基本化学组成及分类、核苷酸的结构、DNA和RNA一级结构的概念和二级结构特点;DNA的三级结构、RNA的分类及各类RNA的生物学功能、核酸的主要理化特性、核酸的研究方法;全面了解核酸的组成、结构、结构单位以及掌握核酸的性质;全面了解核苷酸组成、结构、结构单位以及掌握核苷酸的性质;掌握DNA的二级结构模型和核酸杂交技术。

磷酸化酶在代谢调节中的作用及其调控机制研究

磷酸化酶在代谢调节中的作用及其调控机制研究

磷酸化酶在代谢调节中的作用及其调控机制研究磷酸化酶是一类调节酶,在细胞代谢中发挥着重要的作用。

它主要通过催化磷酸基团的加入或移除,来调节内外信号的传递,影响细胞的生理过程。

该酶已经成为代谢调节领域中的研究热点之一。

本文将从磷酸化酶的定义、分类以及其在代谢调节中的作用和调控机制等方面进行综述。

一、磷酸化酶的定义和分类磷酸化酶是一类催化酶,能够去除或添加磷酸基团。

磷酸化酶被广泛分布于动植物细胞、微生物和真菌等生物体内,其中最广泛的磷酸化酶是蛋白磷酸酶。

蛋白磷酸酶又可以分为酪氨酸磷酸酶、丝氨酸/苏氨酸磷酸酶和双特异性磷酸酶三类。

二、磷酸化酶在代谢调节中的作用磷酸化酶在代谢调节中扮演着重要的角色。

它直接或间接地作用于多种重要代谢酶、信号传导蛋白和核酸酶等,从而调控和改变它们的活性,影响内外环境下的细胞代谢反应。

磷酸化酶在下面几个方面发挥着作用:1. 能调控葡萄糖代谢。

磷酸化酶可以催化磷酸化葡萄糖,进而参与葡萄糖的降解和转化过程。

通过调节葡萄糖的代谢,磷酸化酶可以影响能量的生成和消耗,起到维持细胞代谢平衡的作用。

2. 能控制脂肪酸的合成和分解。

在脂肪酸代谢途径中,磷酸化酶可以催化相关酶的磷酸化或去磷酸化,从而促进或抑制脂肪酸的合成和分解过程。

这对身体的营养状态、血脂水平、糖尿病等疾病的诊断和治疗具有重要的意义。

3. 能影响代谢调节。

磷酸化酶能够调节多个代谢通路,如三酰甘油代谢、蛋白质合成、细胞周期等。

在此基础上,它与许多代谢性疾病,如糖尿病、高血压、心血管疾病的发生和发展紧密相关。

三、磷酸化酶调控机制的研究1. 底物特异性。

磷酸化酶的催化活性与底物结构密切相关。

研究表明,在磷酸化酶的底物特异性中,底物蛋白的氨基酸残基组成和位置、蛋白结构、环境因素等均具有显著影响。

2. 蛋白质结构与磷酸化酶作用。

磷酸化酶的结构与它的底物结构紧密相关,结构上的变化可能会影响其催化活性。

因此,对于磷酸化酶的结构及其产物的研究,成为此领域的研究热点。

不同因子及运动对骨代谢调节的研究进展

不同因子及运动对骨代谢调节的研究进展

不同因子及运动对骨代谢调节的研究进展
骨代谢是指骨组织的形成、吸收和重建的过程。

骨代谢的调节对于维持骨骼健康和预
防骨质疏松症等骨相关疾病非常重要。

不同因素以及运动在骨代谢调节中起着关键的作用。

本文将对不同因素及运动对骨代谢调节的研究进展进行综述。

一、激素对骨代谢的调节
激素是调节骨代谢的重要因素之一。

以下是几种与骨代谢调节相关的激素:
1. 增骨激素:对骨组织的形成有促进作用,其中最重要的激素是雌激素和睾丸激素。

它们能够促进成骨细胞形成和骨组织的钙沉积。

2. 降钙素:主要有甲状旁腺激素(PTH)和降钙素(CT)。

PTH能够促进骨组织的破坏和
骨质疏松症。

而CT则与PTH相反,能够抑制骨组织的破坏,促进骨组织的形成。

3. 降骨激素:主要有糖皮质激素(GC)。

它能够抑制骨组织的形成和增殖,并加速骨
组织的破坏。

三、运动对骨代谢的调节
运动对骨代谢调节同样起着重要作用,以下是几种与骨代谢调节相关的运动:
1. 重力加载运动:例如负重跑步、举重等。

这种运动能够通过提高骨骼的负荷来促
进骨组织的形成和重建,增加骨密度。

2. 高强度力量训练:例如重量提升、蹦床等。

这种运动能够刺激骨骼肌与骨骼的协
同作用,促进骨组织的形成和增加骨密度。

3. 高强度冲击运动:例如跳跃、篮球、足球等。

这种运动能够产生冲击力,刺激骨
骼的细胞活化,促进骨组织的形成和增加骨密度。

中药对脂代谢紊乱的调节作用及机制研究

中药对脂代谢紊乱的调节作用及机制研究

中药对脂代谢紊乱的调节作用及机制研究中药对于脂代谢紊乱的调节作用一直备受关注,尤其是在预防和治疗肥胖、高血脂、脂肪肝等疾病方面。

现有研究表明,中药可通过多个途径影响脂代谢,其中包括控制脂肪合成、促进脂肪分解、调节脂肪吸收和代谢、调控胰岛素信号通路等。

本文将从这些方面对中药对脂代谢紊乱的调节作用及机制进行综述。

首先,中药可以通过抑制脂肪合成来调节脂代谢紊乱。

研究发现,一些中药如黄芩、山柰、茯苓等可通过抑制脂肪生成酶来减少脂肪合成。

例如,黄芩中的黄芩素能抑制甘油三酯合成酶(FAS),从而降低脂肪合成,减少脂肪堆积。

此外,中药还可以通过降低胰岛素等脂肪合成的调节因子的水平来影响脂肪合成。

例如,柴胡可通过降低相思红素(A-S)的水平来抑制脂肪生成。

其次,中药还可通过促进脂肪分解来调节脂代谢紊乱。

中药成分如芦丁、茶多酚可以活化脂肪分解酶蛋白激酶A(PKA),从而促进脂肪分解。

此外,某些中药还可通过激活热量耗散过程来加速脂肪分解。

例如,当归中的单柱莨菪酸通过激活线粒体褐色脂肪组织来促进脂肪分解。

第三,中药还可通过调节脂肪吸收和代谢来调节脂代谢紊乱。

如木瓜素可抑制肠脂肪酶的活性,从而减少脂肪的吸收。

此外,中药还可以调节脂肪的代谢过程。

例如,当归中的醌类成分可通过促进脂肪酸的β-氧化来增加脂肪代谢。

最后,中药还可通过调控胰岛素信号通路来调节脂代谢紊乱。

胰岛素是一个重要的调节脂代谢的激素,中药可以通过调节胰岛素受体、离子通道和代谢相关的基因表达来影响胰岛素信号通路。

例如,山楂可通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ核受体(PPARγ)来提高胰岛素敏感性。

综上所述,中药对脂代谢紊乱的调节作用涉及多个途径,包括控制脂肪合成、促进脂肪分解、调节脂肪吸收和代谢、调控胰岛素信号通路等。

这些机制的探究有助于揭示中药对脂代谢紊乱的治疗机理,并为开发中药治疗肥胖和相关疾病的新药提供科学依据。

然而,目前对中药脂代谢调节机制的研究还存在一些问题,例如研究样本有限、研究方法不一致等,需要进一步加强研究,提高解释力和可靠性。

神经节苷脂代谢途径和功能的综述

神经节苷脂代谢途径和功能的综述

神经节苷脂代谢途径和功能的综述神经节苷脂代谢途径是指神经系统中关键的一类脂类分子,它们在神经组织中发挥重要的功能,参与多种神经疾病的发生和发展。

本文旨在对神经节苷脂代谢途径和功能进行综述,包括其生物合成、降解及调节等方面的内容,以期为相关领域的研究提供参考。

一、神经节苷脂的定义神经节苷脂是一类糖脂复合物,其主要成分为神经酰胺和糖苷鞘脂,分子结构具有双层脂质,通常存在于神经系统的细胞膜表面。

神经节苷脂可以分为多种类型,如硫酸鞘脂、葡萄糖鞘脂、半乳糖鞘脂等。

二、神经节苷脂的生物合成神经节苷脂的生物合成主要分为两个途径:一是拼接途径,将糖苷鞘脂和神经酰胺分别由鞘脂基转移酶合成;二是酯化途径,将神经酰胺与脂肪酸酯化合成复合物。

神经节苷脂的生物合成受多种因素影响,如基因表达调节、信号转导通路、细胞状态等。

三、神经节苷脂的降解神经节苷脂的降解主要发生在内酯酶水解和酸性水解过程中。

内酯酶能够将神经苷脂分子催化为酯化物,再通过酸性水解将其降解。

其中产生的酸性水解产物能够形成多种代谢产物,如神经酰胺、半乳糖、葡萄糖等,从而维持神经节苷脂的稳定性。

四、神经节苷脂的功能神经节苷脂在神经系统中具有多种功能,包括细胞存活、信号传递、神经元发生、成长及不同类型的附着等。

由于其与多种神经系统相关的疾病的发生和发展有关,因此发展适当的调节策略和治疗手段是当前研究的主要方向。

五、神经节苷脂在神经疾病中的作用神经节苷脂在神经疾病中发挥着重要作用。

例如,阿尔茨海默病的患者在脑组织中表现出神经酰胺和糖苷鞘脂代谢不平衡的现象,而巨细胞滑膜炎和黑色素瘤患者则主要表现为硫酸鞘脂代谢异常。

因此,调节神经节苷脂的代谢和功能,对于预防和治疗多种神经系统相关的疾病具有潜在的意义。

六、结语神经节苷脂是神经系统能够正常发挥功能的重要脂类分子,其生物合成、降解及调节等过程存在着复杂的调控网络。

在研究神经疾病的发生和发展机制中,神经节苷脂代谢途径和功能的解析是一个必要而重要的任务。

华东理工619考研真题

华东理工619考研真题

华东理工大学硕士研究生入学考试《619药学基础综合》考试大纲一、考试要求药学是建立在化学和生物学基础上的交叉学科,因此《619药学基础综合》考试科目旨在考察学生对相关化学和生物学基本概念、理论以及各方面知识的掌握程度,为进一步学习药学相关课程及开展初步的药物发现相关研究打下基础。

本考试大纲要求考生不仅能较为全面系统地掌握有机化学、物理化学或者生物化学的基本知识,而且具备较强的分析问题与解决问题能力。

二、考试内容《619药学基础综合》总分300分,含有机化学、物理化学、生物化学3部分,各为150分。

考生可任选其中两部分作答。

总的答题时间为3小时。

各部分的考试内容如下:(一)有机化学:考生需要掌握有机化学中基本理论,各类有机化合物的结构特点和命名、物理和化学性质、制备方法;研究有机化学的方法,实验手段。

1、有机化学与有机化合物(1)有机化合物的特性,分类,官能团,同分异构体和各种同分异构现象;有机化合物构造式的表示方式。

(2)有机化合物中的化学键,化学键杂化理论,键的性质,包括键长、键角、键能、键解离能,键的极性和分子的极性,键的极化,偶极矩。

(3)有机化合物的酸碱理论;电子效应、立体效应和溶剂效应。

2、烷烃和环烷烃(1)烷烃的命名——系统命名法。

(2)同系列和构造异构、碳架异构;烷烃的结构,甲烷的结构;构象,乙烷、正丁烷的构象;构象的表示方法:锯架式、透视式、Newman投影式。

(3)烷烃的物理、化学性质;自由基卤代反应历程,反应中能量的变化、反应热、活化能;异构化反应、裂化反应和裂解反应;烷烃的制法:烯烃的氢化,Corey-House反应,Wurtz反应,Grignard试剂法,卤代烷、磺酸酯和对甲苯磺酸酯被锂铝氢还原。

(4)环烷烃的通式和命名(包括桥环和螺环化合物);顺、反异构。

(5)环烷烃的物理和化学性质;环烷烃的制备方法:卡宾和烯烃的加成,Diels-Alder二烯合成法。

(6)环烷烃的结构及其稳定性;环己烷的构象:船式及椅式,直立键(a键)及平伏键(e)键、一元、二元取代环己烷的构象式。

生物钟基因CLOCK在代谢调节中的作用研究

生物钟基因CLOCK在代谢调节中的作用研究

生物钟基因CLOCK在代谢调节中的作用研究生物钟是人类生理和行为的基本调节器,能够同步周围环境的昼夜变化和潮汐周期等。

CLOCK基因是编码生物钟蛋白的基因之一,在时钟功能之外,还参与了许多生理过程的调节,包括能量代谢、血糖稳定和脂质代谢等。

本文将对CLOCK 基因在代谢调节中的作用研究进行综述。

CLOCK基因与能量代谢代谢调节是指机体通过糖、脂肪和蛋白质的代谢来调节能量平衡。

其中,能量的摄取和能量的消耗是平衡的基础。

之前的一些研究表明,CLOCK基因在能量摄取和能量消耗中起到了重要作用,主要表现在两个方面。

第一,CLOCK基因通过影响食物摄取来调节能量平衡。

一项研究发现,CLOCK基因的缺失会增加小鼠进食的时间和摄食量,从而导致体重增加和脂肪堆积,这与缺少CLOCK基因的人类在体重方面的情况是相似的。

CLOCK基因的表达还被发现与胰岛素的释放和胰岛素敏感性有关,这也暗示了CLOCK基因在能量代谢调节中的作用。

第二,CLOCK基因参与了能量消耗的调节。

CLOCK基因的表达与身体的代谢率和能量消耗有关。

一项研究发现,CLOCK基因缺失的小鼠在活动时的能量消耗率较低,这表明CLOCK基因通过调节身体能量消耗来影响能量平衡。

CLOCK基因与血糖控制血糖控制是代谢调节的另一个重要方面。

血糖平衡需要人体不断地释放胰岛素和葡萄糖激素来调节血糖水平,以保持血糖在理想的范围内。

之前的研究表明,CLOCK基因在胰岛素的敏感性调节和血糖控制中发挥了重要作用。

一项研究发现,CLOCK基因的缺失会导致小鼠血糖水平的上升和胰岛素抵抗。

这是因为CLOCK基因在胰岛素分泌和敏感性方面都有作用。

另一项研究发现,CLOCK基因缺失的小鼠会出现葡萄糖激素水平异常,这也影响了血糖控制的平衡。

CLOCK基因与脂质代谢脂质代谢是体内脂肪的合成、分解和转移的过程。

之前的一些研究表明,CLOCK基因在脂质代谢中也有一定的作用。

一项研究发现,CLOCK基因缺失的小鼠在能量平衡改变的情况下更易产生代谢性疾病,并出现更多的脂肪细胞和脂肪堆积。

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第十二章代谢调节综述要求掌握:酶合成的诱导和阻遏作用,原核生物基因表达调控的操纵子模型(乳糖操纵子和色氨酸操纵子);熟悉:通过控制酶活性调节代谢的方式(抑制作用、别构作用、共价修饰作用)。

了解:酶的分布区域化,激素对代谢的调节和反义核酸的调节。

重点内容:原核生物基因表达调控的操纵子模型。

难点内容:原核生物基因表达调控的操纵子模型。

第一节原核生物基因表达调控每种生物在生长发育和分化的过程中,以及在对外环境的反应中各种相关基因有条不紊的表达起着至关重要的作用。

在原核生物中,一些与代谢有关的酶基因表达的调控主要表现为对生长环境变化的反应和适应。

与原核生物相比,真核生物基因表达的调控更为复杂,真核生物基因表达的调控主要是指编码蛋白质的mRNA 的形成与使用的调节与控制。

一、基因表达1、概念:贮存着生物体遗传信息的基因转录mRNA和翻译成蛋白质的过程。

2、基因表达的方式(1)组成型表达(Constitutive expression)基因的表达是持续性的,不受调控的。

如三羧酸循环中的代谢酶等。

(2)诱导型表达二、原核生物基因表达的调控原核生物在对外环境突然变化的反应中,是通过诱导或阻遏合成一些相应的蛋白质来调整与外环境之间的关系。

由于原核生物的转录与翻译的过程是偶联的,而且这种过程所经历的时间很短,只需数分钟,同时由于大多数原核生物的mRNA 在几分钟内就受到酶的影响而降解,因此就消除了外环境突然变化后所造成的不必要的蛋白质的合成。

与真核生物相比,原核生物基因表达的一个特点是快速。

下面分别以大肠埃希菌(E.coli)的乳糖操纵子(1actose operon,属可诱导操纵子)和色氨酸操纵子(triptophan operon,属可阻遏操纵子)为例介绍原核生物转录起始和转录终止的调控。

1961年,法国Jacob 和F.Monod J.提出了原核细胞基因表达的操纵子模型。

(一)操纵子(operon):指一群功能相关的结构基因和操纵基因、启动子、终止子等组成的原核细胞的基因表达协调单位。

(二)操纵子类型1、可诱导操纵子平时关闭诱导物诱导开放基因产物通常为分解代谢酶代表:乳糖操纵子2、可阻遏操纵子平时开放代谢物关闭基因产物通常为合成代谢酶代表:色氨酸操纵子三、乳糖操纵子(一)乳糖操纵子的结构和诱导剂所谓操纵子是指一些成簇排列、相互协同的基因所组成的单位,也称基因表达的协同单位(a coordinated unit of gene expression)。

在乳糖操纵子中有Z基因(编码β-半乳糖苷酶,β-galactosidase),Y基因(编码通透酶,permease),a基因(编码转乙酰基酶,transacetylase),上述Z、Y、a是结构基因;P(启动子,promoter),O(操纵基因,operator)是调控基因;I(编码Lac阻遏物,Lac repressor)不属于乳糖操纵子。

大肠埃希菌能利用乳糖作为碳源,但要将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖,催化此水解反应的是β-半乳糖苷酶。

由于Z、Y、a以多顺反子(polycistron)形式存在,即三种基因被转录到同一条mRNA上,因此乳糖能同时等量地诱导三种酶的合成。

通透酶的作用是使乳糖能透过细菌壁,转乙酰基酶的作用还不清楚。

在大肠埃希菌内,真正生理性的诱导剂并非乳糖,而是别位乳糖(allo-lactose),也是由乳糖经β-半乳糖苷酶(未经诱导少量存在于细菌内)催化形成,并再经β-半乳糖苷酶水解为半乳糖和葡萄糖。

(二)Lac阻遏物的作用Lac阻遏物是一种具有四级结构的蛋白质,4个亚基相同(分子质量 37000),都有一个与诱导剂(生理性诱导剂为别位乳糖,实验常用的诱导剂是异丙基硫代半乳糖一IPTG)的结合位点。

在没有诱导剂的情况下,Lac阻遏物能快速与操纵基因O结合,从而阻碍结构基因的转录。

当有诱导剂与Lac阻遏物结合后,阻遏物的构象就发生变化,导致阻遏物从操纵基因O上解离下来,RNA聚合酶不再受阻碍,能转录结构基因Z、Y、a。

Lac阻遏物与操纵基因O结合时所覆盖的区域为28 bp。

(三)CAP与cAMP复合物在乳糖操纵子表达中的作用大肠埃希菌具有优先利用葡萄糖作为能源的特点。

当大肠埃希菌在含有葡萄糖的培养剂中生长时,一些分解代谢酶,如β-半乳糖苷酶、半乳糖激酶、阿拉伯糖异构酶、色氨酸酶等的水平都很低,这种葡萄糖对其他酶的抑制效应称为分解物阻遏作用(catabolite repression),这种现象与cAMP有关。

葡萄糖能降低大肠埃希菌中cAMP的浓度,而加入外源性cAMP能逆转葡萄糖的这种抑制作用。

cAMP能刺激多种可诱导的操纵子(inducible operon),包括乳糖操纵子转录的启动。

从这点上来说,cAMP在细菌和哺乳动物中的作用是相同的,都是作为饥饿信号(hunger signal),但作用机制全然不同,在哺乳动物细胞,cAMP的作用是激活蛋白激酶,再由蛋白激酶磷酸化其他靶蛋白质分子,例如,调控糖原合成和分解的机制;而细菌中cAMP的作用是通过和一种称为分解物基因激活物蛋白(catabolite gene activator protein ,CAP)结合后发挥作用。

CAP是一种具有两个相同亚基的蛋白质,每个亚基都具有与DNA 结合的结构域和与cAMP结合的结构域。

CAP与cAMP结合的复合物才能刺激操纵子结构基因的转录。

在乳糖操纵子上CAP与DNA结合的区域正好在启动子P的上游。

当没有葡萄糖存在(或低浓度葡萄糖)时,cAMP-CAP复合物结合到相应的DNA序列,并刺激RNA聚合酶的转录作用(能使转录效率提高50倍),这种作用当然是在没有Lac阻遏物与操纵基因O结合的情况下才能发生(图15-5)。

在没有CAP-cAM P的情况下,RNA聚合酶与启动子并不形成具有高效转录活性的开放复合体,因此乳糖操纵子结构基因的高表达既需要有诱导剂乳糖的存在(使La c阻遏物失活),又要求无葡萄糖或低浓度葡萄糖的条件(增高cAMP浓度,并形成CAP-cAMP复合物促进转录)。

乳糖操纵子调控模式在一定程度上也反映了原核生物基因表达调控的一般情况:第一,环境条件的变化是相关基因表达的外界信号,如葡萄糖,乳糖浓度的变化是乳糖操纵子结构基因是否转录的外界条件和信号;第二,基因表达的负调控(negative regulation),即调控蛋白质与相应的DNA序列结合后,能阻遏基因的表达,如Lac阻遏物与操纵基因O结合后就抑制了结构基因的表达,在乳糖操纵子这种阻遏作用能被诱导剂解除;第三。

基因表达的正调控(positive regulation),即调控蛋白与相应的DNA序列结合后,能促进基因的表达。

如CAP-cAMP就是一种在多种原核生物操纵子中发挥正调控作用的复合物。

四、色氨酸操纵子原核生物的转录终止阶段,也可以是基因表达调控的环节,色氨酸操纵子的调控模式就是一个典型的例子。

色氨酸操纵子的结构基因包括编码5种酶的基因E、D、C、B、A,5种酶在催化分支酸(chorismate)转变为色氨酸的过程中发挥作用,结构基因中还包括L基因,其转录产物是前导mRNA,调控元件有启动子P和操纵基因O(图15-6)。

色氨酸操纵子表达的调控有两种机制,一种是通过阻遏物的负调控,另一种是通过衰减作用(attenuation)。

(一)阻遏物对色氨酸操纵子的调控色氨酸阻遏物是一种同二聚体蛋白质(由两个相同的亚基组成),每个亚基有107个氨基酸残基。

色氨酸阻遏物本身不能和操纵基因O结合,必须和色氨酸结合后才能与操纵基因O结合,从而阻遏结构基因表达,因此色氨酸是一种共阻遏物(corepresso r)。

(二)衰减作用对色氨酸操纵子的调控色氨酸操纵子转录的衰减作用是通过衰减子(attenuator)调控元件使转录终止。

色氨酸操纵子的衰减子位于L基因中,离E基因5’端约30—60 bp。

大肠埃希菌在无或低色氨酸环境中培养时,能转录产生具有6720个核苷酸的全长多顺反子mRNA,包括L基因和结构基因。

培养剂中色氨酸浓度增加时,上述全长多顺反子mRNA合成减少,但L基因5’端部分的140个核苷酸的转录产物并没有减少。

这种现象是由衰减子造成的,而不是由于阻遏物-共阻遏物的作用所致。

这段140个核苷酸序列就是衰减子序列。

衰减子转录物具有4段能相互之间配对形成二级结构的片段,片段1-和2配对形成发夹结构时,片段3和4同时能配对形成发夹结构;而片段2和3形成发夹结构时,其他片段配对二级结构就不能形成。

片段3+和4及其下游的序列与ρ因子不依赖转录终止有关序列相似。

L基因的部分转录产物(含片段1)能被翻译产生具有14个氨基酸残基的肽链(前导肽),其中含有两个相邻的色氨酸残基。

编码此相邻的两个色氨酸密码,以及原核生物中转录与翻译过程的偶联是产生衰减作用的基础。

当L基因转录后核糖体就与mRNA结合,并翻译L序列。

在高浓度色氨酸环境中,能形成色氨酰-tRNA,核糖体在翻译过程中能通过片段1,同时影响片段2和3之间的发夹结构形成,但片段3和4之间能形成发夹结构,这个结构就是P因子不依赖的转录终止结构,因此RNA 聚合酶的作用停止。

当色氨酸缺乏时,色氨酰-tRNA也相应缺乏,此时核糖体就停留在两个相邻的色氨酸密码的位置上,片段1和2之间不能形成发夹结构,而片段2和3之间可形成发夹结构,结果使色氨酸操纵子得以转录。

第二节真核生物基因表达调控简介(本节选学)在转录水平,真核生物和原核生物的调控机制基本相似,但至少在三方面真核生物基因表达的调控有其自身的特征:第一,转录的激活与被转录区域的染色质结构变化有关;第二,原核生物基因表达有负调控和正调控,而真核生物基因表达以正调控为主;第三,真核生物的转录和翻译两个过程在细胞内区域化上是分开的,转录在细胞核内进行,翻译在细胞质进行。

一、具有转录活性的染色质结构的变化真核生物基因组中仅有很小部分的序列是编码蛋白质的。

在哺乳动物,只有2%的DNA序列编码蛋白质,这部分序列的DNA信息通过转录和翻译成为具有各种功能的蛋白质。

其中,有些基因的表达是比较恒定的,其转录产物在所有的组织细胞中都存在,这类基因称为管家基因(housekeeping genes),这类基因的表达称为组成性表达(constitutive gene expression)。

有些基因的表达会因为细胞对信号分子的反应而发生变化,称为可调控的基因表达(regulated gene expression)。

具有转录活性的染色质区域的DNA通常是去甲基化的。

启动子附近DNA序列的甲基化可以抑制转录起始,与基因静止相关。

甲基化一般发生在具有CpG序列的胞嘧啶第5位碳原子上。

DNA甲基化的异常与肿瘤发生密切相关。

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