Chapter39
细胞代谢与基因表达调控
基因表达调控？
Metabolism control 0f cells
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
（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）
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
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）
最基本的
代谢调节
酶活性调节
酶含量调节
变构效应（别构）
共价修饰
基因表达调控
酶的激活与抑制
酶的诱导与阻遏
（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
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
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
N
C
D B D
配体
Gs
AC
A T P
c A M P
P K A
P
1 2 1, 1 3 3,1 5 6
C R E B
转录活化域
受体
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
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
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
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
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） P O
Z Y A
结构基因
阻遏物基因 启动子 操纵基因
产生阻遏蛋白 R N A 酶结合 结合阻遏物
I
酶诱导和阻遏操纵子模型
酶的诱导
调节基因 操纵基因 结构基因 1 结构基因 2 结构基因 3
无诱导物时
酶诱导和阻遏操纵子模型
酶的诱导
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
有诱导物时
? 乳糖操纵子的调控方式
i 基因 P O L a c Z L a c Y la c A
无诱导物时
阻遏物
蛋白亚基
阻遏蛋白
R N A 聚合酶
i 基因 P O L a c Z L a c Y la c A
有诱导物时
阻遏物
蛋白亚基
阻遏蛋白
诱导物
无活性的
阻遏蛋白
转录
翻译
β- 半乳糖苷酶
β- 半乳糖苷通透酶
β- 半乳糖苷乙酰转移酶
m R N A
C A P c A M P
C A P-c A M P
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)
? 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)
? ③ GTP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
c - r a s H
基因
P 2 1 r a s
产物
GGC C AG
g l y g l n
G T C
v a l
※
E J / T 2 4 细胞株的突变
? 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
? 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,
? ② Rb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
细胞代谢与基因表达调控
基因表达调控？
Metabolism control 0f cells
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
（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）
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
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）
最基本的
代谢调节
酶活性调节
酶含量调节
变构效应（别构）
共价修饰
基因表达调控
酶的激活与抑制
酶的诱导与阻遏
（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
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
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
N
C
D B D
配体
Gs
AC
A T P
c A M P
P K A
P
1 2 1, 1 3 3,1 5 6
C R E B
转录活化域
受体
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
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
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
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
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） P O
Z Y A
结构基因
阻遏物基因 启动子 操纵基因
产生阻遏蛋白 R N A 酶结合 结合阻遏物
I
酶诱导和阻遏操纵子模型
酶的诱导
调节基因 操纵基因 结构基因 1 结构基因 2 结构基因 3
无诱导物时
酶诱导和阻遏操纵子模型
酶的诱导
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
有诱导物时
? 乳糖操纵子的调控方式
i 基因 P O L a c Z L a c Y la c A
无诱导物时
阻遏物
蛋白亚基
阻遏蛋白
R N A 聚合酶
i 基因 P O L a c Z L a c Y la c A
有诱导物时
阻遏物
蛋白亚基
阻遏蛋白
诱导物
无活性的
阻遏蛋白
转录
翻译
β- 半乳糖苷酶
β- 半乳糖苷通透酶
β- 半乳糖苷乙酰转移酶
m R N A
C A P c A M P
C A P-c A M P
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)
? 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)
? ③ GTP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
c - r a s H
基因
P 2 1 r a s
产物
GGC C AG
g l y g l n
G T C
v a l
※
E J / T 2 4 细胞株的突变
? 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
? 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,
? ② Rb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
