细胞代谢与基因表达的调节控制.ppt

一.膜结构对代谢的调节控制膜的三种最基本功能：物质运输能量转换信息传递（一）控制跨膜离子浓度和电位梯度第31页,共49页，星期六，2024年，5月（二）控制细胞与细胞器的物质运输细胞器同样需要吸收代谢底物，转移出代谢产物。细胞膜和细胞器膜中的运输系统担负着与周围环境的物质交换。通过运输系统可以控制底物进入细胞或细胞器，从而调节细胞内该物质的代谢。实验证明，葡萄糖进入肌肉和脂肪细胞的运输是它们利用葡萄糖的限速过程。胰岛素可以促进肌肉及脂肪细胞对葡萄糖的主动运输，这也是它能降低血糖，促进肌肉和脂肪细胞中糖的利用、糖原合成和糖转变为脂肪的重要因素。某些载体在代谢底物运入细胞器中起着关键作用。第32页,共49页，星期六，2024年，5月（三）.内膜系统对代谢途径的分隔作用内膜系统将细胞分成许多功能特异的分隔区，各自以封闭的选择透性膜为界。这些分隔区成为分开的亚细胞反应器，其内包含有一套浓集的酶类和辅助因子，因而有利于酶促反应的进行。而且，细胞内的分隔可防止互不相容或竞争性的酶促反应彼此间的干扰。例如：一般的蛋白质是在胞液和内质网膜表面的核糖体上合成，然而不需要的蛋白质是在溶酶体中水解。脂肪酸的合成是以乙酰辅酶A为原料在胞浆内进行，而脂肪酸的β-氧化生成乙酰辅酶A是在线粒体内进行。第33页,共49页，星期六，2024年，5月第34页,共49页，星期六，2024年，5月（四）膜与酶的可逆结合有些酶能可逆地与膜结合，并以其膜结合型和可溶型的互变来影响酶的性质和调节酶活性，这类酶称为双关酶，以区别于膜上固有的组成酶。双关酶对代谢状态变动的应答迅速，调节灵敏，是细胞代谢调节的一种重要方式。双关酶大多是代谢途径中关键的酶或调节酶。例如，糖酵解途径中的己糖激酶、磷酸果糖激酶、醛缩酶、3－磷酸甘油醛脱氢酶；氨基酸代谢的谷氨酸脱氢酶、酪氨酸氧化酶；以及一些参与共价修饰的蛋白激酶等。第35页,共49页，星期六，2024年，5月二.蛋白质的定位控制蛋白质是如何穿过疏水的脂双层膜?蛋白质又是依靠什么信息来进行识别，从而“各就各位”发挥其正常功能的?第36页,共49页，星期六，2024年，5月（一）信号肽假说1.信号肽的发现Milstein等首先发现分泌型免疫球蛋白(IgG)轻链在合成时是以前体形式存在，它的N—末端比成熟的轻链多出一段肽，约由20个氨基酸组成。他们猜测，这段肽具有信号作用，使IgG轻链得以通过内质网并继而分泌到细胞之外。Blobel进而证明，信号肽插入膜并随后被切除是与翻译过程同时发生的，即以共翻译插入的方式进行。第37页,共49页，星期六，2024年，5月2.信号肽假说编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的是N—末端带有疏水氨基酸残基的信号肽（signalpeptide)，它被内质网膜上的受体识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，但是由于它的引导，新生的多肽链能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚，孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。该假说不仅能解释分泌蛋白，如何通过内质网膜，适用于膜蛋白嵌入内质网膜以及原核细胞蛋白质的跨膜运送。第38页,共49页，星期六，2024年，5月3.信号肽的特点：1.信号肽存在于肽段的N—末端，但也有极小数存在于肽链的中间；2.长度为15－36个氨基酸残基的小肽；3.它们一般都含有一个疏水氨基酸构成的中心区域(长约十多个氨基酸残基)第39页,共49页，星期六，2024年，5月4.与蛋白质跨膜运送有关的重要成份信号识别体（signalrecognitionparticle，SRP）停靠蛋白（dockingprotein）核糖体受体（ribosomereceptor）第40页,共49页，星期六，2024年，5月信号识别体（SRP）能专一地识别带有信号肽段的核糖体，它与这类核糖体的信号肽结合后，多肽合成暂时中止。由于信号肽都一个疏水核，推测SRP的疏水区很可能即是与信号肽的这一疏水部分相结合。随后，将带有信号肽的核糖体引向内质网膜表面以与分布其上的停靠蛋白(又称信号识别体受体）相结合。停靠蛋白通过与SRP作用使被暂时抑制的翻译过程恢复进行，它还可引起内质上核糖体受体蛋白的聚集，这种受体具有形成孔道的功能，可以使翻译出来的肽链直接进内质网腔内。进入内质网的蛋白质在信号肽切除之后即进行折叠、糖基化及二硫键形成等过程。第41页,共49页，星期六，2024年，5月第42页,共49页，星期六，2024年，5月（二）.线粒体