酶阻遏阻遏蛋白的活性受到小分子诱导的控制

酶阻遏阻遏蛋白的活性受到小分子诱导的控制

细菌对环境的快速适应至关重要，因为营养供应可能随时变化。为了确保生存，生物体需具备转换不同代谢底物的能力。细菌、单细胞真核生物和多细胞生物在不同环境下的适应策略有所不同。

细菌需要灵活性和经济性，以避免在适宜环境大量消耗营养导致自身的不利。在缺乏底物时，细菌通过调节机制阻止酶的合成，但准备一旦有底物存在就迅速合成所需酶。底物的存在导致酶合成的机制称为诱导。这种调控广泛存在于细菌中，在低等真核生物（如酵母）也有体现。大肠杆菌的乳糖操纵子是这种调控机制的典型例子。

在缺乏乳糖的情况下，大肠杆菌不需要β-半乳糖苷酶，因此酶的含量极低。一旦加入乳糖，细菌迅速合成这种酶，仅需2-3分钟即可达到5000分子/细胞的水平。当乳糖被移除，酶合成迅速停止，恢复到基础水平。乳糖的添加能激发lac基因的mRNA合成，lacmRNA的稳定性随诱导而恢复。诱导物移除后，转录立即停止，所有lacmRNA被降解，酶活性恢复到基础状态。

β-半乳糖苷酶和透性酶的合成与lacmRNA同时被诱导，但在诱导物移除后仍保持较高稳定性，因此酶活性在较长时间内保持在诱导水平。这种调控机制不仅使生物体具备代谢新底物的能力，还能避免合成培养基中突然加入的物质。例如，大肠杆菌中的色氨酸合成通过色氨酸合成酶的作用。加入色氨酸时，立即停止色氨酸合成酶的生产。这种作用称为阻遏效应，使细菌避免合成多余的物质。

细菌中同时存在诱导和阻遏现象。诱导调节生物体分解底物以供生长的能力，而阻遏调节生物体合成代谢产物的能力。酶作用的小分子底物的调节和酶活性的产生是独立的，底物/产物或紧密相关的分子起作用。小分子的活性并不依赖于与靶酶的相互作用。某些诱导物与自然的β-半乳糖苷酶相似，但不能被酶分解，如异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）。IPTG虽不被β-半乳糖苷酶识别，但它是lac基因簇的有效诱导物。

能诱导酶合成但又不被分解的分子称为安慰诱导物。乳糖虽可诱导酶合成，但随后分解，产生复杂的动力学问题，因此常使用安慰诱导物进行实验。这表明控制系统必须具备识别合适的底物的成分，而这种识别能力不同于酶。

对诱导物作出反应的成分称为阻遏蛋白，它由lacI编码，控制lacIYA结构基因的转录，对外界作出反应。结构基因转录为单个多顺反子mRNA。阻遏蛋白的活性状态决定了启动子是否打开或关闭。缺乏诱导物时，基因不能转录，因为阻遏蛋白活性状态下结合在操纵基因上。存在诱导物时，阻遏物结合，活性状态改变，离开操纵基因，启动子开始转录，从lacZ5¢端开始，终止于lacA的3¢端。

诱导物如何控制阻遏蛋白的活性？阻遏物对操纵基因有很高的亲和性，在缺乏诱导物时，始终结合在操纵基因上，阻止邻近结构基因的转录。但当诱导物存在时，它与阻遏物形成复合体，不再与操纵基因结合。

操纵子控制的重要特性是阻遏物的双重性：既能阻止转录，又能识别小分子诱导物。阻遏物有两个结合位点：一个结合诱导物，另一个结合操纵基因。当诱导物在相应位点结合时，改变阻遏蛋白的构象，干扰另一位点的活性。这种类型的调控称为变构调控。

诱导触发了一种协同调控机制，一组基因同时表达或关闭。mRNA通常从5¢开始转录，因此诱导导致β-半乳糖苷酶、Lac透性酶和Lac乙酰转移酶按一定顺序出现。多顺反子mRNA的共同转录解释了为什么在诱导物的不同条件下，lacZ、Y、A三个基因的产物总保持同样的当量关系。

诱导激活了基因簇的表达。诱导物交替改变它们的效应，其他因子影响转录和翻译的绝对水平，但三个基因之间的关系由其结构事先决定。我们需要注意操纵子的潜在特性。lac操纵子包含编码糖代谢所需β-半乳糖苷酶的lacZ基因，以及负责将底物转运到细胞中的透性酶基因。但在非诱导状态下，基因未表达，不存在透性酶。那么诱导物如何开始进入细胞呢？

实际上，细胞中酶等总是以最低量存在，足以供底物开始进入之需。操纵子在基础水平表达，即使没有诱导物，它也保持此表达水平（诱导水平的0.1%），而某些诱导物可通过其他吸收系统进入细胞。

扩展资料

酶阻遏(enzyme repression)细胞中受反应最终产物的影响而中止特定酶合成的作用。

生物化学研究内容

生物化学研究的内容涵盖了生物体分子结构与功能、物质代谢与调节以及遗传信息传递的分子基础与调控规律。生物体由水、无机盐以及复杂的有机物构成，其中有机物主要分为大分子和小分子两大类。大分子包括蛋白质、核酸、多糖和脂质，小分子有维生素、激素、代谢中间物等。生物体中还有次生代谢产物，如萜类、生物碱、毒素和抗生素等，它们是生物化学研究的重要对象。

尽管对生物组成的研究是生物化学早期的重点，但至今仍不断有新物质被发现，如干扰素、环核苷一磷酸等，这些都成为现代研究的热点。例如，果糖-2,6-二磷酸在1980年被发现，而肉碱从最初的生长因子到生物氧化载体的功能认识，经历了数十年的发展。腐胺和尸胺等，过去被认为是分解产物，如今发现它们在生理调控中发挥着重要作用。

物质代谢涉及同化作用（从环境中获取物质转化为体内物质）和异化作用（体内物质转化为环境物质），通过一系列中间代谢途径进行。能量代谢则研究生物体内能量的转化，ATP在这一过程中起关键作用。新陈代谢在生物体的精细调控下进行，调控途径包括代谢物诱导/阻遏酶合成、激素调控和别构效应调控。

生物大分子如蛋白质，其结构与功能密切相关，蛋白质工程通过改造结构基因，为研究结构与功能关系提供了新途径。核酸，尤其是DNA，研究了基因的本质与遗传信息的传递，如碱基配对、不同构象的功能意义等。基因表达的调控是分子遗传学的核心，涉及原核和真核生物的基因调控机制。

生物膜由脂质、蛋白质和糖类组成，与能量转换、物质传递等生命过程密切相关。酶作为生物体内化学反应的催化剂，其结构、功能与作用机制的研究是酶学的核心。生物化学的方法学不断进步，如同位素示踪、层析、电泳、X射线衍射和高分辨率核磁共振等技术，对生物大分子的研究产生了深远影响。

未来，生物化学的发展将继续依赖于技术和方法的创新，为生命起源、进化及健康等领域提供更深入的见解。

扩展资料

运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。从早期对生物总体组成的研究，进展到对各种组织和细胞成分的精确分析。目前正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜以及其他物理学、化学技术，对重要的生物大分子（如蛋白质、核酸等）进行分析，以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系

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