【正文】 的一組功能上相關的結(jié)構(gòu)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制 )被阻遏，RNA合成被終止時，起終止轉(zhuǎn)錄信號作用的一段核苷酸。 核糖體在基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上的不同位置，決定了 RNA可以形成哪一種形式的二級結(jié)構(gòu)，并由此決定基因能否繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。 起信號作用的是有特殊負載的氨酰 tRNA的濃度。 降解物對基因活性的調(diào)節(jié) 通過提高轉(zhuǎn)錄強度來調(diào)節(jié)基因表達： 葡萄糖效應 (降解物抑制效應 )： 在有葡萄糖存在的情況下，即使在細菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麥芽糖等誘導物，與其相對應的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來。 葡萄糖：抑制腺苷酸環(huán)化酶，減少 cAMP的合成，與其相結(jié)合的環(huán)腺苷酸受體蛋白 CRP或分解代謝物蛋白 CAP，找不到配體而不能形成復合物。 細菌的應急反應 實施應急反應的信號是 鳥苷四磷酸 (ppGpp)和 鳥苷五磷酸 (pppGpp)；產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導物是 空載 tRNA。 當氨基酸饑餓時，細胞中存在大量空載tRNA，其激活 焦磷酸轉(zhuǎn)移酶 ，使 ppGpp大量合成，從而關閉和打開一些基因。 1961年操縱子模型的提出 —莫洛 (Monod)和雅各布 (Jacob) 獲 1965年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎 是一種 負控誘導系統(tǒng) 乳糖操縱子 (lactose operon) 酶的誘導 如何發(fā)現(xiàn)？乳糖誘導 lac mRNA的合成 真正的誘導劑？ ?IPTG(異丙基硫代半乳糖苷 ) ?TMG(巰甲基半乳糖苷 ) ?發(fā)色底物 O硝基半乳糖苷 (ONPG) 別乳糖 和 IPTG 是 Lac 操縱子 的 誘導物 操縱子 (operon): 阻遏基因 (inhibitor,I,產(chǎn)生阻遏物 repressor)、啟動子 (promoter,P)、操縱基因 (operator,O)、結(jié)構(gòu)基因 (structural gene) 。 I結(jié)合阻遏物RN A 酶結(jié)合產(chǎn)生阻遏蛋白操縱基因啟動子阻遏物基因結(jié)構(gòu)基因AYZOPLac 操縱子結(jié)構(gòu) Operon: a unit of prokarytoic gene expression and regulation which typically includes: 1. Structural genes for enzymes in a specific biosynthetic pathway whose expression is coordinately controlled. 2. Control elements, such as operator sequence. 3. Regulator gene(s) whose products recognize the control elements. Sometimes are encoded by the gene under the control of a different promoter lacY encodes a cell membrane protein called lactose permease (半乳糖苷滲透酶 ) to transport Lactose across the cell wall lacZ encodes for βgalactosidase(半乳糖苷酶 )for lactose hydrolysis lacA encodes a thiogalactoside transacetylase (硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶 )to get rid of the toxic thiogalacosides 三種結(jié)構(gòu)基因 The lacZ, lacY, lacA genes are transcribed into a single lacZYA mRNA (polycistronic mRNA) under the control of a signal promoter Plac . LacZYA transcription unit contains an operator site Olac position between bases 5 and +21 at the 3’end of Plac Binds with the lac repressor The LAC operon ① Z、 Y、 A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的 mRNA分子所編碼； ② 該 mRNA分子的 P區(qū)位于 I與 O之間，不能單獨起始半乳糖苷酶和透過酶基因的高效表達。 操縱子模型與影響因子 ③ O區(qū)是 DNA上的一小段序列 (26bp)，是阻遏蛋白的結(jié)合位點； ④ 當阻遏蛋白與 O相結(jié)合時， lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制； ⑤ 誘導物通過與阻遏蛋白結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與 O結(jié)合，從而激發(fā) lac mRNA的合成。 操縱子模型與影響因子 操縱子的本底水平表達 兩個矛盾 ： ① 誘導物需要穿過細胞膜才能與阻遏物結(jié)合，即需要 透過酶 來轉(zhuǎn)運誘導物，而透過酶的合成又需要誘導物進行誘導。 ② 乳糖 (葡萄糖 1,4半乳糖 )并不與阻遏物結(jié)合，真正的誘導物是乳糖的異構(gòu)體 (葡萄糖 1,6半乳糖 )，而后者是在 β半乳糖苷酶 的催化下由乳糖生成的，因此乳糖誘導 β半乳糖苷酶的合成需要有 β半乳糖苷酶 的預先存在。 對矛盾的解釋 ： 在非誘導狀態(tài)下有少量 lac mRNA合成，這種合成稱之為本底水平的組成型合成 (background level constitutive synthesis)。 由于阻遏物的結(jié)合并不是絕對緊密的，即使在它與操縱基因緊密結(jié)合時，也會偶爾掉下來，這時啟動子的障礙被解除， RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄。 （即 :無需誘導物，阻遏物從操縱基因處掉下，啟動子可以啟動結(jié)構(gòu)基因表達 ） 操縱子的本底水平表達 加入乳糖以后， 在單個 透過酶 分子作用下，少量 乳糖 分子進入細胞，在單個 β半乳糖苷酶 作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?異構(gòu)乳糖 。 異構(gòu)乳糖與結(jié)合在 O區(qū)的 I相結(jié)合并使 I失活而離開 O區(qū)，開始 lac mRNA的合成，最終結(jié)果導致乳糖大量涌入細胞。 i p o z y a Very low level of lac mRNA Absence of lactose Active Presence of lactose i p o z y a bGalactosidase Permease Transacetylase Inactive Lack of inducer: the lac repressor block all but a very low level of transcription of lacZYA . When Lactose is present, the low basal level of permease allows its uptake, and bgalactosidase catalyzes the conversion of some lactose to allolactose. Allolactose acts as an inducer, binding to the lac repressor and inactivate it. Response to lactose lacI基因產(chǎn)物及其功能 lac操縱子阻遏物 mRNA：由弱啟動子控制組成型合成，該阻遏蛋白有四個相同的亞基，每個亞基含有 347個氨基酸殘基，并能夠與 1分子 IPTG結(jié)合。 當 I基因由弱啟動子突變?yōu)閺妴幼?，細胞?nèi)就不可能產(chǎn)生足夠的誘導物來克服阻遏狀態(tài)，整個 lac操縱子在這些突變體中就不可誘導， 結(jié)構(gòu)基因處在關閉狀態(tài) 。 Response to glucose， cAMP受葡萄糖濃度調(diào)節(jié) lac操縱子的影響 代謝物激活蛋白 CAP (catabolite activator protein)，由 Crp基因編碼，能與 cAMP形成復合物。 ?凡是 Crp及腺苷酸環(huán)化酶基因突變的細菌都不能合成 lac mRNA， ?CRPcAMP (CA