【正文】 繁殖增長(zhǎng)(圖 )。 大腸桿菌二階段生長(zhǎng)現(xiàn)象 ? 在環(huán)境中沒(méi)有乳糖或其他 β半乳糖苷時(shí)，大腸桿菌合成 β半乳糖苷酶量極少，加入乳糖 2－ 3分鐘后，細(xì)菌大量合成 β半乳糖苷酶，其量可提高千倍以上，在以乳糖作為唯一碳源時(shí)，菌體內(nèi)的 β半乳糖苷酶量可占到細(xì)菌總蛋白量的 3%。在上述二階段生長(zhǎng)細(xì)菌利用乳糖再次繁殖前，也能測(cè)出細(xì)菌中 β半乳糖苷酶活性顯著增高的過(guò)程。這種典型的誘導(dǎo)現(xiàn)象，是研究基因表達(dá)調(diào)控的極好模型。 ? 大腸桿菌利用乳糖至少需要兩個(gè)酶： ? 促使乳糖進(jìn)入細(xì)菌的乳糖透過(guò)酶 ? 催化乳糖分解第一步的 β－半乳糖苷酶 (圖 ) β半乳糖苷酶的作用 操縱子（ operon）學(xué)說(shuō) ? Jacob和 Monod根據(jù)對(duì) lac Z,Y,A基因突變體的研究 ,于 1961年提出了操縱子學(xué)說(shuō)。 ? 其要點(diǎn)是 :一個(gè)或幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因與一個(gè)調(diào)節(jié)基因和一個(gè)操縱位點(diǎn)組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元。這個(gè)單元就稱其為操縱子。調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白與操縱位點(diǎn)結(jié)合從而阻礙了結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄成為 mRNA。而誘導(dǎo)物又可以與阻遏蛋白相結(jié)合從而阻止阻遏蛋白與操作子的結(jié)合。 ? 乳糖操縱元模型提出以后 ,人們相繼了解了許多其他的操縱元 ,這些操縱元都各有其特點(diǎn)。例如半乳糖操縱元具有雙啟動(dòng)子結(jié)構(gòu) 。阿拉伯糖操縱元的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)具有正控制和負(fù)控制的雙重功能 。色氨酸操縱元是一個(gè)可阻遏的操縱元。 圖中 z、 a和 b型是大腸桿菌編碼利用乳糖所需酶類的基因， p是轉(zhuǎn)錄 z、 a、 b所需要的啟動(dòng)子，調(diào)控基因 i編碼合成調(diào)控蛋白 R， R能與 o結(jié)合而阻礙從 p開(kāi)始的基因轉(zhuǎn)錄，所以 o就是調(diào)節(jié)基因開(kāi)放的操縱序列，乳糖能改變 R結(jié)構(gòu)使其不能與 o結(jié)合，因而乳糖濃度增高時(shí)基因就開(kāi)放，轉(zhuǎn)錄合成所編碼的酶類，這樣大腸桿菌就能適應(yīng)外界乳糖供應(yīng)的變化而改變利用乳糖的狀況，這個(gè)模型是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上第一次開(kāi)始認(rèn)識(shí)基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)理。 （二）操縱子 (operon)的基本組成 ? 結(jié)構(gòu)基因群 ? 結(jié)構(gòu)基因：操縱元中被調(diào)控的編碼蛋白質(zhì)的基因可稱為結(jié)構(gòu)基因 ( SG)。一個(gè)操縱元中含有 2個(gè)以上的結(jié)構(gòu)基因，多的可達(dá)十幾個(gè)。每個(gè)結(jié)構(gòu)基因是一個(gè)連續(xù)的開(kāi)放讀框， 5′端有翻譯起始碼 (DNA存儲(chǔ)鏈上是 ATG，轉(zhuǎn)錄成 mRNA就是 AUG)， 3′端有翻譯終止碼 (DNA存儲(chǔ)鏈上是 TAA、 TGA或 TAG，轉(zhuǎn)錄成 mRNA就是 UAA、 UGA或 UAG)。各結(jié)構(gòu)基因頭尾銜接、串連排列，組成結(jié)構(gòu)基因群。至少在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因 5′側(cè)具有核糖體結(jié)合位點(diǎn) ,因而當(dāng)這段含多個(gè)結(jié)構(gòu)基因的 DNA被轉(zhuǎn)錄成多順?lè)醋?mRNA，就能被核糖體所識(shí)別結(jié)合、并起始翻譯。核糖體沿 mRNA移動(dòng)；在合成完第一個(gè)編碼的多肽后，核糖體可以不脫離 mRNA而繼續(xù)翻譯合成下一個(gè)基因編碼的多肽，直至合成完這條多順?lè)醋觤RNA所編碼的全部多肽。 大腸桿菌乳糖操縱子 ? 乳糖操縱子控制模型的主要內(nèi)容： ? ⑴ Z、 Y、 A基因的產(chǎn)物由同一條多順?lè)醋拥膍RNA分子所編碼； ? ⑵啟動(dòng)區(qū) P位于阻遏基因 I與操縱區(qū) O之間； ? ⑶操縱區(qū)是 DNA上的一小段序列，是阻遏物結(jié)合的位點(diǎn)； ? ⑷當(dāng)阻遏物與操縱區(qū)結(jié)合時(shí)， lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制； ? ⑸誘導(dǎo)物通過(guò)與阻遏物結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與操縱區(qū)結(jié)合，使 lac mRNA能夠合成。 （三）乳糖操縱元的表達(dá)調(diào)控 ? 乳糖操縱元的結(jié)構(gòu)及其基因表達(dá)調(diào)控可綜合于圖 乳糖操縱元含有 z、 y和 a三個(gè)結(jié)構(gòu)基因。 ? z基因長(zhǎng) 3510bp，編碼含 1170個(gè)氨基酸、分子量為 135，000的多肽，以四聚體形式組成有活性的 β－半乳糖苷酶，催化乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，再分解為半乳糖和葡萄糖； z基因 5′側(cè)具有大腸桿菌核糖體識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)（ RBS)特征的 (SD)序列，因而當(dāng)乳糖操縱元開(kāi)放時(shí)，核糖體能結(jié)合在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的 mRNA上。 ? y基因長(zhǎng) 780bp，編碼由 260個(gè)氨基酸組成、分子量 30000的半乳糖透過(guò)酶，促使環(huán)境中的乳糖進(jìn)入細(xì)菌； ? a基因長(zhǎng) 825bp，編碼含 275氨基酸、分子量為 32 000的轉(zhuǎn)乙?；福远垠w活性形式催化半乳糖的乙?；?。 ? 由于 z、 y、 a三個(gè)基因頭尾相接，上一個(gè)基因的翻譯終止碼靠近下一個(gè)基因的翻譯起始碼，因而同一個(gè)核糖體能沿此轉(zhuǎn)錄生成的多順?lè)醋?mRNA移動(dòng)，在翻譯合成了上一個(gè)基因編碼的蛋白質(zhì)后，不從 mRNA上掉下來(lái)而繼續(xù)沿 mRNA移動(dòng)合成下一個(gè)基因編碼的蛋白質(zhì)，一氣依次合成基因群所編碼的所有蛋白質(zhì)。 啟動(dòng)子 ? 啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段 DNA序列。操縱元至少有一個(gè)啟動(dòng)子，一般在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因 5′側(cè)上游，控制整個(gè)結(jié)構(gòu)基RNA聚合酶與分離的一段 DNA雙鏈混合，再加入外切核酸酶去水解 DNA，結(jié)果只有被 RNA聚合酶識(shí)別結(jié)合而被保護(hù)的那段 DNA不被水解，由此可以測(cè)出啟動(dòng)子的范圍及其序列。 ? 不同的啟動(dòng)子序列有所不同，有一些共同的規(guī)律，它們一般長(zhǎng) 40－ 60bp，含 A桾堿基對(duì)較多，某些段落是很相似的，這些相似的保守性段落稱為共有性序列。如圖所示，啟動(dòng)子一般可分為識(shí)別 (R)、結(jié)合 (B)和起始 (I)三個(gè)區(qū)段。轉(zhuǎn)錄起始第一個(gè)堿基 (通常標(biāo)記位置為＋ 1)最常見(jiàn)的是 A；在－ 10bp附近有 TATAAT一組共有序列，稱為 Pribnow盒；在－ 35bp處又有 TTGACA一組共有序列 。 原核生物基因轉(zhuǎn)錄起始區(qū) 操縱子 ? 操縱子 (operator)是指能被調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段 DNA序列，常與啟動(dòng)子鄰近或與啟動(dòng)子序列重疊，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在操縱子序列上，會(huì)影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)弱。 ?舉乳糖操縱元中的操縱子為例，如圖所示，其操縱子 (o)序列位于啟動(dòng)子 (p)與被調(diào)控的基因之間，部分序列與啟動(dòng)子序列重疊。仔細(xì)分析該操縱子序列，可見(jiàn)這段雙鏈 DNA具有回文樣的對(duì)稱性一級(jí)結(jié)構(gòu)，能形成十字形的莖環(huán)構(gòu)造。不少操縱子都具有類似的對(duì)稱性序列，可能與特定蛋白質(zhì)的結(jié)合相關(guān)。 乳糖操縱元的 PO區(qū)及 O區(qū)序列 調(diào)控基因 ? 調(diào)控基因 (rg)是編碼能與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因。 ? 與操縱子結(jié)合后能減弱或阻止其調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為阻遏蛋白 (rp)，其介導(dǎo)的調(diào)控方式稱為負(fù)性調(diào)控； ? 與操縱子結(jié)合后能增強(qiáng)或起動(dòng)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為激活蛋白，所介導(dǎo)的調(diào)控方式稱為正性調(diào)控。 ? 某些特定的物質(zhì)能與調(diào)控蛋白結(jié)合，使調(diào)控蛋白的空間構(gòu)像發(fā)生變化，從而改變其對(duì)基因錄的影響，這些特定物質(zhì)可稱為效應(yīng)物，其中凡能引起誘導(dǎo)發(fā)生的分子稱為誘導(dǎo)劑，能導(dǎo)致阻遏發(fā)生的分子稱為阻遏劑或輔助阻遏劑。 終止子 ? 終止子 (T)是給予 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的 DNA序列。在一個(gè)操縱元中至少在構(gòu)基因群最后一個(gè)基因的后面有一個(gè)終止子。 ? 終止子按其作用是否需蛋白因子的協(xié)助至少可以分為兩類： ? 一