【正文】 核基因調(diào)節(jié)特點 乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn)： 葡萄糖充分時： 葡萄糖代謝有關的酶基因 表達 其他糖代謝有關的酶基因 關閉 葡萄糖耗盡時 ,乳糖存在： 乳糖代謝有關的酶基因 表達 葡萄糖代謝有關的酶基因 關閉 說明酶可以誘導 一）乳糖操縱子 (lactose operon) 乳糖的利用及其相關的酶 : 乳糖 (在 通透酶 作用下進入細菌） 別位乳糖 葡萄糖 +半乳糖 β半乳糖苷酶 ?乳糖的利用 β半乳糖苷酶 乳糖確實可誘導 Lac mRNA的合成 能以乳糖作為唯一碳源和能源生長的定為 lac+；相反，稱之為 lac。 β半乳糖苷透過酶的作用是使外界的 β半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細胞壁和原生質(zhì)膜進入細胞內(nèi)。 I型：野生型為 I+，突變型為 I； O型：野生型為 O+，突變型為 Oc。 I/I+局部二倍體由于帶有一個正常阻遏物，使細胞中的 lac仍然被抑制。 Uninducible lacI S mutations are dominant Constitutive lacI d mutations are dominant 組成型 表達 不可 誘導 Lac阻遏物 結(jié)構(gòu)特點 調(diào)控機制 （負調(diào)控） 由基因 I編碼生成的蛋白質(zhì) 具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 具有 4個相同亞基，每個亞基中都有一 與誘導劑和 O基因結(jié)合的位點 Lac阻遏物與 O基因結(jié)合： 結(jié)構(gòu)基因關閉 Lac阻遏物與誘導劑結(jié)合： 不與 O基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因開放 RNA聚合酶結(jié)合，轉(zhuǎn)錄開始 ▲ Lac阻遏物 I O O ρ 誘導劑 乳糖操縱子的負調(diào)控 O+Z+ ＋ OcZ+ ＋ ＋ OcZ+/O+Z+ ＋ ＋ OcZ－ /O＋ Z+ － ＋ OcZ+/O＋ Z－ ＋ ＋ 基 因 型 組成表達 誘導表達 操縱基因 ② O基因組成型突變 說明： Oc對 O+顯性，但只對其臨近的基因才有作 用，稱為順式顯性。 操縱基因的結(jié)構(gòu) 特點： 7+28，以 +11為對稱軸 典型特征具有反向重復序列 相互作用位點可以縮小在 +5+17 I P O Z Y A 調(diào)控基因 控制位點 結(jié)構(gòu)基因 DNA 阻遏蛋白 啟動序列 cAMPCAP結(jié)合位點 操縱序列 β半乳糖苷酶 通透酶 乙?；D(zhuǎn)移酶 乳糖操縱子（ lactose opron） 結(jié)構(gòu) RNA聚合酶 結(jié)合位點 （－ 67~－ 59） （－ 7~＋ 28） General anization of the lac operon of wildtype E. coli. Order of controlling elements and genes: lacI: promoterlacIterminator operon: promoteroperatorlacZlacYlacAterminator 54 — 58 65 — 69 47 — 8 3 — +21 AUG： +39 — +41 47 — 84 1） PO區(qū) Promotor: 84+ 1 Operator: 7+28 兩者有 7bp重疊，使這段序列可能無法同時結(jié)合RNA聚合酶和阻遏蛋白，也可能雖然可以同時結(jié)合，但無法形成開放的轉(zhuǎn)錄起始復合物 2） Lac阻遏物的作用 負調(diào)控 mRNA 阻遏蛋白 I DNA Z Y A O P pol 沒有乳糖存在時 阻遏基因 Lac阻遏物的作用 負調(diào)控 mRNA 阻遏蛋白 有乳糖存在時 I DNA Z Y A O P pol 啟動轉(zhuǎn)錄 mRNA 乳糖 別乳糖 β半乳糖苷酶 3）誘導物的作用機制 a誘導模式 平衡模型（間接作用）： DNA結(jié)合的阻遏蛋白和游離的阻遏蛋白迅速平衡，加入誘導物后，誘導物結(jié)合到游離的阻遏蛋白上，打破了平衡，從而導致結(jié)合的阻遏蛋白釋放 維持阻遏 過量的阻遏物可結(jié) 合在 D N A 阻遏物結(jié)合在 的其它位點 操縱基因上 a a a a a a a a a 誘導物 a 誘導 所有的阻遏物都結(jié)合 a a 在 D N A 的隨機位點上 a a a aa 誘導 物解離 a 建立阻遏 阻遏物恢復 活性狀態(tài) a a a 阻遏蛋白通過直接取代 a 從隨機位點移向 a 操縱基因 a a a a a a 圖 16 14 在細胞中所有的阻遏蛋白都結(jié)合在 D N A 上 ( 仿 e w i n: 《 G E N E S 》Ⅵ ,1997, F i g .) 阻遏蛋白從操縱基因上解離下來的速率非常低以至不能和平衡模型相吻合。由于阻遏物的結(jié)合并不是絕對緊密，即使在與操縱基因緊密結(jié)合時，也會偶爾掉下來，這時啟動子的阻礙被解除， RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄，導致在非誘導情況下少量透過酶可以合成。 葡萄糖消耗完 ? Adenylate cyclase converts ATP into cAMP. ? Phosphodiesterase converts cAMP to AMP. ? Glucose catabolite may inhibit adenylate cyclase and stimulate Phosphodiesterase ◆ cAMP的作用： 刺激多種可誘導的操縱子。 ◆ CRP和 cAMP結(jié)合后 ,稱為 CAP，刺激操縱子 ,導致結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄 (正調(diào)控 )。 6） 乳糖操縱子基因表達的一般情況 基因表達的外界信號 基因表達的 負調(diào)控 基因表達的 正調(diào)控 正、負調(diào)控協(xié)同表達 葡萄糖、乳糖濃度的變化 Lac阻遏物 與操縱基因 cAMP+CAP與相應的 DNA序列 條件 2: 低乳糖 條件 3: 低乳糖 條件 4: 高葡萄糖 低 cAMP 高乳糖 Lac 阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時 , CAP對該系統(tǒng)不發(fā)揮作用 條件 1: 低葡萄糖 高 cAMP 高乳糖 Lac 阻遏蛋白 不 封閉轉(zhuǎn)錄時 , 沒有 CAP存在 ,也 無高效轉(zhuǎn)錄活性。葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱 分解代謝阻遏 (catabolic repression)。 二）色氨酸操縱子 色氨酸的合成分 5步完成。 在位于 65min處還有一個 trpS（色氨酸 tRNA合成酶），它和攜帶有 trp的 tRNATrp也參與 trp操縱子的調(diào)控作用。 ?前導肽（ Leader peptide）：推測前導區(qū) mRNA可編碼 14個氨基酸 組成的多肽，其中第 10和第 11位均為色氨酸。比較野生型和 突變型在 42℃ 和 30℃ 時 Asase的酶活性，表明 Trp tRNAtrp有調(diào)節(jié)功能 ? trpΔLD102突變株 該細菌在有色氨酸的培養(yǎng)基中仍有很高的色氨酸合 成酶活性 trpΔED53 中 L 不缺失 （ 弱化子存在 ） ，trpΔLD102中 L缺失 （ 弱化子不存在 ） ， 缺失前導區(qū)后的表達比有前導區(qū)的表達要高得多 ， 充分說明 trp操縱子的表達調(diào)控除阻遏作用外 ， 還受到 前導區(qū) 的影響 ， 失去了這個因素就失去了一個調(diào)控機制 。 ?大多數(shù)其他氨基酸的缺乏， 核糖體停止運轉(zhuǎn)的位置可讓 1區(qū)和 2區(qū)配對，并不影響 3區(qū)和 4 區(qū)形成終止子結(jié)構(gòu)，所以 trp基因不表達 ?當 Gly饑餓時， 1區(qū)和 2區(qū)中可形成部分雙鏈結(jié)構(gòu)，不影響 3區(qū)和 4區(qū) ?當 Thr饑餓時， 影響 1區(qū) /2區(qū)和 2區(qū) /3區(qū)配對。與色氨酸阻抑物的作用 (70倍 )合在一起，這就意味著色氨酸水平對色氨酸操縱子的表達施加了 700倍的調(diào)節(jié)效果。GalR（調(diào)節(jié)基因） 與 galE、 T、 K及操縱區(qū) O等離得很遠，而 galR產(chǎn)物對 galO的作用與 lacIlacO的作用相同。 從 S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中 無葡萄糖 時，才能順利進行， RNA聚合酶與 S1的結(jié)合需要半乳糖、 CAP和較高濃度的 cAMP。在沒有外源半乳糖的情況下，UDPgal是通過 半乳糖差向異構(gòu)酶（ galE ） 的作用由 UDP葡萄糖 合成的。 四）阿拉伯糖操縱子（ arabinose operon） 基因組成 結(jié)構(gòu)基因 ： araA、 araB和 araD 分別編碼 L－阿拉伯糖異構(gòu)酶、核酮糖激酶和L－核酮糖－ 5－磷酸－ 4－差向異構(gòu)酶。 AraC對 araBAD的調(diào)控包括 正、負 調(diào)控兩種方式。 調(diào)節(jié)機制 ? 調(diào)節(jié)蛋白 AraC的作用 第一，它調(diào)節(jié)它自己的生物合成