【文章內容簡介】 類是不依賴 ρ因子 (蛋白性終止因子 )的終止子，這類終止子在序列上有一些共通的特點，即有一段富含 GC的反向重復序列，其后跟隨一段富含 AT的序列 (圖 )，因而轉錄生成的mRNA的序列中能形成發(fā)夾式結構，后繼一連串 U，正是 RNA聚合酶轉錄生成的這段 mRNA的結構阻止 RNA聚合酶繼續(xù)沿DNA移動，并使聚合酶從 DNA鏈上脫落下來，終止轉錄。 ? 另一類是依賴 ρ因子的終止子，即其終止轉錄的作用需要 ρ因子的協(xié)同，或至少是受 ρ因子的影響。 ? 以上 5種元件是每一個操縱元必定含有的。 ? 其中啟動子、操縱子位于緊鄰結構基因群的上游，終止子在結構基因群之后，它們都在結構基因的附近，只能對同一條 DNA鏈上的基因表達起調控作用，這種作用在遺傳學實驗上稱為順式作用，啟動子、操縱子和終止子就屬于順式作用元件。 ? 調控基因可以在結構基因群附近、也可以遠離結構基因，它是通過其基因產物來調控蛋白來發(fā)揮作用的，因而調控基因不僅能對同一條 DNA鏈上的結構基因起表達調控作用，而且能對不在一條 DNA鏈上的結構基因起作用，在遺傳學實驗上稱為反式作用，調控基因就屬于反式作用元件，其編碼產生的調控蛋白稱為反式調控因子。 （三）乳糖操縱元的表達調控 ? 乳糖操縱元的結構及其基因表達調控可綜合于圖 阻遏蛋白的負性調控 ? 當大腸桿菌在沒有乳糖的環(huán)境中生存時， 1ac操縱元處于阻遏狀態(tài)。 i基因在其自身的啟動子 Pi控制下，低水平、組成性表達產生阻遏蛋白 R，每個細胞中僅維持約 10個分子的阻遏蛋白。 R以四聚體形式與操縱子 o結合，阻礙了 RNA聚合酶與啟動子 P1ac的結合，阻止了基因的轉錄起動。 R的阻遏作用不是絕對的， R與 o偶爾解離，使細胞中還有極低水平的 β－半乳糖苷酶及透過酶的生成。 ? 當有乳糖存在時，乳糖受 β－半乳糖苷酶的催化轉變?yōu)閯e乳糖，與 R結合，使 R構象變化， R四聚體解聚成單體，失去與 o的親和力，與 o解離，基因轉錄開放， β－半乳糖苷酶在細胞內的含量可增加 1000倍。這就是乳糖對 1ac操縱元的誘導作用。 ? 一些化學合成的乳糖類似物，不受 β－半乳糖苷酶的催化分解，卻也能與 R特異性結合，使 R構象變化，誘導 1ac操縱元的開放。 ? 例如異丙基硫代半乳糖苷 (IPTG)就是很強的誘導劑，不被細胞代謝而十分穩(wěn)定。 X－ gal(5－溴－ 4－氯－ 3－吲哚－ β－半乳糖苷 )也是一種人工化學合成的半乳糖苷，可被 β－半乳糖苷酶水解產生蘭色化合物，因此可以用作 β－半乳糖苷酶活性的指示劑。 IPTG和 X－ gal都被廣泛應用在分子生物學和基因工程的工作中。 CAP的正性調控 ? 細菌中的 cAMP含量與葡萄糖的分解代謝有關，當細菌利用葡萄糖分解供給能量時， cAMP生成少而分解多， cAMP含量低；相反，當環(huán)境中無葡萄糖可供利用時， cAMP含量就升高。細菌中有一種能與 cAMP特異結合的 cAMP受體蛋白 CRP，當 CRP未與 cAMP結合時它是沒有活性的，當cAMP濃度升高時， CRP與 cAMP結合并發(fā)生空間構象的變化而活化，稱為 CAP，能以二聚體的方式與特定的 DNA序列結合。 ? 在 1ac操縱元的啟動子 P1ac上游端有一段與 P1ac部分重疊的序列，能與 CAP特異結合，稱為 CAP結合位點。 CAP與這段序列結合時，可增強 RNA聚合酶的轉錄活性，使轉錄提高 50倍。相反，當有葡萄糖可供分解利用時， cAMP濃度降低， CRP不能被活化， 1ac操縱元的結構基因表達下降。 葡萄糖利用對乳糖操縱元的影響 ? 由于 P1ac是弱啟動子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使1ac操縱元轉錄開放，還不能使細胞很好利用乳糖，必須同時有 CAP來加強轉錄活性，細菌才能合成足夠的酶來利用乳糖。1ac操縱元的強誘導既需要有乳糖的存在，又需要沒有葡萄糖可供利用。通過這種機制，細菌優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，只有無葡萄糖而又有乳糖時，細菌才去充分利用乳糖。 ? 不難看出： CAP結合位點就是一種起正性調控作用的操縱子， CAP則是對轉錄起正性作用的控蛋白激活蛋白，編碼 CRP的基因也是一個調控基因，不過它并不在 1ac操縱元的附近，CAP可以對幾個操縱元都起作用。 ? 從上所述，乳糖操縱元屬于可誘導操縱元，這類操縱元通常是關閉的，當受效應物作用后誘導開放轉錄。這類操縱元使細菌能適應環(huán)境的變化，最有效地利用環(huán)境能提供的能源底物。 返回首頁 三、 色氨酸操縱子的調控模式 ? 色氨酸是構成蛋白質的組分，一般的環(huán)境難以給細菌提供足夠的色氨酸，細菌要生存繁殖通常需要自己經過許多步驟合成色氨酸，但是一旦環(huán)境能夠提供色氨酸時，細菌就會充分利用外界的色氨酸、減少或停止合成色氨酸，以減輕自己的負擔。細菌所以能做到這點是因為有色氨酸操縱元(trp operon)的調控。 ? 色氨酸操縱子負責色氨酸的生物合成，當培養(yǎng)基中有足夠的色氨酸時，這個操縱子自動關閉，缺乏色氨酸時操縱子被打開， trp基因表達，色氨酸或與其代謝有關的某種物質在阻遏過程（而不是誘導過程）中起作用。由于 trp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或 cAMPCAP的調控。 色氨酸操縱元的結構與阻遏蛋白的負性調控 ? 色氨酸的合成分 5步完成。每個環(huán)節(jié)需要一種酶，編碼這 5種酶的基因緊密連鎖在一起，被轉錄在一條多順反子 mRNA上，分別以 trpE、 trpD、 trpC、 trpB、 trpA代表 . ? trpE（和 /或 trpG） :編碼鄰氨基苯甲酸合成酶 ? trpD：編碼鄰氨基苯甲酸焦磷酸轉移酶 ? trpF：編碼鄰氨基苯甲酸異構酶 ? trpB、 trpA:編碼色氨酸合成酶的 a和 β亞基 ? trpC：編碼吲哚甘油 3磷酶合成酶 ? trpE基因是第一個被翻譯的基因，還有 trpL(前導區(qū)）和 trpa（為弱化子區(qū)，不是 trpA）。 trp操縱子中產生阻遏物的基因是 trpR，該基因距 trp基因簇很遠，在位于 trp基因簇較遠處還有一個 trpS（色氨酸 tRNA合成酶），它和攜帶有 trp的 tRNATrp也參與 trp操縱子的調控作用。 ? 合成色氨酸所需要酶類的基因 E、 D、 C、 B、 A等頭尾相接串連排列組成結構基因群，受其上游的啟動子Ptrp和操縱子 o的調控，調控基因 trpR的位置遠離 Po結構基因群，在其自身的啟動子作用下，以組成性方式低水平表達分子量為 47000的調控蛋白 R。 R并沒有與 o結合的活性，當環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時， R與色氨酸結合后構象變化而活化，就能夠與 o特異性親和結合，阻遏結構基因的轉錄，因此這是屬于一種負性調控的、可阻遏的操縱元 (repressible operon)，即這操縱元通常是開放轉錄的，當有效應物 (色氨酸為阻遏劑 )作用時，則阻遏關閉轉錄。細菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱元都屬于這種類型，其調控可使細菌處在生存繁殖最經濟最節(jié)省的狀態(tài)。