【文章內(nèi)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(diǎn)，即有一段富含 GC的反向重復(fù)序列，其后跟隨一段富含 AT的序列 (圖 )，因而轉(zhuǎn)錄生成的mRNA的序列中能形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)，后繼一連串 U，正是 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄生成的這段 mRNA的結(jié)構(gòu)阻止 RNA聚合酶繼續(xù)沿DNA移動(dòng)，并使聚合酶從 DNA鏈上脫落下來，終止轉(zhuǎn)錄。 ? 另一類是依賴 ρ因子的終止子，即其終止轉(zhuǎn)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(gè)操縱元必定含有的。 ? 其中啟動(dòng)子、操縱子位于緊鄰結(jié)構(gòu)基因群的上游，終止子在結(jié)構(gòu)基因群之后，它們都在結(jié)構(gòu)基因的附近，只能對同一條 DNA鏈上的基因表達(dá)起調(diào)控作用，這種作用在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱為順式作用，啟動(dòng)子、操縱子和終止子就屬于順式作用元件。 ? 調(diào)控基因可以在結(jié)構(gòu)基因群附近、也可以遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)基因，它是通過其基因產(chǎn)物來調(diào)控蛋白來發(fā)揮作用的，因而調(diào)控基因不僅能對同一條 DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起表達(dá)調(diào)控作用，而且能對不在一條 DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起作用，在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱為反式作用，調(diào)控基因就屬于反式作用元件，其編碼產(chǎn)生的調(diào)控蛋白稱為反式調(diào)控因子。 （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 阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)控 ? 當(dāng)大腸桿菌在沒有乳糖的環(huán)境中生存時(shí)， 1ac操縱元處于阻遏狀態(tài)。 i基因在其自身的啟動(dòng)子 Pi控制下，低水平、組成性表達(dá)產(chǎn)生阻遏蛋白 R，每個(gè)細(xì)胞中僅維持約 10個(gè)分子的阻遏蛋白。 R以四聚體形式與操縱子 o結(jié)合，阻礙了 RNA聚合酶與啟動(dòng)子 P1ac的結(jié)合，阻止了基因的轉(zhuǎn)錄起動(dòng)。 R的阻遏作用不是絕對的， R與 o偶爾解離，使細(xì)胞中還有極低水平的 β－半乳糖苷酶及透過酶的生成。 ? 當(dāng)有乳糖存在時(shí)，乳糖受 β－半乳糖苷酶的催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與 R結(jié)合，使 R構(gòu)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(zhuǎn)錄開放， β－半乳糖苷酶在細(xì)胞內(nèi)的含量可增加 1000倍。這就是乳糖對 1ac操縱元的誘導(dǎo)作用。 ? 一些化學(xué)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(jié)合，使 R構(gòu)象變化，誘導(dǎo) 1ac操縱元的開放。 ? 例如異丙基硫代半乳糖苷 (IPTG)就是很強(qiáng)的誘導(dǎo)劑，不被細(xì)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(xué)合成的半乳糖苷，可被 β－半乳糖苷酶水解產(chǎn)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(yīng)用在分子生物學(xué)和基因工程的工作中。 CAP的正性調(diào)控 ? 細(xì)菌中的 cAMP含量與葡萄糖的分解代謝有關(guān)，當(dāng)細(xì)菌利用葡萄糖分解供給能量時(shí)， cAMP生成少而分解多， cAMP含量低；相反，當(dāng)環(huán)境中無葡萄糖可供利用時(shí)， cAMP含量就升高。細(xì)菌中有一種能與 cAMP特異結(jié)合的 cAMP受體蛋白 CRP，當(dāng) CRP未與 cAMP結(jié)合時(shí)它是沒有活性的，當(dāng)cAMP濃度升高時(shí)， CRP與 cAMP結(jié)合并發(fā)生空間構(gòu)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(jié)合。 ? 在 1ac操縱元的啟動(dòng)子 P1ac上游端有一段與 P1ac部分重疊的序列，能與 CAP特異結(jié)合，稱為 CAP結(jié)合位點(diǎn)。 CAP與這段序列結(jié)合時(shí)，可增強(qiáng) RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性，使轉(zhuǎn)錄提高 50倍。相反，當(dāng)有葡萄糖可供分解利用時(shí)， cAMP濃度降低， CRP不能被活化， 1ac操縱元的結(jié)構(gòu)基因表達(dá)下降。 葡萄糖利用對乳糖操縱元的影響 ? 由于 P1ac是弱啟動(dòng)子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使1ac操縱元轉(zhuǎn)錄開放，還不能使細(xì)胞很好利用乳糖，必須同時(shí)有 CAP來加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，細(xì)菌才能合成足夠的酶來利用乳糖。1ac操縱元的強(qiáng)誘導(dǎo)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(jī)制，細(xì)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(shí)，細(xì)菌才去充分利用乳糖。 ? 不難看出： CAP結(jié)合位點(diǎn)就是一種起正性調(diào)控作用的操縱子， CAP則是對轉(zhuǎn)錄起正性作用的控蛋白激活蛋白，編碼 CRP的基因也是一個(gè)調(diào)控基因，不過它并不在 1ac操縱元的附近，CAP可以對幾個(gè)操縱元都起作用。 ? 從上所述，乳糖操縱元屬于可誘導(dǎo)操縱元，這類操縱元通常是關(guān)閉的，當(dāng)受效應(yīng)物作用后誘導(dǎo)開放轉(zhuǎn)錄。這類操縱元使細(xì)菌能適應(yīng)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(diào)控模式 ? 色氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的組分，一般的環(huán)境難以給細(xì)菌提供足夠的色氨酸，細(xì)菌要生存繁殖通常需要自己經(jīng)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(shí)，細(xì)菌就會(huì)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(fù)擔(dān)。細(xì)菌所以能做到這點(diǎn)是因?yàn)橛猩彼岵倏v元(trp operon)的調(diào)控。 ? 色氨酸操縱子負(fù)責(zé)色氨酸的生物合成，當(dāng)培養(yǎng)基中有足夠的色氨酸時(shí)，這個(gè)操縱子自動(dòng)關(guān)閉，缺乏色氨酸時(shí)操縱子被打開， trp基因表達(dá)，色氨酸或與其代謝有關(guān)的某種物質(zhì)在阻遏過程（而不是誘導(dǎo)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(diào)控。 色氨酸操縱元的結(jié)構(gòu)與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)控 ? 色氨酸的合成分 5步完成。每個(gè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移酶 ? trpF：編碼鄰氨基苯甲酸異構(gòu)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(gè)被翻譯的基因，還有 trpL(前導(dǎo)區(qū)）和 trpa（為弱化子區(qū)，不是 trpA）。 trp操縱子中產(chǎn)生阻遏物的基因是 trpR，該基因距 trp基因簇很遠(yuǎn)，在位于 trp基因簇較遠(yuǎn)處還有一個(gè) 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。 ? 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(jié)構(gòu)基因群，受其上游的啟動(dòng)子Ptrp和操縱子 o的調(diào)控，調(diào)控基因 trpR的位置遠(yuǎn)離 Po結(jié)構(gòu)基因群，在其自身的啟動(dòng)子作用下，以組成性方式低水平表達(dá)分子量為 47000的調(diào)控蛋白 R。 R并沒有與 o結(jié)合的活性，當(dāng)環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時(shí)， R與色氨酸結(jié)合后構(gòu)象變化而活化，就能夠與 o特異性親和結(jié)合，阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，因此這是屬于一種負(fù)性調(diào)控的、可阻遏的操縱元 (repressible operon)，即這操縱元通常是開放轉(zhuǎn)錄的，當(dāng)有效應(yīng)物 (色氨酸為阻遏劑 )作用時(shí)，則阻遏關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。細(xì)菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱元都屬于這種類型，其調(diào)控可使細(xì)菌處在生存繁殖最經(jīng)濟(jì)最節(jié)省的狀態(tài)。