基因表達(dá)與調(diào)控(上)——原核基因表達(dá)(編輯修改稿)
2025-02-15 01:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 重新形成， mRNA水平下降。 ? β半乳糖苷酶半衰期長(zhǎng)，其活性下降滯后。 ? 阻遏物 lac I基因產(chǎn)物及功能 ? lac操縱子阻遏物 mRNA是由弱啟動(dòng)子控制下永久型合成的，該阻遏蛋白有 4個(gè)相同的亞基，每個(gè)亞基均含有 347個(gè)氨基酸殘基，并能與 1分子 IPTG結(jié)合 ,每個(gè)細(xì)胞中有 5～ 10個(gè)阻遏物分子。 ? lac I基因由弱啟動(dòng)子變?yōu)閺?qiáng)啟動(dòng)子，細(xì)胞內(nèi)將不可能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來(lái)克服阻遏狀態(tài)，整個(gè) lac操縱子在這些突變體中將不可誘導(dǎo)。 ? 葡萄糖對(duì) lac操縱子的影響 ? β半乳糖苷酶在乳糖代謝中的作用是把前者分解成葡萄糖及半乳糖。如果將葡萄糖和乳糖同時(shí)加入培養(yǎng)基中，大腸桿菌在耗盡外源葡萄糖之前不會(huì)誘發(fā) lac操縱子。 ? 某大腸桿菌突變體，它不能將葡萄糖 6磷酸轉(zhuǎn)化為下一步代謝中間物，該細(xì)菌的 lac基因能在葡萄糖存在時(shí)被誘導(dǎo)合成。所以，不是葡萄糖而是它的某些降解產(chǎn)物抑制 lacmRNA的合成，科學(xué)上把葡萄糖的這種效應(yīng)稱(chēng)之為 代謝物阻遏效應(yīng) （ catabolite repression）。 ? cAMP與代謝物激活蛋白 ? cAMP是在腺苷酸環(huán)化酶的作用下由 ATP轉(zhuǎn)變而來(lái)的，在真核生物的激素調(diào)節(jié)過(guò)程中也起著十分重要的作用。 ? 將細(xì)菌放在含葡萄糖的培養(yǎng)基中培養(yǎng)， cAMP的濃度就低；如果培養(yǎng)基中只有甘油或乳糖等不進(jìn)行糖酵解途徑的碳源， cAMP的濃度就會(huì)很高。 ? 大腸桿菌中的代謝物激活蛋白，由 Crp基因編碼，能與 cAMP形成復(fù)合物。 CRP和 cAMP都是合成lac mRNA所必需的， cAMPCRP是一個(gè)不同于阻遏物的正調(diào)控因子， 而 lac操縱子的功能是在這兩個(gè)相互獨(dú)立的調(diào)控體系作用下實(shí)現(xiàn)的。 ? gal， lac和 ara操縱子上游啟動(dòng)子區(qū)與 CRPcAMP結(jié)合位點(diǎn)的相對(duì)位置分析 ? 半乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖、山梨醇等在降解過(guò)程中均轉(zhuǎn)化成葡萄糖或糖酵解途徑中的其他中間產(chǎn)物，這些糖代謝中有關(guān)的酶都是由可誘導(dǎo)操縱子控制的，被稱(chēng)為 降解物敏感型操縱子 (catabolite sensitive operon），由 cAMPCRP調(diào)控。 ? 大腸桿菌 lac操縱子啟動(dòng)區(qū) CRPcAMP及 35區(qū)，10區(qū)序列分析 ? cAMPCRP復(fù)合物與啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合是 lac mRNA合成起始所必需的，因?yàn)檫@個(gè)復(fù)合物結(jié)合于啟動(dòng)子上游，能使 DNA雙螺旋發(fā)生彎曲，有利于形成穩(wěn)定的開(kāi)放型啟動(dòng)子 RNA聚合酶結(jié)構(gòu)。阻遏物則是一個(gè)抗解鏈蛋白，阻止形成開(kāi)放結(jié)構(gòu)，從而抑制 RNA聚合酶的功能。 + + + + 轉(zhuǎn)錄 無(wú)葡萄糖， cAMP濃度高時(shí) 促進(jìn)轉(zhuǎn)錄 有葡萄糖， cAMP濃度低時(shí) 不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄 Z Y A O P DNA CAP CAP CAP CAP CAP CAP CAP的正調(diào)控 The Lac Operon: When Glucose Is Present But Not Lactose Repressor Promoter LacY LacA LacZ Operator CAP Binding RNA Pol. Repressor Repressor Repressor mRNA Hey man, I’m constitutive Come on, let me through No way Jose! CAP The Lac Operon: When Lactose Is Present But Not Glucose Repressor Promoter LacY LacA LacZ Operator CAP Binding Repressor Repressor mRNA Hey man, I’m constitutive CAP cAMP Repressor Repressor X This lactose has bent me out of shape CAP cAMP CAP cAMP Bind to me Polymerase RNA Pol. RNA Pol. Yipee… ! The Lac Operon: When Neither Lactose Nor Glucose Is Present Repressor Promoter LacY LacA LacZ Operator CAP Binding CAP cAMP CAP cAMP CAP cAMP Bind to me Polymerase RNA Pol. Repressor Repressor mRNA Hey man, I’m constitutive Repressor STOP Right there Polymerase Alright, I’m off to the races . . . Come on, let me through! lac操縱子的調(diào)控區(qū)域 — P、 O區(qū) ? P區(qū)（即啟動(dòng)子區(qū)）一般是從 I基因結(jié)束到 mRNA轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)下游 510bp，而 O區(qū)（即阻遏物結(jié)合區(qū)）位于 7～+28位，該區(qū)的堿基序列有對(duì)稱(chēng)性，其對(duì)稱(chēng)軸在 +11位堿基對(duì)。 lac操縱子中的其他問(wèn)題 ? lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較 ? 在完全被誘導(dǎo)的細(xì)胞中， β半乳糖苷酶、透過(guò)酶及乙酰基轉(zhuǎn)移酶的拷貝數(shù)比例為 1： ： ，這個(gè)比例在一定程度上反映了以 β半乳糖苷作為唯一碳源時(shí)細(xì)胞的需要。不同的酶在數(shù)量上的差異是由于在翻譯水平上受到調(diào)節(jié)所致。 ? ① lac mRNA可能與翻譯過(guò)程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯。因此，存在著從 mRNA的 5‘末端到 3’末端的蛋白質(zhì)合成梯度。 ? ②在 lac mRNA分子內(nèi)部， A基因比 Z基因更易受內(nèi)切酶作用發(fā)生降解，因此，在任何時(shí)候 Z基因的完整拷貝數(shù)要比 A基因多。 ? 操縱子的融合與基因工程 ? pur操縱子在染色體上位于 lac操縱子沿轉(zhuǎn)錄方向的下游，中間只隔了一個(gè)控制細(xì)胞對(duì) T6噬菌體敏感性的 tsx基因。 pur操縱子被“嫁接”到 lac啟動(dòng)子上，形成融合基因。因?yàn)?lac啟動(dòng)子是一個(gè)很強(qiáng)的啟動(dòng)子，通過(guò)它可以使較弱啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)。 7. 3 色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng) ? trp體系參與生物合成，它不受葡萄糖或 cAMPCRP的調(diào)控。色氨酸的合成主要分 5步完成，有 7個(gè)基因參與整個(gè)合成過(guò)程。 ? trpE和 trpG編碼鄰氨基苯甲酸合酶， trpD編碼鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶， trpF編碼異構(gòu)酶， trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶， trpA和 trpB則分別編碼色氨酸合酶的 α和 β亞基。 ? 在許多細(xì)菌中， trpE和 trpG，trpC和 trpB分別融合成一個(gè)基因，產(chǎn)生具有雙重功能的蛋白質(zhì)。 ? trpE基因是第一個(gè)被翻譯的基因，與 trpE緊鄰的是啟動(dòng)子區(qū)和操縱區(qū)。前導(dǎo)區(qū)和弱化子區(qū)分別定名為 trpL和 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)。后者位于大腸桿菌染色體圖上 25分鐘處，而前者則位于 90分鐘處。在位于 65分鐘處還有一個(gè) trpS（色氨酸
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