【正文】 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）。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。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。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。 ? 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(duì)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(guò)它并不在 1ac操縱元的附近，CAP可以對(duì)幾個(gè)操縱元都起作用。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。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。 ? 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(wú)葡萄糖可供利用時(shí)， cAMP含量就升高。 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。 ? 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。 ? 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。 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)。 （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)。 ? 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(duì)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。 ? 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。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。 ? 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。 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。仔細(xì)分析該操縱子序列，可見這段雙鏈 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。 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。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。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。 ? 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)錄生成的多順反子 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)。 ? 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)乳糖操縱元開放時(shí)，核糖體能結(jié)合在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的 mRNA上。 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)物由同一條多順反子的mRNA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。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)錄成多順反子 mRNA，就能被核糖體所識(shí)別結(jié)合、并起始翻譯。每個(gè)結(jié)構(gòu)基因是一個(gè)連續(xù)的開放讀框， 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)。 （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)。色氨酸操縱元是一個(gè)可阻遏的操縱元。例如半乳糖操縱元具有雙啟動(dòng)子結(jié)構(gòu) 。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。這個(gè)單元就稱其為操縱子。 ? 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)。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。當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先使用葡萄糖，當(dāng)葡萄糖耗盡，細(xì)菌停止生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的適應(yīng)，就能利