【正文】 的積累，這在生物進(jìn)化中是有意義的。由于半乳糖苷分子在高濃度時是細(xì)胞生長抑制物， 而 A基因能使之乙?；顾鼈儾荒鼙?223。i p o z y aNo lac mRNAAbsence of lactoseActivei p o z y a?GalactosidasePermease TransacetylasePresence of lactoseInactiveLack of inducer: the lac repressor block all but a very low level of transcription of lacZYA .Lactose is present, the low basal level of permease allows its uptake, andβgalactosidase catalyzes the conversion of some lactose to allolactose.Allolactose acts as an inducer, binding to the lac repressor and inactivate it. C A BSummaryA: RNA polymeraseB: lac repressor C: CRPcAMPLac操縱子中其他問題 A基因及其生理功能 自然界中存在著許多能被 223。轉(zhuǎn)錄必須 有 cAMP—CRP復(fù)合物結(jié)合在操縱子的啟動子上。由 Crp基因編碼的代謝物激活蛋白（ CAP） 能與 cAMP形成復(fù)合物。 如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基，大腸桿菌在耗盡外源葡萄糖之前不會誘發(fā) lac操縱子，也就是說，葡萄糖 對lac操縱子表達(dá)具有間接的抑制作用。 lac操縱子的影響 223。 lac I基因產(chǎn)物及功能 lac操縱子阻遏物的 mRNA是由弱啟動子控制下組成型合成的。 多數(shù)乳糖被降解成為葡萄糖和半乳糖，有一部分乳糖被轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)乳糖并與細(xì)胞內(nèi)的阻遏物結(jié)合使后者失活而促使 mRNA高速合成。異構(gòu)乳糖與結(jié)合在操縱區(qū)上的 阻遏物相結(jié)合并使阻遏物失活離開操縱區(qū)，開始 lac mRNA的生物合成，編碼 223。 加入乳糖，在透過酶分子的作用下，少量乳糖分子進(jìn)入細(xì)胞，又在單個 223。由于阻遏物與操縱基因的結(jié)合 不是絕對緊密的，也會偶爾掉下來；這時啟動子的障礙被解除，RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄。Lactose operon: a regulatory gene and 3 stuctural genes, and 2 control elementslacIRegulatory genelacZ lacY lacA DNAmRNAβ GalactosidasePermeaseTransacetylaseProteinStructural GenesCisacting elementsPlacI Plac Olac DNA上的一小段序列（僅26bp）， 是阻遏物的結(jié)合位點； ， lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制； 5. 誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變它的三維構(gòu)象，使之不能與操縱區(qū)相結(jié)合，從而激發(fā) lac mRNA的合成，使啟動子能夠順利起始 mRNA的轉(zhuǎn)錄。乳 糖 操 縱 子 與 負(fù) 控 誘 導(dǎo) 系 統(tǒng) 大腸桿菌乳糖操縱子包括 3個結(jié)構(gòu)基因:Z、 Y、 A， 以及啟動子、控制子和阻遏子等。 產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是空載 tRNA。 在細(xì)菌面臨緊急狀況時，如氨基酸饑餓時，不是缺少一二種氨基酸，而是氨基酸的全面匱乏，細(xì)菌將會產(chǎn)生一個應(yīng)急反應(yīng)，此時生產(chǎn)各種 RNA、 糖、脂肪和蛋白質(zhì)在內(nèi)的幾乎全部生物化學(xué)反應(yīng)過程均被停止。 CAP蛋白因找不到配體而不能形成復(fù)合物，影響了自身與與啟動基因結(jié)合，也影響了 RNA聚合酶與啟動基因的結(jié)合與轉(zhuǎn)錄。 當(dāng)添加葡萄糖后，細(xì)菌所需要的能量可直接從葡萄糖得到滿足。 降解物抑制作用產(chǎn)生的原因如下：細(xì)胞內(nèi)存在一種降解物激活蛋白 CAP。 通過正調(diào)節(jié)以提高基因轉(zhuǎn)錄水平，使它由原來的低水平表達(dá)變成高水平表達(dá)。 在這種調(diào)節(jié)方式中，起調(diào)節(jié)作用的信號分子的是細(xì)胞中某一氨基酸或嘧啶的濃度。 非活性激活蛋白誘導(dǎo)因子活性激活蛋白正正控控誘誘導(dǎo)導(dǎo)系系統(tǒng)統(tǒng)活性激活蛋白共阻遏蛋白非活性激活蛋白正控阻遏系統(tǒng)正控阻遏系統(tǒng) 除調(diào)節(jié)物的誘導(dǎo)與阻遏作用外，原核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控還存在以下調(diào)節(jié)方式 屬于這種調(diào)節(jié)方式的有大腸桿菌的色氨酸操縱子、丙氨酸操縱子、蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子、纈氨酸操縱子以及沙門氏菌的組氨酸操縱子和亮氨酸操縱子、嘧啶合成操縱子等等。根據(jù)其特征可分為： 正控誘導(dǎo)： 激活蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時而具有活性，利于結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。非活性阻遏蛋白負(fù)負(fù)控控阻阻遏遏系系統(tǒng)統(tǒng)活性阻遏蛋白共 阻遏蛋白 在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物為激活蛋白。根據(jù)其特征可分為： 負(fù)控誘導(dǎo)：阻遏蛋白不與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；當(dāng)阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合變成無活性的阻遏蛋白時，就失去了封閉操縱基因的能力而使結(jié)構(gòu)基因得以表達(dá)。 原核生物基因調(diào)控的類型和機制 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 原核生物基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，根據(jù)機制不同可分為：n 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控n 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 在調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的作用下，通過操縱基因控制結(jié)構(gòu)基因（組）的轉(zhuǎn)錄而發(fā)生的。 調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白通過 與 DNA上的特定位點結(jié)合控制轉(zhuǎn)錄是調(diào)控的關(guān)鍵。 所編碼的蛋白質(zhì)主要是組成細(xì)胞和組織基本成分的結(jié)構(gòu)蛋白、具有催化活性的酶和調(diào)節(jié)蛋白等?；?基因 調(diào)節(jié)基因 由法國巴斯德研究所著名科學(xué)家 Jacob和 Monod在 1961年首先提出，并 在 10年內(nèi)經(jīng)許多科學(xué)家的補充和修正得以逐步完善。 因此，操縱基因是順式控制元件，阻抑蛋白是調(diào)節(jié)基因表達(dá)出的蛋白質(zhì)，是參與操縱子調(diào)節(jié)的反式作用因子。 操縱子中的全部結(jié)構(gòu)基因從同一個啟動子開始轉(zhuǎn)錄成單個 mRNA分子。 翻譯水平上的調(diào)控 原核生物基因表達(dá)和操縱 子 原核生物基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機制可通過操縱子模型說明。 轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控：232。 基因 表達(dá) 調(diào)控主要表現(xiàn)在兩方面 204。 原 核 生 物 基 因 表 達(dá) 調(diào) 控原核基因表達(dá)調(diào)控總 論基因表達(dá) DNA分子將所承載的遺傳信息通過密碼子 — 反密碼子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)分子從而執(zhí)行各種生理生化功能，這個從 DNA到蛋白質(zhì)的過程稱為基因表達(dá)調(diào)控。 基因調(diào)控是現(xiàn)階段分子生物學(xué)研究的中心課題 。 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控204。 mRNA加工成熟水平上的調(diào)控232。 操縱子 ：由操縱基因以及相鄰的若干結(jié)構(gòu)基因所組成的功能單位，其中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄受操縱基因的控制。 操縱基因是操縱子的前端部分，它能和阻抑蛋白結(jié)合，控制有關(guān)操縱子的轉(zhuǎn)錄。 操縱子學(xué)說是關(guān)于原核生物基因結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)控的學(xué)說。 R P O ST啟動 操縱結(jié)構(gòu)基因控制區(qū)操縱子操縱子模型的一般結(jié)構(gòu)信息區(qū) 結(jié)構(gòu)基因：編碼大量功能各異的蛋白質(zhì) 或 RNA的任何基因。 調(diào)節(jié)基因：參與其他基因表達(dá)調(diào)控 的RNA和蛋白質(zhì)的編碼基因。 這種相互作用可以是正調(diào)控的方式，也可以是負(fù)調(diào)控的方式。 在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物為阻遏蛋白 ,起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。阻遏蛋白 誘導(dǎo)因子非活性阻遏蛋白負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng) 負(fù)控阻遏：阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄，也就是說無活性的阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時，變成有活性的阻遏蛋白，從而封閉操縱基因結(jié)構(gòu)基因，而使結(jié)構(gòu)基因不能被表達(dá)。調(diào)節(jié)蛋白與 DNA及 RNA聚合酶相互作用，協(xié)助轉(zhuǎn)錄起始。 正控阻遏：激活蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時失去活性，與 DNA分子脫離，使結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。 弱化子 ：位于結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)區(qū)的終止子，它能使轉(zhuǎn)錄終止 。弱化作用是更為精細(xì)的調(diào)節(jié)機制。 如：乳糖操縱子除負(fù)控誘導(dǎo)機制外，還存在一種正控調(diào)節(jié)機制，它受到分解代謝產(chǎn)物的阻抑作用，又稱作降解物抑制作用或葡萄糖效應(yīng)。 它與cAMP結(jié)合后才能與啟動基因結(jié)合，從而促進(jìn) RNA聚合酶與啟動基因的結(jié)合與轉(zhuǎn)錄。葡萄糖的存在抑制了腺甘酸環(huán)化酶的活性，減少了細(xì)胞內(nèi)環(huán)腺甘 酸（ cAMP） 的含量 。 降解物抑制作用是通過提高轉(zhuǎn)錄強度來調(diào)節(jié)基因表達(dá)的，是一種 積極的調(diào)節(jié)方式。 實施這一應(yīng)急反應(yīng)的信號是鳥苷四磷酸（ ppGpp） 和鳥苷五磷酸 （pppGpp）。 空載 tRNA會 激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使 ppGpp大量合成。 Z、 Y、 A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的 mRNA分子所編碼； 該 mNA分子的 啟動區(qū) （ P） 位于阻遏基因 （ I） 與操縱區(qū) （ O） 之間，不能單獨起始半乳糖苷酶和透過酶基因的高效表達(dá)； 乳糖操縱子的影響因子 lac操縱子的本底水平表達(dá) 在非誘導(dǎo)狀態(tài)下，有少量的 lac mRNA合成，這種與合成被稱為本底水平的組成型合成。這種現(xiàn)象以每個細(xì)胞周期 1~2次的概率發(fā)生。半乳糖苷酶分子的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)乳糖。半乳糖苷酶和乳糖透過酶，導(dǎo)致大量乳糖涌入細(xì)胞。 當(dāng)培養(yǎng)基中的乳糖耗盡，由于阻遏物是不斷被合成，沒有足夠的異構(gòu)乳糖維持去阻遏狀態(tài)，有活性的阻遏物濃度超過異構(gòu)乳糖的濃度，使細(xì)胞重新建立起阻遏狀態(tài)，導(dǎo)致lac mRNA合成被終止。當(dāng) I基因由弱啟動子突變?yōu)閺妴幼雍?，?xì)胞內(nèi)不能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來克服阻遏狀態(tài)，整個 lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。半乳糖苷酶在乳糖代謝中的作用是把乳糖分解為葡萄糖和半乳糖（半乳糖在 gal操縱子的作用下轉(zhuǎn)化為葡萄糖）。 （ CAP） cAMP的濃度受到葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)。 cAMP—CRP 復(fù)合物是激活 lac的重要組成部分，這與阻遏體系無關(guān)，細(xì)菌對它的需要是獨立的。 cAMP — CRP 是一個不同于阻遏物的正調(diào)控因子， lac操縱子的功能是在這兩個相互獨立的調(diào)控體系作用下實現(xiàn)的。半乳糖苷酶降解的半乳糖苷分子，它們的分解產(chǎn)物不能被進(jìn)一步代謝，容易在體內(nèi)積累。半乳糖苷酶分解，從而抑制 了 223。 lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較 在一個完全被誘導(dǎo)的細(xì)胞中， 223。它們在數(shù)量上的差異是由于在 翻譯水平上受到調(diào)節(jié) 所致。這種現(xiàn)象發(fā)生的概率取決于每一個后續(xù)的 AUG密碼子再度起始翻譯的概率。 這種現(xiàn)象對大多數(shù)多順反子 mRNA分子來說具有普遍性。因此 Z基因的完整拷貝數(shù)總是比 A基因多。 操縱子的融合與基因工程 操縱子在自然條件下可能發(fā)生融合，如 lac操縱子與負(fù)責(zé)嘌呤合成的pur操縱子的偶聯(lián)。色氨酸 操縱 子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)Trp操縱子的的一般結(jié)構(gòu) trp操縱子由 5個基因（ trpE、 D、 C、 B、 A） 組成，在正常情況操縱子中的 5個基因 的產(chǎn)物是等量的，但 trpE突變后，其鄰近 的 trpD產(chǎn)量比下游的trpBA產(chǎn)量要低得多。 trp 操縱子的阻遏系統(tǒng) 這個系統(tǒng)中的效應(yīng)物分子是色氨酸，是 由 trp操縱子所編碼的生物合成途徑的末端終產(chǎn)物。Lack of trp Lack of aminoacyl tRNA Ribosome pause at trp codons , occluding sequence 1