【正文】 CH3 OH H H H H OH IPTG 單林娜 制作 11 二、酶的誘導(dǎo) — lac體系受調(diào)控的證據(jù) 單林娜 制作 12 乳糖操縱元的雙調(diào)控系統(tǒng)： (1)受乳糖與阻遏蛋白調(diào)控的、可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控系統(tǒng) 。 IPTG和 Xgal（ 分子式見(jiàn)圖 ） 都被廣泛應(yīng)用在分子生物學(xué)和基因工程的工作中 。 例如異丙基硫代半乳糖苷 (isopropylthiogalactoside, IPTG)就是很強(qiáng)的誘導(dǎo)劑 ， 不被細(xì)胞代謝而十分穩(wěn)定 。 Two physiologically important reactions catalyzed by βgalactosidase 169。 單林娜 制作 6 結(jié)構(gòu)基因 ? lacZ編碼 β 半乳糖苷酶： 將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 ? lacY編碼 β 半乳糖苷透過(guò)酶： 使外界的 β 半乳糖苷 （ 如乳糖 ） 能透過(guò)大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 。單林娜 制作 1 乳糖操縱元 (lac operon) 內(nèi)容提要： 乳糖操縱元的結(jié)構(gòu) 酶的誘導(dǎo) —— lac體系受調(diào)控的證據(jù) 乳糖操縱元調(diào)控模型 影響因子 單林娜 制作 2 一、乳糖操縱元的結(jié)構(gòu) i基因 P O lacZ lacY lacA 阻遏 基因 CAP 啟動(dòng)子 操縱基因 結(jié)構(gòu)基因 代謝激活蛋白結(jié)合位點(diǎn) 單林娜 制作 3 乳糖操縱元的結(jié)構(gòu) LacZ LacI LacA LacY 1040 3510 780 825 82 repressor βgalactosidase permease transacetylase 單林娜 制作 4 圖 Lac操縱元及各組分詳圖 單林娜 制作 5 乳糖操縱元的結(jié)構(gòu) 1) 結(jié)構(gòu)基因： 分解乳糖的三種酶，使乳糖分解，產(chǎn)生能量。 2) 操縱基因 3) 啟動(dòng)子 4) CAP 5) i基因：上游，產(chǎn)生阻遏物。 ? lacA編碼 β 半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶： 乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)到 β 半乳糖苷上 ， 形成乙酰半乳糖 。 2022 John Wiley and Sons Publishers 異乳糖 乳糖 別乳糖 IPTG 結(jié)合 lac阻遏物 —去阻遏 單林娜 制作 9 ? 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) lac操縱元的開(kāi)放 。 ? Xgal(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 。 單林娜 制作 10 如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶而本身又不被分解 ，這種物質(zhì)被稱為義務(wù)誘導(dǎo)物 ， 如 IPTG（ 異丙基 β –D硫代半乳糖苷 ） 。 (2)受 cAMP與 CAP調(diào)節(jié)的、可誘導(dǎo)的正調(diào)控系統(tǒng)。 ? 以此保證大腸桿菌靈活、經(jīng)濟(jì)、有效地適應(yīng)外界環(huán)境，只有在必需的時(shí)候（只有乳糖，沒(méi)有葡萄糖）才啟動(dòng)乳糖操縱子的表達(dá)。 ② 該 mNA分子的 啟動(dòng)區(qū) （ P） 位于阻遏基因 （ I）與操縱區(qū) （ O） 之間 ， 不能單獨(dú)起始半乳糖苷酶和透過(guò)酶基因的高效表達(dá)； ③ 操縱子 (operater)是 DNA上的一小段序列 （ 僅為 26bp） ， 是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn) 。 單林娜 制作 16 ⑤ 誘導(dǎo)物通過(guò)與阻遏物 結(jié)合 ， 改變它的三維構(gòu)象 ， 使之不能與操縱基因結(jié)合 ， 從而激發(fā) lac mRNA的合成 。 乳糖操縱元調(diào)控模型主要內(nèi)容： 單林娜 制作 17 單林娜 制作 18 RNA聚合酶結(jié)合部位 阻遏物結(jié)合部位 Startpoint of the lac operon Repressor and RNA polymase bind at site that overlap aroud the startpoint of the lac operon 單林娜 制作 19 G C 操縱位點(diǎn)的回文序列 Center of symmetry 單林娜 制作 20 未誘導(dǎo)：結(jié)構(gòu)基因被阻遏 阻遏物 四聚體 LacI P O lacZ lacY lacA 圖 當(dāng)無(wú)誘導(dǎo)物時(shí)阻遏物結(jié)合在操縱基因上 單林娜 制作 21 誘導(dǎo)：基因被打開(kāi) β 半乳糖苷酶 透性酶 乙酰轉(zhuǎn)移酶 圖 誘導(dǎo)物和阻遏物成為調(diào)節(jié)操縱元的開(kāi)關(guān) 單林娜 制作 22 阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)： （分解代謝） —— 負(fù)控誘導(dǎo) 1) 無(wú)乳糖存在時(shí)，阻遏物可以結(jié)合在操縱基因上 — → 阻止轉(zhuǎn)錄過(guò)程 — → 基因關(guān)閉 2) 有乳糖存在時(shí)，乳糖與阻遏物結(jié)合 — → 阻遏物變構(gòu) — → 阻遏物不能結(jié)合操縱基因 —→ 轉(zhuǎn)錄進(jìn)行 — → 基因開(kāi)放 單林娜 制作 24 ? 可誘導(dǎo)調(diào)控的操縱元，其基因表達(dá)產(chǎn)物都是利用某種營(yíng)養(yǎng)物的酶體系（分解代謝） 有營(yíng)養(yǎng)物 ——相應(yīng)基因開(kāi)放 無(wú)營(yíng)養(yǎng)物 ——細(xì)胞就沒(méi)必要產(chǎn)生相應(yīng)的酶 單林娜 制作 25 1． 調(diào)控機(jī)理： ? CAP： Catabolite activator protein， 分解代謝活化劑蛋白 ， 由活化劑基因 (A)編碼 。 （二） CAP的正性調(diào)節(jié) 單林娜 制作 26 ? cAMP： Cyclic AMP ? ATP 在腺苷酸環(huán)化酶的作用下轉(zhuǎn)變成環(huán)腺苷酸 (cyclic adenosine monophosphate, cAMP)。 2022 John Wiley and Sons Publishers 單林娜 制作 28 ? CAP有 2種狀態(tài)： ?無(wú)活性態(tài)： CAP未與 cAMP結(jié)合時(shí)是沒(méi)有活性的 ， 不能與 特定的 DNA序列 結(jié)合 。