【正文】 and allostery have many roles in gene regulation For example: group of regulators often bind DNA cooperatively (activators and/or repressors interact with each other and with the DNA, helping each other to bind near a gene they regulated) : ? produce sensitive switches to rapidly turn on a gene expression, ? integrate signals (some genes are activated when multiple signals are present). 弱化子對基因活性的影響 弱化子： (色氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸等 ) 當(dāng) 操縱子 (是基因表達的協(xié)調(diào)單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因所組成。 核糖體在基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上的不同位置，決定了 RNA可以形成哪一種形式的二級結(jié)構(gòu)，并由此決定基因能否繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。 降解物對基因活性的調(diào)節(jié) 通過提高轉(zhuǎn)錄強度來調(diào)節(jié)基因表達： 葡萄糖效應(yīng) (降解物抑制效應(yīng) )： 在有葡萄糖存在的情況下，即使在細菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麥芽糖等誘導(dǎo)物，與其相對應(yīng)的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來。 細菌的應(yīng)急反應(yīng) 實施應(yīng)急反應(yīng)的信號是 鳥苷四磷酸 (ppGpp)和 鳥苷五磷酸 (pppGpp)；產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是 空載 tRNA。 1961年操縱子模型的提出 —莫洛 (Monod)和雅各布 (Jacob) 獲 1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎 是一種 負控誘導(dǎo)系統(tǒng) 乳糖操縱子 (lactose operon) 酶的誘導(dǎo) 如何發(fā)現(xiàn)？乳糖誘導(dǎo) lac mRNA的合成 真正的誘導(dǎo)劑？ ?IPTG(異丙基硫代半乳糖苷 ) ?TMG(巰甲基半乳糖苷 ) ?發(fā)色底物 O硝基半乳糖苷 (ONPG) 別乳糖 和 IPTG 是 Lac 操縱子 的 誘導(dǎo)物 操縱子 (operon): 阻遏基因 (inhibitor,I,產(chǎn)生阻遏物 repressor)、啟動子 (promoter,P)、操縱基因 (operator,O)、結(jié)構(gòu)基因 (structural gene) 。 操縱子模型與影響因子 ③ O區(qū)是 DNA上的一小段序列 (26bp)，是阻遏蛋白的結(jié)合位點； ④ 當(dāng)阻遏蛋白與 O相結(jié)合時， lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制； ⑤ 誘導(dǎo)物通過與阻遏蛋白結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與 O結(jié)合，從而激發(fā) lac mRNA的合成。 ② 乳糖 (葡萄糖 1,4半乳糖 )并不與阻遏物結(jié)合，真正的誘導(dǎo)物是乳糖的異構(gòu)體 (葡萄糖 1,6半乳糖 )，而后者是在 β半乳糖苷酶 的催化下由乳糖生成的，因此乳糖誘導(dǎo) β半乳糖苷酶的合成需要有 β半乳糖苷酶 的預(yù)先存在。 由于阻遏物的結(jié)合并不是絕對緊密的，即使在它與操縱基因緊密結(jié)合時，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。 異構(gòu)乳糖與結(jié)合在 O區(qū)的 I相結(jié)合并使 I失活而離開 O區(qū)，開始 lac mRNA的合成，最終結(jié)果導(dǎo)致乳糖大量涌入細胞。 當(dāng) I基因由弱啟動子突變?yōu)閺妴幼?，細胞?nèi)就不可能產(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)， 結(jié)構(gòu)基因處在關(guān)閉狀態(tài) 。 ?凡是 Crp及腺苷酸環(huán)化酶基因突變的細菌都不能合成 lac mRNA， ?CRPcAMP (CAPcAMP)復(fù)合物是獨立于阻遏物的正調(diào)控因子。 O區(qū) (阻遏物結(jié)合區(qū) )：位于 7～ +28bp 阻遏物與 O區(qū)的結(jié)合影響了 RNA聚合酶與啟動子區(qū)結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的效率。 CAP以二聚體形式行使功能，二聚體被單個 cAMP活化，其上有兩個結(jié)合位點： ?cAMP結(jié)合位點； ?DNA結(jié)合區(qū) (lacP內(nèi) CAPcAMP結(jié)合位點序列具有對稱性， lacP的 54~58,65~69是 CAPcAMP結(jié)合位點 ) 。 總結(jié)二： CAP的正性調(diào)節(jié) (Positive Control of CAP) C A PPOT T T A C A 3 5 區(qū)T A T G T T 1 0 區(qū)C A P 位點5 ′ A TT A A TG TG A G TT A G C TCA CTCA TT A G G 3 ′R 基因CAP的正性調(diào)節(jié) 35 100C A Pc A M POR N A 聚合酶結(jié)合[無葡萄糖 :有葡萄糖 :c A M Pc A M P( 促進轉(zhuǎn)錄 )( 不促進轉(zhuǎn)錄 )CAP的正性調(diào)節(jié) (tryptophan operon) ?Lac操縱子負責(zé)營養(yǎng)碳源的分解，平時關(guān)閉，只有當(dāng)需要消耗乳糖時，才通過誘導(dǎo)物使阻遏蛋白失活而開放，是 可誘導(dǎo)的負調(diào)控基因 ；另外還存在 CAP的正調(diào)控。 Trp操縱子與 lac操縱子的不同 of the trp operon ?ED編碼鄰氨基苯甲酸合成酶 (2 60KD) ?C編碼吲哚甘油磷酸合成酶 (45KD) ?BA編碼 Trp合成酶 β亞基 (50KD)和 α亞基(29KD) ?La為前導(dǎo)肽和衰減子序列 ?O為控制子 (含 10區(qū) ) ?P為啟動子 ?R為阻遏基因 分支酸 → 鄰氨基苯甲酸 → 磷酸核糖基 → C D R P → 吲哚甘油 磷酸 → 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸 合成酶 硼酸合成酶 β 鏈 α 鏈 6 0 ， 0 0 0 6 0 ， 0 0 0 4 5 ， 0 0 0 5 0 ， 0 0 0 2 9 ， 0 0 0 P O l a t r p E t r p D P t r p C t r p B t r p A t t ’ 1 5 6 0 1 6 2 0 1 3 5 3 1 1 9 1 8 0 4 3 6P ：起動子； O ：操縱子； l ：前導(dǎo)序列； a ：衰減子； t , t ’ ：終止子 圖 1 6 1 5 E . c o l i t r p O 的結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應(yīng) of the trp operon (1) trpR和 trpABCDE不連鎖； (2) 操縱基因在啟動子內(nèi) (3) 有衰減子 (attenuator)/弱化子 (4) 啟動子和結(jié)構(gòu)基因不直接相連，二者被前導(dǎo)序列 (Leader)所隔開 色氨酸操縱子特點 ① The trp operon encodes five structural genes required for tryptophan (色氨酸 ) synthesis. ② These genes are regulated to efficiently express only when tryptophan is limiting. ③ Two layers of regulation are involved: (1) transcription repression by the Trp repressor (initiation)。 ?a regulation at the transcription termination st