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1、乳糖操纵子的表达调控第一页，讲稿共二十四页哦1乳糖操纵子的基本结构第二页，讲稿共二十四页哦大肠杆菌乳糖操纵子是大肠杆菌大肠杆菌乳糖操纵子是大肠杆菌DNADNA的一个特定区段，由的一个特定区段，由调节基调节基因因I I，CAPCAP结合位点结合位点，启动基因启动基因P P，操纵基因操纵基因O O和和结构基因结构基因Z Z，Y Y，A A组成。组成。P P区是转录起始时区是转录起始时RNARNA聚合酶的结合部位。聚合酶的结合部位。O O区是阻遏蛋白的结合部位，其功能是控制结构基因的转录。区是阻遏蛋白的结合部位，其功能是控制结构基因的转录。I I基因通常进行转录和翻译，产生有活性的阻遏蛋白基因通常进
2、行转录和翻译，产生有活性的阻遏蛋白。基本结构第三页，讲稿共二十四页哦LacZLacZ编码编码-半乳糖苷酶，半乳糖苷酶，功能是是将乳糖水解为葡萄糖和半功能是是将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖。乳糖。LacYLacY编码编码-半乳糖苷透过酶，半乳糖苷透过酶，功能是促进功能是促进-半乳糖苷酶进入细半乳糖苷酶进入细胞。胞。LacALacA编码编码-半乳糖苷转乙酰基酶半乳糖苷转乙酰基酶，催化将乙酰基团从乙酰辅酶，催化将乙酰基团从乙酰辅酶A A转移到转移到-半乳糖苷分子上。半乳糖苷分子上。第四页，讲稿共二十四页哦2乳糖操纵子的负调控uu大肠杆菌在有葡萄糖作为碳源的培养基中生长时，不能代谢乳大肠杆菌在有葡萄糖作为
3、碳源的培养基中生长时，不能代谢乳糖，因为缺少乳糖代谢的酶。当生长在没有葡萄糖只有乳糖的糖，因为缺少乳糖代谢的酶。当生长在没有葡萄糖只有乳糖的培养基中时代谢乳糖的酶量从几个分子迅速增加近千倍，即细培养基中时代谢乳糖的酶量从几个分子迅速增加近千倍，即细菌在短时间内合成了能够利用乳糖的一系列酶，具备了利用乳菌在短时间内合成了能够利用乳糖的一系列酶，具备了利用乳糖作为碳源的能力，在这个培养基上生存了下来。糖作为碳源的能力，在这个培养基上生存了下来。uu细菌获得这一能力的原因是在乳糖的诱导下开启了乳糖操纵子调控机细菌获得这一能力的原因是在乳糖的诱导下开启了乳糖操纵子调控机制，表达了与代谢乳糖相关的酶所致
4、。制，表达了与代谢乳糖相关的酶所致。乳糖操纵子负调控机制如图一、图二所示第五页，讲稿共二十四页哦a)a)乳糖操纵子的阻遏状态乳糖操纵子的阻遏状态图一第六页，讲稿共二十四页哦b)b)乳糖操纵子的诱导状态乳糖操纵子的诱导状态图二第七页，讲稿共二十四页哦3乳糖操纵子的正调控（CAP的正调控）uu在在laclac操纵子的启动子操纵子的启动子P Placlac上游端有一段序列与上游端有一段序列与P Placlac部分重叠的序列，部分重叠的序列，能与能与CAPCAP特异结合特异结合，称为，称为CAPCAP结合位点结合位点（CAP binding siteCAP binding site）。）。CAPCAP
5、与这段序列结合时，与这段序列结合时，可增强可增强RNARNA聚合酶的转录活性，使转录提高聚合酶的转录活性，使转录提高5050倍。倍。相反，当有葡萄糖可供分解利用时，相反，当有葡萄糖可供分解利用时，cAMPcAMP浓度降低，浓度降低，CRPCRP不能被活化，不能被活化，laclac操纵子的结构基因表达下降。操纵子的结构基因表达下降。这就是乳糖操纵子的正调控。这就是乳糖操纵子的正调控。乳糖操纵子的正调控机制如图三第八页，讲稿共二十四页哦正调控机制正调控机制图三第九页，讲稿共二十四页哦正调控意义正调控意义由于Plac是弱启动子，单纯因乳糖的存在发生去阻遏使lac操纵子转录开放，还不能使细菌很好利用乳
6、糖，必需同时有CAP来加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖。lac操纵子的强诱导既需要有乳糖的存在又需要没有葡萄糖可供利用。通过这机制，细菌是优先利用环境中的葡萄糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才去充分利用乳糖。第十页，讲稿共二十四页哦 提要内容提要内容色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的阻遏调控机制色氨酸操纵子的弱化调控机制色氨酸操纵子的表达调控色氨酸操纵子的表达调控第十一页，讲稿共二十四页哦1色氨酸操纵子的结构第十二页，讲稿共二十四页哦特点（1）trpR与trpABCDE不连锁；（2）操纵基因与启动子部分重叠（3）有衰减子（attenuator）/弱化子（4）启动子与结构基因不直接相
7、连，二者被前导序列（Leader）所隔开第十三页，讲稿共二十四页哦2Trp操纵子阻遏调控机制Trp操纵子转录起始的调控是通过转录起始的调控是通过阻遏蛋白阻遏蛋白实现的。产实现的。产生阻遏蛋白的基因是生阻遏蛋白的基因是trpRtrpR，在高浓度trptrp存在时，存在时，阻遏蛋白-色氨酸复合物色氨酸复合物形成一个同源二聚体，并且与色氨酸操纵子紧密结合，因此可以阻止转录。当trptrp水平低时，阻遏蛋白以一种非活性形式存在，不能结合DNA。这样。这样trptrp操纵子被操纵子被RNARNA聚合酶转录，同时聚合酶转录，同时trptrp生物合成途径被激活。因此色氨酸操纵子属于一种负性调控的、因此色氨酸
8、操纵子属于一种负性调控的、可阻遏的操纵子可阻遏的操纵子。第十四页，讲稿共二十四页哦阻遏调控机制阻遏蛋白有活性阻遏蛋白无活性第十五页，讲稿共二十四页哦3色氨酸操纵子的弱化调控机制实验观察表明：当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活化阻遏蛋白使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。仔细研究发现这种调控现象与色氨酸操纵子弱化调控机制有关。第十六页，讲稿共二十四页哦在色氨酸在色氨酸mRNA5mRNA5端端trpEtrpE起始密码子前有一段起始密码子前有一段162bp162bp的的DNADNA序列和核糖体结合位点，称序列和核糖体结合位点，称为前导
9、区为前导区，实验表明实验表明实验表明实验表明如果如果123-150123-150位碱基序列缺失，色氨酸操纵子基因表达量可提位碱基序列缺失，色氨酸操纵子基因表达量可提高高6 6倍。如果培养基中存在一定水平的色氨酸，转录能够倍。如果培养基中存在一定水平的色氨酸，转录能够被启动，但在这个区域停止，产生一个被启动，但在这个区域停止，产生一个140140个核苷酸的个核苷酸的RNARNA分子；如果没有色氨酸存在，则转录继续进行，合成分子；如果没有色氨酸存在，则转录继续进行，合成trpEmRNAtrpEmRNA，所以这个区域参与了色氨酸操纵子基因表达的，所以这个区域参与了色氨酸操纵子基因表达的调节。调节。第
10、十七页，讲稿共二十四页哦前导序列第十八页，讲稿共二十四页哦研究还发现研究还发现，当mRNA 合成起始以后，除非培养基中完全没有色氨酸，否则转录总在这个区域停止，这就是123-150序列缺失提高色氨酸基因表达的原因。因为转录发生在这个区域并且这种终止能被调节，因此这个区域被称为弱化子或衰减子。该区域序列的mRNA可通过自我配对形成茎-环结构，具有典型的终止子的结构特点。第十九页，讲稿共二十四页哦。茎-环结构第二十页，讲稿共二十四页哦 mRNAmRNA前导区序列分析前导区序列分析 trp前导区的碱基序列已经全部测定，发现完整的前导序列可分为1、2、3、4区域，这四个区域的片段能以两种不同的方式进行
11、碱基配对，有时以1-2和3-4配对，有时只以2-3方式互补配对。而3-4配对区正好位于终止密码子识别区，当这个区域发生破坏自我碱基突变，有利于转录的继续进行。第二十一页，讲稿共二十四页哦色氨酸弱化机制第二十二页，讲稿共二十四页哦Trp-tRNATrp-tRNATrp Trp 存在存在核糖体通核糖体通过过片段片段1(21(2个个TrpTrp密密码码子子)封封闭闭片段片段2 2片段片段3 3，4 4形成形成发夹结发夹结构构RNARNA聚合聚合酶酶停止停止转录转录,产产生衰减子生衰减子转录产转录产物物转录转录、翻、翻译译偶偶联联,产产生前生前导肽导肽高高高高TrpTrp时：时：第二十三页，讲稿共二十四页哦Trp-tRNATrp-tRNATrpTrp核糖体翻核糖体翻译译停止在片段停止在片段1 1（2 2个个TrpTrp密密码码子子片段片段2 2，3 3形成形成发夹结发夹结构构转录转录不不终终止止RNARNA聚合聚合酶酶继续继续转录转录低低低低Trp时时时时:第二十四页，讲稿共二十四页哦