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1、乳糖操纵子的表达调控乳糖操纵子的表达调控1乳糖操纵子的基本结构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，由调节基因调节基因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和和结构结构基因基因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区是阻遏蛋白的结合部位，其功能是控制结构基因的转录。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行转录和翻译，产生有活性的阻
2、遏蛋白。基本结构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功能是是将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖。和半乳糖。LacYLacY编码编码-半乳糖半乳糖苷透过苷透过酶，酶，功能是促进功能是促进-半乳糖苷半乳糖苷酶进入细胞。酶进入细胞。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，催化将乙酰基团从乙酰辅酶酰辅酶A A转移到转移到-半乳糖苷分子上。半乳糖苷分子上。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，不能代谢乳糖，因为缺少乳糖代谢的酶。当生长在没有葡萄糖只有谢
3、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培养基中时代谢乳糖的培养基中时代谢乳糖的酶乳糖的酶量从几个分子迅速量从几个分子迅速增加增加近千近千倍，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，具备了利用乳糖作为碳源的备了利用乳糖作为碳源的能力，在能力，在这个培养基上生存了下来。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。纵子调控机制，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a)a
4、)乳糖操纵子的阻遏状态乳糖操纵子的阻遏状态图一b)b)乳糖操纵子的诱导状态乳糖操纵子的诱导状态图二3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部分重叠的部分重叠的序列，能与序列，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 CAP binding sitesite）。）。CAPCAP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，聚合酶的转录活性，使转录提高使转录提高5050倍。倍。相反，当有葡萄糖可
5、供分解利用时，相反，当有葡萄糖可供分解利用时，cAMPcAMP浓浓度降低，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。这这就是乳糖操纵子的正就是乳糖操纵子的正调控。调控。乳糖操纵子的正调控机制如图三正调控机制正调控机制图三正调控意义正调控意义由于由于P Placlac是是弱启弱启动动子子，单纯单纯因乳糖的存在因乳糖的存在发发生去阻遏使生去阻遏使laclac操操纵纵子子转录转录开放，开放，还还不能使不能使细细菌菌很好利用乳糖很好利用乳糖，必需同，必需同时时有有CAPCAP来加来加强转录强转录活性，活性，细细菌才能合成足菌才能合成足够
6、够的的酶酶来利用乳来利用乳糖糖。laclac操操纵纵子的子的强诱导强诱导既需要有乳糖的存在又需要没有既需要有乳糖的存在又需要没有葡萄糖可供利用葡萄糖可供利用。通。通过这过这机制，机制，细细菌是菌是优优先利用先利用环环境中的境中的葡萄糖，只有无葡萄糖而又有乳糖葡萄糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时时，细细菌才去菌才去充分利用充分利用乳糖乳糖。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色氨酸操纵子的表达子的表达调控控1色氨酸操纵子的结构特点（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）
7、/弱化子（4）启动子与结构基因不直接相连，二者被前导序列（Leader）所隔开2Trp操纵子阻遏调控机制TrpTrp操纵子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。实现的。产生阻遏蛋白的基因是产生阻遏蛋白的基因是trpRtrpR，在高浓度在高浓度trptrp存在时，存在时，阻遏蛋白阻遏蛋白-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。且与色氨酸操纵子紧密结合，因此可以阻止转录。当当trptrp水平低时，阻遏蛋白以一种非活性形式存在，水平低时，阻遏蛋白以一种非活性形式存在，不能结合不能结合DNADNA
8、。这样。这样trptrp操纵子被操纵子被RNARNA聚合酶转录，聚合酶转录，同时同时trptrp生物合成途径被激活。生物合成途径被激活。因此色氨酸操纵子因此色氨酸操纵子属于一种负性调控的、可阻遏属于一种负性调控的、可阻遏的操纵子的操纵子。阻遏调控机制阻遏蛋白有活性阻遏蛋白无活性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。在色氨酸mRNA5端trpE起始密码子前有一段162bp的DNA序列和核糖体结
9、合位点，称为前导区，实验表明表明如果123-150位碱基序列缺失，色氨酸操纵子基因表达量可提高6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140个核苷酸的RNA分子；如果没有色氨酸存在，则转录继续进行，合成trpEmRNA，所以这个区域参与了色氨酸操纵子基因表达的调节。前导序列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，
10、具有典型的终止子的结构特点。茎-环结构 mRNAmRNA前前导区序列分析区序列分析 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。色氨酸弱化机制高高高高TrpTrp时时：低低低低TrpTrp时时:弱化作用的意义弱化作用的意义细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只能使转录不起始，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是细胞内色氨酸的多少；弱化作用的信号则是细胞内载有色氨酸的tRNA的多少。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。Thank youThank you