乳糖操纵子简介.doc

操纵子（operon)：很多功能相关的结构基因串联排列在染色体上，由一个共同的控制区来操纵这些基因的表达，包含这些结构基因和控制区的整个核苷酸序列就称为操纵子。 乳糖操纵子 三个特异性序列： 操纵序列 O (operator): 阻遏蛋白结合位点。 启动子 P (promoter): 位于结构基因的上游。 CAP结合位点：环cAMP受体蛋白(分解代谢物激活蛋白)结合位点。 一个调节基因 lac I：编码阻遏蛋白，能结合于操纵序列位点。 操纵子的组成： ----结构基因(structural gene, SG) ：操纵元中被调控的编码蛋白质的基因 ----启动子(promoter，P)：是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。 ----操纵基因(operator，O)：是指能被调控蛋白特异性结合的一段DNA序列。 阻遏物基因(inhibitor,I),产生阻遏物(repressor)。 结构基因 Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。 Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。 当一个mRNA含有编码一个以上蛋白质的编码信息，而且这些蛋白质都是以独立的多肽被翻译时，这样的mRNA称之多顺反子mRNA。 多顺反子mRNA在细菌中是很普遍的。 多顺反子lac mRNA中的lacZ，lacY，lacA经翻译生成的产物分别生成代谢分解乳糖的三种酶 始终存在着一定的比例关系( Z : Y : A = 5 : 2 : 1 ) lacZ、Y、A基因的转录是由lacI基因指令合成的阻遏蛋白R所控制。lacI一般和结构基因相毗连，但它本身具有自己的启动子和终止子，成为独立的转录单位。 由于lacI的产物是可溶性蛋白，按照理说是无需位于结构基因的附近。它是能够分散到各处或结合到分散的DNA位点上。 阻遏蛋白的负调节(negative control of repressor) 无乳糖(no lactose): lac操纵元处于阻遏状态(repression) 有乳糖(presence of lactose)：lac操纵元即可被诱导(derepression,induction) 诱导剂(inducer): 别乳糖、半乳糖、IPTG（异丙基硫代半乳糖苷） 为什么选用IPTG作诱导物？ 能诱导酶的合成，但又不被分解的分子,称为安慰诱导物（gratuitous inducer）。 由于乳糖虽可诱导酶的合成，但又随之分解，产生很多复杂的动力学问题，因此人们常用安慰诱导物来进行各种实验。 X-gal（5-溴-4-录-3-吲哚-β-半乳糖苷）也是一种人工化学合成的半乳糖苷，可被β－半乳糖苷酶水解产生兰色化合物，因此可以用作β －半乳糖苷酶活性的指示剂。IPTG和X-gal都被广泛应用在分子生物学和基因工程的工作中。 某些诱导物与自然的β-半乳糖苷酶相似，且不能被酶分解，比如异丙基-β-D-硫代半乳糖苷，（isopropylthiogalactoside,IPTG）。不被细菌分解性质稳定，它的浓度在实验中不会改变。 复杂的动力学问题，便于研究。 IPTG能在缺乏lacY基因下而有效地被运送。 半乳糖苷键中用硫代替了氧，失去了水解活性，但硫代半乳糖苷和同源的氧代化合物与酶位点的亲和力相同，IPTG虽不为β-半乳糖苷酶所识别，但它是lac基因簇十分有效的诱导物。 乳糖操纵子的CAP正调控（Positive Control of CAP） CAP(catabolite activator protein) ----分解代谢基因激活蛋白,又称为 CRP (cAMP receptor protein), lac operon高水平转录必需的一个激活蛋白。 CAP(同二聚体),含DNA结合区 →以二聚体的方式与特定的DNA序列结合, cAMP结合区→与cAMP特异结合，并发生空间构象的变化,形成cAMP-CAP复合物（有活性） 当CAP与CAP结合位点这段序列结合时，可激活RNA转录酶活性，使之提高50X 葡萄糖→ → → → →降解产物 ATP → →cAMP → →5’AMP CRP（非活性状态） → →CAP（活性状态） 无葡萄糖，cAMP浓度高时促进转录, 有葡萄糖，cAMP浓度低时不促进转录 葡萄糖效应：当细菌在含有葡萄糖套和乳糖的培养基中生长时，通常优先利用葡萄糖。只有当葡萄糖消耗完，经过一段停滞期，在乳糖的诱导下半乳糖苷酶开始合成，细菌才能充分利用乳糖。 葡萄糖的降解物能抑制腺苷酸环化酶活性，并活化磷酸二脂酶，