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第七章基因的表达和调控——原核基因表达调控模式
第二节 乳糖操纵子 * 南京农业大学 生命科学学院 * 2.4. 葡萄糖对lac操纵子影响 某大肠杆菌突变体,它不能将葡萄糖-6-磷酸转化为下一步代谢中间物,该细菌的lac基因能在葡萄糖存在时被诱导合成。所以,不是葡萄糖而是它的某些降解产物抑制lac mRNA的合成,科学上把葡萄糖的这种效应称之为代谢物阻遏效应。 第二节 乳糖操纵子 * 南京农业大学 生命科学学院 * 2.5. cAMP与代谢物激活蛋白 cAMP是在腺苷酸环化酶的作用下由ATP转变而来的,在真核生物的激素调节过程中也起着十分重要的作用。 将细菌放在含葡萄糖的培养基中培养,cAMP的浓度就低;如果培养基中只有甘油或乳糖等不进行糖酵解途径的碳源,cAMP的浓度就会很高。 2.5. cAMP与代谢物激活蛋白 大肠杆菌中的代谢物激活蛋白,由Crp基因编码,能与cAMP形成复合物。CRP和cAMP都是合成lac mRNA所必需的,cAMP-CRP是一个不同于阻遏物的正调控因子,而lac操纵子的功能是在这两个相互独立的调控体系作用下实现的。 半乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖、山梨醇等在降解过程中均转化成葡萄糖或糖酵解途径中的其他中间产物,这些糖代谢中有关的酶都是由可诱导操纵子控制的,被称为降解物敏感型操纵子,由cAMP-CRP调控。 * 南京农业大学 生命科学学院 * * 南京农业大学 生命科学学院 * cAMP-CRP复合物与启动子区的结合是lac mRNA合成起始所必需的,因为这个复合物结合于启动子上游,能使DNA双螺旋发生弯曲,有利于形成稳定的开放型启动子-RNA聚合酶结构。阻遏物则是一个抗解链蛋白,阻止形成开放结构,从而抑制RNA聚合酶的功能。 第二节 乳糖操纵子 * 南京农业大学 生命科学学院 * P区(即启动子区)一般是从I基因结束到mRNA转录起始位点下游5-10bp。 O区(即阻遏物结合区)位于-7~+28位,该区的碱基序列有对称性,其对称轴在+11位碱基对。 3. lac操纵子的调控区域—P、O区 第二节 乳糖操纵子 * 南京农业大学 生命科学学院 * lac 操纵子小结 通常情况(葡萄糖供应正常)阻遏蛋白与操纵序列结合,基因不转录。 细胞外的乳糖通过透性酶吸收到细胞内;细胞内的β-半乳糖苷酶将乳糖转变为异乳糖。异乳糖结合到乳糖阻抑物上使之从操纵序列上脱离,聚合酶迅速开始lacZYA基因的转录。这就是负控诱导。 然而,还需要细菌生长系统中缺少葡萄糖,使cAMP含量增加,才有足够量的cAMP与CRP结合形成CRP-cAMP复合物结合于Plac上游。使DNA双螺旋发生弯曲,转录才可以有效地进行。 第三节 色氨酸操纵子 * 南京农业大学 生命科学学院 * trp体系参与生物合成,它不受葡萄糖或cAMP-CRP的调控。色氨酸合成主要分5步完成,有7个基因参与整个合成过程。 操纵子中各基因功能: trpE和trpG编码邻氨基苯甲酸合酶, trpD编码邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶, trpF编码异构酶, trpC编码吲哚甘油磷酸合酶, trpA和trpB则分别编码色氨酸合酶的α和β亚基。 在许多细菌中,trpE和trpG,trpC和trpB分别融合成一个基因,产生具有双重功能的蛋白质。 * 南京农业大学 生命科学学院 * 第三节 色氨酸操纵子 * 南京农业大学 生命科学学院 * trpE基因是第一个被翻译的基因,与紧邻的是启动子区和操纵区。前导区和弱化子区分别定名为trpL和trpa。 trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR,该基因距trp基因簇很远。后者位于大肠杆菌染色体图上25分钟处,而前者则位于90分钟处。在位于65分钟处还有一个trpS(色氨酸tRNA合成酶),它与携带有色氨酸的tRNATrp共同参与trp操纵子的调控作用。 第三节 色氨酸操纵子 * 南京农业大学 生命科学学院 * 1. trp操纵子的阻遏系统 trpR基因突变常引起trp mRNA的永久型合成,该基因产物因此被称为辅阻遏蛋白(aporepressor)。除非培养基中有色氨酸,否则这个辅阻遏蛋白不会与操纵区结合。辅阻遏蛋白与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物,与操纵区结合并关闭trp mRNA转录。 效应物分子色氨酸是trp操纵子所编码的生物合成途径的末端终产物。 当培养基中色氨酸含量较高时,它与游离的辅阻遏蛋白相结合,并使之与操纵区DNA紧密结合;当培养基中色氨酸供应不足时,辅阻遏物失去色氨酸并从操纵区上解离,trp操纵子去阻遏。 * 南京农业大学 生命科学学院 * 第三节 色氨酸操纵子 * 南京农业大学 生命科学学院 * 2. 弱化子与前导肽 在trp mRNA 5’端有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区,其中123~150位碱基序列如果缺失,trp基因表达可提高6
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