09第六章 原核基因表达调控（2）.pptVIP

第六章基因的表达与调控(上)

——原核基因表达调控模式第四节色氨酸操纵子（trpoperon）内容提要：色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的阻遏系统色氨酸操纵子的弱化机制基因组成trpR,阻遏蛋白P，-40~+18O,-21~+1L,+1~+162结构基因特点:(1)trpR和trpABCDE不连锁；(2)操纵基因在启动子内；(3)有衰减子(attenuator)/弱化子；(4)启动子和结构基因不直接相连，二者被前导序列(Leader)所隔开。1、TrpR四聚体阻遏蛋白＋trp→有活性的阻遏物SNE2992、阻遏蛋白的结合位点trpO-21~+1，反向重复序列trpP-40~+18活性阻遏物与trpO的结合与RNApol与启动子的结合发生竞争3、阻遏系统主管转录是否启动，三、trp操纵子的弱化机制1.弱化子：DNA中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列（123-150bp区）。研究引起终止的mRNA碱基序列，发现该区mRNA通过自我配对可以形成茎-环结构，有典型的终止子特点。前导肽14aa

3.前导序列：在trpmRNA5端trpE基因的起始密码前一个长162bp的mRNA片段。阻遏作用与弱化作用的协调细菌演化出弱化系统的生物学意义通过tRNA荷载与否进行调控，更为灵敏；氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而以tRNA荷载为标准进行调控更为恰当；两个调控系统，避免浪费提高效率：阻遏系统高水平trp时，不转录低水平trp时，转录弱化系统细调什么是操纵子（operon)?试说明色氨酸操纵子（Trpoperon)在原核基因表达调控中的调控机制和重要作用。第五节其他操纵子一、半乳糖操纵子(galactoseoperon)因为半乳糖的利用效率比葡萄糖低，人们猜想葡萄糖存在时半乳糖操纵子不被诱导，但实际上有葡萄糖存在时，gal操纵子仍可被诱导。现已分离到一些突变株，其中一类突变株能在不含葡萄糖的培养基中高水平合成半乳糖代谢酶类（gal结构基因高效表达）；而另一类突变株中gal基因的表达完全依赖于葡萄糖，培养基中如无葡萄糖存在，这些细菌的gal基因不表达，不合成半乳糖代谢酶类。分析gal操纵子P-O区的DNA序列发现，该操纵子确实存在两个相距仅5bp的启动子，可以分别起始mRNA的合成。每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。从S1起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时，才能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、CRP和较高浓度的cAMP。从S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的cAMP-CRP能抑制由这个启动子起始的转录。当有cAMP-CRP时，转录从S1开始，当无cAMP-CRP时，转录从S2开始。为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，该酶是galE基因的产物。生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。现在设想只有S1一个启动子，那么由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有葡萄糖存在时就不能合成异构酶。假如唯一的启动子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情况下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态，这无疑是一种浪费。无论从必要性或经济性考虑，都需要一个不依赖于cAMP-CRP的启动子（S1）对高水平合成进行调节。二、阿拉伯糖操纵子（arabinoseoperon)araB基因、araA基因和araD,形成一个基因簇，简写为araBAD。ara操纵子的调控特点：第一，araC表达受到AraC的自身调控。第二，AraC既是ara操纵子的正调节蛋白，又是其负调节蛋白。这种双重功能是通过AraC蛋白的两种异构体来实现的（Pi和Pr)。第三，AraC与CAP结合可充分诱导ara操纵子。AraC蛋白作为PBAD活性正、负调节因子的双重功能是通过该蛋白的两种异构体来实现的。Pr是起阻遏作用的形式，可以与现在尚未鉴定的类操纵区位点相结合，而Pi是起诱导作用的形式，它通过与PBAD启动子结合进行调节。在没有阿拉伯糖时，Pr形式占优势；一旦有阿拉伯糖存在，它就能够与AraC蛋白结合，使平衡趋向于Pi形式。这样，阿拉伯糖的诱导作用就