乳糖操纵子简介

1、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甘酸序列就称为操纵子。乳糖操纵子1P O二！J 1I Z I 丫 |A：/ A 结构基因/，II阻逆物京因 峭动子 操纵令产生阻遏蛋白RNA海结合结合阳遏物三个特异性序列：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

2、, 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)，产生阻遏物(repressor)。学马车勾基目结构基因Z编码3 -半乳糖甘酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。Y编码3 -半乳糖昔透过酶：使外界的3-半乳糖甘(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3 -半乳糖昔乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基转到3 -半乳糖背上，形成乙酰半乳糖。当一个mRNA含有编码一个以上蛋白质

3、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 )I产Repressor| PmnWE Km1 | ARegulatory sequencesGenes transcribedas a unitActivator binding sitebinding site (operator)乳糖操纵子结构lacZ、Y、A基因的转录是由lacI基因指令

4、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)有孚L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 (异丙基硫代半乳糖昔)为什么选用I

5、PTG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-澳-4-录-3-口引喋-3 -半乳糖甘)也是一种人工化学合成的半乳糖甘，可被3 半乳糖甘酶水解产生兰色化合物，因此可以用作3-半乳糖甘酶活性的指示剂。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3-半乳糖甘酶相似，且不能被酶分解，比如异丙基-3-D-硫代半乳糖昔，(isopropylthiogalactoside,IPTG )。不

6、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。半乳糖昔键中用硫代替了氧，失去了水解活性，但硫代半乳糖昔和同源的氧代化合物与酶位点的亲和力相同，IPTG虽不为3 -半乳糖甘酶所识别，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 （cAMPreceptor protein）, lac operon 高水平转录必需的一个激活蛋白。CAP何二聚体）,含

7、DNA结合区 一以二聚体的方式与特定的DNA序列结合，cAMP结合区一与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葡萄糖一 一一一 一降解产物ATP 一 一cAMP 一 一5 AMPCRP （非活性状态）一 一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昔酶开始合成，细 菌才能充分利用乳糖。葡萄糖的

8、降解物能抑制腺甘酸环化酶活性，并活化磷酸二脂酶，因而降低cAMP的浓度。所以葡萄糖存在时，cAMP浓度低；仅在葡萄糖消耗完毕时，cAMP浓度增高，CAP-cAMP复合物形成（结合于 lac operon CAP结合位点），才会促进转录。乳糖操纵子的协调调控 （coordinate regulation）由于Plac是弱启动子，单纯因乳糖的存在发生去阻遏使lac操纵元转录开放，还不能使细菌很好利用乳糖，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。关键条件：lac操纵元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。Lac操纵子基因表达受阻遏蛋白和CAP的双重调控Mfi藏糖DNA匚-f SiDNAT-诲葡糖DNACAP鳍合位点启动序列提第序列将枸基因关闭一关即关闭,开放RMA量合但负调节与正调节协调合作阻遏蛋白封闭转录时,CAP不发挥作用-轧植如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白R从P上解聚仍无强大转录活性葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖葡萄糖可降低cAMP浓度，阻碍其与CAP结合从而抑制转录本底表达在细胞中透性酶等总是以最低量存在着，足以供给底物开始进入时的需要。也就是说，操纵子有一个本底水平(basal level)的表达，即使没