基因表達與調控(上)——原核基因表達(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 重新形成， mRNA水平下降。 ? β半乳糖苷酶半衰期長，其活性下降滯后。 ? 阻遏物 lac I基因產物及功能 ? lac操縱子阻遏物 mRNA是由弱啟動子控制下永久型合成的，該阻遏蛋白有 4個相同的亞基，每個亞基均含有 347個氨基酸殘基，并能與 1分子 IPTG結合 ,每個細胞中有 5～ 10個阻遏物分子。 ? lac I基因由弱啟動子變為強啟動子，細胞內將不可能產生足夠的誘導物來克服阻遏狀態，整個 lac操縱子在這些突變體中將不可誘導。 ? 葡萄糖對 lac操縱子的影響 ? β半乳糖苷酶在乳糖代謝中的作用是把前者分解成葡萄糖及半乳糖。如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養基中，大腸桿菌在耗盡外源葡萄糖之前不會誘發 lac操縱子。 ? 某大腸桿菌突變體，它不能將葡萄糖 6磷酸轉化為下一步代謝中間物，該細菌的 lac基因能在葡萄糖存在時被誘導合成。所以，不是葡萄糖而是它的某些降解產物抑制 lacmRNA的合成，科學上把葡萄糖的這種效應稱之為 代謝物阻遏效應 （ catabolite repression）。 ? cAMP與代謝物激活蛋白 ? cAMP是在腺苷酸環化酶的作用下由 ATP轉變而來的，在真核生物的激素調節過程中也起著十分重要的作用。 ? 將細菌放在含葡萄糖的培養基中培養， cAMP的濃度就低；如果培養基中只有甘油或乳糖等不進行糖酵解途徑的碳源， cAMP的濃度就會很高。 ? 大腸桿菌中的代謝物激活蛋白，由 Crp基因編碼，能與 cAMP形成復合物。 CRP和 cAMP都是合成lac mRNA所必需的， cAMPCRP是一個不同于阻遏物的正調控因子， 而 lac操縱子的功能是在這兩個相互獨立的調控體系作用下實現的。 ? gal， lac和 ara操縱子上游啟動子區與 CRPcAMP結合位點的相對位置分析 ? 半乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖、山梨醇等在降解過程中均轉化成葡萄糖或糖酵解途徑中的其他中間產物，這些糖代謝中有關的酶都是由可誘導操縱子控制的，被稱為 降解物敏感型操縱子 (catabolite sensitive operon），由 cAMPCRP調控。 ? 大腸桿菌 lac操縱子啟動區 CRPcAMP及 35區，10區序列分析 ? cAMPCRP復合物與啟動子區的結合是 lac mRNA合成起始所必需的，因為這個復合物結合于啟動子上游，能使 DNA雙螺旋發生彎曲，有利于形成穩定的開放型啟動子 RNA聚合酶結構。阻遏物則是一個抗解鏈蛋白，阻止形成開放結構，從而抑制 RNA聚合酶的功能。 + + + + 轉錄 無葡萄糖， cAMP濃度高時 促進轉錄 有葡萄糖， cAMP濃度低時 不促進轉錄 Z Y A O P DNA CAP CAP CAP CAP CAP CAP CAP的正調控 The Lac Operon: When Glucose Is Present But Not Lactose Repressor Promoter LacY LacA LacZ Operator CAP Binding RNA Pol. Repressor Repressor Repressor mRNA Hey man, I’m constitutive Come on, let me through No way Jose! CAP The Lac Operon: When Lactose Is Present But Not Glucose Repressor Promoter LacY LacA LacZ Operator CAP Binding Repressor Repressor mRNA Hey man, I’m constitutive CAP cAMP Repressor Repressor X This lactose has bent me out of shape CAP cAMP CAP cAMP Bind to me Polymerase RNA Pol. RNA Pol. Yipee… ! The Lac Operon: When Neither Lactose Nor Glucose Is Present Repressor Promoter LacY LacA LacZ Operator CAP Binding CAP cAMP CAP cAMP CAP cAMP Bind to me Polymerase RNA Pol. Repressor Repressor mRNA Hey man, I’m constitutive Repressor STOP Right there Polymerase Alright, I’m off to the races . . . Come on, let me through! lac操縱子的調控區域 — P、 O區 ? P區（即啟動子區）一般是從 I基因結束到 mRNA轉錄起始位點下游 510bp，而 O區（即阻遏物結合區）位于 7～+28位，該區的堿基序列有對稱性，其對稱軸在 +11位堿基對。 lac操縱子中的其他問題 ? lac基因產物數量上的比較 ? 在完全被誘導的細胞中， β半乳糖苷酶、透過酶及乙酰基轉移酶的拷貝數比例為 1： ： ，這個比例在一定程度上反映了以 β半乳糖苷作為唯一碳源時細胞的需要。不同的酶在數量上的差異是由于在翻譯水平上受到調節所致。 ? ① lac mRNA可能與翻譯過程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質鏈的翻譯。因此，存在著從 mRNA的 5‘末端到 3’末端的蛋白質合成梯度。 ? ②在 lac mRNA分子內部， A基因比 Z基因更易受內切酶作用發生降解，因此，在任何時候 Z基因的完整拷貝數要比 A基因多。 ? 操縱子的融合與基因工程 ? pur操縱子在染色體上位于 lac操縱子沿轉錄方向的下游，中間只隔了一個控制細胞對 T6噬菌體敏感性的 tsx基因。 pur操縱子被“嫁接”到 lac啟動子上，形成融合基因。因為 lac啟動子是一個很強的啟動子，通過它可以使較弱啟動子的轉錄增強。 7. 3 色氨酸操縱子與負控阻遏系統 ? trp體系參與生物合成，它不受葡萄糖或 cAMPCRP的調控。色氨酸的合成主要分 5步完成，有 7個基因參與整個合成過程。 ? trpE和 trpG編碼鄰氨基苯甲酸合酶， trpD編碼鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉移酶， trpF編碼異構酶， trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶， trpA和 trpB則分別編碼色氨酸合酶的 α和 β亞基。 ? 在許多細菌中， trpE和 trpG，trpC和 trpB分別融合成一個基因，產生具有雙重功能的蛋白質。 ? trpE基因是第一個被翻譯的基因，與 trpE緊鄰的是啟動子區和操縱區。前導區和弱化子區分別定名為 trpL和 trpa。 ? trp操縱子中產生阻遏物的基因是 trpR，該基因距 trp基因簇很遠。后者位于大腸桿菌染色體圖上 25分鐘處，而前者則位于 90分鐘處。在位于 65分鐘處還有一個 trpS（色氨酸