第十五 08级 基因表达的调控PPT.ppt

Lac I 基因表达的产物是— 阻抑蛋白 其功能： 阻止结构基因的表达，阻抑蛋白(活化状态)与操纵基因结合（位于启动子和结构基因之间），可阻止RNA聚合酶在启动子上转录，结构基因不转录，这种调节称为阴性调节（负调节）。 因培养基中无乳糖不需要利用乳糖的酶。 　　　在没有乳糖时，乳糖操纵子一直处于关闭状态，这样可避免造成浪费。 　　　当葡萄糖耗尽且有乳糖存在时，乳糖操纵子的抑制将被解除，使细菌能够利用乳糖。 　　　 　　　当有诱导物存在时，阻抑蛋白可与诱导物结合，引起阻抑蛋白构象改变，使其与操纵基因的亲和力降低，不能与操纵基因结合或从操纵基因上解离。乳糖操纵子开放，RNA聚合酶结合于启动子，并顺利通过操纵基因，进行结构基因的转录，产生大量分解乳糖的酶，以乳糖为能源进行代谢。 启动基因 操纵基因 结构基因 lacZ lacA lacY ① 酶合成的诱导 乳糖操纵子 …… 调节基因 …… 阻抑蛋白 mRNA 基因关闭 不转录 基因打开 转录 mRNA b-半乳糖苷酶 b-半乳糖苷透性酶 b-半乳糖苷乙酰基转移酶 阻抑蛋白 mRNA 无乳糖 (有乳糖） 诱导物 (乳糖 等) 　　 ②乳糖操纵子的正调节 （positive control） 　　 大肠杆菌乳糖操纵子为什么还要选择选择正调节作用？因为负调节只能对乳糖的存在作出应答，当只有乳糖存在时就足以激活操纵子。 　　　但当培养基中既有葡萄糖又有乳糖同时存在时，仅有负调节作用不能满足大肠杆菌对能量代谢的需要。 　　　当有葡萄糖存在时激活乳糖操纵子是一种浪费，因而此时乳糖操纵子处于非活化状态，有利于葡萄糖的代谢。 　　　当大肠杆菌利用完葡萄糖后再激活乳糖操纵子，从而利用乳糖继续生长。这种现象称葡萄糖阻抑（glucose repression）或分解代谢产物阻抑（catabolite repression）。 在培养基中加入葡萄糖，则乳糖代谢停止，大肠杆菌又转向利用葡萄糖而不利用乳糖，可见葡萄糖阻遏了乳糖代谢，只有当葡萄糖消耗殆尽，阻遏解除，大肠杆菌又能利用乳糖。 因为，在乳糖操纵子的调控中还有另一个蛋白质在起作用 — 降解物基因活化蛋白（CAP， cAMP受体蛋白）。 CAP的功能： 可特意结合在启动子； 促进RNA聚合酶与启动子结合，促进转录（阳性调控）。 　　游离的CAP是不能与启动子结合，必须在细胞内有足够的cAMP时，CAP与cAMP形成复合物（正调节因子），此复合物才能与启动子结合。  因此CAP也称做cAMP受体蛋白。葡萄糖降解产物能降低细胞内cAMP的含量。当向乳糖培养基中加入葡萄糖时，造成cAMP浓度降低，CAP便不能结合在启动子上。 葡萄糖的降解物对腺苷酸环化酶有抑制作用，则cAMP的浓度降低， CAP-cAMP复合物减少，不能与启动子结合，故转录不得进行。 　 此时，即使有乳糖存在也不能进行转录，所以仍不能利用乳糖。 cAMP水平受大肠杆菌葡萄糖代谢状况的影响。 当葡萄糖水平低时，cAMP浓度升高，cAMP与CRP结合，使CAP构象改变，激活乳糖操纵子，促进结构基因的转录，使大肠杆菌能够利用乳糖。 向含有乳糖的培养基中加入葡萄糖，由于葡萄糖浓度升高，cAMP水平降低，CAP与启动子的亲和力降低，乳糖操纵子被抑制，此时，即使有乳糖存在大肠杆菌仍不能利用乳糖。 调节基因 启动子 操纵 基因 lacZ lacY lacA CAP cAMP CAP-cAMP 复合物 mRNA + 当葡萄糖水平低时，cAMP浓度升高，cAMP与CAP结合，激活乳糖操纵子，促进 结构基因的转录，使大肠杆菌能够利用乳糖。 大肠杆菌乳糖操纵子受到两方面的调节： 一是对操纵基因的负调节； 二是对RNA聚合酶结合到启动子上的正调节；两种调节作用使大肠杆菌能够灵敏地应答环境中营养的变化，有效地利用能量以利于生长。 色氨酸操纵子 色氨酸操纵子（trp operon）含有大肠杆菌合成色氨酸所需酶的结构基因，如lac操纵子一样，trp操纵子也倾向于由阻抑蛋白产生的负调节，但两种操纵子的负调节有着本质的区别。 lac操纵子编码分解代谢的酶，分解乳糖，当该物质出现时操纵子被开放。 Trp操纵子编码合成代谢的酶，合成色氨酸，操纵子通常被该物质所关闭。同时，trp操纵子还存在一种弱化作用（attenuation）的调节机制。 色氨酸操纵子的结构 色氨酸