第十章原核生物基因表达的调控PPT.ppt

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、CAP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-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。当有cAMP-CAP时，转录从S1开始，当无cAMP-CAP时，转录从S2开始。 结构特点 (1)双启动子：P1依赖于cAMP-CAP，转录起点为+1，-10顺 序位于-12~-6，称为-10S1；P2不依赖于cAMP-CAP，转 录起点为-5，-10顺序位于-17~-11，称为-10S2； (2)双操纵基因：OE位于CAP位点内，OI在galE内部； (3) 无-35顺序。 Gal 既可为碳源，同时UDP-Gal又是合成细菌细胞壁的重要前体。 gal 操纵子的结构 (1) 有Gal P1启动 K,T,E 转录 无 Glc 无Gal P1不启动 无Gal OE 与O I 结合形成环，仅转 有 录20bp 有Gal P2启动 S2 转录galE，组成型 (2) CAP-cAMP对P1 正调节，对P2 抑制 (3) 阻遏物对P1，P2 都是负调控， CAP-cAMP 含量少时P2 可转录 (机制不清) (4)P1与RNA Pol亲和力 P2与RNA Pol亲和力，所以在没有Glc而有Gal存在时，P1转录，而P2不转录。 2. 调节 没有葡萄糖的条件下 有Gal存在时，gal R（位于62ˊ）编码的阻遏物失活，CAP结合在-47~23区域，RNA Pol结合在-10S1区，CAP和RNA Pol直接相互作用，使P1顺利转录； 无Gal时，Gal R结合在OE上， OE离启动子有一段距离，当Gal R结合在OE上时不大可能像lac操纵子中lacI阻遏那样去阻碍RNA Pol的结合，它阻断S1的转录可能有两种方式：影响cAMP-CAP和RNA聚合酶的作用；或通过干扰cAMP-CAP与DNA的相互作用来阻断。 有葡萄糖存在的情况下，cAMP -CAP含量少 当Gal存在时，P1 不能启动而P2 启动，RNA聚合酶结合在-10 S2顺序上，-10 S2（TATGCTA）和-10 S1（TATGGTT）顺序相似，从S2开始转录gal E而不转录另外的2个基因gal T和gal K。 若无Gal存在，Gal R可结合在OE和OI上，并使DNA弯曲形成茎环结构。S2位点阻遏作用和S1的阻遏机制完全不同，在上述条件下，即使有Gal R存在，P2 仍不受阻遏开始转录（组成型），但由于OI上也有Gal R的结合并且成环，故转录只进行20 bp便停止，这个过程如何发生尚不清楚。 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。假如只有S1一个启动子，那么由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CAP，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-CAP的启动子（S2）对高水平合成进行调节。 三、阿拉伯糖操纵子 参与阿拉伯糖代谢的酶基因分为3个操纵子，即araBAD、araE和araF，它们位于染色体的不同位置，但都由一个共同的调