阿拉伯糖操纵子简介 机制
阿拉伯糖操纵子的结构和功能
阿拉伯糖操纵子的结构和功能阿拉伯糖操纵子是一种在大肠杆菌中存在的基因组合，它可以在阿拉伯糖存在时调控阿拉伯糖的转运和代谢。
阿拉伯糖操纵子由调节基因araC和结构基因araBAD组成，它们分别位于大肠杆菌基因组上的araC和araBAD 区域。
araC基因与操纵子相反方向转录，而araBAD基因与操纵子同向转录。
araC基因编码了一种转录调节蛋白AraC，它可以与阿拉伯糖结合，改变其构象和功能。
araBAD基因编码了三种酶：阿拉伯糖异构酶（AraA）、阿拉伯糖激酶（AraB）和阿拉伯糖醛脱氢酶（AraD），它们可以将阿拉伯糖转化为可进入解糖途径的代谢物。
调控机制阿拉伯糖操纵子的调控机制是一种正反馈调控，即当细胞内有阿拉伯糖时，操纵子被激活，而当细胞内没有阿拉伯糖时，操纵子被抑制。
这种调控机制主要依赖于AraC蛋白和阿拉伯糖的相互作用。
AraC蛋白有两种构象：Pr和Pi。
Pr构象的AraC蛋白可以与操纵子上的O2和I位点结合，形成一个回环结构，阻止RNA聚合酶与PBAD启动子结合，从而抑制araBAD基因的转录。
Pi构象的AraC蛋白可以与操纵子上的O1和I位点结合，打开回环结构，允许RNA聚合酶与PBAD启动子结合，从而激活araBAD基因的转录。
当细胞内没有阿拉伯糖时，AraC蛋白以Pr构象存在，抑制araBAD 基因的转录，节省能量。
当细胞内有阿拉伯糖时，AraC蛋白与阿拉伯糖结合，转变为Pi构象，激活araBAD基因的转录，利用阿拉伯糖作为碳源。
应用价值阿拉伯糖操纵子作为一种典型的原核基因表达调控系统，在生物工程和生物技术等领域有着广泛的应用价值。
例如：•阿拉伯糖操纵子可以作为一种诱导表达系统，用于异源基因或重组蛋白的表达。
通过添加或去除阿拉伯糖，可以控制目标基因或蛋白在大肠杆菌中的表达水平和时间。
•阿拉伯糖操纵子可以作为一种遗传工具，用于大肠杆菌基因组的编辑。
通过利用pCas和pTargetF等质粒，可以实现对目标基因的敲除或敲入。
阿拉伯糖操纵子简介机制
阿拉伯糖操纵子操纵子（operon），又称操纵组或操纵元，主要在原核生物及线虫动物门出现，由Ja cob和Monod于1961年所发现。
我们可以这样简单的理解，就是在细菌的基因组中，往往相关的基因聚集、串联在一起，形成一个基因簇，他们编码同一代谢途径中的不同酶，共同表达，共同调控，构成表达和调控的基本形式，这种单元就称为操纵子。
它是一组关键的核苷酸序列，包括了一个操纵基因，一个启动子，及一个或以上的结构基因的基元，结构基因编码多肽链，其表达受操纵基因的控制，而操纵基因又受调控基因的产物调控因子的控制。
阿拉伯糖（arabinose）是一个可以为代谢提供碳源的五碳糖。
在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需要3个基因：araB、araA和araD，它们形成一个基因簇，简写为araBAD，除了这个结构基因araBAD，阿拉伯糖操纵子还包含两个启动子（PBAD 、PC）、两个操纵基因（araO2、araO1）、一个CAP结合位点以及一个araI位点（附图）。
另外，由调控基因araC编码的调控因子araC蛋白通过两种异构体显示正、负调节因子的功能，Pr是起阻遏作用araC蛋白的构型，可以与操纵基因araO2和araI位点形成阻遏环（DNA回文结构），Pi是起诱导作用araC蛋白的构型，其与cAMP-CAP共同作用下起始PBAD调控的结构基因的表达。
AraBAD基因和araC基因的转录是分别在两条链上以相反的方向进行的，araBAD基因簇从启动子PBAD 开始向右进行转录，而araC基因则是从Pc向左转录。
当葡萄糖存在而无阿拉伯糖时，cAMP-CAP缺乏，araC蛋白为处于Pr构型，araC蛋白与操纵基因araO2以及araI位点结合形成阻遏环，使PBAD启动子处于关闭状态，有效阻遏araBAD的转录。
当葡萄糖不存在而有阿拉伯糖时，cAMP-CAP丰富，araC蛋白（Pr构型）与阿拉伯糖相结合改变为Pi构型，ar aC蛋白（Pi构型）分别与操纵基因araO1以及araI位点相结合，阻遏环被破坏。
操纵子(生物竞赛)
操纵子（operon）：指由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。
转录的功能单位。
很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区进行转录的控制，包括结构基因以及调节基因的整个DNA序列。
主要见于原核生物的转录调控，如乳糖操纵子、阿拉伯糖操纵子、组氨酸操纵子、色氨酸操纵子等。
原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。
操纵子通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。
启动序列是RNA 聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。
多种原核基因启动序列特定区域内，通常在转录起始点上游-10及-35区域存在一些相似序列，称为共有序列。
大肠杆菌及一些细菌启动序列的共有序列在-10区域是TA TAAT，又称Pribnow盒（PribnowBox），在-35区域为TTGACA。
这些共有序列中的任一碱基突变或变异都会影响RNA聚合酶与启动序列的结合及转录起始。
因此，共有序列决定启动序列的转录活性大小。
操纵序列是原核阻遏蛋白的结合位点。
当操纵序列结合阻遏蛋白时会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录，介导负性调节。
原核操纵子调节序列中还有一种特异DNA 序列可结合激活蛋白，使转录激活，介导正性调节1961年，法国科学家莫诺（J·L·Monod，1910-1976）与雅可布（F·Jacob）发表“蛋白质合成中的遗传调节机制”一文，提出操纵子学说，开创了基因调控的研究。
四年后的1965年，莫诺与雅可布即荣获诺贝尔生理学与医学奖。
莫诺与雅可布最初发现的是大肠杆菌的乳糖操纵子。
这是一个十分巧妙的自动控制系统，这个自动控制系统负责调控大肠杆菌的乳糖代谢。
乳糖可作为培养大肠杆菌的能源。
大肠杆菌能产生一种酶（叫做“半乳糖苷酶”），能够催化乳糖分解为半乳糖和葡萄糖，以便作进一步的代谢利用。
编码半乳糖苷酶的基因（简称z）是一个结构基因（structural gene）。
乳糖操纵子的调控机理
①G降解代谢产物可以抑制腺苷环化酶、 激活磷酸二酯酶，结果使 胞内cAMP下降；CAP的正调控需要结合cAMP形成复合物才能结合到 CAP结合位点；
②当G耗尽，cAMP开始集累↑，cAMP和CAP结合→使CAP变构才能 结合到CAP结合位点上，促进RNA pol与P结合。
结合乳糖、葡萄糖存在与否及与操纵子正、负控因素、基因 开放与关闭情况如下：
终止密码子
编码区
红霉素甲基化酶 红霉素
核糖体23SmRNA上特定位点 的一个腺嘌呤甲基化。
3、mRNA的稳定性是调控翻译的方式之一
细菌蛋白质的合成速率的快速改变，不仅 是转录与翻译偶联，更重要的与mRNA的降解 速度快有关。
影响mRNA的降解因素： ①细菌的生理状态、环境因素； ② mRNA的一级结构及次级结构的影响； ③与mRNA的序列和结构有关
原核生物转录起始区的一致性序列
2、 σ因子的种类与浓度
不同的因子σ可以竞争性的结合RNA聚合酶,环境变化 可产生特定的σ因子，从而打开一套特定的基因。通过 对大肠杆菌基因组序列分析后，发现存在6种σ因子， 并根据其相对分子质量的大小或编码基因进行命名。
σ因子 σ70 σ54 σ38 σ32 σ28 σ24
二、转录的调控机制
在大肠杆菌的许多操纵子中，基因的转录不是由单一 因子调控的，而是通过负调控因子和正调控因子进行 复合调控的。比较典型的是一些糖代谢有关的操纵子。
乳糖操纵子调控的机制 阿拉伯糖操纵子的调控机制 色氨酸操纵子的调控机制
操纵子模型的提出
—莫洛(Monod)和雅各布(Jacob) 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
如E.coli启动子全长约40∽60bp，3个功能部位，2个 重要功能：
操纵子
操纵子（operon）：指启动基因、操纵基因和一系列紧密连锁的结构基因的总称。
转录的功能单位。
很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区进行转录的控制，包括结构基因以及调节基因的整个DNA序列。
主要见于原核生物的转录调控，如乳糖操纵子、阿拉伯糖操纵子、组氨酸操纵子、色氨酸操纵子等1961 年 ,法国巴斯德研究所的 Monord 和Jacob 提出了乳糖操纵子概念 ,后来人们在大肠杆菌中又陆续发现了色氨酸操纵子、组氨酸操纵子、半乳糖操纵子、阿拉伯糖操纵子等多种操纵子 ,从而不断的充实和完善了被誉为生命第三原理的基因调控理论 ,在这个理论中提出的操纵子概念也被人们普遍接受和证实。
操纵子学说是关于原核基因结构及其表达调控的学说，由法国巴斯德研究所著名科学家的Monod和Jacob在1961年首先提出[1]。
他们以对乳糖操纵子的研究，通过大量的试验及分析建立了现在已经被人们广泛接受的乳糖操纵子控制模型[2]。
后来人们在大肠杆菌中又陆续发现了色氨酸操纵子、组氨酸操纵子、半乳糖操纵子、阿伯糖操纵子等多种操纵子,从而不断的充实和完善了被誉为生命第三原理的基因调控理论,在这个理论中提出的操纵子概念也被人们普遍接受和证实。
操纵子学说：1961年，法国科学家莫诺（J·L·Monod，1910-1976）与雅可布（F·Jacob）发表“蛋白质合成中的遗传调节机制”一文，提出操纵子学说，开创了基因调控的研究。
四年后的1965年，莫诺与雅可布即荣获诺贝尔生理学与医学奖。
莫诺与雅可布最初发现的是大肠杆菌的乳糖操纵子。
这是一个十分巧妙的自动控制系统，这个自动控制系统负责调控大肠杆菌的乳糖代谢。
乳糖可作为培养大肠杆菌的能源。
大肠杆菌能产生一种酶（叫做“半乳糖苷酶”），能够催化乳糖分解为半乳糖和葡萄糖，以便作进一步的代谢利用。
编码半乳糖苷酶的基因（简称z）是一个结构基因（structural gene）。
乳糖操纵子机制
乳糖操纵子调节机制
(一)结构:
结构基因: 三个Z、Y、A，分别编码β-半乳糖苷酶，透酶，乙酰基转移酶。
调节基因：操纵序列O、启动序列P、调节基因I、分解代谢物基因活化蛋白CAP结合位点。
P：RNA聚合酶结合位点
I：编码阻遏蛋白
O：阻遏蛋白结合位点阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录启动。
CAP位点：与CAP蛋白结合，促进转录。
调节因素：阻遏蛋白与半乳糖结合后，失去结合O序列能力，促进转录。
CAP蛋白只有与cAMP结合后才能结合到CAP位点，发挥促进转录的作用。
（二）调节机制
E．coli优先利用葡萄糖，没有葡萄糖时才能利用乳糖，这对细菌生
长有利。
调节机制如下：
1．没有乳糖，只有葡萄糖时，不产生利用乳糖的酶。
①有葡萄糖及cAMP浓度低时，CAP
活性低，没有正调控。
②没有乳糖，没有半乳糖时，阻遏
蛋白可与操纵序列结合，起负调
控作用。
由于①、②转录受抑制，不产生利
用乳糖的酶。
2．有葡萄糖，又有乳糖时，不利用乳糖。
①有葡萄糖及cAMP浓度低时，CAP
活性低，没有正调控。
②有乳糖，有半乳糖，阻遏蛋白不
可与操纵序列结合，无负调控。
由于没有正调控，转录处于低水平
状态，不产生利用乳糖的酶，细菌
优先利用葡萄糖。
3．没有葡萄糖，只有乳糖时，利用乳糖。
①没有葡萄糖及cAMP浓度高时，
CAP活性高，有正调控。
②有乳糖，有半乳糖，阻遏蛋白不可与操纵序列结合，无负调控。
转录处于高水平，利用乳糖酶大量合成。
《阿拉伯糖操纵子》课件
阿拉伯糖操纵子与其他基因表达调控元件的相互作用
转录因子
研究阿拉伯糖操纵子如何受到转录因 子的调控，以及转录因子如何与其他 调控元件相互作用，共同调节基因的 表达。
染色质重塑
探讨阿拉伯糖操纵子如何通过染色质 重塑来影响基因的表达，以及染色质 重塑与其他调控机制之间的相互作用 。
05
阿拉伯糖操纵子的未来展望
当环境中存在乳糖时，乳糖会与阻遏蛋白结合，使其失去活性，解除对结构基因的 抑制，诱导相关酶的合成。
此外，阿拉伯糖操纵子还受到葡萄糖的抑制，当细胞内葡萄糖浓度过高时，会通过 未知机制抑制环腺苷受体蛋白的活性，从而抑制结构基因的表达。
02
阿拉伯糖操纵子的调控机制
阿拉伯糖的诱导作用
阿拉伯糖的诱导作用是指当阿 拉伯糖存在时，能够诱导阿拉 伯糖操纵子表达的现象。
通过调节阿拉伯糖操纵子的表达，可以控制微生物的代谢产 物，从而生产出具有特定活性或功能的药物。例如，利用阿 拉伯糖操纵子调控微生物的次级代谢产物，可以生产抗生素 、抗癌药物等。
阿拉伯糖操纵子在生物燃料生产中的应用
生物燃料是指利用生物质资源生产的燃料，如乙醇、生物 柴油等。阿拉伯糖操纵子在生物燃料生产中也有着重要的 应用。
阿拉伯糖操纵子在解决全球性挑战中的潜在作用
粮食安全问题
通过研究和利用阿拉伯糖操纵子 ，可以开发出抗逆、抗病、高产 的转基因作物，提高粮食产量和 质量，为解决全球粮食安全问题
提供有力支持。
气候变化问题
阿拉伯糖操纵子的研究可以为生 物固碳和减排提供新的思路和方 法，有助于减缓气候变化的影响
。
人类健康问题
转录活性。
在没有阿拉伯糖的情况下，阻遏 蛋白与操纵序列结合，导致操纵
子基因的表达受到抑制。
科学研究L-阿拉伯糖护肝解酒功能及机制
科学研究L-阿拉伯糖护肝解酒功能及机制关于饮酒对于最近大家热议的阿里性侵事件，小编也是气愤不已。
在畸形的“劝酒文化”下，我们每个人都要保护好自己，尤其是女性。
对于酒大家是又爱又恨，喝酒又是庆祝时必不可少的一个环节，活跃气氛又增强情调。
但是长期且大量饮酒会对身体造成严重伤害，能引发口腔和咽喉癌、结核、心脏病、乳腺癌、肝硬化、胰腺癌等众多疾病,在过量饮酒引发疾病的患者中，肝硬化的比例最高，占比为50%。
对于想喝酒或者又不得不喝酒的场合，我们可以尽可能提前吃一些达到护肝解酒的功效的产品，减少酒对身体的伤害，并保持一定的清醒。
L-阿拉伯糖护肝解酒功能及机制L-阿拉伯糖作为我国卫生部批准的新资源食品，具有抑制蔗糖吸收、控制血糖升高、增殖肠道有益菌、养肝解酒等多种功效。
其和解酒相关的应用主要分为两大部分，即用于解酒和护肝。
研究发现，L-阿拉伯糖通过提高乙醛脱氢酶和乙醇脱氢酶的活性，从而能有效提高饮酒者对酒精的代谢能力。
其作为解酒剂，可以直接用温水冲服或添加在酒、饮料中食用，食用方便，而且对身体没有损害。
以下是关于L-阿拉伯糖养肝解酒功能的实验：本实验以L-阿拉伯糖不同剂量，在饮酒前、饮酒中和饮酒后三个时间段对急性酒精中毒小鼠灌胃，记录醉酒数量和醒酒数量及时间，研究不同剂量L-阿拉伯糖对小鼠解酒效果的影响，提供L-阿拉伯糖对人体保健作用的实验报告和数据支持，为提高人类健康水平和促进L-阿拉伯糖在食品医药行业中的应用提供有力支持。
一、酒前服用L-阿拉伯糖对小鼠醉酒的影响实验方式<<为了检验饮酒前服用L-阿拉伯糖效果，除对照组外，二锅头白酒灌喂前30min对四组小鼠分别给予低剂量(2g/kg体重)、中剂量(4g/kg体重)、中高剂量(6g/kg体重)、高剂量(10g/kg体重)四个不同剂量L-阿拉伯糖灌喂，观察翻正消失时间和翻正恢复时间。
实验结果<<对照组和低剂量L-阿拉伯糖组在1h内全部醉酒，中剂量组有7只醉酒，中高和高剂量组则无醉酒现象。
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阿拉伯糖操纵子
操纵子（operon），又称操纵组或操纵元，主要在原核生物及线虫动物门出现，由Jaco b和Monod于1961年所发现。
我们可以这样简单的理解，就是在细菌的基因组中，往往相关的基因聚集、串联在一起，形成一个基因簇，他们编码同一代谢途径中的不同酶，共同表达，共同调控，构成表达和调控的基本形式，这种单元就称为操纵子。
它是一组关键的核苷酸序列，包括了一个操纵基因，一个启动子，及一个或以上的结构基因的基元，结构基因编码多肽链，其表达受操纵基因的控制，而操纵基因又受调控基因的产物调控因子的控制。
阿拉伯糖（arabinose）是一个可以为代谢提供碳源的五碳糖。
在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需要3个基因：araB、araA和araD，它们形成一个基因簇，简写为araBAD，除了这个结构基因araBAD，阿拉伯糖操纵子还包含两个启动子（P BAD、P C）、两个操纵基因（araO2、araO1）、一个CAP结合位点以及一个araI位点（附图）。
另外，由调控基因araC编码的调控因子araC蛋白通过两种异构体显示正、负调节因子的功能，Pr是起阻遏作用araC蛋白的构型，可以与操纵基因araO2和araI位点形成阻遏环（DNA回文结构），Pi是起诱导作用ar aC蛋白的构型，其与cAMP-CAP共同作用下起始P BAD调控的结构基因的表达。
Ara BAD基因和araC基因的转录是分别在两条链上以相反的方向进行的，araBAD基因簇从启动子P BA 开始向右进行转录，而araC基因则是从P c向左转录。
当葡萄糖存在而无阿拉伯糖时，cA D
MP-CAP缺乏，araC蛋白为处于Pr构型，araC蛋白与操纵基因araO2以及araI位点结合形成阻遏环，使P BAD启动子处于关闭状态，有效阻遏araBAD的转录。
当葡萄糖不存在而有阿拉伯糖时，cAMP-CAP丰富，araC蛋白（Pr构型）与阿拉伯糖相结合改变为Pi构型，ar aC蛋白（Pi构型）分别与操纵基因araO1以及araI位点相结合，阻遏环被破坏。
RNA聚合酶在araC蛋白和cAMP-CAP的共同作用下起始P BAD调控的结构基因的表达。
当葡萄糖和阿拉伯糖均不存在时，cAMP-CAP丰富，araC蛋白为处于Pr构型，此时尽管有cAMP-CAP 与CAP位点结合，因为没有Pi构型araC蛋白与araI位点结合，从而RNA聚合酶无法结合到P BAD启动子上，转录无法进行。
当葡萄糖和阿拉伯糖均存在时，araC基因处于本底转录，产生少量araC蛋白，结合于araO1，使RNA聚合酶不能结合于P C启动子，结果araC基因的转录受阻遏，araC蛋白的缺乏进而无法启动P BAD调控的结构基因的表达。
综上，阿拉伯糖操纵子的调控有三个特点：第一，araC表达受到AraC的自动调控，ar aC基因从P C启动子向左方向转录，当细胞内没有araC蛋白时，由P C启动子起始araC基因转录，随着araC蛋白合成水平的提高，它结合于araO1阻止向左的转录。
第二，AraC蛋白既可充当阻遏物，也可作为激活蛋白。
第三，AraC蛋白（Pi构型）与cAMP-CAP共同作用可最大限度的诱导阿拉伯糖操纵子的表达。
附：。