乳糖操纵子调控机理
乳糖操纵子的调控原理
乳糖操纵子的调控原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊乳糖操纵子的调控原理，这可真是个超级有趣的事儿啊！
你想想看，我们的身体就像一个超级大工厂，里面有各种机器和生产线在有条不紊地工作着。
那乳糖操纵子呢，就像是其中一条特别重要的生产线。
比如说，就好像一个面包店，当没有顾客来买面包的时候，制作面包的机器就没必要全力开动，对吧？
乳糖操纵子的调控就是这样神奇。
平时，调节基因就像一个总开关，控制着一系列基因的表达。
如果周围没有乳糖，就好像面包店里没有顾客订面包，那相关的酶啊就没必要生产出来浪费资源啦。
但是呢，一旦有乳糖出现啦！哎呀呀，就好比面包店突然接到了一大批订单，这时候就得赶紧行动起来啦。
调节基因会发生变化，让那些生产相关酶的基因开始活跃起来，开始大量地制造出能够分解乳糖的酶，就像面包店里的师傅们开始全力制作面包来满足订单需求。
你说神奇不神奇？咱们身体的这个调控机制多精妙呀！“哎呀，这身体也太会安排了吧！”就像一场精彩的演出，每个角色都知道自己该什么时候上场，什么时候退场。
像乳糖操纵子这样的调控，在我们身体里到处都在发生着，它们保障着我们身体的正常运转。
所以啊，我们得好好感谢我们身体里的这些小机制，它们默默地为我们的健康努力工作着呀！别小看了这些小小的基因调控，没有它们，我们可没法这么健康地生活着呢！这就是乳糖操纵子的调控原理，很有趣吧！。
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：
乳糖操纵子的结构和调控机制
乳糖操纵子的结构和调控机制1. 引言乳糖操纵子是一种具有重要生理功能的DNA序列。
它在哺乳动物中起着调控乳糖代谢的关键作用。
本文将详细介绍乳糖操纵子的结构和调控机制，以及其在生物学中的重要性。
2. 乳糖操纵子的结构乳糖操纵子通常位于哺乳动物基因组中与乳糖代谢相关基因附近。
它是一个DNA序列，由一系列核苷酸组成。
根据不同物种和基因型的差异，乳糖操纵子可以具有不同长度和组成。
乳糖操纵子通常包含两个重要的元件：增强子和启动子。
增强子位于启动子上游，可以增加启动子活性，促进基因转录。
启动子位于基因上游，包含转录起始位点(TSS)，是转录过程中RNA聚合酶与DNA结合的地点。
除了增强子和启动子，乳糖操纵子还可能包含其他调控元件，如转录因子结合位点和DNA甲基化位点。
这些元件的存在与特定物种和基因型相关，对乳糖操纵子的调控起到重要作用。
3. 乳糖操纵子的调控机制乳糖操纵子的调控机制涉及多个因素，包括转录因子、共激活子和染色质结构等。
下面将详细介绍几个重要的调控机制。
3.1 转录因子转录因子是乳糖操纵子调控的关键因素之一。
在乳腺细胞中，乳糖操纵子上的转录因子LacI结合到增强子上，阻止RNA聚合酶与启动子结合，从而抑制基因转录。
而在肝脏细胞中，另一种转录因子HNF-1α结合到增强子上，促进RNA聚合酶与启动子结合，增强基因转录。
3.2 共激活子共激活子是在乳糖操纵子调控过程中发挥重要作用的辅助蛋白质。
它们与转录因子一起结合到乳糖操纵子上，增强转录活性。
共激活子可以通过多种方式影响乳糖操纵子的调控，如改变染色质结构、招募其他转录因子等。
3.3 染色质结构染色质结构在乳糖操纵子调控中起着重要作用。
在非活化状态下，乳糖操纵子通常处于紧密的染色质状态，难以被转录因子和共激活子访问。
而在活化状态下，染色质会发生重塑，使得乳糖操纵子暴露在核内，便于转录因子和共激活子的结合。
4. 乳糖操纵子的生物学重要性乳糖操纵子在生物学中具有重要的功能和意义。
乳糖操纵子的转录调控原理
乳糖操纵子的转录调控原理
乳糖操纵子是一种广泛用于生物学研究的基因调控工具。
它由乳糖结构域和转录激活结构域组成，可以在添加乳糖后激活其下游的基因表达。
这种工具的转录调控原理主要包括两个方面：乳糖结构域的结合和转录激活结构域的激活。
乳糖结构域可以与乳糖结合，形成乳糖-乳糖操纵子结合物。
这
个复合物可以特异性地结合到DNA上的乳糖操纵子位点上，从而激活下游基因的转录。
转录激活结构域则可以与转录因子结合，形成复合物。
这个复合物可以与RNA聚合酶或转录因子相互作用，从而促进下游基因的转录。
此外，转录激活结构域还可以与组蛋白修饰酶相互作用，从而改变染色质结构，促进基因表达。
总之，乳糖操纵子的转录调控原理是通过乳糖结构域的结合和转录激活结构域的激活来调控下游基因的表达。
这种工具在生物学研究中具有广泛的应用价值。
- 1 -。
乳糖操纵子的表达调控
阻遏调控机制
阻遏蛋白有活性 阻遏蛋白无活性
三．色氨酸操纵子的弱化调控机制
实验观察表明：当色氨酸达到一定浓度、
但还没有高到能够活化阻遏蛋白使其起阻 遏作用的程度时，产生色氨酸合成酶类的 量已经明显降低，而且产生的酶量与色氨 酸浓度呈负相关。仔细研究发现这种调控 现象与色氨酸操纵子弱化调控机制有关。
前导序列
研究还发现，当mRNA 合成起始以后，除非培养
基中完全没有色氨酸，否则转录总在这个区域停 止，这就是123-150序列缺失提高色氨酸基因表达 的原因。因为转录发生在这个区域并且这种终止 能被调节，因此这个区域被称为弱化子或衰减子。 该区域序列的mRNA可通过自我配对形成茎-环结构， 具有典型的终止子的结构特点。
。茎-环结构
mRNA前导区序列分析
trp前导区的碱基序列已经全部测定，发现完整 的前导序列可分为1、2、3、4区域，这四个区 域的片段能以两种不同的方式进行碱基配对， 有时以1-2和3-4配对，有时只以2-3方式互补配 对。而3-4配对区正好位于终止密码子识别区， 当这个区域发生破坏自我碱基突变，有利于转 录的继续进行。
乳糖操纵子的正调控机制如图三
正调控机制
图三
正调控意义
由于Plac是弱启动子，单纯因乳糖的存在发生去阻遏 使lac操纵子转录开放，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。lac操纵子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。通过这机制， 细菌是优先利用环境中的葡萄糖，只有无葡萄糖而 又有乳糖时，细菌才去充分利用乳糖。
转录不终止
RNA聚合酶继续转录
弱化作用的意义
细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足， 因为阻遏作用只能使转录不起始，对于已 经起始的转录，只能通过弱化作用使之中 途停下来。阻遏作用的信号是细胞内色氨 酸的多少；弱化作用的信号则是细胞内载 有色氨酸的tRNA的多少。它通过前导肽的 翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这 两种作用相辅相成，体现着生物体内周密 的调控作用。
乳糖操纵子的正负调控机制
1.乳糖操纵子地正负调控机制⑴乳糖操纵子（）是由调节基因（）、启动子（）、操纵基因（）和结构基因（、、）组成地. 编码阻遏蛋白，、、分别编码β半乳糖苷酶，β半乳糖苷透性酶和β半乳糖苷转乙酰基酶.⑵阻遏蛋白地负性调控：当培养基中没有乳糖时，阻遏蛋白结合到操纵子中地操纵基因上，阻止了结构基因地表达；当培养基中有乳糖时，乳糖（真正是异乳糖）分子和阻遏蛋白结合，引起阻遏蛋白构象改变，不能结合到操纵基因上，使聚合酶能正常催化转录操纵子上地结构基因，即操纵子被诱导表达.⑶是一个重要地正调节物质，可以与操纵上地启动子区结合，启动基因转录.培养基中葡萄糖含量下降，合成增加，与形成复合物并与启动子结合，促进乳糖操纵子地表达.⑷协调调节：乳糖操纵子调节基因编码地阻遏蛋白地负调控与地正调控两种机制，互相协调，互相制约.2.详述大肠杆菌色氨酸操纵子地调控机理.答：大肠杆菌色氨酸操纵子地转录受阻遏和衰减两种机制地控制，前者通过阻遏蛋白和操纵基因地作用控制转录地起始，后者通过前导序列形成特殊地空间结构控制转录起始后是否进行下去.⑴色氨酸操纵子地可阻遏系统：在阻遏系统中，起负调控地调节基因地产物是一个无活性地阻遏蛋白，色氨酸是辅阻遏物；当色氨酸不足时，阻遏蛋白无活性，不能和操纵基因结合，色氨酸操纵子能够转录；当色氨酸充足时，阻遏蛋白和它结合而被激活，从而结合到操纵基因上，而色氨酸操纵子地操纵基因位于启动基因内，因此，活性阻遏物地结合排斥了聚合酶地结合，从而抑制了结构基因地表达.⑵色氨酸操纵子地衰减调控在色氨酸操纵子地操纵基因和第一个结构基因之间有一段前导序列，在前导序列上游部分有一个核糖体结合位点，后面是以起始密码开头地个氨基酸地编码区，编码区有两个紧密相连地色氨酸密码子，后面是一个终止密码子，在开放阅读框下游有一个不依赖ρ因子地终止子，是一段富含地回文序列，可以形成发夹结构，因此可以在此处终止转录.另外前导序列包含个能进行碱基互补配对地片断区、区、区和区.它们能以、和、或、地方式进行配对，从而使前导序列形成二级结构地变化.在细菌中，翻译与转录偶连，一旦聚合酶转录出中地前导肽编码区，核糖体便立即结合上去翻译这一序列.当细胞中缺乏色氨酸时，地浓度很低，核糖体翻译前导肽至两个连续地色氨酸密码子处就陷入停顿，这时核糖体只占据区，由聚合酶转录地区和区便可配对，区游离在外，这样就不能形成终止子结构，聚合酶就可以一直转录下去，最后完成全部结构基因地转录，得到完整地分子.当细胞中存在色氨酸时，就有一定浓度地，核糖体便能顺利通过两个连续地色氨酸密码子而翻译出整个前导肽，直到前导肽序列后面地终止密码子处停止.此时，核糖体占据了区和区，结果区和区配对，形成转录终止子结构，使聚合酶终止转录.实现衰减调控地关键在于时间和空间上地巧妙安排.在空间上，两个色氨酸密码子地位置很重要，不可随意更改；在时间上，核糖体停顿于两个色氨酸密码子上时，序列应当还未转录出来.3.基因组文库与文库地区别：①材料不同.基因组文库以为材料，而文库以为材料.②基因结构不同.基因组文库中包含了所有地基因，而文库只包含需要表达地基因.对真核细胞来说，基因组文库中所含地是带有内含子和外显子地基因组基因，而文库中则是已剪接去除了内含子地.③文库内容不同.文库所包含地遗传信息远少于基因组文库，并且受细胞来源或发育时期地影响.④载体不同.构建基因组文库常用λ噬菌体和柯斯质粒等高容量克隆载体，而构建文库地载体选择要根据该文库地用途来确定.⑤使用范围不同.基因组文库常用于分离特定地基因片段、分析特定地基因结构以及研究基因表达调控等，而文库可用于某些病毒等地基因组结构研究及有关基因地克隆分离.。
详细描述乳糖操纵子系统的调控机制。
详细描述乳糖操纵子系统的调控机制。
乳糖操纵子系统是细菌中的一种代谢途径，它能够将乳糖转化为能量和碳源。
这个系统的调控机制非常复杂，包括转录调控、翻译调控、磷酸化调控等多个层面。
下面我们将详细介绍乳糖操纵子系统的调控机制。
1. 转录调控乳糖操纵子系统的转录调控主要由两个转录因子LacI 和CRP 控制。
LacI 是一个负向转录因子，它能够结合到乳糖操纵子系统的启动子上，阻止RNA 聚合酶结合并启动转录。
当乳糖存在时，乳糖会结合到 LacI 上，使其失活，从而允许 RNA 聚合酶结合并启动转录。
CRP 是一个正向转录因子，它能够结合到乳糖操纵子系统的启动子上，促进RNA 聚合酶结合并启动转录。
当细菌处于低糖状态时，cAMP 的浓度会升高，从而使 CRP 活化，促进乳糖操纵子系统的转录。
2. 翻译调控乳糖操纵子系统的翻译调控主要由riboswitch 控制。
riboswitch 是一种RNA 分子，它能够结合到乳糖分子上，从而改变自身的构象，影响翻译的进行。
当乳糖存在时，riboswitch 会结合到乳糖上，从而使翻译终止子暴露在mRNA 上，阻止翻译的进行。
当乳糖不足时，riboswitch 会解离乳糖，从而使翻译终止子被遮盖，允许翻译的进行。
3. 磷酸化调控乳糖操纵子系统的磷酸化调控主要由两个蛋白激酶PhoR 和PtsG 控制。
PhoR 是一种膜蛋白激酶，它能够感知到细胞外的磷酸浓度，从而调控乳糖操纵子系统的磷酸化状态。
当细胞外的磷酸浓度低时，PhoR 会被激活，从而使乳糖操纵子系统的磷酸化水平升高。
PtsG 是一种磷转移酶，它能够将磷酸转移给乳糖，从而影响乳糖的代谢。
当细胞内的磷酸浓度低时，PtsG 会被磷酸化，从而使其活性降低，减少对乳糖的代谢。
乳糖操纵子系统的调控机制非常复杂，包括转录调控、翻译调控、磷酸化调控等多个层面。
这些调控机制相互作用，共同调节乳糖的代谢，从而使细菌能够适应不同的环境条件。
乳糖操纵子调控机制
乳糖操纵子调控机制
乳糖操纵子调控机制是指一种监督调控机制，它是表观遗传调控机制的组成部分，它主要是多个转录操纵子（TFP）的集合，其中结构特异性核苷酸结合蛋白把转录操纵子与DNA片段结合在一起，从而可以实现乳糖的调控作用。
乳糖操纵子可以调节特定表达基因的表达，在细胞代谢、细胞发育和细胞凋亡等方面扮演了重要角色。
乳糖操纵子调节机制包括乳糖活性、乳糖受体结构调节、乳糖应答元件和协同反应以及共同结合调节等。
转录操纵子通常具有强烈的选择性，只能特定DNA序列上才能激活基因表达。
为了实现特定的生物反应，乳糖操纵子调节器必须通过位点突变等手段而精确的调节。
在哺乳动物体内，乳糖操纵子调控机制体现得十分重要，它可以调节蛋白质表达和代谢，从而实现调节血糖等临床参数，也有助于改善脂肪代谢、糖代谢紊乱，并帮助我们了解饮食及营养机制的功能。
综上所述，乳糖操纵子调控机制是一种调节和控制机体生理功能的重要手段，它可以调节哺乳动物体内的表观遗传信号网络，协调机体代谢平衡，从而帮助改善机体的饮食和营养及健康状况。
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•基因表达调控的生物学意义 –适应环境、维持生长和增殖 –维持个体发育与分化
•基因表达调控的环节：
–基因活化、转录、转录后加工、翻译、 翻译后加工
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第一节 原核生物基因表达调控
一、转录水平的调控是原核生物的主要调控环节
原核生物基因多以操纵子形式存在。操纵子 由调控区和信息区组成。上游调控区包括启 动子与操纵元件二部分。启动子是同RNA聚 合酶结合并启动转录的特异性DNA序列，操 纵元件是特异的阻遏物结合区。
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4、正调控蛋白
正调控蛋白结合于特异DNA序列后，具有促进基因的 转录，这种基因表达调控的方式称为正调控。根据正调 控蛋白的作用性质分为正控诱导系统和正控阻遏系统。 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使正 调控蛋白处于活性状态；在正控阻遏系统中，效应物分 子的存在使激活蛋白处于非活性状态。
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5、倒位蛋白通过DNA重组倒位而调节基因表达 倒位蛋白是一种位点特异性的重组酶。
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6、衰减子
衰减子又称为弱化子，位于一些操纵子中第一个结构 基因之前，是一段能减弱转录作用的序列。如色氨酸 操纵子序列内含有一段衰减子序列.
7、RNA聚合酶抑制物 细菌在缺乏氨基酸的环境中，RNA聚合酶活性降低， RNA（rRNA,tRNA）合成减少或停止，这种现象称为严 谨反应。机制：当氨基酸缺乏时，游离核糖体与空载的 tRNA增加，在ATP存在下，产生pppGpp和ppGpp， 后者与RNA聚合酶结合形成复合物，进而使RNA聚合酶 构象变化，活性降低。
如E.co）起始部位： 转录合成的第一个互补碱基对，用+1表 示，左为上游，右为下游，用负、正表示，没有O的位置。
（2）结合部位： RNA pol 与启动子结合位置，位于10bp，同源性强，又称TATA box或pribnow盒。
（3）识别部位： 位于-35bp，RNApol识别启动子部位， 保守性极强。
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影响原核生物转录的因素
1、启动子 2、σ因子的种类与浓度 3、阻遏蛋白 4、正调控蛋白 5、倒位蛋白通过DNA重组倒位而调节基因表达 6、衰减子 7、RNA聚合酶抑制物
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1、启动子
促进DNA转录的DNA顺序，是DNA分子上可与RNA pol结合并使之转录的部位。又称启动基因，但启动子本身 不被转录。
σ因子 σ70 σ54 σ38 σ32 σ28 σ24
编码基因 rpoD rpoN rpoH rpoS rpoF rpoE
主要功能 参与碳代谢过程基因的调控 参与多数氮源利用基因的调控 参与分裂间期特异基因表达调控 热体克基因的表达调控 鞭毛趋化相关基因的表达调控 过渡热休克基因的表达调控
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启动子功能：： （1）决定转录方向及那一条DNA链作模板。（以信 息链的互补链作模板，转录mRNA与信息链一致）
（2）决定转录效率。 E.coli启动子，在-35、－10的 两个区序列称为一致性序列。通过比较大量的E.coli启 动子，表明这两个序列中各碱基的出现频率为-35区： TGACA；-10区：TATAAT。如果某一个启动子与上 述序列越接近，基因的转录效率越强。反之就弱。
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3、阻遏蛋白
阻遏蛋白是一类在转录水平对基因表达产生负调控作用 的蛋白质。根据其作用特征可分为负控诱导和负控阻遏 二大类。在负控诱导系统中，阻遏蛋白不与效应物（诱 导物）结合时，结构基因不转录；在负控阻遏系统中， 阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。阻遏蛋白 作用部位是操纵区。
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乳糖操纵子的调控机理
基因表达调控
基因表达主要包括（基因）转录和（蛋 白质）翻译使信息分子DNA转变成有功能蛋白 质的过程，这一过程在体内受到精密的调控， 以保证功能的有序性。这一调控称为基因表 达的调控，简称基因调控。
基因表达过程分为基因活化、转录、转 录后加工、翻译、翻译后加工等阶段。在上 述各环节都存在基因表达调控的控制点。
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基因表达及其调控的特点
组成性基因表达（constitutive gene
expression）管家基因的表达方式，较
少受环境影响，在个体各生长阶段的几 乎全部组织中持续表达或变化很小。
管家基因（housekeeping gene）在一个
生物个体的几乎所有细胞中持续表达的 基因。
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诱导表达（induction expression）有一些基
因表达极易受环境影响，在特定环境信号 刺激下，基因的表达开放或增强。
阻遏表达（repression expression）在特定
环境信号刺激下，基因的表达关闭或减弱。
协调表达:在生物体内,各种代谢途径有条不
紊地进行,这是在一定机制控制下,功能相关 的一组基因,协调一致,共同表达。
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1.乳糖操纵子的调控机理（可诱导的操纵子）
（1）人们早在上个世纪初就发现了酵母中酶的诱导现象。即分解 底物的酶只有底物存在时才出现。酶受底物的诱导，这种可诱导现 象在细菌中普遍存在。
在培养基中加入适合底物-乳糖或半乳糖后2~3分钟，β一半乳 糖苷酶可迅速达到5000个酶分子，增加了1000倍，占细菌蛋白总量 的5~10%。 (β一半乳糖苷酶水解乳糖→半乳糖+葡萄糖 2个单糖)。
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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
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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
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原核生物转录起始区的一致性序列
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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。