第十二章 原核细胞基因转录的调节

二、乳糖操纵子
• 结构基因： lacZ：编码β-半乳糖苷酶，将乳糖水解成异乳糖和葡萄糖 lacY: 编码半乳糖苷通透酶，负责乳糖跨细胞壁运输 lacA: 编码巯基半乳糖苷转乙酰基酶，进行乳糖代谢 • Plac启动子：弱启动子，缺少-35序列，只有弱的-10序列 • 操纵基因Olac：能被Lac阻遏蛋白结合 • 调节基因（lacI）： 编码 lac阻遏蛋白
第十二章
原核细胞基因转录的调节
第一节
LAC 操纵子
一、操纵子概念
调节基因 操纵基因 结构基因
I
P
O
A
B
C
DNA
• 1961年，Jacob和Monod建立乳糖操纵子学说，现成为原核生物基因调控 的主要学说之一 1. 结构基因：能编码特定的酶或结构蛋白，与生物性状发育和表型直接相 关的基因 2. 操纵基因（O）：位于结构基因附近，控制结构基因转录，本身不能转 录成mRNA 3. 启动子（P）：位于操纵基因附近，负责结构基因转录启动 4. 调节基因（i）：调节操纵基因活动，能转录出mRNA，合成阻遏蛋白 • 操纵子（operon）：包括调节基因、操纵基因等调控元件和结构基因
三、cAMP受体蛋白
• cAMP 受体蛋白(CRP) ：又叫代Biblioteka Baidu激活蛋白 (CAP)，是高水平转录的特异激活蛋白
• CAP结合位点：位于启动子Plac上游
四、乳糖操纵子的调节机理
（a) ：有葡萄糖存在时，大肠杆菌不 需乳糖作为替代碳源，此时葡萄糖与 cAMP结合使其浓度下降，CAP不与 CAP结合部位结合，不能发挥正调节 作用；而阻遏蛋白与操作基因结合， 阻碍启动子启动结构基因转录 （b)：当葡萄糖和乳糖同时存在时， 细胞内cAMP浓度低，CAP仍不发挥 正调节作用；但阻遏蛋白因乳糖结合 发生构象改变失去阻遏作用，结构基 因低水平转录 （c): 当缺少葡萄糖时，细菌以乳糖为 碳源，细胞内cAMP浓度升高，与 CAP形成的复合物与启动子 结合，发 挥正调节作用；而阻遏蛋白不能发挥 负调节作用，结构基因高水平转录
第二节
色氨酸操作子
• E. coli的trp操纵子是一种阻遏 型操纵子，有E、D、C、B、 A五个结构基因，编码三种酶 用于合成色氨酸 • 上游调控区由启动序列和操纵 序列组成 • 调节基因编码阻遏蛋白 • 当无色氨酸时，阻遏蛋白不能 结合启动序列，操纵子基因开 放，开始转录 • 当细胞内有较大量色氨酸时， 色氨酸作为辅阻遏物，与阻遏 蛋白结合而使之活化，可结合 启动序列，阻断基因转录