原核生物的转录调控.ppt

第七章 原核生物的转录调控,一、乳糖操纵子,1.操纵子,1961年，Jacob和Monod提出了操纵子模型，这是与特殊代谢途径有关的基因转录的协同调控模型。,操纵子是基因表达和调控的单元，典型的操纵子包括：,结构基因：除调节基因以外的所有基因，编码在特定的生物合成途径中起作用的、其表达被协同调控的酶。调控元件：如操纵序列，是协调结构基因转录的一段DNA序列。调节基因：其产物能够识别调控元件，例如阻抑物，可以结合并调控操纵基因序列。,调控元件,结构基因,2.乳糖操纵子,E.coli能利用乳糖作为碳源，而利用乳糖作为碳源的酶只有当乳糖作为唯一的碳源时才能被合成。,乳糖操纵子由三个结构基因组成,lacZ：编码-半乳糖苷酶，它可以将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖；lacY：编码半乳糖苷透性酶，它能将乳糖运送透过细菌的细胞壁；lacA：编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶，进行乳糖代谢。,lacZ、lacY、lacA被同一个转录单元lacZYA编码，有一个启动子Plac乳糖操纵子的三个结构蛋白是作为一个多顺反子（在同一调控序列下含有不止一个编码区）的mRNA一起表达的。,lacI,调节基因,lacZ,lacY,lacA,DNA,m-RNA,-半乳糖苷酶,透性酶,乙酰基转移酶,Protein,结构基因,顺式作用元件,PlacI,Plac,Olac,操纵基因位点Olac：位于Plac启动子5端的-5到+21之间Olac可与乳糖阻抑物结合乳糖阻抑物被一个独立的调节基因lacI所编码。lacI位于Plac的上游。,3.乳糖阻抑物,lacI基因编码乳糖阻抑物，只有以同亚基四聚体形式存在时才具有活性。阻抑物对于Olac具有很强的亲和力，对于DNA也有较高的亲和力。,Olac由具有回文结构的28 bp碱基组成。回文结构：双链中每一条链均按5 3方向阅读，其序列相同。,5-GAATTC-33-CTTAAG-5,当缺少诱导物（如乳糖）时，阻抑物占据了操纵序列的结合位点。乳糖阻抑物和RNA聚合酶能够同时结合到乳糖启动子和操纵序列位点。,乳糖阻抑物实际上使聚合酶结合到乳糖启动子上的能力增加了两个数量级。RNA聚合酶与Plac结合紧密,但是由于阻抑物的作用,使得转录不能进行。,Plac,4.诱导,当缺少诱导物时，乳糖阻抑物阻碍了几乎全部的lac ZYA的转录而使之保持很低的转录水平。当乳糖加入到细胞中后，细胞本身所含的低量的透性酶使之能吸收乳糖，-半乳糖苷酶则催化一些乳糖转化为异乳糖。,异乳糖可以作为诱导物结合到乳糖阻抑物上，从而引起阻抑物四聚体构象的变化，从而降低其对乳糖操纵序列的亲和力。乳糖阻抑物从操纵序列上脱离下来，聚合酶迅速开始lac ZYA基因的转录。,乳糖或合成诱导物如异丙基-D-硫代半乳糖苷（IPTG）能非常迅速地刺激乳糖操纵子结构基因的转录。IPTG经常用于LacZ启动子控制下的克隆基因的表达。,5.cAMP受体蛋白（CRP）,Plac启动子并非强启动子。Plac及其相关的启动子没有强的-35序列，其中一些甚至只有弱的-10的共有序列。为了实现高水平的转录，它们需要一种特定的激活蛋白即CRP。,葡萄糖会降低细胞内cAMP的水平。当葡萄糖缺乏时，大肠杆菌细胞内cAMP水平上升，CRP结合到上cAMP。CRP cAMP复合物结合到乳糖操纵子的启动子Plac上，这增强了RNA与启动子的结合，使转录效率提高50倍。,二、色氨酸操纵子,1.色氨酸操纵子,色氨酸操纵子包括色氨酸合成途径中相关的5个结构基因，它们都在单一启动子Ptrp和操纵基因Otrp位点的调控之下。该操纵子编码一个转录单元，即从色氨酸启动子Ptrp和操纵基因位点Otrp向下游转录出7 kb的转录物。,2.色氨酸阻抑物,色氨酸阻抑物能与色氨酸操纵子的操纵基因位点特异性相互作用。色氨酸阻抑物能结合色氨酸并且只有当它与色氨酸结合形成复合物后才能结合到操纵基因上。,3.弱化子,在操纵基因和trpE基因编码序列之间一段序列的缺失将导致基本转录水平和活化（解阻抑）后的转录水平的上升。该位点称为弱化子，它是位于trpE起始密码子前面 162 nt的转录前导序列的末端。,弱化子是一个不依赖r因子的终止子区域，在一小段富含GC的回文结构之后是8个连续的U残基。如果这段序列能在RNA转录物中形成发夹结构，就可以作为一个高效的转录终止子。,