乳糖操纵子分析

根据辅因子（小分子）结合后调控效果，可分： 开启调控系统中结构基因的转录活性 ——诱导 关闭调控系统中结构基因的转录活性 ——阻遏
操纵子调控系统的基本类型
❖可诱导负控制系统 ❖可诱导正控制系统 ❖可阻遏负控制系统 ❖可阻遏正控制系统
• 正调控与负调控并非互相排斥的两种机制，而 是生物体适应环境的需要，有的系统既有正调 控又有负调控； 原核生物以负调控为主，真核生物以正调 控为主； 降解代谢途径中既有正调控又有负调控； 合成代谢途径中一般以负调控来控制产物自身 的合成。
• 乳糖消耗完：这三种酶的合成也即同时停止.
• 三、大肠杆菌乳糖操纵子的负调控(可诱导) • 乳糖操纵子的组成：1个启动子(promoter)、2
个操作子(operator)、3个结构基因 • 诱导因子： （异乳糖、ß-半乳糖苷、异丙基硫
代半乳糖苷IPDG） • 乳糖操纵子突变类型：无诱导因子，组成型表
第二：异乳糖复合物——受乳糖影响
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• 葡萄糖抑制操纵子的原理：
葡萄糖 腺苷酸环化酶活性降低 ATP无法 转变成cAMP 不能形成CAP-cAMP复合蛋白 RNA酶无法结合在DNA上 结构基因不表达。
无葡萄糖时：ATP cAMP cAMP -CAP复合物 结合CAP
乳糖操纵子：两个开关 第一：cAMP -CAP复合物 ——受葡萄糖影响
C. 野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 有乳糖时，基因表达；
D. 调节基因突变(I-O+Z+Y+A+), 无乳糖时，基因组成型表达；
E. 操纵基因突变型(I＋OcZ+Y+A+), 无乳糖时，基因组成型表达。
RP O
structural genes
lacZ lacY
lacA
lacZ lacY
达，突变位点位于调节基因和操作子上。
乳糖操纵元表达受阻状态（缺乏诱导物）
The lactose operon in the repressed state (in the absence of an inducer)
• A：乳糖操纵子组成部分；
• B：野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 无乳糖时，基因不表达；
结合调节蛋白 结合RNA聚合酶
promoter operator 启动基因 操纵基因
structural genes 结构基因
操纵子(operon)模型
R
PO
structural genes
＋ 正调控（positive regulation) － 负调控 (negative regulation)
DNA RNA
Protein
调控（节）蛋白
操纵子
调控蛋白的作用机制
注：R：Regulator P：Promoter
O：Operator
正调控系统中的正调控蛋白又被称为无辅基诱导蛋白（apoinducer)
负调控系统中的负调控蛋白又被称为阻遏蛋白（repressor)
• 二、正调控与负调控
• 调节基因
RNA 调节蛋白
正调节蛋白+操作子
结构基因转录、表达
基因活化，结构基因表达 （正控制/正调节 ）
负调节蛋白+操作子
结构基因转录、表达
基因失活，结构基因组成型表达 （负控制/负调节 ）
根据调节蛋白基因突变失活所产生的后果，可分： 隐性的组成型表达——负控制系统 结构基因处于不可诱导状态——正控制系统
大肠杆菌乳糖操纵子的结构及 其正负调控
一、操纵子与操纵子模型
• 操纵子学说/操纵子模型： F.Jacob J.Mond （1960）E.coli lac operon( 1965诺贝尔医学生 理学奖)
• 操纵子：核酸分子上调控基因转录活性的基本 单元，由结构基因、操作子（O）和启动子（P）
组成。
转录、翻译、合成蛋白
• 如：大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加:
• ①. β-半乳糖酶：将乳糖分解成半乳糖和葡萄 糖
• ②. 渗透酶：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和 半乳糖
• ③. 转乙酰酶：β-半乳糖转变成乙酰半乳糖
• 大量乳糖时：大肠杆菌三种酶的数量急剧增加， 几分钟即可达到千倍以上，这三种酶能够成比 例地增加.
lacA
β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷通透酶β-半乳糖苷乙酰基转移酶
乳糖操纵子的负控制-可诱导机制
异 乳糖等诱导物 阻遏蛋白单体
阻遏蛋白四聚体
• 四、大肠杆菌乳糖操纵子的正调控
• 葡萄糖效应—培养基中有葡萄糖存在时，即使 有乳糖存在，不诱导靶基因表达。这样的操纵 子称葡萄糖敏感操纵子。这种效应由一种正控 制机制决定。