乳糖操纵子的模型

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第7章-思考题解析

71.简述代谢物对基因表达调控的两种方式。

答：根据调控机制的不同可分为负转录调控和正转录调控。

在负转录调控系统中,调节基因的产物是阻遏蛋白。

阻止基因的转录。

包括：（1）负控诱导：阻遏蛋白与效应物结合时，基因转录。

（2）负控阻遏：阻遏蛋白与效应物结合时，基因不转录。

在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白。

包括：（1）正控诱导：有效应物时，激活蛋白处于活性状态，基因转录。

（2）正控阻遏：有效应物时，激活蛋白处于无活性状态，基因不转录。

2.什么是操纵子学说？。

答：Jacob和Monod通过大量实验及分析提出操纵子学说，其内容如下：Z、Y、A基因产物由同一条多顺反子mRNA编码，该mRNA的启动区（P）位于阻遏基因（1）与操纵区（O）之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的表达。

操纵区是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点。

当阻遏物与操纵区相结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制；诱导物通过与阻遏物结合，改变其三维构象，使之不能与操纵区相结合，诱发lac mRNA的合成。

3.简述乳糖操纵子的调控模型？答：乳糖操纵子模型中依次排列着启动子、操纵基因和三个结构基因，它们分别编码β-半乳糖苷酶、半乳糖苷透性酶和β-硫半乳糖苷转乙酰基酶，三个基因受同一个操纵基因控制。

当没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻遏状态。

阻遏蛋白阻碍RNA聚合酶与启动子P的结合，阻止启动基因上的RNA聚合酶进行转录，这是一种负调节作用。

当有乳糖存在时，乳糖与阻遏蛋白结合，使之发生变构而失去活性，因而不能与操纵基因结合，导致RNA聚合酶进行转录，产生上述三种酶，使大肠杆菌能利用乳糖。

培养基中有葡萄糖存在，葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP含量，影响CAP与启动基因结合，也影响RNA聚合酶与启动基因结合，因此，β-半乳糖苷酶等三个酶不能产生。

这是一种正调控作用。

4.什么是葡萄糖效应？答：葡萄糖效应是指在有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动，产生出代谢这些糖的酶。

分子生物学思考题答案

分子生物学思考题答案1.原核生物DNA具有哪些不同于真核生物DNA 的特征？真核生物：①真核基因组庞大。

②存在大量的重复序列。

③大部分为非编码序列(>90％)。

④转录产物为单顺反子。

⑤是断裂基因，有内含子结构。

⑥存在大量的顺式作用元件(启动子、增强子、沉默子)。

⑦存在大量的DNA多态性。

⑧具有端粒(telomere)结构原核生物：①基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少。

②主要是单拷贝基因，只有很少数基因〔如rRNA基因〕以多拷贝形式存在。

③整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成；④几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态1.试述基因克隆载体进化过程。

①pSC101质粒载体，第一个基因克隆载体②ColE1质粒载体，松弛型复制控制的多拷贝质粒③pBR322质粒载体，具有较小的分子量（4363bp）。

能携带6-8 kb的外源DNA片段，操作较为便利④pUC质粒载体，具有更小的分子量和更高的拷贝数⑤pGEM-3Z质粒，编码有一个氨苄青霉素抗性基因和一个lacZ'基因⑥穿梭质粒载体，由人工构建的具有原核和真核两种不同复制起点和选择标记，可在不同的寄主细胞内存活和复制的质粒载体⑦pBluescript噬菌粒载体，一类从pUC载体派生而来的噬菌粒载体2.试述PCR扩增的原理和步骤。

对比DNA体内复制的差异。

原理：首先将双链DNA分子在临近沸点的温度下加热分离成两条单链DNA分子，DNA聚合酶以单链DNA为模板并利用反应混合物中的四种脱氧核苷三磷酸、合适的Mg2+浓度和实验中提供的引物序列合成新生的DNA分子。

步骤：①将含有待扩增DNA样品的反应混合物放置在高温（>94℃）环境下加热1分钟，使双链DNA变性，形成单链模板DNA②降低反应温度（退火，约50℃），约1分钟，使寡核苷酸引物与两条单链模板DNA结合在靶DNA区段两端的互补序列位置上③将反应混合物的温度上升到72℃左右保温1-数分钟，在DNA聚合酶的作用下，从引物的3'-端加入脱氧核苷三磷酸，并沿着模板分子按5'→3'方向延伸，合成新生DNA互补链与体内复制的差别：①PCR不产生冈崎片段②在高温条件下反应，不需要DNA解旋酶③PCR可经过多个循环④在体外进行，可调控第六章1.基因敲除原理：又称基因打靶，通过外源DNA与染色体DNA之间的同源重组，进行精确的定点修饰和基因改造，具有专一性强、染色体DNA可与目的片段共同稳定遗传等特点方法：高等动物基因敲除技术，植物基因敲除技术2.完全基因敲除和条件型基因敲除完全基因敲除是指通过同源重组法完全消除细胞或者动植物个体中的靶基因活性，条件型基因敲除是指通过定位重组系统实现特定时间和空间的基因敲除3.基因定点突变原理：通过改变基因特定位点核苷酸序列来改变所编码的氨基酸序列，用于研究某个（些）氨基酸残基对蛋白质的结构、催化活性以及结合配体能力的影响，也可用于改造DNA调控元件特征序列、修饰表达载体、引入新的酶切位点等方法：重叠延伸技术和大引物诱变法第七章1.乳糖操纵子的正负调控（—）阻遏蛋白的负调控①当细胞内有诱导物时，诱导物结合阻遏蛋白，此刻聚合酶与启动子形成开放式启动子复合物转录乳糖操纵子结构基因。

乳糖操纵子

DNA RNA
Protein
调控（节）蛋白调控（操纵子
调控蛋白的作用机制
注：R：Regulator P： P：Promoter O： 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（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（负调控系统中的负调控蛋白又被称为阻遏蛋白（repressor)
R
P
O
structural genes lacZ lacY lacA
lacZ
lacY
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半乳糖苷酶β 半乳糖苷通透酶β
乳糖操纵子的负控制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
cAMP -CAP复合物复合物
乳糖操纵子：乳糖操纵子：两个开关第一：cAMP -CAP复合物 ——受葡萄糖影响第一：复合物受葡萄糖影响
第二：异乳糖复合物第二：异乳糖复合物——受乳糖影响操纵元表达受阻状态（缺乏诱导物）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；乳糖操纵子组成部分； • B：野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 无乳糖时，基因不表达；无乳糖时，基因不表达；野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), C. 野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 有乳糖时，基因表达；有乳糖时，基因表达；调节基因突变(I (ID. 调节基因突变(I-O+Z+Y+A+), 无乳糖时，基因组成型表达；无乳糖时，基因组成型表达；操纵基因突变型(I E. 操纵基因突变型(I＋OcZ+Y+A+), 无乳糖时，基因组成型表达。无乳糖时，基因组成型表达。

乳糖操纵子

诱导物如何控制阻遏蛋白的活性呢？阻遏物对于操纵基因有很高的亲和性，在缺乏诱导物时，阻遏物总是结合在操纵基因上，使得邻近的结构基因不能转录。但当诱导物存在时，它和阻遏物结合形成了一个阻遏物复合体，不再和操纵基因结合。
右图为Lac操纵子（Lac operon）的结构以及负调控图：
在细菌中同时存在着诱导和阻遏的现象。诱导是细菌调节其分解底物供给生长的能力。阻遏是细菌调节其合成代谢产物的能力。无论是酶作用的小分子底物的调节，还是酶活性的产生，它们的启动是独自的，小分子底物称为诱导物（inducers）某些物质能阻止酶合成它们本身，此物质就称辅阻遏物（corepressors）。
一、结构和功能
细菌相关功能的结构基因常连在一起，形成一个基因簇。它们编码同一个代谢途径中的不同的酶。一个基因簇受到同一的调控，一开俱开，一闭俱闭。也就是说它们形成了一个被调控的单位，其它的相关功能的基因也包括在这个调控单位中，例如编码透过酶的基因，虽它的产物不直接参与催化代谢，但它可以使小分子底物转运到细胞中。
通过突变的效应是可以将结构基因和调节基因相区别的，结构基因发生突变，细胞中就失去这些基因合成的蛋白。但是调节基因发生突变会影响到它所控制的所有结构基因的表达。调节蛋白的突变的结果可以显示调节的类型。
lac基因簇是受到负调节（negative regulation）。它们的转录可被调节蛋白所关闭。若调节蛋白因突变而失活就会导致结构基因组成型表达。表明调节蛋白的功能是阻止结构基因的表达，因此称这些蛋白为“阻遏”蛋白。
（a）Lac操纵子的结构图
（b）无诱导物存在时，阻遏物与操作基因（operator）结合使得结构基因不能正常转录
（c）诱导物（乳糖或IPTG）存在，与阻遏物结合时阻遏物从操纵基因上头里下来，RNA聚合酶可通过启动子和操作基因正常转录出一条多顺反子mRNA从可翻译得到三种梅

乳糖操纵子的结构和调控原理

乳糖操纵子的结构和调控原理乳糖操纵子是一种广泛使用的基因表达调控工具。

它的结构和调控原理非常重要，对于科学家设计实验和开发新的应用具有重要意义。

乳糖操纵子是由两部分组成的：乳糖诱导子和乳糖操纵子蛋白。

乳糖诱导子是一种分子，能够与乳糖操纵子蛋白结合，从而改变其构象，使其能够与DNA结合并调控目标基因的表达。

乳糖操纵子蛋白则是一种转录因子，它能够识别并结合到特定的DNA序列上，并调节目标基因的转录水平。

乳糖操纵子蛋白通常被称为拉氏蛋白，因为它最初是从大肠杆菌中的λ噬菌体中分离出来的。

乳糖操纵子的调控原理是基于乳糖诱导子和乳糖操纵子蛋白之间的相互作用。

当乳糖存在时，乳糖诱导子能够与乳糖操纵子蛋白结合，使其构象发生改变，并使其与目标DNA序列结合。

这样，乳糖操纵子蛋白就能够调节目标基因的转录水平，以实现对基因表达的控制。

相反，当乳糖不存在时，乳糖诱导子无法与乳糖操纵子蛋白结合，从而使其无法与DNA结合。

这样，基因的转录就会被抑制。

乳糖操纵子的应用非常广泛，可以用于调控单个基因的表达，也可以用于调控整个基因组的表达。

其应用领域涵盖了基础科学研究、生物医学研究、生物工程、农业和环境保护等多个领域。

例如，在基础科学研究中，科学家可以利用乳糖操纵子来研究基因调控机制，进一步了解基因表达的调控途径。

在生物医学研究中，科学家可以利用乳糖操纵子来探究疾病的发生机制，同时也可以利用其来开发新的治疗方法。

在生物工程中，科学家可以利用乳糖操纵子来生产特定的蛋白质，例如，利用乳糖操纵子来生产重要的药物和酶类。

在农业和环境保护领域中，科学家可以利用乳糖操纵子来改良作物和微生物，提高其产量和抗病能力，同时也可以利用其来处理污染物和废弃物等。

乳糖操纵子的结构和调控原理是非常重要的，对于基因表达的控制和调节具有重要意义。

其应用前景广阔，对于推动生物科学的发展和应用具有重要作用。

乳糖操纵子模型

乳糖操纵子模型
在实验条件下，当E.coli生长在没有乳糖的培养基上时，每个细胞内只有不到5个分子的β-半乳糖苷酶。

当加入适量的乳糖后，在2～3min内细胞开始出现β-半乳糖苷酶，很快可达到每个细胞5000个酶分子。

如果培养基内乳糖用完时，酶的合成也迅速停止。

1961年，F. Jacob & J.Monod根据上述实验提出操纵子模型。

乳糖代谢操纵子由5个紧密连锁但功能不同的DNA片段组成，其中3个区段分别携带着3个结构基因z、y和a，相应编码β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透性酶和β-半乳糖苷转乙酰，这3种酶是E.coli分解代谢乳糖所需的酶；另外两个区段是1个调节基因（i）和1个操纵基因（o）。

E.coli通过i 基因形成1个阻遏物分子调节3个结构基因的转录。

当培养基内无乳糖存在时，阻遏物分子与操纵基因（o）的DNA顺序结合，阻止3个结构基因的转录表达，则不产生乳糖分解代谢所必需的3种酶。

当培养基内有乳糖存在时，阻遏物分子与乳糖结合，引起构象变化，使阻遏物不能与操纵基因（o）的DNA顺序结合，结构基因转录表达，产生上述3种酶。

如图所示：
（1）乳糖操纵子结构模型：其中I为调节基因启动子，P为乳糖启动子；（2）无乳糖存在时，乳糖
操纵子对酶的合成的阻遏作用；（3）有乳糖存在时，乳糖操纵子对酶的合成的诱导作用；。

乳糖操纵子的模型

分析双峰生长曲线
a）乳糖操纵子的正控制体系由于葡萄糖的存在而处于阻抑状态，当然负控制体系也处于阻抑状态。 b）葡萄糖耗尽，出现一个短时间的停顿期。 c）乳糖操纵子的负控制体系由于乳糖的被利用而脱阻抑，正控制体系则由于葡萄糖的耗尽而被诱导。
乳糖操纵子模型的发现与发展
•

从1940年发现双峰生长曲线，到1961年提出乳糖操纵子模型，原核生物的基因调控研究才取得了实质性的突破。过了 5年才分离到阻抑蛋白。1975年乳糖操纵子模型达到经典的水平，但还有许多细节不清楚。1988年才知道除了最初那个“操纵者区”（O 区）之外，还有两个O区。到1990年，阻抑蛋白的变构才得到结晶学的证明。凡此种种都说明，甚至作为基因调控研究开端的乳糖操纵子都还有深入研究的空间。
乳糖操纵子：在细菌的染色体上，与乳糖代谢有关的3个基因Z、Y、 A的DNA序列紧密联结在一起，共同受到它们前面一段“操纵者区” （简称O区）的DNA序列的控制。离操纵子稍远处有一个I基因，它的产物是一种阻抑蛋白，能与O区结合，从而阻抑Z、Y、A三个基因的表达。乳糖则能与这种阻抑蛋白结合，使之失去抑制作用，从而使与乳糖代谢有关的基因得以表达，因而造成酶的诱导。
操纵基因：是指能被调控蛋白特异性结合的一段D N A 序列。操纵基因常与启动子邻近或与启动子序列重叠, 当调控蛋白结合在操纵基因序列上, 会影响其下游基因转录的强弱。调控基因：是编码能与操纵序列结合的调控蛋白的基因。
终止子：是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA 序列。在1 个操纵子中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一个终止子。
基因调控——
乳糖操纵子模型
制作人:周晓玲
大肠杆菌生理现象-“双峰生长现象”

详细版——乳糖操纵子

15 2021/2/16
至少在第一个结构基因5’侧具有核糖体结合位点 (ribosome binding site, RBS)，因而当这段含多个结构基因的DNA被转录成多顺反子mRNA，就能被核糖体所识别结合、并起始翻译。核糖体沿mRNA移动，在合成完第一个编码的多肽后，核糖体可以不脱离mRNA 而继续翻译合成下一个基因编码的多肽，直至合成完这条多顺反子mRNA所编码的全部多肽。
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阻遏蛋白与操纵区结合，就妨碍了RNA聚合酶与启动子的结合及其后ß -半乳糖苷酶等基因的转录起始，从而阻遏了这群基因的表达。
最早只把与阻遏蛋白结合、起阻遏作用的序列称为操纵区，但其后发现有的操纵子中
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同一操纵序列与不同构像的蛋白质结合，可以分别起阻遏或激活基因表达的作用，阿拉伯糖操纵子中的操纵序列就是典型的例子。因而凡能与调控蛋白特异性结合、从而影响基因转录强弱的序列，不论其对基因转录的作用是减弱、阻止或增强、开放，都可称为操纵区。
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（5）终止子
终止子（ terminator ， T ）是给予 RNA 聚
合酶转录终止信号的DNA序列。在一个操纵子中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一个终止子。
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它们都在结构基因的附近，只能对同一条 DNA链上的基因表达起调控作用，这种作用在遗传学实验上称为顺式作用（cis-action），启动子、操纵子和终止子就属于顺式作用元件（cis-acting element）。
奖得主之一、法国分子遗传学家弗朗索瓦•雅各
布（Francois Jacob）于2013年4月19日在法国巴

简述乳糖操纵子模型

简述乳糖操纵子模型
乳糖操纵子是参与乳糖分解的一个基因群，由乳糖系统的阻遏物和操纵序列组成，使得一组与乳糖代谢相关的基因受到同步的调控。

在大肠杆菌的乳糖系统操纵子中，β-半乳糖苷酶，半乳糖苷渗透酶，半乳糖苷转酰酶的结构基因以LacZ（z），Lac Y（y），Lac A（a）的顺序分别排列在染色体上，在z的上游有操纵序列Lac O（o），更前面有启动子Lac P（p），这就是操纵子（乳糖操纵子）的结构模式。

编码乳糖操纵系统中阻遏物的调节基因Lac I（i）位于和p上游的临近位置。

扩展资料：
乳糖操纵子包含三个结构基因、启动子、终止子及操纵基因。

这三个结构基因称为lacZ、lacY及lacA。

lacZ编码β-半乳糖苷酶，这是一种将双糖乳糖水解为葡萄糖与半乳糖两个单糖的酶。

lacY编码β-半乳糖苷透性酶，这是一种在细胞膜的运送蛋白质，负责将乳糖逼入细胞中。

lacA编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶，这是一种酶将乙酰基从乙醘辅酶A转移至β-半乳糖苷。

当中只有lacZ及lacY 在乳糖的分解代谢是必须的。

大肠杆菌对乳糖诱导的现象,乳糖操纵子模型的重要元件及其功能。

1.引言1.1 概述概述部分的内容可以简单介绍大肠杆菌和乳糖诱导的现象。

下面是一个可能的写作思路：大肠杆菌（Escherichia coli）是一种常见的革兰氏阴性菌，常存在于人体的肠道中。

它是一种重要的研究模型生物，被广泛用于生物学和基因工程领域。

乳糖是一种常见的碳水化合物，在乳制品和一些植物中广泛存在。

在乳糖存在的环境中，大肠杆菌能通过诱导表达特定基因来利用乳糖作为能源和碳源。

大肠杆菌对乳糖的诱导现象是一个重要的研究领域。

在乳糖存在的环境中，大肠杆菌能够感知乳糖的存在，并通过特定的信号转导通路激活相应的基因表达，进而合成乳糖降解酶（β-半乳糖苷酶）来降解乳糖。

这个现象的研究不仅可以增进对大肠杆菌生物学特性的理解，还可以为乳糖代谢途径的工程改造提供参考。

本文旨在深入探讨大肠杆菌对乳糖诱导的现象，以及乳糖操纵子模型中的重要元件及其功能。

首先，我们将描述大肠杆菌对乳糖诱导的现象，包括诱导的条件和诱导过程中的相应变化。

然后，我们将解释乳糖诱导对大肠杆菌的影响，特别是在代谢途径和细胞生理方面的调节作用。

此外，本文还将介绍乳糖操纵子模型，并重点介绍其中的几个重要元件。

乳糖操纵子模型是一种经典的基因调控系统，用于研究大肠杆菌对乳糖诱导的反应。

我们将描述这个模型的组成和作用机制，并重点介绍乳糖操纵子模型中的几个关键元件，如乳糖诱导子（lac promoter）和乳糖重pressor（lac repressor）。

这些元件在调控乳糖诱导的过程中起着重要的作用，对于解析大肠杆菌对乳糖的响应机制具有重要意义。

总之，本文将系统地探讨大肠杆菌对乳糖诱导的现象以及乳糖操纵子模型中的重要元件及其功能。

通过深入了解和研究这些内容，我们可以更好地理解大肠杆菌对乳糖的代谢机制，并为乳糖代谢途径的工程改造提供新的思路和方法。

1.2 文章结构本文将分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。

操纵子模型

操纵子模型
学专
生：业：
指导老师：
日
期：2
主要内容
一、操纵子系统的组成二、结构基因的转录三、乳糖操纵子的诱导表达模型
一、操纵子系统的组成
二、结构基因的转录
图(a) 表示由一个启动子、一个结构基因和终止子构成的一个操纵子。开始位点和终止点影响转录
二、结构基因的转录
图(b) Sigma(σ）因子（蛋白质）与RNA聚合酶结合并刺激聚合酶与启动子位点结构。没有σ因子，就不能有效地结合。
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
cAMP受体蛋白结合位点 RNA聚合酶结合位点阻抑物结合位点乳糖通透酶 β半乳糖苷酶乳糖转乙酰酶
图3-1 乳糖操纵子
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
cAMP 阻抑物蛋白
cAMP
cAMP 受体蛋白
图3-3 E-Coli在缺葡萄糖，含有乳糖，cAMP充足，转录
二、结构基因的转录
图(c) RNA聚合酶开始转录后不久，sigma因子就与该酶分离。
二、结构基因的转录
图(d) 当RNA聚合酶到达终止位点，转录停止；Rho因子（蛋白质）与 RNA聚合酶结合并促进该酶与DNA分离和RNA的释放
二、结构基因的转录Fra bibliotek图(e) RNA聚合酶、Rho因子和从DNA分离出来的新生的RNA
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
阻抑物蛋白
cAMP cAMP 受体蛋白
图3-4 E-Coli在一般情况下，葡萄糖充足，阻抑物蛋白与lacO结合，抑制转录。
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
cAMP 阻抑物蛋白
cAMP 受体蛋白
图3-5 E-Coli在含有葡萄糖下，进行诱导表达

乳糖操纵子.

原核生物基因表达转录水平调控之乳糖操纵子模型(2012-07-13 00:37:45)转载▼原核生物基因表达在转录水平上的调控最经典学说是操纵子学说。

一、操纵子细菌基因表达调控的许多原理是在研究E.coli乳糖代谢调节时被发现的。

法国巴斯德研究院的Francois Jacob与Jacques Monod于1960年在法国科学院院报(Proceeding of the French Academy of Sciences)上发表了一篇论文,提出乳糖代谢中的两个基因被一靠近它们的遗传因子所调节。

这二个基因为β半乳糖苷酶(β-galactosidase)和半乳糖苷透过酶(galactoside penmase)。

前者能水解乳糖成为半乳糖和葡萄糖,后者将乳糖运输到细胞之中。

在此文中他们首先提出了操纵子(operon)和操纵基因(operator)的概念,他们的操纵子学说(theory of operon)使我们得以从分子水平认识基因表达的调控,是一个划时代的突破,因此他们二人于1965年荣获诺贝尔生理学奖。

Jacob与Monod所提出的关于基因表达调控的操纵子学说可以简述如下:有一个专一的阻遏分子(蛋白质)结合在靠近β半乳糖苷酶基因上面,这段DNA他们称之为操纵基因。

由于阻遏分子结合在DNA的操纵基因上,从而阻止了RNA聚合酶合成β半乳糖苷酶的mRNA。

此外,他们还指出乳糖为诱导物,当乳糖结合到阻遏分子上时,即阻止阻遏分子与操纵基因的结合。

当有乳糖时,阻遏分子即失活,mRNA就可以转录出来。

如果去掉乳糖时,阻遏分子又恢复其活力,与操纵基因DNA结合,将乳糖基因关闭。

二、乳糖操纵子/fzswx/knowledge/knowledge01.asp?zsdBianhao=060302/s/blog_4b07ffbc01016v21.html乳糖操纵子(lac operon)是原核生物中研究得最清楚的一种操纵子。

典型乳糖操纵子的诱导原理课件

典型乳糖操纵子的诱导原理课件
• 乳糖操纵子简介 • 乳糖操纵子的诱导原理 • 乳糖操纵子的应用 • 乳糖操纵子与其他操纵子的比较 • 未来展望
01
乳糖操纵子简介
乳糖操纵子的定义
01
乳糖操纵子是一种基因表达调控系统，由三个结构基因Z、Y、A 以及一个调节基因I所组成，用于编码分解乳糖的酶。
随着相关技术的不断发展，我们将更深入地了解乳糖操纵子的调控机制，为相关应用研究提供更多理论支持。
探索新型调控策略
针对乳糖操纵子的调控机制，探索新型的基因工程调控策略，实现更精细、更高效的基因表达调控。
拓展应用领域
随着乳糖操纵子研究的深入，其应用领域将不断拓展，从生物制药、生物能源到生物环保等领域都将得到更广泛的应用。
与可调节操纵子的比较
葡萄糖-6-磷酸脱氢酶操纵子
葡萄糖-6-磷酸脱氢酶操纵子由结构基因G6PDH以及其他调节基因所组成，可以通过多种调节方式来控制结构基因的表达。
比较
可调节操纵子可以通过多种方式进行调控，如调节基因的表达、代谢物的浓度等。与可调节操纵子相比，乳糖操纵子的调控方式较为单一，只有通过调节基因的表达来控制结构基因的表达。
基因治疗
通过调控乳糖操纵子，实现特定基因在特定时间和空间的表达，为基因治疗提供有效手段。
在生物制药工业中的应用
抗生素生产
乳糖操纵子可用于提高抗生素生产菌株的产量，从而提高抗生素的产量和质量。
生物催化剂
药物筛选
通过乳糖操纵子实现对药物作用靶点的筛选和验证，加速新药研发进程。
利用乳糖操纵子调控酶的合成，实现生物催化剂的高效生产和应用。
乳糖操纵子的诱导过程
01
阻遏蛋白的负性调节

大肠杆菌的乳糖操纵子

三、乳糖操纵子的正调控
使用DNA酶Ⅰ--足印法得到了CAP-cAMP与DNA结合的特异性位点，由26bp组成，位于乳糖操纵子的启动子紧靠—35区域的上游，其一序列是一段不完善的回文序列—TGTGA-N6-TCACA,该位点被称为CAP位点。 CAP-cAMP与CAP位点的结合可导致周围的DNA产生小的弯曲，致使自身能够与 RNA聚合酶全酶的α亚基的羧基端相互作用，从而有利于 RNA聚合酶与启动子的结合以及DNA双螺旋的局部解链，最终促进了下游基因的转录。
二、乳糖操纵子的负调控为了确定这几种基因的关系， Jacob 和Monod使用含有 lacI、 lacZ、 lacY 和lacA的F’-质粒创建了部分二倍体的大肠杆菌，并进行了一系列互补实验，其中下图的两种突变对于操纵子模型的最终建立起了决定性的作用。
二、乳糖操纵子的负调控
乳糖操纵子的调控模型
、乳糖操纵子的负调控
2)调节基因lacI编码阻遏蛋白，它独立表达，但由于是弱的启动子和终止子，阻遏蛋白在细胞内总是被维持在较低的浓度；
3）阻遏蛋白位四聚体蛋白，由四个相同的亚基组成。在无乳糖的情况下，它与操纵基因lacO结合而阻断RNA聚合酶启动结构基因的转录，但这种结合并不完全，因此会有微量的β-半乳糖苷酶、乳糖透过酶和巯基半乳糖苷转乙酰酶的合成。
二、乳糖操纵子的负调控
他们都是高效诱导物，他们都不是半乳糖苷酶的底物，是一种人工合成的乳糖类似物，能够迅速和持续地刺激乳糖操纵子结构基因的表达，它本身不能被降解，所以称他们为安慰性诱导（gratuitous inducer）.
三、乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子除受到阻遏蛋白的负调控以外，还受到一种被称为分解物激活蛋白（catobolite activator protein,CAP)的正调控。正调控是在对大肠杆菌中出现的葡萄糖效应（glucose effect)进行的研究中发现的。葡萄糖的存在能够阻止大肠杆菌对其他糖类的利用，这种现象称为葡萄糖效应。 1965年，B.Magasonik等发现在大肠杆菌中也含有cAMP，而且它的浓度与葡萄糖浓度呈负相关。cAMP浓度的变化与腺苷酸环化酶的活性直接相关联，即高浓度的葡萄糖抑制腺苷酸环化酶的活性而导致cAMP浓度的下降。

大肠杆菌的乳糖操纵子 ppt课件

3）阻遏蛋白位四聚体蛋白，由四个相同的亚基组成。在无乳糖的情况下，它与操纵基因lacO结合而阻断RNA聚合酶启动结构基因的转录，但这种结合并不完全，因此会有微量的β-半乳糖苷酶、乳糖透过酶和巯基半乳糖苷转乙酰酶的合成。
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二、乳糖操纵子的负调控
4）一旦高浓度的乳糖进入细胞，在细胞内残留的β -半乳糖苷酶催化下，一部分乳糖被异构化，变成别乳糖。而别乳糖作为别构效应物与阻遏蛋白结合，改变阻遏蛋白的构象，使其不能再与操纵基因结合，于是操纵子被打开； 5）RNA聚合酶与启动子结合，启动三个结构基因的转录，产生lacZ、lacY和lacA的共转录物，但翻译却是独立地进行，从而产生三种不同的酶； 6）由于阻遏蛋白与操纵基因的结合阻断结构基因的表达，因此，乳糖操纵子受到它的负调控； 7）发生在控制元件内的突变可影响到结构基因的表达。
乳糖操纵子的调控模型
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二、乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的调控模型主要内容：
1）乳糖操纵子由调节基因、启动子、操纵基因和三个结构基因组成，其中调节基因、启动子、和操纵基因构成控制元件，共同控制结构基因的表达。操纵基因位于启动子和结构基因之间，其核心结构是一段长位21bp的回文序列。
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二、乳糖操纵子的负调控
大肠杆菌的乳糖操纵子是第一个被阐明的操纵子。早在20世纪 50年代，Jacob和Monod就开始研究大肠杆菌的乳糖代谢，集中研究乳糖对乳糖代谢酶的诱导（introduction）现象：如果供大肠杆菌生在的培养基中没有乳糖，那么细胞内参与乳糖分解代谢的三种酶，即β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）、乳糖透过酶（lactosepermease）和巯基半乳糖苷转乙酰酶很少，如每个细胞的β-半乳糖苷酶的平均含量只有0.5~5个。可是一旦在培养基中加入乳糖或某些乳糖的类似物，则在几分钟内，每个细胞中的β-半乳糖苷酶分子数量骤增，可高达5000个，有时甚至可占细菌可溶性蛋白的5%~10%。与此同时，其他两种酶的分子数也迅速提高。由此可见，新合成的β-半乳糖苷酶、透过酶和乙酰化酶由底物乳糖或其类似物直接诱导产生，乳糖及其相关类似物被称为诱导物。

乳糖操纵子lacoperon

目录
（二）乳糖操纵子的正、负调控
Pi启动基因
+ cAMP
RNA聚合酶进入位点
cAMP
Pi I
P
O ZYA
调节基因
启动基因操纵基因结构基因
CAP结合位点
CAP的正调节作用
-半乳糖苷酶透性酶
乙酰基转移酶
catabolite activator protein
CRP: cAMP receptor protein
菌首先利用葡萄糖。
葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression)。
低乳糖时
葡萄糖低 cAMP浓度高
O
葡萄糖高 cAMP浓度低
O
高乳糖时
RNA-pol
O
mRNA
O
乳糖操纵子的工作原理总结：1.负调控方式
乳糖操纵子（Lac Operon）
阻遏状态
调控区
原核生物调控
操纵子是原核生物转录调控的主要形式
操纵子：是基因表达的协调单位，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。操纵基因受调节基因产物的控制。
目录
原核生物 —— 操纵子(operon)
启动子 (promoter)
结构基因
调节基因
操纵基因 (operator)
(1)结构基因:产生mRNA并作为模板合成蛋白质
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② 这个mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于I与O之间的启动子区（P）。
目录
③当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制。
未诱导：结构基因被阻遏
阻遏物四聚体
LacI
PO
lacZ