半乳糖操纵子ppt

为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？ 为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？ 操纵子需要两个转录起始位点
半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长， 半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而 且与之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖 且与之相关的物质 尿苷二磷酸半乳糖 （UDPgal）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。 ）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。 在没有外源半乳糖的情况下， 在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过 是通过 半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成 半乳糖差向异构酶的作用由 葡萄糖合成 该酶是galE基因的产物。 基因的产物。 的，该酶是 基因的产物
因为半乳糖的利用效率比葡萄糖低，人们猜想葡萄糖 因为半乳糖的利用效率比葡萄糖低， 存在时半乳糖操纵子不被诱导， 存在时半乳糖操纵子不被诱导，但实际上有葡萄糖存 在时， 操纵子仍可被诱导 操纵子仍可被诱导。 在时，gal操纵子仍可被诱导。
现已分离到一些突变株，其中一类突变株能在不含葡 现已分离到一些突变株， 萄糖的培养基中高水平合成半乳糖代谢酶类（ 结构 萄糖的培养基中高水平合成半乳糖代谢酶类（gal结构 基因高效表达）； 基因高效表达）； 而另一类突变株中gal基因的表达完全依赖于葡萄糖， 而另一类突变株中 基因的表达完全依赖于葡萄糖， 基因的表达完全依赖于葡萄糖 培养基中如无葡萄糖存在，这些细菌的gal基因不表达 基因不表达， 培养基中如无葡萄糖存在，这些细菌的 基因不表达， 不合成半乳糖代谢酶类。 不合成半乳糖代谢酶类。
Map of the E. coli gal operon and nucleotide sequence of the regulatory region
组氨酸操纵子
与His降解代谢有关的两组酶类被称为hut酶(histidine His降解代谢有关的两组酶类被称为hut酶 降解代谢有关的两组酶类被称为hut enzyme)，控制这些酶合成的操纵子被称为hut utilizing enzyme)，控制这些酶合成的操纵子被称为hut operon。由一个多重调节的操纵子控制，有两个启动子， operon。由一个多重调节的操纵子控制，有两个启动子，两个 操纵区及两个正调节蛋白。 操纵区及两个正调节蛋白。 Hut操纵子共编码4种酶和一个阻遏物。 种酶分别由hutG、 Hut操纵子共编码4种酶和一个阻遏物。4种酶分别由hutG、 操纵子共编码 hutG hutH、hutI及hutU基因编码，阻遏物则由hutC基因编码。 hutH、hutI及hutU基因编码，阻遏物则由hutC基因编码。在产 基因编码 hutC基因编码 气克氏菌中，以上基因构成两个转录单位，hutI、hutG、 气克氏菌中，以上基因构成两个转录单位，hutI、hutG、hutC 和hutU、hutH分别被转录合成两条mRNA长链。这两个转录单位 hutU、hutH分别被转录合成两条mRNA长链。 分别被转录合成两条mRNA长链 各自都有一个启动子和一个操纵区， 各自都有一个启动子和一个操纵区，其转录过程都是从左向右 进行的，hutC阻遏物能与每个操纵区相结合。 进行的，hutC阻遏物能与每个操纵区相结合。 阻遏物能与每个操纵区相结合
无论以组氨酸作为唯一碳源或氮源，hut操纵子都 无论以组氨酸作为唯一碳源或氮源，hut操纵子都 会处于有活性状态。Hut操纵子的每一个启动子上 会处于有活性状态。Hut操纵子的每一个启动子上 都有cAMP-CAP结合位点，当碳供应匮乏时， 都有cAMP-CAP结合位点，当碳供应匮乏时，能合成 cAMP 结合位点 cAMP，出现cAMP CAP复合物 cAMP复合物， cAMP，出现cAMP-CAP复合物，并与操纵区上的相应 位点结合，诱发基因转录。虽然尚不清楚氮源缺乏 位点结合，诱发基因转录。 时的信号是什么，但它很可能也是一个正效应子。 时的信号是什么，但它很可能也是一个正效应子。
研究trpE和trpD以及 和 以及trpB和trpA两对基因中核苷 研究 以及 和 两对基因中核苷 酸序列与翻译耦联的关系，发现trpE基因的终止 酸序列与翻译耦联的关系，发现 基因的终止 密码子和trpD基因的起始密码子共用一个核苷酸。 基因的起始密码子共用一个核苷酸。 密码子和 基因的起始密码子共用一个核苷酸
2. 重叠基因对翻译的影响
重叠基因最早在大肠杆菌噬菌体ΦX174中发现，用不同的阅 中发现， 重叠基因最早在大肠杆菌噬菌体 中发现 读方式得到不同的蛋白质，丝状 噬菌体、 读方式得到不同的蛋白质，丝状RNA噬菌体、线粒体 噬菌体 线粒体DNA和细 和细 菌染色体上都有重叠基因存在。 菌染色体上都有重叠基因存在。 Trp操纵子由 个基因（trpE、D、C、B、A）组成，在正常 操纵子由5个基因 操纵子由 个基因（ 、 、 、 、 ）组成， 情况下，操纵子中5个基因产物是等量的，但trpE突变后，其邻 个基因产物是等量的， 突变后， 情况下，操纵子中 个基因产物是等量的 突变后 近的trpD产量比下游的 产量比下游的trpBA产量要低得多。这种与 蛋白无关 产量要低得多。 近的 产量比下游的 产量要低得多 这种与ρ蛋白无关 的表达调控，已被证实是在翻译水平上的调控。 的表达调控，已被证实是在翻译水平上的调控。
半乳糖操纵子
大肠杆菌半乳糖操纵子(galactose operon)包括 个结构基因： 包括3个结构基因 大肠杆菌半乳糖操纵子 包括 个结构基因： 异构酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)， 异构酶 ， 半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶 磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galactose transferase, galT)， 半乳糖 磷酸尿嘧啶核苷转移酶 ， 半乳糖激酶(galactose kinase, galk)。 半乳糖激酶 。 这3个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖 磷酸。GalR与galE、 个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖-1-磷酸 个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖 磷酸。 与 、 T、K及操纵区 等离得很远，而galR产物对 及操纵区O等离得很远 产物对galO的作用与 、 及操纵区 等离得很远， 产物对 的作用与 lacI-lacO的作用相同。 的作用相同。 的作用相同
分析gal操纵子 区的DNA序列发现，该操纵 序列发现， 分析 操纵子P-O区的 操纵子 区的 序列发现 子确实存在两个相距仅5bp的启动子，可以分别 的启动子， 子确实存在两个相距仅 的启动子 起始mRNA的合成。每个启动子拥有各自的 的合成。 起始 的合成 RNA聚合酶结合位点 和S2。 聚合酶结合位点S1和 。 聚合酶结合位点 起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时， 从S1起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时，才 起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时 能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳 能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳 聚合酶与 CAP和较高浓度的 和较高浓度的cAMP。 糖、CAP和较高浓度的cAMP。 起始的转录则完全依赖于葡萄糖， 从S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的 起始的转录则完全依赖于葡萄糖 cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。当 能抑制由这个启动子起始的转录。 能抑制由这个启动子起始的转录 开始， 有cAMP-CAP时，转录从 开始，当无 时 转录从S1开始 当无cAMPCAP时，转录从 开始。 开始。 时 转录从S2开始
多启动子调控的操纵子
I．rRNA操纵子 rRNA操纵子 大肠杆菌rRNA操纵子（rrnE）上有两个启动子， rRNA操纵子 大肠杆菌rRNA操纵子（rrnE）上有两个启动子，P1 是强启动子，营养充沛时， 和P2。P1是强启动子，营养充沛时，由P1起始的转 录产物比由P 起始的转录产物高3 录产物比由P2起始的转录产物高3-5倍。当营养匮 乏时， 的作用被抑制， 仍有功能。 乏时，P1的作用被抑制，但P2仍有功能。
II. 核糖体蛋白 操纵子 核糖体蛋白SI操纵子 核糖体蛋白SI操纵子（ ），它也受应急反应调节 核糖体蛋白 操纵子（rpsA），它也受应急反应调节。 操纵子 ），它也受应急反应调节。 RpsA有4个启动子，P1、P2是强启动子，平时主要依 个启动子， 是强启动子， 有 个启动子 靠它们来启动基因的表达，合成 蛋白 蛋白。 靠它们来启动基因的表达，合成SI蛋白。P3、P4是弱 启动子，只有在紧急情况下， 启动子受ppGpp 启动子，只有在紧急情况下，P1、P2启动子受ppGpp 的抑制， 起始合成的SI蛋白维持了生命的最 的抑制，由P3、P4起始合成的 蛋白维持了生命的最 低需要。 低需要。
生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差 向异构酶。现在设想只有S1一个启动子， 向异构酶。现在设想只有S1一个启动子，那么由于 S1一个启动子 这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP， 这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有 cAMP 葡萄糖存在时就有能合成异构酶。 葡萄糖存在时就有能合成异构酶。 假如唯一的启动子是S2，那么， 假如唯一的启动子是S2，那么，即使在葡萄糖 S2 存在的情况下， 存在的情况下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导 状态，这无疑是一种浪费。 状态，这无疑是一种浪费。无论从必要性或经济性 考虑，都需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子（S1） 考虑，都需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子（S1） cAMP 的启动子 对高水平合成进行调节。 对高水平合成进行调节。
Q蛋白操纵子 III. Dna Q蛋白操纵子
DnaQ蛋白是DNA聚合酶全酶的亚基之一， DnaQ蛋白是DNA聚合酶全酶的亚基之一，其主要功能 蛋白是DNA聚合酶全酶的亚基之一 是校正DNA复制中可能出现的错误。 RNA聚合酶活 是校正DNA复制中可能出现的错误。在RNA聚合酶活 DNA复制中可能出现的错误 性较低时，操纵子的转录由弱启动子P2控制；而RNA 性较低时，操纵子的转录由弱启动子P2控制； P2控制 聚合酶活性较高时，就开始利用强启动子P1。 聚合酶活性较高时，就开始利用强启动子P
gal操纵子的特点： 操纵子的特点： 操纵子的特点 它有两个启动子， ① 它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的 可从两个不同的 起始点开始转录； 起始点开始转录； 它有两个O区 一个在P区上游 区上游-67--53，另 ② 它有两个 区，一个在 区上游 ， 一个在结构基因galE内部。 内部。 一个在结构基因 内部