色氨酸操纵子 -英文讲义

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大肠杆菌色氨酸操纵子的调控机制

大肠杆菌色氨酸操纵子的调控机制

大肠杆菌色氨酸操纵子的调控机制引言大肠杆菌(Escherichia coli)是一种常见的肠道细菌,它在人体内起着重要的生理功能。

色氨酸操纵子是大肠杆菌中一个关键的调控元件,它参与了细菌的代谢、生长和适应环境的能力。

了解大肠杆菌色氨酸操纵子的调控机制对于理解细菌的生物学过程和疾病治疗有重要意义。

色氨酸操纵子的定义和功能色氨酸操纵子是一种位于大肠杆菌基因组中的DNA序列,它可以调控与色氨酸代谢相关的基因的表达。

色氨酸操纵子包含了一个调控基因(trpR)和一个运算子(trpO),它们共同作用来调控目标基因的转录。

色氨酸操纵子的功能是在感知到环境中色氨酸浓度的变化时,调节色氨酸代谢相关基因的表达水平。

当环境中色氨酸浓度低时,色氨酸操纵子会激活目标基因的转录,从而增加色氨酸的合成。

相反,当环境中色氨酸浓度高时,色氨酸操纵子会抑制目标基因的转录,减少色氨酸的合成。

色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子由调控基因trpR和运算子trpO组成。

调控基因trpR编码了一个调控蛋白,它能够结合到运算子trpO上。

运算子trpO是一个DNA序列,在大肠杆菌基因组中有多个重复出现的副本。

调控基因trpR编码的调控蛋白是一个重要的调节因子。

它由约100个氨基酸组成,具有DNA结合结构域和调节功能结构域。

DNA结合结构域使得调控蛋白能够与运算子trpO结合,而调节功能结构域则决定了调控蛋白的活性。

色氨酸操纵子的调控机制色氨酸操纵子的调控机制涉及到调控蛋白和运算子之间的相互作用。

当环境中色氨酸浓度低时,调控蛋白与运算子结合的亲和力降低,从而使得目标基因的转录得到激活。

这种调控蛋白与运算子结合的亲和力降低的机制可能与调控蛋白的构象变化有关。

当环境中色氨酸浓度高时,调控蛋白与运算子结合的亲和力增加,从而抑制目标基因的转录。

这种调控蛋白与运算子结合的亲和力增加的机制可能与调控蛋白的构象变化有关。

除了色氨酸浓度的变化外,其他因素也可以影响色氨酸操纵子的调控。

色氨酸操纵子的调节机制

色氨酸操纵子的调节机制

色氨酸操纵子的调节机制
1 综述
调节子是一种重要的非编码RNA,它能够影响某些遗传因素的表达,以及影响细胞的重要的活力。

研究发现,锌指标蛋白(Zinc-finger)
是调节子的一类关键调节因子,它们能够通过稳定色氨酸的操纵子的
形状,从而调节基因的表达。

2 锌指标蛋白结构
锌指标蛋白由一系列的胞质结构元件组成,其中一部分是“锌指
标肽”,它们可以通过位于其结构中的坚硬的硫氰酸酸基双根亚基(cysteine)来结合Cys2和Cys3类氨基酸。

每个锌指标肽都有一个
正负电荷,当它们结合在一起时,它们会形成由三个双根氨基酸
(Cys2、Cys2和Cys3)组成的三者环。

当锌结合到这一结构,它会结
合到这些色氨酸的活性的硫氰酸双根,这也是锌指标蛋白机制的核心。

3 锌指标蛋白所介导的调节作用
由锌指标蛋白组成的这种三者环可以穿过细胞膜,与某种特定的
活性蛋白或调节因子一起结合。

锌指标蛋白耦合的蛋白主要有DNMT、HP1和RNA聚合酶等等。

这种结合可以抑制或促进某些基因的表达,或者它可以引发一系列的信号传导和生化反应。

此外,锌指标蛋白还可
以激活其他调控基因的表达,从而影响细胞的活力。

4 结论
锌指标蛋白是一种重要的调节子,它可以通过其特有的结构来调节细胞里一系列重要的生物过程。

它能够稳定色氨酸的操纵子形状,从而调节基因表达,从而影响到细胞的活力和功能。

色氨酸(trp)操纵子讲述

色氨酸(trp)操纵子讲述

All three share negative control features, using repressor proteins binding to operators to place ; state. The first two have positive control features that increase transcription in response to low glucose (CAP-cAMP binding to the CAP site). This is not the case for the tryptophan operon. The tryptophan operon, however, has the additional negative control feature of attenuation. These features are summarized in the following table:
The trp operator is a palindromic
DNA sequence
trp操纵子转录的调控是通过Trp阻遏物实现的,它结 合于trp操纵基因序列 ,但Trp阻遏物的DNA结合活性 直接受色氨酸调控,色氨酸结合Trp阻遏物,并起着 一个效应分子的作用(也称之辅阻遏物)。
在有高浓度色氨酸存在时,Trp阻遏物-色氨酸复合物 形成一个同源二聚体,并且紧密结合于trp操纵基因 序列,因此可以阻止转录。然而当色氨酸水平低时, 缺少色氨酸的Trp阻遏物以一种非活性形式存在,不 能结合DNA。在这样的条件下,trp操纵子被RNA聚 合酶转录,同时色氨酸生物合成途径被激活。
mRNA前导区的序列分析
trp前导区的碱基序列已经全部测定,引人注目的是 其中4个分别以1、2、3和4表示的片段能以两种不同 的方式进行碱基配对(图6-22),有时以1-2和3-4配 对 , 有 时 只 以 2-3 方 式 互 补 配 对 。 RNaseT1 降 解 实 验 (此酶不能水解配对的RNA)表明,纯化的trp前导 序列中确有1-2和3-4的配对方式,由此定位的3-4配对 区正好位于终止密码子的识别区,当这个区域发生破 坏自我配对的碱基突变时有利于转录的继续进行。

色氨酸操纵子调控机制

色氨酸操纵子调控机制

色氨酸操纵子调控机制色氨酸操纵子(tryptophan operon)是一种常见的基因调控机制,通过控制色氨酸合成途径中的基因表达,实现对细胞内色氨酸水平的调节。

色氨酸作为一种重要的氨基酸,在生物体内发挥着重要的生理功能。

本文将介绍色氨酸操纵子的结构和功能,以及其在细胞生理过程中的调控机制。

色氨酸操纵子是一种典型的原核生物基因调控结构,通常由一系列连续的基因组成,这些基因编码着色氨酸合成途径中的关键酶。

色氨酸操纵子的基因通常被分为两类:结构基因和调控基因。

结构基因编码色氨酸合成途径中的酶,包括色氨酸合成酶、色氨酸降解酶等。

调控基因编码着色氨酸操纵子的调控蛋白,包括操纵子的启动子、运算子和抑制子等。

色氨酸操纵子的启动子是调控基因中的一个重要元件,它位于结构基因的上游区域。

启动子序列的特异结合蛋白能够识别并结合到启动子上,从而调控基因的转录起始。

当细胞内色氨酸水平较低时,启动子上的结合蛋白与启动子结合,阻止RNA聚合酶的结合和转录起始的进行,从而抑制结构基因的表达。

而当细胞内色氨酸水平升高时,色氨酸与结合蛋白结合,使其从启动子上解离,使得RNA聚合酶能够结合并开始转录。

这样一来,结构基因的表达就会增加,从而增加色氨酸的合成量。

除了启动子,色氨酸操纵子还包括一个运算子和一个抑制子。

运算子是一段DNA序列,位于启动子和结构基因之间,起到调控基因表达的中介作用。

运算子上结合了一个运算子结合蛋白,该蛋白能够识别细胞内色氨酸的浓度,并通过与运算子的结合来调控调控基因的表达。

当细胞内色氨酸水平较低时,运算子结合蛋白与运算子结合,从而抑制调控基因的表达。

而当细胞内色氨酸水平升高时,色氨酸与运算子结合蛋白结合,使其从运算子上解离,从而促进调控基因的表达。

抑制子是另一个重要的调控元件,它位于操纵子的末端。

抑制子上结合了一个抑制子结合蛋白,该蛋白能够识别细胞内色氨酸的浓度,并通过与抑制子的结合来调控调控基因的表达。

当细胞内色氨酸水平较高时,色氨酸与抑制子结合蛋白结合,使其从抑制子上解离,从而抑制调控基因的表达。

第2节 色氨酸操纵子

第2节 色氨酸操纵子
第二节 色氨酸操纵子(trp operon)
内容提要: 色氨酸操纵子的结构 色氨酸操纵子的阻遏系统 色氨酸操纵子的弱化机制
一、色氨酸操纵子的结构
调控基因
结构基因
trpR
催化分枝酸转变为色氨酸的酶
分支酸 → 邻氨基苯甲酸 → 磷酸核糖基 → CDRP → 吲哚甘油-磷酸 → 色氨酸 邻氨基苯甲酸
邻氨基苯甲酸合成酶
RNA聚合酶 结构基因
5’
前导肽
23
核1 糖体
2 43
4
UUUU…U…UUU……
trp 密码子 序列3、4不能形成衰减子结构
2.当色氨酸浓度低时
High Trp Low Trp
弱化机制
高Trp时: Trp-tRNATrp 存在
核糖体通过片段1(2个Trp密码子) 封闭片段2
片段3,4形成发夹结构 类似于不依赖ρ因子的转录终止序列
Leader peptide
夹结构 / 富含 C G
U 的单链末端 C G
Aaaaaa C G
Met Lys Aly Ile Phe Val Leu Lys Gly Trp Trp Arg Thr Ser
A
GC
CG
A
CG
UU
AA
图 16-28 trp 操纵子含有 5 个结构基因和 1 个控制区。控制区由启动子、操纵基因、前导顺序和衰减子 构成。前导区编码 14 个氨基酸,其中有 2 个是色氨酸。(仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .12.38)
四、原核生物转录的整体调控模式
由成群的操纵子组成的基因转录调控网络称为调 节子。通过组成调节子调控网络,对若干操纵子 及若干蛋白质的合成进行协同调控,从而达到整 体调控的目的。

02色氨酸操纵子的调控模式

02色氨酸操纵子的调控模式
▪ L区编码了前导肽,当有高浓度Trp存在时,由于 弱化子a的作用,转录迅速减弱停止,生成140核苷 酸的前导RNA;当Trp浓度较低时,弱化子不起作 用,转录得以正常进行,生成长约7kb的mRNA, 操纵子中第一个结构基因的起始密码子AUG在+162 处。
1.trp操纵子的阻遏系统 ▪ trpR基因突变常引起trp mRNA的永久型合成,该
▪ 另有一个缺失前导区及D基因的突变体 (trpΔLD102),该细菌在有色氨酸的培养 基中仍有很高的色氨酸合成酶活性。
TrpΔED53中L不缺失(弱化子存在), trpΔLD102中L缺失(弱化子不存在),缺失前 导区后的表达比有前导区的表达要高得多,充分 说明trp操纵子的表达调控除阻遏作用外,还受到 前导区的影响,失去了这个因素就失去了一个调 控机制。
二、 色氨酸操纵子的调控模式
▪ 色氨酸操纵子(tryptophane operon)负责色氨酸的生物 合成,当培养基中有足够的色氨酸时,这个操纵子自 动关闭,缺乏色氨酸时操纵子被打开,trp基因表达, 色氨酸或与其代谢有关的某种物质在阻遏过程(而不 是诱导过程)中起作用。由于trp体系参与生物合成而 不是降解,它不受葡萄糖或cAMP-CAP的调控。
▪ 当培养基中色氨酸的浓度很低时,负载有色氨酸的 tRNATrp也就少,这样翻译通过两个相邻色氨酸密 码子的速度就会很慢,当4区被转录完成时,核糖 体才进行到1区(或停留在两个相邻的trp密码子 处),这时的前导区结构是2-3配对,不形成3-4配 对的终止结构,所以转录可继续进行,直到将trp操 纵子中的结构基因全部转录。
▪ 细菌中为什么要有弱化子系统呢? 一种可能是阻遏物从有活性向无活性的转变速度极 低,需要有一个能更快地做出瓜的系统,以保持培 养基中适当的色氨酸水平。或者,弱化子系统主要 是对外源色氨酸浓度做出反应。外源色氨酸浓度很 低的信号虽然足以引起trp操纵子的去阻遏作用,但 是这个信号还不足以很快引发内源色氨酸的合成。 在这种环境下,弱化子就通过抗终止的方法来增加 trp基因表达,从而提高内源色氨酸浓度。

色氨酸操纵子名词解释

色氨酸操纵子名词解释

色氨酸操纵子名词解释
色氨酸操纵子是指一种由深色素组成的特定细胞结构,在生物学中主要存在于某些脊椎动物的皮肤、毛发、羽毛、角质和眼睛等部位。

它们也被称为"操纵素"或"生成色素",是由氨基酸色氨酸合成的一类抗氧化剂。

色氨酸操纵子的产生是由于色氨酸氧化酶(tyrosinase)的存在和活性。

色氨酸氧化酶是一种酶类,存在于生物体的皮肤细胞中,它通过催化氧化反应,将氨基酸色氨酸转化为操纵子。

色氨酸操纵子的合成和分泌受到多种因素的调控,如遗传因素、荷尔蒙、细胞因子等。

在生物学中,色氨酸操纵子具有重要的生理功能和生物学意义。

它们在动物中非常常见,可以起到多种作用,如色彩诱惑、保护和伪装、社会标记和交流等。

色氨酸操纵子的产生和表达能够影响生物的体色、皮肤颜色和羽毛色彩等外观特征,对动物的适应生存和繁殖具有重要的意义。

此外,色氨酸操纵子还与一些疾病和病理变化相关。

例如,黑色素瘤是一种由皮肤中的黑色素母细胞发展而来的恶性肿瘤,其中操纵子的
异常积累可能导致黑色素瘤的发生。

因此,对于色氨酸操纵子的研究在医学和生物学领域具有重要的意义,有助于深入了解其产生机制、调控途径以及与身体功能和疾病发展之间的关系。

色氨酸操纵子

色氨酸操纵子

色氨酸操纵子色氨酸是构成蛋白质的组分,一般的环境难以给细菌提供足够的色氨酸,细菌要生存繁殖通常需要自己经过许多步骤合成色氨酸,但是一旦环境能够提供色氨酸时,细菌就会充分利用外界的色氨酸、减少或停止合成色氨酸,以减轻自己的负担。

细菌这种对色氨酸利用的调节是通过色氨酸操纵子(trp operon)来实现的。

一、色氨酸操纵子的结构与阻遏蛋白的负性调控色氨酸操纵子的结构与乳糖操纵子相似,结构基因由合成色氨酸所需要酶类的基因E、D、C、B、A等头尾相接串连排列组成,结构基因上游为启动子P trp 和操纵序列O,不过其调控基因trpR的位置远离P-O-结构基因群,在其自身的启动子作用下,以组成性方式低水平表达其编码分子量为47KD的调控蛋白R。

点击后看大图色氨酸操纵子是属于一种负性调控的、可阻遏的操纵子。

以组成性方式低水平表达的阻遏蛋白R并不具有与O结合的活性,只有当环境能提供足够浓度的色氨酸时,R与色氨酸结合后构象变化,才能够与操纵序列O特异性亲和结合,阻遏结构基因的转录。

因此这类操纵子通常是开放转录的,有效应物(色氨酸为阻遏剂)作用时则关闭转录。

细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类型,其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。

二、衰减子及其作用实验观察表明:当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活化R使其起阻遏作用的程度时,产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低,而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。

仔细研究发现这种调控现象受转录衰减(attenuation)机制的调节。

在色氨酸操纵子P trp-O与第一个结构基因trpE之间有一段162bp的前导序列构成衰减子区域(attenuator region),研究证明当色氨酸有一定浓度时,RNA 聚合酶的转录会终止在这里。

这段序列能够编码14个氨基酸的短肽,其中有2个色氨酸相连,在此编码区前有核糖体识别结合位点(RBS)序列,提示这段短序列在转录后是能被翻译的。

第六章-色氨酸(trp)操纵子3

第六章-色氨酸(trp)操纵子3

The trp operator is a palindromic
DNA sequence
trp操纵子转录的调控是通过Trp阻遏物实现的,它结 合于trp操纵基因序列 ,但Trp阻遏物的DNA结合活性 直接受色氨酸调控,色氨酸结合Trp阻遏物,并起着 一个效应分子的作用(也称之辅阻遏物)。
在有高浓度色氨酸存在时,Trp阻遏物-色氨酸复合物 形成一个同源二聚体,并且紧密结合于trp操纵基因 序列,因此可以阻止转录。然而当色氨酸水平低时, 缺少色氨酸的Trp阻遏物以一种非活性形式存在,不 能结合DNA。在这样的条件下,trp操纵子被RNA聚 合酶转录,同时色氨酸生物合成途径被激活。
而当培养基中色氨酸浓度高时,核糖体可顺利 通过两个相邻的色氨酸密码子,在4区被转录 之前,核糖体就到达2区,这样使2-3不能配对, 3-4区可以自由配对形成茎-环状终止子结构, 转录停止,trp操纵子中的结构基因被关闭而 不再合成色氨酸(图6-24)。所以,弱化子对 RNA聚合酶的影响依赖于前导肽翻译中核糖体 所处的位置。
转录弱化作用
转录的弱化理论认为mRNA转录的终止是通过前导 肽基因的翻译来调节的。因为在前导肽基因中有两 个相邻的色氨酸密码子,所以这个前导肽的翻译必 定对tRNATrp的浓度敏感。
当培养基中色氨酸的浓度很低时,负载有色氨酸的 tRNATrp也就少,这样翻译通过两个相邻色氨酸密 码子的速度就会很慢,当4区被转录完成时,核糖 体 才 进 行 到 1 区 ( 或 停 留 在 两 个 相 邻 的 trp 密 码 子 处),这时的前导区结构是2-3配对,不形成3-4配 对的终止结构,所以转录可继续进行,直到将trp 操纵子中的结构基因全部转录。
trpE基因是第一个被翻译的基因,和trpE紧邻的是启 动子区和操纵区。另外,前导区和弱化子区分别定名为 trpL和trpa(不是trpA)。

L 原核生物的转录调控

L 原核生物的转录调控

The cis-acting sequence functions exclusively as a DNA sequence 在原位, affecting only the DNA to which it is physically linked. (In some cases, a cisacting sequence functions in an RNA rather than in a DNA molecule, such as RNA termintor)
Inducible genes (诱导性基因): expressed only when they are activated by inducers or cellular factors.
真核生物与原核生物表达调控的差异
In eukaryotic cells, RNA 生成过程 may be regulated at the stages of modification, splicing, transport, or stability. In bacteria, an mRNA is in principle available for translation as soon as it is synthesized, and these stages of control are not available.
影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。
Operon: a unit of prokarytoic gene
expression and regulation which typically includes: 1. Structural genes for enzymes in a specific biosynthetic pathway whose expression is coordinately controlled 2. Control elements, such as operator sequence 3. Regulator gene(s) whose products recognize the control elements.

色氨酸操纵子应用

色氨酸操纵子应用

色氨酸操纵子应用
1色氨酸操纵子
色氨酸操纵子(Codon Optimization)是一种高效的DNA设计技术,它在分子生物学中被广泛应用。

它的核心思想是通过把基因组中的基因组重新编码以及改变蛋白质结构来调节基因的表达和功能,以更好地满足实验分析的要求。

2应用
色氨酸操纵子被广泛应用于生物技术、药物研究和生物制造等领域,其优势包括简单快捷、准确性高、成本低廉。

在生物技术方面,色氨酸操纵子可调节转录因子结合位点,并改变RNA转录和蛋白工艺,以改善向细胞注入基因的特定蛋白质表达水平。

在药物研究方面,色氨酸操纵子可利用不同的操纵技术对基因组序列进行重组,以加快药物开发过程,减少研发时间并最大程度地提高药物的性能和效果。

在生物制造领域,色氨酸操纵子可以解决高产蛋白质表达量以及蛋白质高品质的问题,以有效提升生物制造成品的效率和质量。

3优势
使用色氨酸操纵子最大的优势就是准确性高,它可以重新优化基因组片段,帮助研究人员精确调节基因表达水平和蛋白质的结构和质
量,使研究结果更加具有系统性和可靠性。

此外,色氨酸操纵子技术是绝对安全和无侵入性的,因此可以给研究提供更安全、更稳定的环境。

4结论
色氨酸操纵子技术在分子生物学中有着广泛的应用,可以调节基因表达水平,改变RNA转录和蛋白工艺,加快药物开发过程,提升生物制造的效率和质量。

其最大优势在于准确性高,是一种安全无侵入性的技术。

未来色氨酸操纵子还将有着更广泛的应用前景,将为科学研究和药物研发提供极大帮助。

54第五讲第四节 原核细胞的转录调控Ⅱ——色氨酸操纵子-讲义-R

54第五讲第四节 原核细胞的转录调控Ⅱ——色氨酸操纵子-讲义-R

上堂糖的吸收1、色氨酸色氨往往会通酸时,细担。

细菌色氨操纵子自谢有关的它不受葡2、色氨酸在色酸所需要A 等头尾基因群,和操纵基因trp R 的在其自身性方式低堂课我们谈收和利用。

酸操纵子概氨酸是构成通过自己合细菌会充分菌所以能做氨酸操纵子自动关闭,的某种物质葡萄糖或c 酸操纵子的色氨酸操纵要酶类的基尾相接串连受其上游基因trp O 的位置远身的启动子低水平表达谈到了乳糖这堂课,概述成蛋白质的合成色氨酸分利用外界做到这点是子负责色氨缺乏色氨质在阻遏过AMP ‐CAP 的负调控纵子上,合基因E 、D 、连排列组游的启动子的调控。

离结构基子作用下达分子量为糖操纵子我们来看的组分,由酸来满足生界的色氨酸是因为有色氨酸的生物氨酸时操纵过程中起作的调控。

阻遏系统合成色氨C 、B 、成结构子trp P调控基基因群,以组成为47KD这个负调看看色氨酸由于环境难生存繁殖需酸、减少或色氨酸操纵物合成,当纵子被打开作用。

由于统调控诱导系酸操纵子难以给细菌需要。

但是或停止合成纵子(trp o 当培养基中开,trp 基于trp体系系统能够调有什么特菌提供足是,一旦环成色氨酸operon)的中有足够基因表达,系参与生物调控大肠特点。

足够的色氨环境能够,以减轻的调控。

够的色氨酸,色氨酸物合成而不杆菌对乳氨酸,细菌够提供色氨轻自己的负酸时,这个酸或与其代不是降解,乳菌氨负个代,的调控蛋酸时,Tr 结合,阻控阻遏系3、色氨酸实验到一定浓氨酸合成是怎么回研究(attenuat调节控制蛋白TrpR 。

pR 才与色阻遏结构基系统对色氨酸操纵子的验观察表明浓度,却还成酶类的量回事呢?究发现,这tor)有关。

制衰减子内TrpR 并没色氨酸结合基因的转录氨酸来说是的衰减子明:当存在还没有高到量已经明显这种精细衰减子是内部终止所没有与O 合发生构象录,因此色是一个一级调控机制在充足的色到能够活化显降低,而水平的调是位于转录所需的发夹结合的活象变化而色氨酸操纵级开关,主制色氨酸时,化阻遏蛋白而且产生的调控与色氨录开始区的夹结构的形活性,当环活化,从纵子属于一主管转录是,终止作用白使其起阻的酶量与色氨酸操纵的一种内部形成,从而环境能提供从而与操纵一种负调是否启动,用是有效阻遏作用色氨酸浓纵子中特殊部终止子而调控转录供足够浓纵基因trp 控阻遏系,相当于粗的。

第三节 色氨酸操纵子

第三节 色氨酸操纵子
第二节 色氨酸操纵子与负控阻遏系统
制作:王庆容
一、结构及调控模式 1.结构 2.粗调节
3.细微调控
二、弱化子与前导肽 1.弱化子attenuator :
位于trp mRNA 5‘端trpE基因的起始密码前,调 节已启动转录的trp操纵子是否继续下去的特定区域。
2.前导肽Leader peptide:
当trp浓度较高时, trp操纵子转录产生一个 140bp的RNA分子的前导序列,它编码的一个14个 AA的短肽。
3.mRNA 前导区的序列分析 4.转录弱化作用 三、trp操纵子弱化机制的实验依据 四.小结
R
P
O
L
a
E
D
C
B
A
RNA pol. mRNA
R'
R
P
O
L
a
E
D
C
B
A
mRNA
R'
色氨酸
色氨酸合酶 α和β亚基
色氨酸操纵子各组份详图
组 成
R P O
L a
间 隔 序 列
E
D
C
B
A
碱 基 数 功 能
未知 辅 阻 遏 蛋 白
60
162
1560
邻氨 基苯 甲酸 合酶
1593
ห้องสมุดไป่ตู้1350
1196
804
粗 开 关
微调控 前导肽
邻氨基苯 吲哚甘 甲酸磷酸 油磷酸 核糖转移 合酶 酶
色氨酸合酶α 和β亚基
R
RNA pol.
间隔区 调节基因 前导区 弱化子 结构基因 间隔区
60 R P O L a 162 E 1560 D 1593 C 1350 B 1196 A 804

大肠杆菌的色氨酸操纵子

大肠杆菌的色氨酸操纵子

1.色氨酸操纵子结构
(1)结构基因
E
D
编码5种酶,在催化分支酸转变为
C
B
L-色氨酸的过程中发挥作用
A
L
转录产物是先导mRNA
(2)调控元件
启动子(P)
操纵基因(O)
2.色氨酸操纵子表达的调控 阻遏物对色氨酸操纵子的负调控
衰减作用对色氨酸操纵子的调控 (1)阻遏物对色氨酸操纵子的负调控 ①阻遏物:同二聚体蛋白质 ②阻遏物本身不能与操纵基因O结合,必须 和色氨酸结合才能与O结合,而阻遏结构基 因的表达 ③色氨酸是一种共阻遏物
③cAMP通过和一种称为分解物基因激活物蛋 白质(CAP)形成cAMP-CAP复合物。
④cAMP-CAP复合物与乳糖操纵子的调控元件 结合后,促发结构基因的转录,因此CAP 是一种转录起始的正调控物。
⑤cAMP-CAP对转录的激活可能是通过直接与 RNA聚合酶作用,或其与启动子的结合来 改变启动子的构象,易于形成开放的RNA 聚合酶起始复合物
(3)组装成转录起始复合体的模型过程 a.TEIID(包括TBP和TAFs)同启动子结合。 b.RNA聚合酶II全酶再与TFIID结合形成起 始复合体。
SRBs
polII
RNA聚合酶
TFIIF
TFIIB
II全酶
TFIIE
激活蛋白
TFIID
TBP TAFs
以RNA聚合酶II全酶为单位组装成的RNA转录起始复合体
4.乳糖操纵子的复合调控 (1)乳糖阻遏蛋白参与负调控 (2)环化AMP受体蛋白(CAP)参与下的正调控 ①分解物阻遏作用:
E.coli在含有葡萄糖的培养基生长时,一些
分解代谢酶(半乳糖苷酶等)的水平很低,这种 葡萄糖对其他酶的抑制效应称为分解物阻遏作用。 与cAMP有关。 ②当细菌处于缺乏葡萄糖的培养环境中,cAMP浓 度升高,而在含有葡萄糖、半乳糖的培养环境中 加入cAMP,对乳糖代谢有关的基因的阻遏即被消 除。

生物化学:基因表达调控原理

生物化学:基因表达调控原理
C —— Cys H —— His
2、α-螺旋 常结合CAAT盒
(三) mRNA转录激活及其调节
TBP相关因子
TFⅡF polⅡ
TAFTAF TAF TFⅡH
TFⅡA TBP TFⅡB
TATA
DNA
真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子 帮助下,形成的转录起始复合物
真核基因转录调节是复杂的、多样的
* 不同的DNA元件组合可产生多种类型的 转录调节方式;
(一) 时间特异性:某一特定基因的表达 严格按特定的时间顺序发生。 多细胞生物基因表达的时间特异性与 发育阶段相关,故又称阶段特异性。
胚胎致畸敏感期
• 指受孕后3-8周(末次月经的第5-10周)。此期 是人胚胎发育的最重要时期,所有主要的外表和 内部结构都在此时开始发育。许多重要器官及系 统,如中枢神经系统、心脏、眼、四肢、五官、 外阴等都在此期陆续萌芽分化,组织娇嫩、敏感、 极易受到内外环境因素的影响与损害,而导致严 重的形体与内脏的畸形。根据人类胚胎发育时间 的研究,引起主要器官畸形的最危险时期均在此 期,如脑在受孕后的15-27天,眼在24-29天, 心脏在20-29天,四肢在24-36天,生殖器在2662天。故此期称为敏感期。
(二)乳糖操纵子的调节机制 1、阻遏蛋白的负性调节
阻遏基因
DNA I
pPБайду номын сангаасl O Z Y A
mRNA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
DNA I
mRNA 阻遏蛋白
pPol O Z Y A
启动转录
mRNA
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
有乳糖存在时
阻遏蛋白的负性调节:—— 可诱导调控
1) 无乳糖存在时,阻遏物可以结合在操纵 基因上 → 阻止转录过程 → 基因关闭;

细胞、分子与基因_ 细胞与分子3_18 色氨酸操纵子_

细胞、分子与基因_ 细胞与分子3_18 色氨酸操纵子_
转移酶
前导序列mRNA的特点:
前导区L可转录生成一段长为162碱基的前 导mRNA、 其中含有4个富含G 、C碱基的 特殊序列
前导序列mRNA的特点:
前导肽编码区:前导序列mRNA 第27 ~ 68碱基,包 含序列1 ,编码14aa组成的前导肽,其中第10、11 位密码子为两个连续的色氨酸密码子;
1
2
3
4
UUUU……
trp 密码子 终止密码子
14aa前导肽编码UU区U:U包…含…序列1 第10、11密码子为trp密U码U子UU…… 衰减子结构
是否形成衰减子结构,取决于前 导肽合成时核糖体所处的位置,
与色氨酸浓度有关
UUUU……
三、转录衰减机制
前导DNA
前导mRNA
1 5’
核糖体
RNA聚合酶
弱化子能较快地通过抗终子的方法来增加Trp结 构基因的表达,迅速提高内源色氨酸的浓度。
四、阻遏调控与
转录衰减的协调
细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足, 因为阻遏调控是一个粗调开关,主管转 录是否启动;弱化作用是细微调控,决 定已经启动的转录是否进行下去。在细 菌细胞内这两种作用相辅相成,体现着 生物体内周密的调控作用。
色氨酸操纵子的结构 色氨酸操纵子的阻遏调控 色氨酸操纵子的转录衰减 阻遏调控与转录衰减的协调 衰减子的生物学意义
一、色氨酸操纵子结构
P
162 bp
L
结构基因
trpR
PO
a trpE trpD trpC trpB trpA
123~150
mRNA
辅阻遏蛋白
邻氨基苯 邻氨基苯甲 吲哚甘油 色氨酸合酶 甲酸合酶 酸磷酸核糖 磷酸合酶 α和β亚基

色氨酸操纵子

色氨酸操纵子
4
特点:
(1) trpR和trpABCDE不连锁;
(2) 操纵基因(操作子)和开启子部分重叠 (3) 有衰减子(attenuator)/弱化子 (4) 开启子和构造基因不直接相连,两者被
前导序列(Leader)所隔开
5
二、trp 操纵子旳阻遏系统
低Trp时: 阻遏物不结合 操纵基因;
trpR
trpP trpO trpE trpD trpC trpB trpA
11
2、前导序列:在trp mRNA5‘端trpE基因旳起始密码 前一种长162bp旳mRNA片段。
12
13
调整区
trpR
PO
前导序列
前导mRNA
1
2
构造基因
衰减子区域
3
4
UUUU……
trp 密码子 终止密码子
1
2 第141a0a、前1导1密肽码编子码UU为区Ut:Ur包…p密括…U码序U子U列U1……衰减子构造
RNA聚合酶停止转录,产生衰减子转录产物 转录、翻译偶联,产生前导肽
19
低Trp时: Trp-tRNATrp 没有供给
核糖体翻译停止在片段1 (2个Trp密码子)
片段2,3 形成发夹构造
转录不终止
RNA聚合酶继续转录
20
细菌经过弱化作用弥补阻遏作用旳不足,因为阻 遏作用只能使转录不起始,对于已经起始旳转录, 只能经过弱化作用使之半途停下来。阻遏作用旳信 号是细胞内色氨酸旳多少;弱化作用旳信号则是细 胞内载有色氨酸旳tRNA旳多少。它经过前导肽旳翻 译来控制转录旳进行,在细菌细胞内这两种作用相 辅相成,体现着生物体内周密旳调控作用。
吲哚-3-甘油 磷酸合成酶
色氨酸合成酶

简述色氨酸操纵子的调控机制

简述色氨酸操纵子的调控机制

简述色氨酸操纵子的调控机制色氨酸操纵子(tryptophan operon)是一种常见的基因调控机制,它能够控制细菌中色氨酸的合成。

色氨酸操纵子主要通过两种机制来调节色氨酸合成酶的基因表达:反馈抑制和转录调控。

本文将详细介绍色氨酸操纵子的调控机制。

色氨酸操纵子位于细菌基因组中,由一系列基因组成,包括结构基因(structural genes)和调控基因(regulatory genes)。

结构基因编码着色氨酸合成酶的组成部分,而调控基因编码着调控蛋白,负责控制结构基因的表达。

色氨酸操纵子的调控是通过反馈抑制机制实现的。

当细菌中色氨酸的浓度较高时,色氨酸操纵子的表达会被抑制,从而减少色氨酸的合成。

这是因为高浓度的色氨酸可以与调控蛋白结合,形成复合物,进而抑制调控蛋白的活性,从而阻止结构基因的转录。

具体来说,调控蛋白是一种叫做操纵因子(repressor)的蛋白。

在低浓度的色氨酸条件下,操纵因子蛋白不能与色氨酸结合,处于无活性状态。

此时,操纵因子蛋白无法与色氨酸操纵子的调控区域结合,结构基因得以转录,从而合成色氨酸。

然而,当细菌内色氨酸浓度增加时,色氨酸与操纵因子蛋白结合形成复合物。

这个复合物可以与色氨酸操纵子的调控区域结合,阻止结构基因的转录,从而抑制色氨酸的合成。

这种反馈抑制机制确保了细菌内色氨酸的合成能够根据需要进行调节。

除了反馈抑制机制,色氨酸操纵子还通过转录调控机制来进一步调节结构基因的表达。

转录调控是指调控蛋白通过与RNA聚合酶结合来调节基因的转录。

在色氨酸操纵子中,转录调控的作用是通过一个叫做操纵子区域(operator region)的DNA序列来实现的。

操纵子区域位于结构基因和调控基因之间,是调控蛋白与DNA结合的地方。

当细菌内色氨酸浓度较高时,色氨酸与操纵因子蛋白结合,形成复合物。

这个复合物可以与操纵子区域结合,阻止RNA聚合酶与结构基因的结合,从而抑制结构基因的转录。

相反,当细菌内色氨酸浓度较低时,操纵因子蛋白无法与色氨酸结合,无法与操纵子区域结合,RNA聚合酶能够与结构基因结合,从而促进结构基因的转录。

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9
10
4 Leader RNA structure
4 complentary sequences named sequence 1,2,3,4 from different base-paired structure 1:2; 2:3; 3:4 only 3:4 hairpin form terminator
14
6 Attenuation in the trp operon
Effectively adds a precise adjustment to the regulation of the trp operon. Several key points: 1. Transcription & translation are tightly coupled in bacteria (attenuation requires this). 2. translation can occur as an mRNA is being transcribed .
4
P = promoter T = terminator O = operator
The trp operon
trpR (separate promotor and terminator ) trp promotor (-10 and -35) trp operator ,active repressor binding site trpL ,162bp ,containing an attenuator five structural gene E,D,C,B,A ,but only one polycistronic
2
Байду номын сангаас
Key notes
1 2 3 4 5 6 7 8 the tryptophan operon the trp repressor the attenuator leader RNA structure the leader peptide attenuation importance of attenuation operon summary
11
The leader mRNA of E. coli
12
5 The leader peptide
14 AA leader peptide 10th and 11th condons encode 2 successive tryptophan residues as Trp is a rare amino acid ,the ribosonme would be expected to pause at this site
5
2
the trp repressor
a gene product of the trpR operon a dimer of 2 subunits inactive itself specifically interacts with the operator site only binding co-repressor trp binding the palindrome
1 3 4
2
CACCAUGCGUAAAGCAAUCAGAUACCCAGCCCGCCUAAUGAGCGGGCUUUU Met-Gln-Thr-Gln-Lys-Pro UUUU-GAACAAAAUUAGAGAAUAACA-AUG-CAA-ACA-CAA-AAA-CCG trpE . . . Terminator
L2 THE TRP OPERON
lecturer :Hongyang Wang major :Developmental Biology tutor :Hongtao Li
1
Difference
off usually active repressor inducer turn on when lac as a carbon source on usually inactive repressor co-repressor turn off when trp is high
13
The Trp Leader peptide
Met-Lys-Ala-Ile-Phe-ValAAGUUCACGUAAAAAGGGUAUCGACA-AUG-AAA-GCA-AUU-UUC-GUALeu-Lys-Gly-Trp-Trp-Arg-Thr-Ser-STOP CUG-AAA-GGU-UGG-UGG-CGC-ACU-UCC-UGA-AACGGGCAGUGUAUU
6
The trp repressor
调节区
trpR RNA聚合酶 RNA聚合酶 O P RNA聚合酶 RNA聚合酶
结构基因
Trp 低时
mRNA
Trp 高时 Trp
At first ,it was thought the repressor was responsible for all the transcriptional regulation of the trp operon . However ,it was observed that the deletion of a sequence between the operator and trpE resulted in an increase in both the basal and the activated levels of transcription . There must be another transcription regulation
3
1 The trp operon
TrpR (repressor) P leader PO
trpR
mRNA
T
trpE trpD trpC trpB trpA
Polycistronic mRNA (encodes 5 proteins)
T
TrpR 5 separate proteins that were synthesized from one mRNA
8 Operon summary
We have considered in detail three operons: the lac operon, the ara operon, and the trp operon. The first two are operons concerned with the control of catabolic processes (utilization of energy substrates) while the third is concerned with anabolic processes (synthesis of a molecule the cell needs).
15
Transcription And Translation In Prokaryotes
5’ 3’
3’
5’
RNA Pol.
Ribosome
mRNA
5’
Ribosome
16
17
Double regulation
repressor--------whether to start transcribing as a rough regulation attenuator-------whether to continue to transcribe after starting transcription as a precise regulation
18
7 Importance of attenuation
10-fold repression 700-fold regulation combined with repressor occurs in at least 6 operons ie His a more preciser regulation transcription regulation by translation as feedback regulation
21
22
23
20
All three share negative control features, using repressor proteins binding to operators to place the operon in the "off" state. The first two have positive control features that increase transcription in response to low glucose (CAP-cAMP binding to the CAP site). This is not the case for the tryptophan operon. The tryptophan operon, however, has the additional negative control feature of attenuation. These features are summarized in the following table:
8
3
The attenuator
towards the end of the leader sequence precedes the trpE initiator codon a short GC-rich palindrome followed by 8 successive U residues . able to form a hairpin structure in RNA transcript
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