色氨酸操纵子与负控阻遏系统

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1)主要见于原核生物的转录调控. 2)都是DNA序列,是转录的功能单位. 由调节基因、启动基因、操纵基因和结构
基因组成.
不同之处:
乳糖操纵子是负控诱导,色氨酸操百度文库子是负控阻 遏,都是负控,一个诱导,一个阻遏
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资料延伸
关于色氨酸操纵子的概念
任克勤
【摘要】:正 关于色氨酸操纵子,在杨颐康先生主编的 《微生物学》一书中是这样叙述的:“在色氨酸操纵子里, 由调节基因产生的调节蛋白,本来不具阻遏蛋白活性,但 与色氨酸结合后,由于构象变化,就具有与DNA的亲和力, 而结合在DNA上,这样就使结构基因关闭,不可能产生色 氨酸”。又如《基础微生物学专题选》(复旦大学“基础微 生物学专题选”编写组)一书中用
子,终止trp基因转录。换句话说,当123~150位
序大列幅缺提失高后基,因表trp达基水因平转。录1就23不~会1中50途位在终序此止列,终输于止入是转您


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 区可以配对形
面成副终止标子题结构,转录停止。 枯草杆菌的弱化作用机制另有特点。因其色氨酸操纵子结构的
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色氨酸操纵子的转录弱化作用机制
trpR—……—P—O—trpL— trpa—trpE—trpD—trpC— trpB—trpA
■ trpR ——产生辅阻遏蛋 白——结合色氨酸而激活
色氨酸操纵子与负控阻遏 系统
PPT制作者: 主讲者: 组员:
CONTENT
原核基因表达调控
色氨酸操纵子与负控 阻遏系统
色氨酸操纵子VS乳糖 操纵子
PART ONE/ 2019-112-2
PART ONE
原核基因表达 调控
Speaker:
什么是基因表达调控
基因表达=基因转录+翻译
基因表达的调控: 生物体随时调整不同基因的表达状
现的。在大肠杆菌trp operon,前导区的碱基序列包括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,1 - 2和3 -4配对,或2 - 3配对,3 - 4配对区正好位于终止
中第123~150位核苷酸如果缺失,trp基因的表达
密码子的识别区。前导序列有相邻的两个色氨酸密码子,当培
基因调控的研究有广泛的生物学 意义,是发生遗传学和分子遗传 学的重要研究领域。通过基因调 控,微生物可以避免过多地合成 氨基酸、核苷酸之类物质。在遗 传工程中应用基因调控的原理可 使外源基因表达,所以基因调控 的理论探讨还具有生产实践意义。
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SPEAKER :
因被称为组成性表达基因,或被称为管家基因。 • 与细胞分化,组织,器官及生物体适应环境所需而表达的基因,
被称为适应性表达基因,或被称为奢侈基因
基因的表达调控方式
➢ 基因水平的调控
➢ 转录水平的调控
➢ 转录产物加工的调控
➢ 翻译水平的调控以及翻译后的加工等
原核基因表达调控分类
根据调控机制: 负转录调控 调节基因编码阻遏蛋白,阻止结构基因转 录 分为负控诱导,负控阻遏 正转录调控 调节基因编码激活蛋白,促进结构基因转 录。 分为正控诱导,正控阻遏
■ 启动区P——转录起始时 RNA聚合酶的结合部位
■ 操纵区O——有活性的辅 阻遏蛋白结合部位,控制mRNA 转录
■ 前导区L——生成前导RNA (162),囊括trpa ——弱化 子区,弱化作用(123~150bp)
━ 主管转录过程:阻遏 作用详解
①高色氨酸时:色氨酸 结合辅阻遏蛋白,并使之 结合操纵区O,仅合成一 段前导RNA(140bp);
━ 转录弱化作用机制——基于 原核生物转录与翻译同时进行,对 tRNA^(Trp)的浓度敏感的前导肽基 因的翻译,会调节mRNA转录的终
止。
详细详细过程:(核糖体的位置起决 定作用)
① 低浓度色氨酸,tRNA^(Trp)的浓度就低,通过 相邻Trp密码子的速度慢,4区转录完成时,核糖体 (翻译)进行至1区,前导区结构为2-3配对形式, 转录可继续进行。
5个特点
①某些区段富含GC,GC之间容易形成茎环二级结构,
; 接着有8个U构成一个不依赖于ρ因子的终止信号
②由(1)和(2)区序列构成第二个发夹结构,其中(1)区处于
空 白 演 示 14个氨基酸的前导肽序列中;
③(2)和(3)区互补,可以形成发夹结构,与(3)和(4)形成发
在 此 输夹结入构您竞的争;封 面 副 标 题
能形成不同的二级结构,利用原核微生物转录与翻
trpG相重叠的S - D 序列结合,阻碍核糖体的结合,抑制trpG
译的偶联机制对转录进行调节。
转录。
前导肽
Leader Peptide(前导肽) 信号肽的一种,位于成熟蛋白的N端,引导蛋白穿膜,并且在后 来被剪切掉。 各种实验表明衰减作用需要负载色氨酸tRNA参与,这意味着前 导序列的某些部分被翻译了。分析前导序列发现,它包括起始密 码子AUG和终止密码子UGA;如果翻译起始于AUG,应该产生
空 白 演 示 一个含有14个氨基酸的多肽。这个假设的多肽被称为前导肽。
前导肽的特点:在其第10和11位上有相邻的两个色氨酸密码子。 这些密码子参与了trp及其他操纵子中的转录弱化机制。
前导肽含有较多的碱性氨基酸、羟基氨在基此酸,输并入容易您形的成α封-螺面旋 副 标 题
结构的能力,便于穿膜。 长约20-80个AA,通常带正电荷的碱性AA(Arg,lys)含量较丰 富。有形成两性α-螺旋的倾向。需要受体从接触点进去,解折叠 能量,需前导肽酶,需分子伴侣,不同的前导肽无同源性。
鼠伤寒沙门氏菌中已陆续发现不少操纵子都有弱化
致转录终止。当色氨酸浓度较低时,TRAP失活,转录可以继
现象。 弱化子(attenuator)是指原核生物操纵子中能显著 减弱甚至终止转录作用的一段核苷酸序列,该区域
续,结构基因得以表达。另外枯草杆菌对未负荷色氨酸的 tRNATrp也很敏感,后者大量堆积,会诱导合成抗TRAP 蛋白 (anti -PRAP,AT)。AT与Trp激活的PRAP结合,可以取消其 转录终止活性。trpG表达也受PRAP调控,活化的TRAP与和
录的作用是可以被调控的,如在培养基中完全不含 色氨酸,则转录不会终止,这个区域被称为弱化子。 弱化作用在原核生物中是相当普遍的,大肠杆菌和
特殊性,转录起始的调节似乎不如转录终止的调节更具重要性。 枯草杆菌色氨酸操纵子表达主要受到色氨酸激活RNA结合蛋 白(Trp -activated RNA - binding p rotein,TRAP)的调节。该 蛋白与色氨酸结合被激活后,可与trpE上游转录产物结合,导
不受葡萄糖或cAMP-CAP的调控。
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弱化子
弱化作用
是在研究大肠杆菌的色氨酸操纵子表达弱化现象 中发现的。在trp mRNA 5,端trp正基因的起始密 码前有一个长162 bp的DNA序列称为前导区,其
trp操纵子转录终止的调控是通过弱化作用(attenuation)实
④14个氨基酸前导肽中有5个核糖体强结合位点,之后还 有一个UGA;
⑤前导序列中并列2个色氨酸密码
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作用原理
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② 高浓度色氨酸,tRNA^(Trp)的浓度就高,通 过相邻Trp密码子的速度快,4区转录之前,核糖体 已到达2区,只能形成3-4茎-环状终止子结构,转 录停止,结构基因关闭,不再合成色氨酸。
PART ONE/2019 -12-2
PART THREE
色氨酸操纵子VS乳糖操纵子
Speaker:
相同之处:
Docer
操纵子(operon)
细菌基因表达和调控 的单位,包括结构基 因和能被调控基因产 物识别的DNA控制元

阻遏系统(repression system)
通过小分子辅阻遏物参 加,使激活剂失活或活 化阻遏剂来实现基因或 操纵子不表达的调控的
系统
正调控与负调控
正调控(positive control):调节 基因编码的激活因子通过与启动 子元件结合来促进基因的表达。
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负调控(negative control):调
节基因编码组抑因子与操纵基在因此 输 入 您 的 封 面 副 标 题
结合来阻止基因的表达。
诱导与阻遏
通过小分子诱导物参与,使阻抑物
空 白 演 示 失活或活化激活剂来实现对基因或
诱导(induction)
操纵子表达的调控
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大肠杆菌色氨酸操纵子基因的克隆与表达
林维平 郭长江 张绪梅 徐琪寿
【摘要】:目的克隆并表达大肠杆菌色氨酸操纵子基因,提高其酶 活性。方法利用PCR方法,从大肠杆菌31884基因组中直接克隆出 色氨酸操纵子,并将其连接到原核表达载体pET-22b(+)中,构建重组 质粒pET-22b(+)-Trpoperon,转化大肠杆菌BL21,IPTG诱导重组蛋 白表达,表达产物经SDS-PAGE分析,并测定酶活性。结果凝胶电泳 可见PCR扩增产物大小约为7000bp,SDS-PAGE鉴定目的蛋白分别 得到了表达,邻氨基苯甲酸合成酶和色氨酸合成酶的活性分别比对 照提高了2.7和3.2倍。结论已成功构建了重组表达质粒pET22b(+)-Trpoperon,邻氨基苯甲酸合成酶和色氨酸合成酶的活性在 大肠杆菌中得到了提高,为高产色氨酸基因工程菌的构建奠定了基 础。
阻遏(repression)
通过小分子辅阻遏物参加,使激活 剂失活或活化阻遏剂来实现基因或 操纵子不表达的调控
PART ONE/2019 -12-2
PART TWO
色氨酸操纵子与 负控阻遏系统
Speaker:
色氨酸操纵子
是一种重要的操纵子,是联合使用或转 录的一组基因,也是用来编码生成色氨酸 的元件之一。色氨酸操纵子是在许多细菌 存在,但首次在大肠杆菌中得到表征。当 在环境中存在足量的色氨酸,它将不被使 用。它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
态,以适应环境,维持生长和发育需 要。
基因表达调控的概念
基因转录及翻译的过程,从DNA 到蛋 白质或功能RNA的过程称为基因表达, 对这个过程的调节就称为表达调控。
注意:rRNA,tRNA编码基因转录合成RNA的 过程也属于基因表达。
基因表达模式
• 同一细胞内,有的基因表达高,有的表达低,甚至不表达。 • 不同的组织器官,基因表达数目及表达量不同。 • 同一基因在不同组织器官中表达量也不相同。 • 仅少部分基因在不同细胞类型及生长发育时期表达相同,这类基
②低色氨酸时:辅阻遏 蛋白不具备活性,trp操纵 子去阻遏,合成完整的一 段mRNA。
━ 弱化作用:(弱化子trpa)细微 调控转录过程,独立于trp操纵子
当转录发生以后,除非完全没有 trp,转录总在该区域终止,生成一
段前导RNA(140bp),
因而缺失该123~150bp区的序 列,会提高trp基因表达。
■ 表明:转录终止发生在这一 区域,并且可以被调节,称为弱化
子区。
■ 该区转录的mRNA可以通过自 我配对形成茎-环结构,具有典型
终止子结构特点。
━ 前导区的序列:有4个重要的片 段:1、2、3、4,有两个色氨酸密
码子分布在1的两端
■ 配对方式:1-2(暂停发卡结 构)、3-4(终止发卡结构)或者
2-3(抗终止构型)。
空 白 演 示 水平可提高6倍。研究发现,当mRNA开始合成后,
除非培养基中完全不含色氨酸,否则转录总是在这 个区域终止,产生一个仅有140个核苷酸的RNA分
养基中Trp 浓度很低时,负载有Trp 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,核糖体滞留1区,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。反之,核
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