色氨酸(trp)操纵子讲述

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。
trp操纵子的另一种转录调控是称之衰减作用 （attenuation）的调控机制，这是一种将翻译与 转录联系在一起的新的转录调控形式。细胞内 Trp-tRNATrp浓度决定核糖体是否停留在trp mRNA 中的前导序列内的两个连续的色氨酸密码子处。 当色氨酸水平高和Trp-tRNATrp可利用时，起转录 终止作用的发卡环结构（由区3和区4之间）形成， RNA聚合酶刚好在一个聚尿嘧啶的下游处脱离 DNA模板，转录终止。
由于trp体系参与生物合成而不是降解，它不受葡萄 糖或cAMP-CRP的调控。
色氨酸的合成主要分5步完成，有7个基因参与整个 合成过程。trpE和trpG编码邻氨基苯甲酸合酶，trpD编 码 邻 氨 基 苯 甲 酸 磷 酸 核 糖 转 移 酶 ， trpF 编 码 异 构 酶 ， trpC编码吲哚甘油磷酸合酶，trpA和trpB则分别编码色 氨酸合酶的α和β亚基。
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）。
trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，该基因距trp 基因簇很远。后者位于大肠杆菌染色体图上25分钟处，而 前者则位于90分钟处。在位于65分钟处还有一个trpS（色 氨酸tRNA合成酶），它与携带有色氨酸的tRNATrp共同参与 trp操纵子的调控作用。
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The trp operon is negatively regulated
by the Trp repressor
Trp repressor binds its target DNA sequence only when it itself is bound by its co-repressor, tryptophan.
前导序列具有一个非常有意义的特点，在其第10和 第11位上有相邻的两个色氨酸密码子。这一点很重 要，因为组氨酸操纵子中，也具有弱化子，也具有 一个类似的能编码前导肽的碱基序列，此序列中含 有7个相邻的组氨酸密码子。苯丙氨酸操纵子中同 样存在弱化子结构，其前导序列中也有7个苯丙氨 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。
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。
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。
弱化子
在trp mRNA 5' 端trpE基因的起始密码前有一个长162bp 的mRNA片段被称为前导区，其中123～150位碱基序列如果 缺失，trp基因表达可提高6-10倍，而且无论是在阻遏细胞 内还是在永久性突变的细胞内都是这样。当mRNA合成起始 以后，除非培养基中完全没有色氨酸，转录总是在这个区域 终止，产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因 转录，这就是123～150区序列缺失会提高trp基因表达的原 因。因为转录终止发生在这一区域，并且这种终止是被调节 的，这个区域就被称为弱化子。
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。
色氨酸（trp）操纵子
lac 和ara操纵子是编码分解代谢途径酶系的操纵子，负 责碳源（例如乳糖和阿拉伯糖等）的分解利用，这些操纵 子的表达受相应碳源的诱导。
在细菌中还有负责一些物质合成代谢的操纵子，例如色 氨酸操纵子（tryptophan operon,trp operon）就是负责色氨 酸合成的操纵子。trp操纵子是由一个启动子和一个操纵基 因区组成，该操纵基因区控制一个编码色氨酸生物合成需 要的5种蛋白的多顺反子mRNA的表达。
研究引起终止的mRNA碱基序列，发现 该区mRNA通过自我配对可以形成茎-环 结构，有典型的终止子特点。
前导肽
实验表明衰减作用需要负载tRNATrp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，应该产生一个含有14个氨基酸 的多肽。这个假设的多肽（还未实际观 察到）被称为前导肽。