第6章 原核基因表达调控-中

调节区
trpR
结构基因
P
O 前导序列 衰减子区域
前导mRNA
1
2
3
4
UUUU……
trp 密码子
终止密码子
UUUU…… 14aa前导肽编码区: 包含序列1 衰减子结构 UUUU…… 第10、11密码子为trp密码子 UUUU…… 形成发夹结构能力强弱： 序列1/2>序列2/3>序列3/4
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
色氨酸操纵子的结构和色氨酸阻抑物的功能
色氨酸操纵子的调控模式
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
调节区
trpR
结构基因
RNA聚合酶 O P RNA聚合酶
Trp 低时
mRNA
Trp 高时 Trp
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
2．弱化子与前导肽
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，研究发现，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
暂停发夹构象
抗终止构象
stop
stop
前导DNA
Trp合成酶系相关 结构基因被转录
RNA聚合酶 结构基因
前导mRNA
2 3 2 4
5’
核糖体 1
百度文库
3
UUUU…… UUUU……
4
trp 密码子 前导肽
序列3、4不能形成衰减子结构
当色氨酸浓度低时
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
3．trp操纵子弱化机制的实验依据
trpS5是温度敏感型突变株，它所编码的trptRNAtrp合成酶只在30℃时有活性，42℃时无酶活性。 比较野生型和突变型在30℃时，突变体的trp操纵子 与野生型一样受色氨酸浓度的调控。42℃时，突变体 中trp操纵子的表达不受色氨酸浓度的调控。
前导DNA
RNA聚合酶
前导mRNA
4
UUUU 3’
衰减子结构 就是终止子 可使转录 终止
5’
1
核糖体
3 2
3
UUUU 3’ UUUU……
4
trp 密码子
前导肽
当色氨酸浓度高时
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
当培养基中色氨酸浓度较高时，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
之前就到达2区，使2-3区不能配对，3-4区自由 配对形成基一环终止子结构，转录被终止，trp 操纵子被关闭。
第六章 原核基因表达调控
第三节 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，
从而提高内源色氨酸浓度。
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
那为什么还要有阻遏体系呢？
目前认为阻遏物的作用是当有大量外源色氨酸 存在时，阻止非必需的先导mRNA的合成，它使这个 合成系统更加经济。
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
4．阻遏与弱化作用的协调
有实验证明，在不加色氨酸的培养基中，trp mRNA的合成仍然受到部分阻遏，现在一般认为，
野生型细胞中同时存在着有活性和无活性的阻遏物，
培养基中色氨酸浓度的变化，能够使这两种阻遏物 间的平衡发生倾斜，最终做出关闭或启动trp操纵子 的决定，从而维持一定的色氨酸含量。
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
分析前导肽序列，发现它包括起始密码子AUG
和终止密码子UGA，编码了一个14个氨基酸的多肽。
该多肽有一个特征，其第10位和11位有相邻的两个 色氨酸密码子。正是这两个相连的色氨酸密码子（组 氨酸、苯丙氨酸操纵子中都有这种现象）调控了蛋白 质的合成。
它不受葡萄糖或cAMP-CAP的调控。
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
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
基因产物因此被称为辅阻遏蛋白(aporepressor)。除
非培养基中有色氨酸，否则这个辅阻遏蛋白不会与操 纵区结合。辅阻遏蛋白与色氨酸相结合形成有活性的 阻遏物，与操纵区结合并使之关闭转录trp mRNA。
的RNA分子，终止trp基因转录。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。
邻氨基苯
吲哚甘油
色氨酸合成酶
甲酸合成酶 硼酸合成酶 Tr p E 启动子 te r p D tr p C tr p B tr p A 衰减子 t t’
操纵基因
前导顺序
pppN26AUG AA AG C AA UU UU CG U ACU G A AG G U UG G UG G CG C AC UU CC UG A N 富 含 G -C 的 发 L ea d er p ep tid e 夹结构 / 富含 U 的单链末端 A aaaaa
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
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反应的系统，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，
株系 trpΔED53(trpa+) trpΔLD102(trpa-)
trpR+ 0.17 1.82
trpR11.8 100
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
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。
第三节 色氨酸操纵子的调控模式
另有一个缺失前导区及D基因的trp操纵子突变体 （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，比野生型亲本株活性高8-10倍。 这种去阻遏作用在trpR+和trpR-菌株中均存在。
trpL缺失突变株与非缺失菌株色氨酸合成酶活性比较（相对单位）
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。
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A UUUUUUUU G C C G C G C G G C C G A C G
M e t Ly s A ly Ile P he Va l L e u Ly s G ly Tr p Tr p A rg T hr S e r
A
U A A
U
图 1 6 -2 8 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 1 4 个 氨 基 酸 ， 其 中 有 2 个 是 色 氨 酸 。 (仿 B .L e w in :《 G E N E S 》 Ⅵ ,1 9 9 7 , F ig .1 2 .3 8 )