Mindmap --- 色氨酸操纵子（trp operon）

现代分子生物学 思维导图 --- 原核生物基因表达调控之原核细胞转录调控的操纵子学说-色氨酸操纵子。

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• 色氨酸操纵子（trp operon）
  • 效应物是 Trp
  • trp体系参与生物合成，它不受葡萄糖或cAMP-CRP的调控
  • 色氨酸合成主要分5步完成，有7个基因参与整个合成过程
  • 操纵子中各个基因的功能
    • trp E 和 trp G 编码邻氨基苯甲酸合酶
    • trp D 编码邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶
    • trp F 编码异构酶
    • trp C 编码吲哚甘油磷酸合酶
    • trp A 和 trp B 分别编码色氨酸合酶的α和β亚基。
    • 在许多细菌中, trpE 和 trpG , trpA 和 trpB 分别融合成一个基因,产生具有双重功能的蛋 白质。
  • 5个色氨酸合成代谢相关酶的基因构成一个操纵子
  • 合成Trp所需要酶类的5个基因 E、D、C、B、A 头尾相接串连排列组成结构基因群; 受其上游的启动子 P 和操纵子 O 的调控。
    • 这些基因只有在缺乏 trp 时，才被有效表达
  • 色氨酸操纵子的调控机制
    • trp 操纵子是 阻遏型操纵子；主要调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成
    • 辅阻遏蛋白的负调控
      • 当有足够的Trp时,操纵子自动关闭。细菌直接利用外界的Trp。
      • 缺乏Trp时,trp操纵子被打开,5个结构基因表达,产生3个酶催化分支酸合 成为Trp
    • 色氨酸操纵子的衰减调控
      • 弱化子与前导肽
        • 在 trpR 缺失突变体中,培养 基中缺乏色氨酸比有色氨酸存在时操纵子的表达水平更高
        • 当阻遏物对 trp 操纵子的阻遏作用被解除,但细胞内仍有一定浓度的色氨酸时,第 二种调控机制使 trp 操纵子的转录在抵达 trpE 之前被提前终止,这种现象称为弱化 作用(attenuation)
        • DNA中导致mRNA合成提前终止的一段序列称为弱化子 (attenuator)。
        • 弱化作用产生的关键在于 trp mRNA的前导区。
        • 弱化子的共同特点是某些外部因素控制着弱化子的发夹形成,即形成终止子 结构。弱化子为结构基因的转录设了一道关卡。
        • 前导肽:分析前导序列发现,它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA,能产 生一个含有14个氨基酸的多肽,这个假设的多肽被称为前导肽。
      • 弱化子的负调控
        • Trp浓度低时,生成Trp-tRNA trp 量少,使核糖体停止在mRNA上的Trp密码子 UGG处;使A(1与2)不能形成发夹结构;而2+3形成发夹结构,阻止了3+4 生成终止子;RNA pol可沿DNA继续转录,trp操纵子就处于开放状态。
        • Trp浓度高时,trp-tRNA trp 浓度随之升高,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不能配对,而3+4区可以自由配对形成茎-环状终止子结构,转录停止,结构基因被关闭而不再合成色氨酸。
        • Trp 的存在对终止转录是有效的；弱化子仅允许约10%的RNA聚合酶通过
        • 在 trp 操纵子，弱化子的转录终止作用取决于色氨酸的浓度
          • 高色氨酸条件下,序列3和4配对, 形成转录终止发夹。
          • 低色氨酸条件下,核糖体停在色氨酸 密码子附近,序列1被核糖体覆盖,序 列2和3配对,因此阻止了3、4之间形 成转录终止发夹。
          • 没有蛋白合成时,如果没有核糖体起 始先导肽的翻译,序列1、2形成发夹, 阻止了2、3发夹的形成,允许序列3、 4形成转录终止发夹,酶不表达。
    • 阻遏和弱化作用的协调
      • 弱化子系统主要是对外源色氨酸浓度作出反应
      • 阻遏物的作用是当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
      • 在 trp 操纵子中，阻遏蛋白的负调控起到粗调的作用，而衰减子起到细调的作用