Mindmap --- 乳糖操纵子（lactose 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-乳糖操纵子。
Mindmap
- 乳糖操纵子（lactose operon）
- E.coli 乳糖操纵子结构
- 启动子、操作子、3个结构基因等
- 三个基因（lacZ、lacY和lac4）以一条mRNA从启动子转录
- CAP（活化蛋白）：结合位点和操作子各约为20bp。
- 操作子（lacO）位于启动子RNA聚合酶结合区内，CAP位点位于启动子上游
- 活化蛋白和阻遏蛋白共同调控 lac基因
- 乳糖操纵子通常是关闭的。lac I 编码的阻遏蛋白以 四聚体 的形式与操纵基因结合于，关闭三个结构基因的表达
- 可诱导型操纵子使细菌能很好的适应环境的变化，有效的利用环境提供的底物
- 乳糖操纵子中的lacZ、lacY、lacA基因只有在乳糖存在，而葡萄糖缺乏时才会高水平的表达
- 参与的调节蛋白
- 活化蛋白：CAP（catabolite activator protein）
- 阻遏蛋白：Lac repressor
- 乳糖操纵元调控的机制
- 阻遏蛋白的负调节（negative control of repressor）
- 无乳糖(no lactose): lac 操纵元处于阻遏状态(repression)
- 有乳糖(presence of lactose) : lac 操纵元即可被诱导(induction)处于去 阻遏状态(derepression)
- 诱导剂(inducer): 别乳糖、半乳糖、IPTG(异丙基硫代半乳糖苷)
- 阻遏蛋白的负性调控：阻遏蛋白结合在操作子上阻止结构基因转录
- 阻遏蛋白以四聚体形式与操作子作用
- 阻遏蛋白总是与DNA结合在一起，它与操作子的结合可阻止 lac 基因的转录
- 有乳糖时,乳糖受β-半乳糖苷酶的催化转变为别 乳糖,与阻遏蛋白结合使阻遏蛋白构象变化,从 而与O解离。
- 乳糖(别乳糖)作为诱导剂,与R结合起去阻遏 作用(derepression),诱导了利用乳糖的酶 类基因转录开放。
- 调控蛋白的活性由信号变构控制
- 没有诱导物存在下,两个二聚体 之间形成铰链,因此N端结构域能与 操作子序列结合。
- 诱导物-Lac抑制子的二聚体。与 诱导物的结合导致结构的改变,从 而降低了抑制子对操作子的亲和性。
- 葡萄糖对 lac 操纵子表达的影响
- 分解代谢物阻遏（catabolite repression）：当葡萄糖和其他糖类（比如乳糖）同时存在时，细菌只利用葡萄糖而不代谢其他的糖类
- 乳糖操纵子只有在乳糖存在，同时葡萄糖缺乏时彩绘高水平表达。
- 原因是乳糖操纵子除了受阻遏蛋白的调节，还要受到代谢物激活蛋白（CAP）的调节
- CAP（代谢物激活蛋白）的正性调控
- CAP能够与cAMP结合后形成一个二聚体,所以CAP又称为cAMP受体蛋白 (cAMP receptor protein,CRP)。
- cAMP-CRP二聚体能够结合到启动子的上 游识别位点上,通过募集RNA聚合酶激活乳糖操纵子的转录。
- 激活蛋白通常结合在启动子的上游协助RNA聚合酶与启动子结合
- 阻遏蛋白结合在启动子的下游，阻止RNA聚合酶与启动子结合，或者阻止RNA聚合酶向前移动转录基因
- cAMP可与细菌中的受体蛋 白CAP (cAMP Receptor Protein,也称为CRP)特异 结合,使CRP构象改变而活 化。
- CAP具有独立的激活域和DNA结合域
- RNA聚合酶在CAP的协助下,结合到启动子上。CAP由RNA聚合酶的α亚基的 CTD( carboxyl-terminal domain)识别。当与CAP相互作用时,α亚基CTD也在CAP 位点附近与DNA分子发生接触。
- PEP: 单糖磷酸转移酶系统 (phosphoenolpyruvate: glucose Phosphotransferase system,PTS)是一种细菌质膜 内的蛋白复合物,它同时将被磷 酸化并将糖类转移到细胞内
- 当环境中无葡萄糖时，细胞内cAMP含量升高
- 当环境中有葡萄糖时，细胞内cAMP含量降低
- 协调调节（coordinate regulation）
- 负调节和正调节协调合作
- 阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用
- 如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从 O 上解聚仍无转录活性
- 葡萄糖可降低cAMP浓度，CRP不能被活化，从而抑制转录
- 乳糖作为效应物使阻遏蛋白从 操纵基因O 上解聚，利于转录发生
- 注意：lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖