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原核生物以操纵子调控表达,有什么意义

来源:www.callcentermkt.com   时间:2023-03-19 01:54   点击:259  编辑:admin   手机版

一、原核生物以操纵子调控表达,有什么意义

法国巴斯德研究所著名的科学家Jacob和Monod在实验的基础上于1961年建立了乳糖操纵子学说,现在已成为原核生物基因调控的主要学说之一.

大肠杆菌乳糖操纵子包括4类基因:①结构基因,能通过转录、翻译使细胞产生一定的酶系统和结构蛋白,这是与生物性状的发育和表型直接相关的基因.乳糖操纵子包含3个结构基因:lacZ、lacY、lacA.LacZ合成β—半乳糖苷酶,lacY合成透过酶,lacA合成乙酰基转移酶.②操纵基因O,控制结构基因的转录速度,位于结构基因的附近,本身不能转录成mRNA.③启动基因P,位于操纵基因的附近,它的作用是发出信号,mRNA合成开始,该基因也不能转录成mRNA.④调节基因i:可调节操纵基因的活动,调节基因能转录出mRNA,并合成一种蛋白,称阻遏蛋白.操纵基因、启动基因和结构基因共同组成一个单位——操纵子(operon).

调节乳糖催化酶产生的操纵子就称为乳糖操纵子.其调控机制简述如下:

抑制作用:调节基因转录出mRNA,合成阻遏蛋白,因缺少乳糖,阻遏蛋白因其构象能够识别操纵基因并结合到操纵基因上,因此RNA聚合酶就不能与启动基因结合,结构基因也被抑制,结果结构基因不能转录出mRNA,不能翻译酶蛋白.

诱导作用:乳糖的存在情况下,乳糖代谢产生别乳糖(alloLactose),别乳糖能和调节基因产生的阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白改变构象,不能在和操纵基因结合,失去阻遏作用,结果RNA聚合酶便与启动基因结合,并使结构基因活化,转录出mRNA,翻译出酶蛋白.

负反馈:细胞质中有了β—半乳糖苷酶后,便催化分解乳糖为半乳糖和葡萄糖.乳糖被分解后,又造成了阻遏蛋白与操纵基因结合,使结构基因关闭.

二、“阻遏”的解释

生物学里,阻遏就是阻止基因转录。比如阻遏蛋白就是该蛋白存在时目的基因不能转录。

阻遏调节分正控阻遏和负控阻遏。

三、阻遏的意思

指基因的表达在信使RNA合成(转录)阶段为特异的调节因子(阻遏物)所抑制。是指使细胞内特定的酶或酶系合成率降低的现象。当特定的代谢物质在细胞内的浓度增加时,阻遏物就被活化,而相应结构基因群(操纵子)的特异物质的产生就受到抑制。比如:对与大肠杆菌色氨酸合成有关的酶系,如果细胞内色氨酸浓度增高,阻遏物活性就增加,产生阻遏,色氨酸合成率就下降。因此如果给与使细胞内色氨酸浓度降低的条件,相反地会使阻遏解除(derepression)。如果再给培养基以高浓度的色氨酸,则很快地又观察到阻遏。氨基酸、核酸的硷基等低分子物质的生物合成系统通常可见有同样的现象,称受这样调节的酶为抑制性酶。另一方面,在诱导酶的场合,或在噬菌体基因的蛋白质合成等的场合,在没有特定的代谢物质的条件下发生阻遏,而存在诱导物质或特定的代谢物质时阻遏解除,通常称这种阻遏解除过程为诱导

四、正调控和负调控的主要不同是什么?基因调控那块?

正调控是通过激活蛋白与启动子上游序列结合,以促进RNA聚合酶与启动子结合,提高转录的效率。

负调控是阻遏蛋白与操纵基因结合使RNA聚合酶不能与启动子结合,因而抑制转录。

五、基因的表达调控的表现

生物的基因表达调控主要表现:1转录水平上的调控2转录后水平上的调控(1)mRNA加工成熟水平上的调控(2)翻译水平上的调控3DNA水平的调控

乳糖操纵子基因的表达调控过程:1无诱导物存在时,阻遏蛋白与操作区结合使得乳糖操纵子不能启动,从而抑制mRNA的转录起始2诱导物(乳糖或IPTG)存在,乳糖与阻遏蛋白结合,抑制阻遏蛋白,RNA聚合酶可通过启动子操作区正常转录mRNA,可翻译产生分解乳糖的三种酶。

色氨酸操纵子基因的表达调控过程:调控作用主要有阻遏作用、弱化作用

阻遏作用 trp操纵子转录起始的调控是通过阻遏蛋白实现的。产生阻遏蛋白的基因是trpR ,该基因距trp o2peron基因簇很远。它结合于trp 操纵基因特异序列,阻止转录起始。但阻遏蛋白的DNA结合活性受Trp调控, Trp起着一个效应分子的作用, Trp与之结合的动力学常数为1~2 ×10- 5mol•L - 1。在有高浓度Trp存在时,阻遏蛋白- 色氨酸复合物形成一个同源二聚体,并且与色氨酸操纵子紧密结合,因此可以阻止转录。阻遏蛋白- 色氨酸复合物与基因特异位点结合的能力很强,动力学常数为2 ×10- 10mol•L - 1 ,因此细胞内阻遏蛋白数量仅有20~30分子已可充分发挥作用。当Trp 水平低时,阻遏蛋白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Trp 生物合成途径被激活。

弱化作用

trp操纵子转录终止的调控是通过弱化作用( attenuation)实现的。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,当培养基中Trp 浓度很低时,负载有Trp 的tR2NATrp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 区可以配对形成终止子结构, 转录停止。

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