1、原核基因表達(dá)調(diào)控Regulation in prokaryotesChapter 5OUTLINE5.1 原核基因表達(dá)調(diào)控總論5.2 乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控5.3 色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控5.4 其它操縱子(半乳糖、阿拉伯糖)5.5 翻譯水平的調(diào)控一、基因表達(dá)的概念gene expression ：基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。對這個過程的調(diào)節(jié)就稱為gene regulation 。注意：rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也屬于基因表達(dá)。5.1原核基因表達(dá)調(diào)控總論(1) 組成性表達(dá)(constitutive expression) 指在個體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)行的基因表達(dá)。其

2、基因表達(dá)產(chǎn)物通常是對生命過程必需的或必不可少的，且較少受環(huán)境因素的影響。 (2) 適應(yīng)性表達(dá)(adaptive expression) 指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)。二、基因表達(dá)的方式(1) 組成性表達(dá) 指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達(dá)。某些基因在一個個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因(housekeeping gene)。管家基因表達(dá)水平受環(huán)境因素影響較小，而是在個體各個生長階段的大多數(shù)、或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。它的表達(dá)只受啟動序列或啟動子與RNA聚合酶相互作用的影響，而不受其他機(jī)制調(diào)節(jié)。5.1 原核基因表達(dá)調(diào)控總論基因調(diào)控主要表現(xiàn)在：轉(zhuǎn)錄水

3、平上的調(diào)控(Transcriptional regulation)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控(post-Transcriptional regulation)mRNA加工成熟水平上的調(diào)控翻譯水平上的調(diào)控基因調(diào)控的主要水平阻遏作用：一些基因平時都是開啟的，處在蛋白質(zhì)或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達(dá)。例如：色氨酸色氨酸合成酶。一般情況下細(xì)菌自身可以合成色氨酸，但加入色氨酸，細(xì)菌因為不需要自身合成色氨酸，因此關(guān)閉該操縱子基因。5.1.1 誘導(dǎo)和阻遏原核基因表達(dá)調(diào)控類型及特點負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控(調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物為阻遏蛋白)正轉(zhuǎn)錄調(diào)控(調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物為激活蛋白)負(fù)控誘導(dǎo)(阻遏

4、蛋白不與誘導(dǎo)物結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄)負(fù)控阻遏(阻遏蛋白與誘導(dǎo)物結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄)正控誘導(dǎo)(誘導(dǎo)物使激活蛋白處于活性狀態(tài))正控阻遏(誘導(dǎo)物使激活蛋白處于非活性狀態(tài))原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平1. Gene Expression is Controlled by Regulatory Proteins (調(diào)控蛋白)Gene expression is very often controlled by Extracellular Signals, which are communicated to genes by regulatory proteins:Positive regula

5、tors or activators(激活蛋白)INCREASE the transcriptionNegative regulators or repressors(阻遏蛋白)DECREASE or ELIMINATE the transcription3.Targeting promoter binding: many promoters are regulated by activators that help RNAP bind DNA (recruitment) and by repressors that block the binding.RNAP binds many prom

6、oters weakly, activators that contain two binding sites to bind a DNA sequence and RNAP simultaneously can enhance the RNAP affinity with the promoters, and thus increases gene transcription.This is called recruitment regulation (招募調(diào)控). On the contrary, Repressors can bind to the operator inside of

7、the promoter region, which prevents RNAP binding and the transcription of the target gene.5.Targeting promoter escape by some repressorsRepressors can work in ways: blocking the promoter binding. blocking the transition to the open complex. blocking promoter escape.6. Cooperative binding (recruitmen

8、t) and allostery have many roles in gene regulationFor example: group of regulators often bind DNA cooperatively (activators and/or repressors interact with each other and with the DNA, helping each other to bind near a gene they regulated) : produce sensitive switches to rapidly turn on a gene expr

9、ession, integrate signals (some genes are activated when multiple signals are present).5.1.2 弱化子對基因活性的影響弱化子：(色氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸等)當(dāng)操縱子(是基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制)被阻遏，RNA合成被終止時，起終止轉(zhuǎn)錄信號作用的一段核苷酸。核糖體在基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上的不同位置，決定了RNA可以形成哪一種形式的二級結(jié)構(gòu)，并由此決定基因能否繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。起信號作用的是有特殊負(fù)載的氨酰-tRNA的濃度。5.1.3 降解物

10、對基因活性的調(diào)節(jié)通過提高轉(zhuǎn)錄強度來調(diào)節(jié)基因表達(dá)：葡萄糖效應(yīng)(降解物抑制效應(yīng))：在有葡萄糖存在的情況下，即使在細(xì)菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麥芽糖等誘導(dǎo)物，與其相對應(yīng)的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來。葡萄糖：抑制腺苷酸環(huán)化酶，減少cAMP的合成，與其相結(jié)合的環(huán)腺苷酸受體蛋白CRP或分解代謝物蛋白CAP，找不到配體而不能形成復(fù)合物。5.1.4 細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)實施應(yīng)急反應(yīng)的信號是鳥苷四磷酸(ppGpp)和鳥苷五磷酸(pppGpp)；產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是空載tRNA。當(dāng)氨基酸饑餓時，細(xì)胞中存在大量空載tRNA，其激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使ppGpp大量合成，從而關(guān)閉和打開一些基因

11、。1961年操縱子模型的提出 莫洛(Monod)和雅各布(Jacob)獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎 是一種負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)5.2 乳糖操縱子(lactose operon)真正的誘導(dǎo)劑？IPTG(異丙基硫代半乳糖苷)TMG(巰甲基半乳糖苷)發(fā)色底物O-硝基半乳糖苷(ONPG)別乳糖和IPTG是Lac操縱子的誘導(dǎo)物L(fēng)ac 操縱子結(jié)構(gòu)Operon: a unit of prokarytoic gene expression and regulation which typically includes: 1. Structural genes for enzymes in a specific b

12、iosynthetic pathway whose expression is coordinately controlled. 2. Control elements, such as operator sequence. 3. Regulator gene(s) whose products recognize the control elements.Sometimes are encoded by the gene under the control of a different promoterlacYencodes a cell membrane protein called la

13、ctose permease (半乳糖苷滲透酶) to transport Lactose across the cell walllacZencodes for -galactosidase(半乳糖苷酶)for lactose hydrolysislacA encodes a thiogalactoside transacetylase (硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶)to get rid of the toxic thiogalacosides 三種結(jié)構(gòu)基因The lacZ, lacY, lacA genes are transcribed into a single lacZYA mRNA (p

14、olycistronic mRNA) under the control of a signal promoter Plac . LacZYA transcription unit contains an operator site Olac position between bases -5 and +21 at the 3-end of PlacBinds with the lac repressor The LAC operonZ、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼；該mRNA分子的P區(qū)位于I與O之間，不能單獨起始半乳糖苷酶和透過酶基因的高效表達(dá)。5.2.2 操縱子模型

15、與影響因子O區(qū)是DNA上的一小段序列(26bp)，是阻遏蛋白的結(jié)合位點；當(dāng)阻遏蛋白與O相結(jié)合時，lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制；誘導(dǎo)物通過與阻遏蛋白結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與O結(jié)合，從而激發(fā)lac mRNA的合成。5.2.2 操縱子模型與影響因子1.lac 操縱子的本底水平表達(dá)兩個矛盾：誘導(dǎo)物需要穿過細(xì)胞膜才能與阻遏物結(jié)合，即需要透過酶來轉(zhuǎn)運誘導(dǎo)物，而透過酶的合成又需要誘導(dǎo)物進(jìn)行誘導(dǎo)。乳糖(葡萄糖-1,4-半乳糖)并不與阻遏物結(jié)合，真正的誘導(dǎo)物是乳糖的異構(gòu)體(葡萄糖-1,6-半乳糖)，而后者是在-半乳糖苷酶的催化下由乳糖生成的，因此乳糖誘導(dǎo)-半乳糖苷酶的合成需要有-半乳糖苷酶的預(yù)先存

16、在。對矛盾的解釋：在非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量lac mRNA合成，這種合成稱之為本底水平的組成型合成(background level constitutive synthesis)。由于阻遏物的結(jié)合并不是絕對緊密的，即使在它與操縱基因緊密結(jié)合時，也會偶爾掉下來，這時啟動子的障礙被解除，RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄。（即:無需誘導(dǎo)物，阻遏物從操縱基因處掉下，啟動子可以啟動結(jié)構(gòu)基因表達(dá)）1.lac 操縱子的本底水平表達(dá)2.大腸桿菌對乳糖的反應(yīng)加入乳糖以后，在單個透過酶分子作用下，少量乳糖分子進(jìn)入細(xì)胞，在單個-半乳糖苷酶作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)乳糖。異構(gòu)乳糖與結(jié)合在O區(qū)的I相結(jié)合并使I失活而離開O區(qū)，開始lac mRN

17、A的合成，最終結(jié)果導(dǎo)致乳糖大量涌入細(xì)胞。ipozyaVery low level of lac mRNAAbsence of lactoseActivePresence of lactoseipozyab-GalactosidasePermeaseTransacetylaseInactiveLack of inducer: the lac repressor block all but a very low level of trans-cription of lacZYA .When Lactose is present, the low basal level of permease al

18、lows its uptake, and b-galactosidase catalyzes the conversion of some lactose to allolactose.Allolactose acts as an inducer, binding to the lac repressor and inactivate it. Response to lactose3.阻遏物lacI基因產(chǎn)物及其功能lac操縱子阻遏物mRNA：由弱啟動子控制組成型合成，該阻遏蛋白有四個相同的亞基，每個亞基含有347個氨基酸殘基，并能夠與1分子IPTG結(jié)合。當(dāng)I基因由弱啟動子突變?yōu)閺妴幼樱?xì)胞內(nèi)

19、就不可能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來克服阻遏狀態(tài)，整個lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)，結(jié)構(gòu)基因處在關(guān)閉狀態(tài)。Response to glucose，cAMP受葡萄糖濃度調(diào)節(jié)4.葡萄糖對lac操縱子的影響代謝物激活蛋白CAP (catabolite activator protein)，由Crp基因編碼，能與cAMP形成復(fù)合物。凡是Crp及腺苷酸環(huán)化酶基因突變的細(xì)菌都不能合成lac mRNA，CRP-cAMP (CAP-cAMP)復(fù)合物是獨立于阻遏物的正調(diào)控因子。5.cAMP與代謝物激活蛋白CAP結(jié)合位點(mRNA啟動子內(nèi)部)ZYAOPDNA 調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因Z： -半

20、乳糖苷酶Y： 透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶cAMPCAP復(fù)合物5.cAMP與代謝物激活蛋白+ + + + 轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時促進(jìn)轉(zhuǎn)錄有葡萄糖，cAMP濃度低時不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正調(diào)控兩個區(qū)：P區(qū)(啟動子區(qū))：一般是從I基因結(jié)束到mRNA轉(zhuǎn)錄起始位點下游510bp。O區(qū)(阻遏物結(jié)合區(qū))：位于-7+28bp阻遏物與O區(qū)的結(jié)合影響了RNA聚合酶與啟動子區(qū)結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的效率。5.2.3 lac操縱子DNA的調(diào)控區(qū)域總結(jié)一：阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)(negative control of repressor)無乳糖(no lactose): l

21、ac操縱子處于阻遏狀態(tài)(repression)有乳糖(presence of lactose) lac操縱子即可被誘導(dǎo)(derepression,induction) 誘導(dǎo)劑(inducer): 別乳糖、半乳糖、IPTG（異丙基硫代半乳糖苷）乳糖操縱子(lac operon)的調(diào)控方式總結(jié)二：CAP的正性調(diào)節(jié)(Positive Control of CAP)CAP-cAMP幫助RNA聚合酶有效的結(jié)合到lacP位點，加快RNA合成的起始反應(yīng)：RNA聚合酶與CAP相互足夠靠近，直接復(fù)合，以蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)接觸提供額外的能量，大大增強RNA聚合酶的結(jié)合能力；CAP的結(jié)合可能把位點周圍的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

22、轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N更容易被RNA聚合酶識別的外形和構(gòu)象，增加了封閉復(fù)合物的形成或者從封閉型復(fù)合物轉(zhuǎn)向開放型復(fù)合物的速度。CAP以二聚體形式行使功能，二聚體被單個cAMP活化，其上有兩個結(jié)合位點：cAMP結(jié)合位點；DNA結(jié)合區(qū)(lacP內(nèi)CAP-cAMP結(jié)合位點序列具有對稱性，lacP的-54-58,-65-69是CAP-cAMP結(jié)合位點) ?？傊篊AP-cAMP復(fù)合物與DNA的CAP位點結(jié)合時，促進(jìn)RNA聚合酶對-35和-10序列的識別和結(jié)合，并形成開放起始復(fù)合物，提高了轉(zhuǎn)錄效率?？偨Y(jié)二：CAP的正性調(diào)節(jié)(Positive Control of CAP)CAP的正性調(diào)節(jié)CAP的正性調(diào)節(jié)5.3色氨酸操

23、縱子(tryptophan operon)Lac操縱子負(fù)責(zé)營養(yǎng)碳源的分解，平時關(guān)閉，只有當(dāng)需要消耗乳糖時，才通過誘導(dǎo)物使阻遏蛋白失活而開放，是可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控基因；另外還存在CAP的正調(diào)控。Trp操縱子負(fù)責(zé)Trp的合成，平時開放，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物使其關(guān)閉，是可阻遏的負(fù)調(diào)控；另外還存在翻譯與轉(zhuǎn)錄耦聯(lián)的衰減子調(diào)控手段。Trp操縱子與lac操縱子的不同1.Structure of the trp operonED-編碼鄰氨基苯甲酸合成酶(260KD)C-編碼吲哚甘油磷酸合成酶(45KD)BA-編碼Trp合成酶亞基(50KD)和亞基(29KD)La為前導(dǎo)肽和衰減子序列O為控制子(含-10區(qū))P為啟動子R為

24、阻遏基因1.Structure of the trp operon (1) trpR和trpABCDE不連鎖； (2) 操縱基因在啟動子內(nèi) (3) 有衰減子(attenuator)/弱化子 (4) 啟動子和結(jié)構(gòu)基因不直接相連，二者被前導(dǎo)序列(Leader)所隔開 色氨酸操縱子特點The trp operon encodes five structural genes required for tryptophan (色氨酸) synthesis.These genes are regulated to efficiently express only when tryptophan is li

25、miting.Two layers of regulation are involved: (1) transcription repression by the Trp repressor (initiation); (2) attenuation2. the trp operonTrp repressor is encoded by a separate operon trpR, and specifically interacts with the operator that overlaps with the promoter sequence The repressor can on

26、ly bind to the operator when it is complexed with tryptophan. Therefore, Try is a co-repressor and inhibits its own synthesis through end-product inhibition (negative feed-back regulation).3.The Trp repressorThe repressor reduces transcription initiation by around 70-fold, which is much smaller than

27、 the binding of lac repressor.The repressor is a dimer of two subunits which has a structure with a central core and two flexible DNA-reading heads (carboxyl-terminal of each subunit )3.The Trp repressortrp operonThe TRP operontrp 操縱子的阻遏系統(tǒng)低Trp時：阻遏物不結(jié)合操縱基因；高Trp時：阻遏物與Trp結(jié)合操縱基因色氨酸高濃度和低濃度下表達(dá)水平相差600倍，而阻遏

28、作用僅使轉(zhuǎn)錄降低70倍。 a regulation at the transcription termination step & a second mechanism to confirm that little tryptophan is available4.Attenuation (衰減作用)Repressor serves as the primary switch to regulate the expression of genes in the trp operonAttenuation serves as the fine switch to determine if the

29、 genes need to be efficiently expressed4.Attenuation (衰減作用)弱化子：DNA中可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過早終止的一段核甘酸序列（123-150區(qū)）研究引起終止的mRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過自我配對可以形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點結(jié)構(gòu)基因E上游具有：啟動子-操縱子基因-前導(dǎo)序列-衰減子區(qū)域mRNA5端162個核苷酸，其中139個構(gòu)成前導(dǎo)序列：14個氨基酸的前導(dǎo)肽4個互補區(qū)段1個衰減子終點Trp操縱子的前導(dǎo)序列TrpL前導(dǎo)序列：在trp mRNA5端trpE基因的起始密碼前一個長162bp的mRNA片段某些區(qū)段富含GC，GC之間容易形成莖環(huán)

30、二級結(jié)構(gòu)，接著有8個U構(gòu)成一個不依賴于因子的終止信號；由(1)和(2)區(qū)序列構(gòu)成第二個發(fā)夾結(jié)構(gòu)，其中(1)區(qū)處于14個氨基酸的前導(dǎo)肽序列中；(2)和(3)區(qū)互補，可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，與(3)和(4)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)競爭；14個氨基酸前導(dǎo)肽中有5個核糖體強結(jié)合位點，之后還有一個UGA；前導(dǎo)序列中并列2個色氨酸密碼子前導(dǎo)序列的5個特點轉(zhuǎn)錄的弱化理論：mRNA轉(zhuǎn)錄的終止是通過前導(dǎo)肽基因的翻譯來調(diào)節(jié)的。在前導(dǎo)肽中有兩個相鄰的色氨酸密碼子，所以前導(dǎo)肽的翻譯對tRNATrp的濃度敏感。當(dāng)培養(yǎng)基中Trp濃度很低時，負(fù)載有Trp的tRNATrp也就少，翻譯通過兩個相鄰Trp密碼子的速度就會很慢，當(dāng)4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，

31、核糖體才進(jìn)入1區(qū)(或者停留在兩個相鄰的Trp密碼子處)，這時23配對，不形成34配對的終止結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)。當(dāng)培養(yǎng)基中Trp濃度高時，核糖體可順利通過兩個相鄰的Trp密碼子，在4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前，核糖體就到達(dá)2區(qū)，這樣使23不能配對，34區(qū)形成終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停止。轉(zhuǎn)錄弱化作用機(jī)理轉(zhuǎn)錄弱化作用機(jī)理Importance of attenuation A typical negative feed-back regulationUse of both repression and attenuation allows a fine tuning of the level of the intracell

32、ular tryptophan.Attenuation alone can provide robust regulation: other amino acids operons like his and leu have no repressors and rely entirely on attenuation for their regulation.Provides an example of regulation without the use of a regulatory protein, but using RNA structure instead.半乳糖操縱子阿拉伯糖操縱

33、子阻遏蛋白LexA的降解與細(xì)菌中的SOS應(yīng)答二組分調(diào)控系統(tǒng)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)多啟動子調(diào)控的操縱子5.4其它操縱子結(jié)構(gòu)基因(使半乳糖變?yōu)槠咸烟?1-磷酸)：galE：異構(gòu)酶galT：半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶galK：半乳糖激酶調(diào)節(jié)基因galR，兩個啟動子(可以從兩個不同的起始點轉(zhuǎn)錄)，兩個操縱區(qū)O(一個在P區(qū)上游-67-73，一個在galE內(nèi)部)5.4.1半乳糖操縱子(galactose operon)gal操縱子的特點： 它有兩個啟動子，其mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄； 它有兩個O區(qū)，一個在P區(qū)上游，另一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。gal操縱子P-O區(qū)有兩個相距僅5bp的啟動子，每個啟動子擁

34、有各自的RNA聚合酶結(jié)合位點S1和S2，cAMP-CRP對起始的轉(zhuǎn)錄有不同的作用：從S1起始的轉(zhuǎn)錄：無葡萄糖，RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、CRP和cAMP。從S2起始的轉(zhuǎn)錄：完全依賴葡萄糖，高水平的cAMP-CRP抑制轉(zhuǎn)錄。5.4.1半乳糖操縱子(galactose operon)半乳糖具有雙重功能：作為唯一碳源；作為合成尿苷二磷酸半乳糖UDPgal形成細(xì)胞壁的前體。在沒有外源半乳糖的情況下，細(xì)胞通過半乳糖差向異構(gòu)酶由UDP-葡萄糖合成UDPgal，只需本底水平表達(dá)即可。如果只有S1(依賴于cAMPCRP)一個啟動子，當(dāng)有葡萄糖時就不能合成異構(gòu)酶；只有S2(不依賴于cAMPCRP)，那

35、么半乳糖使操縱子處于充分誘導(dǎo)狀態(tài)。最終：一個不依賴cAMPCRP的S2進(jìn)行本底水平的表達(dá)，一個依賴于cAMPCRP的S1對高水平合成進(jìn)行調(diào)節(jié)。雙啟動子的生理功能阿拉伯糖降解基因(構(gòu)成基因簇araBAD) ：araB：編碼核酮糖激酶araA：L-阿拉伯糖異構(gòu)酶araD：L-核酮糖-5磷酸-4-差向異構(gòu)酶araE：膜蛋白araF：阿拉伯糖結(jié)合蛋白5.4.2阿拉伯糖操縱子arabinose operon與araBAD相鄰的是：一個復(fù)合啟動子區(qū)域、兩個操縱區(qū)(O1和O2)、一個調(diào)節(jié)基因araC。araBAD基因簇從啟動子開始向左轉(zhuǎn)錄，而araC向右轉(zhuǎn)錄。AraC蛋白既是ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白(起始轉(zhuǎn)

36、錄還需要cAMP-CRP的共同參與)，又是其負(fù)調(diào)節(jié)蛋白。AraC蛋白的兩種形式Pr和Pi， Pr是起阻遏作用的形式，與類操縱區(qū)位點結(jié)合； Pi是起誘導(dǎo)作用的形式，通過與PBAD啟動子結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)。5.4.2阿拉伯糖操縱子arabinose operon低阿拉伯糖水平負(fù)調(diào)控高阿拉伯糖水平正調(diào)控1. AraC and control of the araBAD operon by anti-activationThe promoter of the araBAD operon from E. coli is activated in the presence of arabinose and th

37、e absence of glucose and directs expression of genes encoding enzymes required for arabinose metabolism. This is very similar to the Lac operon. Because the magnitude of induction of the araBAD promoter by arabinose is very large, the promoter is often used in expression vector. If fusing a gene to

38、the araBAD promoter, the expression of the gene can be easily controlled by addition of arabinose.What is an expression vector ? 1. AraC and control of the araBAD operon by anti-activationaraC表達(dá)受到AraC的自身調(diào)控。AraC既是ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白（需cAMP-CRP的共同參與，起始轉(zhuǎn)錄），又是其負(fù)調(diào)節(jié)蛋白。這種雙重功能是通過AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來實現(xiàn)的（Pi和Pr)。ara操縱子的調(diào)控有兩個特點當(dāng)細(xì)菌DNA遭到破壞時，細(xì)菌會啟動SOS的誘導(dǎo)型DNA修復(fù)系統(tǒng)，參與SOS DNA修復(fù)系統(tǒng)的基因受LexA阻遏蛋白的抑制。當(dāng)DNA嚴(yán)重受損時，DNA復(fù)制被中斷，單鏈DNA缺口數(shù)量增加，RecA蛋白與缺口處單鏈DNA相結(jié)合，被激活成為蛋白酶，將LexA蛋白切割為沒有阻遏和操縱區(qū)DNA結(jié)合活性的兩個片段，導(dǎo)致SOS體系高效表達(dá)，DNA得到修復(fù)。5.4.3 阻遏蛋白LexA的降解與細(xì)菌中的SOS應(yīng)答SOS反應(yīng)的機(jī)理：由RecA蛋白和LexA阻遏物的相互作用引起的。LexA阻遏物：是SOS DNA修復(fù)系統(tǒng)所有基因的阻遏物。RecA蛋白：