乳糖操纵子的模型

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1、基因调控——乳糖操纵子模型制作人:周晓玲大肠杆菌生理现象-“双峰生长现象”大肠杆菌在同时含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，首先利用葡萄糖，葡萄糖用完后才开始利用乳糖。其生长曲线可明显地分为3个部分：a）首先是一个上升期，是利用葡萄糖的时期；b）随后出现一个短时间的停顿期，曲线呈现平坦；c）最后出现第二个上升期，是利用乳糖的时期。现象机理？？“一基因一酶”学说在基因的控制下，细菌早已合成了无活性的乳糖代谢特异酶——β-半乳糖苷酶的前体；培养基中加入的乳糖与该前体；培养基中加入的乳糖与该前体结合后，将它转变成有活性的β-半乳糖苷

2、酶；莫诺随着研究的深入，莫诺发现，在培养基中加入乳糖后，β-半乳糖苷酶是从头合成的额，并没有预先存在的前体。莫诺终于放弃了“酶的适应作用”的概念，而代之以“酶的诱导作用”，即如糖代谢所需的酶是诱导产生的。因为在基因表达调控研究方面的巨大突破，雅各布和诺莫经过经过近5年的努力，雅各布和莫诺在1961年6月发表了题为“蛋白质合成的遗传调节机制”的论文，提出了乳糖操纵子的模型。启动子：启动子是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。操纵子至少有1个启动子,一般在第二个结构基因5’侧上游,控制整个结构基因群的转录

3、。操纵基因：是指能被调控蛋白特异性结合的一段DNA序列。操纵基因常与启动子邻近或与启动子序列重叠,当调控蛋白结合在操纵基因序列上,会影响其下游基因转录的强弱。调控基因：是编码能与操纵序列结合的调控蛋白的基因。终止子：是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。在1个操纵子中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一个终止子。乳糖操纵子：在细菌的染色体上，与乳糖代谢有关的3个基因Z、Y、A的DNA序列紧密联结在一起，共同受到它们前面一段“操纵者区”（简称O区）的DNA序列的控制。离操纵子稍远处有一个I基因，它的产物是一种阻抑蛋白，

4、能与O区结合，从而阻抑Z、Y、A三个基因的表达。乳糖则能与这种阻抑蛋白结合，使之失去抑制作用，从而使与乳糖代谢有关的基因得以表达，因而造成酶的诱导。乳糖操纵子调节方式之一——负控制乳糖的诱导作用实际上是“脱阻抑作用”。决定阻抑蛋白的I基因被称为乳糖操纵子的“调节基因”。这个体系的要点是“阻抑”“脱阻抑”，所以叫做“负控制”。结构模式图a）在培养基没有乳糖存在的情况下，阻抑蛋白表达后直接结合在操纵者区（O区）阻止了RNA聚合酶与启动子的结合，从而与乳糖代谢的相关酶基因无法表达。结构模式图b）培养基中存在乳糖时，阻抑蛋白表达后与

5、乳糖分子结合，无法继续结合O区，RNA聚合酶与启动子结合，与乳糖代谢的相关酶基因微量表达。乳糖操纵子调节方式之一——正控制乳糖操纵子的转录和细胞内环腺苷酸（cAMP）的含量有很大关系。cAMP含量愈高，乳糖操纵子的转录愈旺盛。这就是“正控制”。结构模式图c）培养基中的葡萄糖中的葡萄糖耗尽，cAMP的阻抑被解除，cAMP与“分解代谢物基因激活蛋白”（CAP）形成复合体结合于启动子区，促进了RNA的转录，从而与乳糖代谢的相关酶基因大量表达，大肠杆菌开始利用乳糖生长。分析双峰生长曲线a）乳糖操纵子的正控制体系由于葡萄糖的存在而处于

6、阻抑状态，当然负控制体系也处于阻抑状态。b）葡萄糖耗尽，出现一个短时间的停顿期。c）乳糖操纵子的负控制体系由于乳糖的被利用而脱阻抑，正控制体系则由于葡萄糖的耗尽而被诱导。乳糖操纵子模型的发现与发展从1940年发现双峰生长曲线，到1961年提出乳糖操纵子模型，原核生物的基因调控研究才取得了实质性的突破。过了5年才分离到阻抑蛋白。1975年乳糖操纵子模型达到经典的水平，但还有许多细节不清楚。1988年才知道除了最初那个“操纵者区”（O区）之外，还有两个O区。到1990年，阻抑蛋白的变构才得到结晶学的证明。凡此种种都说明，甚至作为

7、基因调控研究开端的乳糖操纵子都还有深入研究的空间。谢谢观看谢谢大家