色氨酸操縱子與負控阻遏系統

色氨酸操縱子(tryptophane operon)負責色氨酸的生物合成,當培養基中有足夠的色氨酸時,這個操縱子自動關閉,缺乏色氨酸時操縱子被打開,trp基因表達,色氨酸或與其代謝有關的某種物質在阻遏過程(而不是誘導過程)中起作用。由於trp體系參與生物合成而不是降解,它不受葡萄糖或cAMP-CAP的調控。


1.色氨酸操縱子(trp operon)

結構特點: E.coli的色氨酸操縱子有五個結構基因E、D、C、B、A基因編碼三種酶,用於合成色氨酸,上游調控區由啟動子(P)和操縱基因(O)組成調節基因R:編碼阻遏蛋白。

2.色氨酸操縱子的阻遏系統

色氨酸操縱子中的操縱基因和衰減子可以起雙重負調節作用。衰減子可能比操縱基因更靈敏, 只要色氨酸一增多,即使不足以誘導阻遏蛋白結合操縱基因,就足可以使大量的mRNA提前終止。反之,當色氨酸減少時,即使失去了誘導阻遏蛋白的阻遏作用,但只要還可以維持前導肽的合成,仍繼續阻止轉錄。這樣可以保證細菌對色氨酸的充分利用。防止堆積。

3.色氨酸操縱子與lac操縱子的不同

Lac操縱子負責營養碳源的分解,平時關閉,只有當需要消耗乳糖時,才通過誘導物使阻遏蛋白失活而開放,是可誘導的負調控基因;另外還存在CAP的正調控trp操縱子負責Trp的合成,平時開放,調節基因的產物使其關閉,是可阻遏的負調控;另外還存在翻譯與轉錄耦聯的衰減子調控手段。

4.弱化子

在trp mRNA 5' 端trpE基因的起始密碼前有一個長162bp的mRNA片段被稱為前導區,其中123~150位鹼基序列如果缺失,trp基因表達可提高6-10倍,而且無論是在阻遏細胞內還是在永久性突變的細胞內都是這樣。當mRNA合成起始以後,除非培養基中完全沒有色氨酸,轉錄總是在這個區域終止,產生一個僅有140個核苷酸的RNA分子,終止trp基因轉錄,這就是123~150區序列缺失會提高trp基因表達的原因。因為轉錄終止發生在這一區域,並且這種終止是被調節的,這個區域就被稱為弱化子。

5.前導肽

實驗表明衰減作用需要負載tRNATrp參與,這意味著前導序列的某些部分被翻譯了。分析前導序列發現,它包括起始密碼子AUG和終止密碼子UGA;如果翻譯起始於AUG,應該產生一個含有14個胺基酸的多肽。這個假設的多肽(還未實際觀察到)被稱為前導肽。前導序列:在trpmRNA5'端trpE基因的起始密碼前一個長162bp的mRNA片段

6.前導序列的5個特點

①某些區段富含GC,GC之間容易形成莖環二級結構,接著有8個U構成一個不依賴於ρ因子的終止信號;②由(1)和(2)區序列構成第二個髮夾結構,其中(1)區處於14個胺基酸的前導肽序列中;③(2)和(3)區互補,可以形成髮夾結構,與(3)和(4)形成髮夾結構競爭;④14個胺基酸前導肽中有5個核糖體強結合位點,之後還有一個UGA;⑤前導序列中並列2個色氨酸密碼

7.轉錄弱化作用原理

轉錄的弱化理論:mRNA轉錄的終止是通過前導肽基因的翻譯來調節的。在前導肽中有兩個相鄰的色氨酸密碼子,所以前導肽的翻譯對tRNATrp的濃度敏感。

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