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14.12:

操纵子

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生物学
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在原核细胞中,操纵子 是一组基因序列, 其中含有调控元件和 几个蛋白质编码基因, 这些基因是转录在一起的结构基因。 最好的研究案例之一 是细菌中的lac操纵子, 它包含三个基因, lac-Z,lac-Y和lac-A, 它们是乳糖代谢 所需要的酶, 以及启动子、操纵子 和调节lac基因 呈现的终止子序列。 通常,当葡萄糖浓度较丰富时, lac阻遏蛋白与操作子 紧密结合并通过 阻断RNA聚合酶与 启动子的结合 来阻止lac基因的转化。 lac阻遏蛋白是组成型呈现的, 意味着含有它的基因 默认开启。 当葡萄糖浓度非常低时, 细胞将使用乳糖作为能量来源。 一旦存在于细胞内, 一些乳糖被转化为 改良形式,称为allolactose, 它被称为lac操纵子的诱导物, 因为它结合并抑制阻遏物, 引发lac基因的显现。 另外,在低葡萄糖水平的情况下, 信号分子环 AMP的量增加并与 分解代谢物活化蛋白或CAP结合。 它们一起结合 大约在启动子上游的调节序列, 并帮助募集RNA聚合酶 以显着增加转变。 在转化期间,当聚合酶 到达终止子序列时, 产生并释放单个mRNA链。 从这个mRNA中,转变处理了 乳糖所必需的三种蛋白质。

14.12:

操纵子

原核生物可通过操纵子控制基因表达。它们由调控元件和成簇的,功能相关的蛋白质编码基因组成的DNA序列。操纵子使用单个启动子序列来启动基因簇(即一组结构基因)转录成单个mRNA分子。终止子序列结束转录。位于启动子和结构基因之间的操纵基因序列,如果被阻遏蛋白结合,则禁止操纵子的转录活性。总而言之,启动子、操纵子、结构基因和终止子构成了操纵子的核心。

操纵子通常是可诱导的或可抑制的。可诱导的操纵子,如细菌 lac 操纵子,通常是“关闭”的,但在一种称为诱导剂的小分子(如乳糖)存在下会“打开”。当葡萄糖不存在,但乳糖存在时,异乳糖结合并灭活 lac 操纵子阻遏物,允许操纵子产生负责乳糖代谢的酶。

可抑制的操作,如细菌的trp操作,通常是“开”的,但在一种叫做共加压素的小分子(如色氨酸)存在下会“关”的。当必需氨基酸色氨酸含量丰富时,色氨酸结合并激活抑制因子,阻止操纵子产生合成所需的酶。

操纵子也可以是构成性的(即持续的)活跃的。例如,细菌核糖体RNA(rRNA)的操作总是“开”的,因为翻译经常需要rRNA。

其它调控因素也有助于操纵子的协调基因表达。调控基因编码转录激活物或阻遏蛋白。例如, lacI 和 trpR基因为其各自的操纵子抑制子编码。其它调控序列,如 lac操纵子的分解代谢激活蛋白(CAP)结合位点,为其它激活物或抑制物提供结合位点。例如,当葡萄糖含量较低时,信号分子(即环腺苷酸)激活CAP,使其结合CAP位点, 吸收RNA聚合酶,并启动lac操纵子转录。

Suggested Reading

Osbourn, Anne E., and Ben Field. "Operons." Cellular and Molecular Life Sciences 66, no. 23 (2009): 3755-3775. [Source]