色氨酸操纵子.docx

色氨酸操纵子 色氨酸是构成蛋白质的组分，一般的环境难以给细菌提供足够的色氨酸，细菌要生存繁殖通常需要自己经过许多步骤合成色氨酸，但是一旦环境能够提供色氨酸时，细菌就会充分利用外界的色氨酸、减少或停止合成色氨酸，以减轻自己的负担。细菌这种对色氨酸利用的调节是通过色氨酸操纵子（ trp operon ） 来实现的。 一、色氨酸操纵子的结构与阻遏蛋白的负性调控 色氨酸操纵子的结构与乳糖操纵子相似，结构基因由合成色氨酸所需要酶类的基因 E、D、C、B、A 等头尾相接串连排列组成， 结构基因上游为启动子 P trp 和操纵序列 O， 不过其调控基因 trpR 的位置远离 P-O- 结构基因群， 在其自身的启动子作用下， 以组成性方式低水平表达其编码分子量为47KD 的调控蛋白 R。 点击后看大图 色氨酸操纵子是属于一种负性调控的、可阻遏的操纵子。以组成性方式低水 平表达的阻遏蛋白 R 并不具有与 O 结合的活性， 只有当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R 与色氨酸结合后构象变化，才能够与 操纵序列 O 特异性亲和结合， 阻遏结构基因的转录。因此这类操纵子通常是开放转录的，有效应物（ 色氨酸为阻遏剂） 作用时则关闭转录。细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类型， 其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。 二、衰减子及其作用 实验观察表明：当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活化 R 使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。仔细研究发现这种调控现象受转录衰减（ attenuation) 机制的调节。 在色氨酸操纵子 Ptrp -O 与第一个结构基因 trpE 之间有 一段162bp 的前导序列构成衰减子区域（ attenuator region) ， 研究证明当色氨酸有一定浓度时， RNA 聚合酶的转录会终止在这里。这段序列能够编码14 个氨基酸的短肽， 其中有2个色氨酸相连，在此编码区前有核糖体识别结合位点（ RBS ）序列，提示这段短序列在转录后是能被翻译的。在衰减子区域的后半段有4个反向重复序列1、2、3、 4 ， 在 被 转 录 生 成 mRNA 后 它 们 两 两 能 够 形 成 3 个 发 夹 式 结 构 （ hairpin structure)(1-2 、2-3 、3-4 ），但 由于序列2、3的重复使用，所以同时最多只能够形成两个发夹式结构；如果序列1、2形成发夹结构，那么序列2、3就不能形成发夹 结构， 有利于序列3、4生成发夹结构；由于序列4后面紧跟一串 A（ 转录成 RNA 就是一串 U），所以由3、4形成的发夹结构实际上是一个终止 结构，如果转录成 mRNA 时这个发夹结构形成，就能使 RNA 聚合酶停止转录而从 mRNA 上脱离下来。三种不同情况下形成的发夹结构见图。 点击后看大图 点击后看大图 点击后看大图点击后看大图 点击后看大图 点击后看大图 当色氨酸的浓度较高或很高时，核糖体能够很快的通过序列1，并封闭序列2， 这种与转录偶联的过程导致序列3、4形成一个不依赖 ρ 因子的转录终止结构—— 衰减子（ attenuator) ，使得前方的 RNA 聚合酶脱落，转录终止。当色氨酸缺乏时， 没有色氨酰-tRNA 提供，核糖体的翻译停止在序列1和2的色氨酸密码子前，序列 2、3得以形成发夹式结构，阻止序列3、4形成衰减子结构， RNA 转录继续进行。因此转录衰减的实质是转录与一个前导肽翻译过程的偶联，它是原核生物特有的 基因调控机制。 由此可见，先导序列起到随色氨酸浓度升高降低转录的作用。在色氨酸操纵 由此可见，先导序列起到随色氨酸浓度升高降低转录的作用。在色氨酸操纵 子中，对结构基因的转录阻遏蛋白的负调控起到粗调的作用，而衰减子起到细调 的作用。细菌其他氨基酸合成系统的许多操纵子（ 如组氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸等操纵子） 中也有类似的衰减子存在。