色氨酸操縱子分析實用教案

1、1一、色氨酸操縱子的結構 調控基因(jyn) 結構基因(jyn) 催化從分支酸到合成色氨酸所需的酶trpRtrp第1頁/共23頁第一頁，共23頁。2第2頁/共23頁第二頁，共23頁。3乳糖(r tn)操縱子的基本結構與調控原理第3頁/共23頁第三頁，共23頁。4 特點特點: : (1) trpR (1) trpR和和trpABCDEtrpABCDE不連鎖；不連鎖； (2) (2) 操縱基因（操作子）和啟動子部分重疊操縱基因（操作子）和啟動子部分重疊 (3) (3) 有衰減子有衰減子(attenuator)/(attenuator)/弱化子弱化子 (4) (4) 啟動子和結構基因不直接相連，二者

2、被啟動子和結構基因不直接相連，二者被 前導序列前導序列(xli)(Leader)(xli)(Leader)所隔開所隔開 第4頁/共23頁第四頁，共23頁。5 trpR trpP trpO trpE trpD trpC trpB trpA 蛋白 TrpR(無活性) 活化的 阻遏蛋白 阻遏物 (Trp) 圖 16-27 TrpR 被 Trp 激活后可阻遏trp 操縱子的轉錄 (仿 B.Lewin:GENES，1990, Fig .13.16) 第5頁/共23頁第五頁，共23頁。6Trp Trp 高時高時 Trp 低時低時 mRNA OPtrpR調節(jié)調節(jié)(tioj(tioji)i)區(qū)區(qū) 結構結構(j

3、igu)(jigu)基因基因 RNA RNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 色氨酸的調節(jié)(tioji)(tioji)轉錄衰減色氨酸操縱子色氨酸操縱子第6頁/共23頁第六頁，共23頁。7三、trp 操縱子的弱化(ru hu)機制衰減子（衰減子（attenuatorattenuator）/ /弱化子弱化子前導前導(qindo)(qindo)序列（序列（leader sequenceleader sequence）第7頁/共23頁第七頁，共23頁。81 1、衰減子、衰減子/ /弱化弱化(ru hu)(ru hu)子：子：DNADNA中可導致轉錄過中可導致轉錄過早終止的一段核甘酸序列（早終止

4、的一段核甘酸序列（123-150123-150區(qū)）。區(qū)）。123150第8頁/共23頁第八頁，共23頁。9 研究引起終止研究引起終止(zhngzh)(zhngzh)的的mRNAmRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNAmRNA通通過自我配對可以形成莖過自我配對可以形成莖- -環(huán)結構，有典型的終止環(huán)結構，有典型的終止(zhngzh)(zhngzh)子子特點。特點。第9頁/共23頁第九頁，共23頁。10第10頁/共23頁第十頁，共23頁。112、前導序列：在trp mRNA5端trpE基因的起始密碼(m m) 前一個長162bp的mRNA片段。第11頁/共23頁第十一頁，共23頁。12第

5、12頁/共23頁第十二頁，共23頁。13UUUUUUUU調節(jié)區(qū)調節(jié)區(qū) 結構基因結構基因 trpROP前導前導(qind(qindo)o)序列序列 衰減子區(qū)域衰減子區(qū)域 UUUU前導前導mRNA1234衰減子結構衰減子結構 第第1010、1111密碼子為密碼子為trptrp密碼子密碼子 終止密碼子終止密碼子 14aa14aa前導前導(qindo)(qindo)肽肽編碼區(qū)編碼區(qū): : 包含包含(bohn)(bohn)序序列列1 1 形成發(fā)夾結構能力強弱：形成發(fā)夾結構能力強弱： 序列序列1/21/2 序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密碼子密碼子 UUUU122334第13頁/共2

6、3頁第十三頁，共23頁。14UUUU34UUUU 334核糖體核糖體 前導前導(qind(qindo)o)肽肽 前導前導(qindo)mRNA1. 1.當色氨酸濃度當色氨酸濃度(nngd)(nngd)高時高時 轉錄衰減機制轉錄衰減機制 125 trp 密碼子密碼子 衰減子結構衰減子結構就是終止子就是終止子可使轉錄可使轉錄前導前導DNA UUUU 3 RNA RNA聚合酶聚合酶 終止終止第14頁/共23頁第十四頁，共23頁。15UUUU342423UUUU核糖體核糖體 前導前導(qind(qindo)o)肽肽 前導前導(qindo)mRNA 15 trp 密碼子密碼子 結構基因結構基因前導前導D

7、NA RNA RNA聚合酶聚合酶 2. 2.當色氨酸濃度當色氨酸濃度(nngd)(nngd)低時低時 Trp合成酶系相關合成酶系相關結構基因被轉錄結構基因被轉錄 序列序列3 3、4 4不能不能形成衰減子結構形成衰減子結構 第15頁/共23頁第十五頁，共23頁。16Low TrpHigh Trp第16頁/共23頁第十六頁，共23頁。17弱化(ru hu)機制第17頁/共23頁第十七頁，共23頁。18 高高TrpTrp時：時： Trp-tRNATrp Trp-tRNATrp 存在存在 核糖體通過片段核糖體通過片段(pin dun)1(2(pin dun)1(2個個TrpTrp密碼子密碼子) ) 封

8、閉片段封閉片段(pin dun)2(pin dun)2 片段片段(pin dun)3(pin dun)3，4 4形成形成發(fā)夾結構發(fā)夾結構 類似于不依賴類似于不依賴因子的轉錄終止序列因子的轉錄終止序列 RNA RNA聚合酶停止轉錄聚合酶停止轉錄, ,產生衰減子轉錄產產生衰減子轉錄產物物第18頁/共23頁第十八頁，共23頁。19 低低TrpTrp時：時： Trp-tRNATrp Trp-tRNATrp 沒有供應沒有供應 核糖體翻譯停止核糖體翻譯停止(tngzh)(tngzh)在在片段片段1 1 （2 2個個TrpTrp密碼子）密碼子） 片段片段2 2，3 3 形成發(fā)夾結構形成發(fā)夾結構 轉錄不終止轉

9、錄不終止 RNA RNA聚合酶繼續(xù)轉錄聚合酶繼續(xù)轉錄第19頁/共23頁第十九頁，共23頁。20 細菌通過弱化細菌通過弱化(ru hu)(ru hu)作用彌補阻遏作用的不足，作用彌補阻遏作用的不足，因為阻遏作用只能使轉錄不起始，對于已經起始的轉因為阻遏作用只能使轉錄不起始，對于已經起始的轉錄，只能通過弱化錄，只能通過弱化(ru hu)(ru hu)作用使之中途停下來。作用使之中途停下來。阻遏作用的信號是細胞內色氨酸的多少；弱化阻遏作用的信號是細胞內色氨酸的多少；弱化(ru (ru hu)hu)作用的信號則是細胞內載有色氨酸的作用的信號則是細胞內載有色氨酸的tRNAtRNA的多少。的多少。它通過前導肽的翻譯來控制轉錄的進行，在細菌細胞它通過前導肽的翻譯來控制轉錄的進行，在細菌細胞內這兩種作用相輔相成，體現(xiàn)著生物體內周密的調控內這兩種作用相輔相成，體現(xiàn)著生物體內周密的調控作用。作用。第20頁/共23頁第二十頁，共23頁。21色氨酸操縱子的調控(dio kn)機制 阻遏調控 弱化（衰減調控） 前導序列L含有四段特殊序列，序列1前有一段前導肽。其10-11位是連續(xù)的色氨酸； 序列2-3或3-4可形成莖環(huán)結構，3-4之間的莖環(huán)結構是一個轉錄終止子結構（衰減子） Trp缺乏時，核糖體的翻譯停滯在11-12位色氨酸密碼處，序列2-3形成莖環(huán)結