阿拉伯糖操縱子課件

阿拉伯糖操縱子

在大腸桿菌中阿拉伯糖的降解需要3個(gè)基因：araB、araA和araD，它們形成一個(gè)基因簇，簡(jiǎn)寫(xiě)為araBAD

E.Coli的ara操縱子（arabinoseoperon）中的araB基因、araA基因和araD基因分別編碼阿拉伯糖代謝需要的三種酶：

核酮糖激酶（ribulosekinase），阿拉伯糖異構(gòu)酶（arabinoseisomerase）核酮糖-5-磷酸差向異構(gòu)酶（ribulose-5-phosphateeimerase）。三個(gè)基因的表達(dá)受到ara操縱子中第4個(gè)基因araC產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄因子AraC的調(diào)控。

ara操縱子的調(diào)控有三個(gè)特點(diǎn)：第一，araC表達(dá)受到AraC的自動(dòng)調(diào)控。第二，AraC既可充當(dāng)阻遏物，也可作為激活劑。第三，AraC與CAP結(jié)合可充分誘導(dǎo)ara操縱子。

AraC蛋白作為PBAD活性正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的雙重功能是通過(guò)該蛋白的兩種異構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Pr是起阻遏作用的形式，可以與現(xiàn)在尚未鑒定的類(lèi)操縱區(qū)位點(diǎn)相結(jié)合，而Pi是起誘導(dǎo)作用的形式，它通過(guò)與PBAD啟動(dòng)子結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)。在沒(méi)有阿拉伯糖時(shí)，Pr形式占優(yōu)勢(shì)；一旦有阿拉伯糖存在，它就能夠與AraC蛋白結(jié)合，使平衡趨向于Pi形式。這樣，阿拉伯糖的誘導(dǎo)作用就可以解釋為阿拉伯糖與Pr的結(jié)合，使Pr離開(kāi)它的結(jié)合位點(diǎn)，然后，產(chǎn)生大量的Pi，并與啟動(dòng)子結(jié)合。araC的表達(dá)受到自身產(chǎn)物AraC的自動(dòng)調(diào)控。當(dāng)沒(méi)有阿拉伯糖時(shí)，AraC起著一個(gè)轉(zhuǎn)錄阻遏物的作用。細(xì)胞中AraC蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)水平的測(cè)量表明，阻遏araC轉(zhuǎn)錄大約需要40個(gè)AraC。因此當(dāng)AraC蛋白水平低時(shí)（就是說(shuō)在細(xì)胞剛分裂之后），araC將表達(dá)直至存在足夠的AraC去阻遏它的轉(zhuǎn)錄。

阿拉伯糖作為E.Coli的碳源，可以誘導(dǎo)ara操縱子的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)細(xì)胞中葡萄糖水平高（導(dǎo)致cAMP處于低濃度）和阿拉伯糖水平低時(shí)，AraC阻遏araB，araA，araD的轉(zhuǎn)錄。

然而當(dāng)阿拉伯糖水平高，而葡萄糖水平低（cAMP高）時(shí)，CAP-cAMP復(fù)合物能夠與ara操縱子中的CAP結(jié)合部位結(jié)合，使DNA突環(huán)打開(kāi)。

當(dāng)由于araBAD編碼的蛋白質(zhì)的代謝使得阿拉伯糖水平下降時(shí)，AraC又轉(zhuǎn)換成一個(gè)阻遏物，同時(shí)araBAD轉(zhuǎn)錄減少，此時(shí)盡管CAP-cAMP復(fù)合物仍然存在于細(xì)胞中。有趣的是，當(dāng)葡萄糖和阿拉伯糖都很豐富時(shí)，ara操縱子被阻遏，但阻遏的道理現(xiàn)在還不完全清楚，但這個(gè)結(jié)果表明araBAD誘導(dǎo)與AraC-阿拉伯糖和CAP-cAMP復(fù)合物都有關(guān)。

WhenthearaCproteinisboundtotheoperatoraraO1,transcriptionfromPCisprevented.Whenarabinoselevelsarelow,theAraCproteinactsasarepressorandbindstotwooperatorsites,araO1andaraO2,aswellastoaraI.BindingtoaraO1inhibitstranscriptionofthearaCgeneitself.Thus,araCisautoregulatedatthelevelofitsowntranscription.AraCmoleculesboundtoaraO2andaraIinteractwitheachothertoformaDNAloop.ThisstructurecausesrepressionoftranscriptionofthearaBADgenes.

ArabinoseOperon

1.CoordinatedexpressionofArabinoseIsomerase,ribulokinase,andanepimeraseinresponsetoarabinose"diet"inE.Coliinabsenceofglucose.(AraA,AraB,AraD).

2.AraCcodesforaprotein(C-protein)whichmediatesrepressionofBADexpressionbybindingtoAraO2.

3.C-ProteinalsorepressesitsownsynthesisatlowconcentrationsofcAMPandrepressesBADexpressionunlessarabinoseispresent.

a.C-Proteinfootprintatthreesites(AraO1,AraO2,andAraI)-inabsenceofaribinoseandpresenceofglucose(lowcAMP).

4.HowevergeneticallybothAraIandAraO2neededtoinhibitBADexpression-proposedthatAraCproteinbindssimultaneouslytoAraIandAraO2.

TheArabino