乳糖操縱子的模型課件

基因調(diào)控——

乳糖操縱子模型制作人:周曉玲基因調(diào)控——

乳糖操縱子1大腸桿菌生理現(xiàn)象-“雙峰生長(zhǎng)現(xiàn)象”

大腸桿菌在同時(shí)含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，首先利用葡萄糖，葡萄糖用完后才開始利用乳糖。其生長(zhǎng)曲線可明顯地分為3個(gè)部分：a）首先是一個(gè)上升期，是利用葡萄糖的時(shí)期；b）隨后出現(xiàn)一個(gè)短時(shí)間的停頓期，曲線呈現(xiàn)平坦；c）最后出現(xiàn)第二個(gè)上升期，是利用乳糖的時(shí)期。大腸桿菌生理現(xiàn)象-“雙峰生長(zhǎng)現(xiàn)象”大腸桿菌在同時(shí)含有葡萄糖2現(xiàn)象機(jī)理？？“一基因一酶”學(xué)說(shuō)在基因的控制下，細(xì)菌早已合成了無(wú)活性的乳糖代謝特異酶——β-半乳糖苷酶的前體；培養(yǎng)基中加入的乳糖與該前體；培養(yǎng)基中加入的乳糖與該前體結(jié)合后，將它轉(zhuǎn)變成有活性的β-半乳糖苷酶；莫諾現(xiàn)象機(jī)理？？“一基因一酶”學(xué)說(shuō)在基因的控制下，細(xì)菌早已合3隨著研究的深入，莫諾發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中加入乳糖后，β-半乳糖苷酶是從頭合成的額，并沒有預(yù)先存在的前體。莫諾終于放棄了“酶的適應(yīng)作用”的概念，而代之以“酶的誘導(dǎo)作用”，即如糖代謝所需的酶是誘導(dǎo)產(chǎn)生的。隨著研究的深入，莫諾發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中加入乳糖后，β-半乳4因?yàn)樵诨虮磉_(dá)調(diào)控研究方面的巨大突破，雅各布和諾莫經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)近5年的努力，雅各布和莫諾在1961年6月發(fā)表了題為“蛋白質(zhì)合成的遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制”的論文，提出了乳糖操縱子的模型。因?yàn)樵诨虮磉_(dá)調(diào)控研究方面的巨大突破，雅各布和諾莫經(jīng)過(guò)經(jīng)5啟動(dòng)子：?jiǎn)?dòng)子是指能被RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。操縱子至少有1個(gè)啟動(dòng)子,一般在第二個(gè)結(jié)構(gòu)基因5’側(cè)上游,控制整個(gè)結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。操縱基因：是指能被調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段DNA序列。操縱基因常與啟動(dòng)子鄰近或與啟動(dòng)子序列重疊,當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在操縱基因序列上,會(huì)影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)弱。調(diào)控基因：是編碼能與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因。終止子：是給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列。在1個(gè)操縱子中至少在結(jié)構(gòu)基因群最后一個(gè)基因的后面有一個(gè)終止子。啟動(dòng)子：?jiǎn)?dòng)子是指能被RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的6乳糖操縱子：在細(xì)菌的染色體上，與乳糖代謝有關(guān)的3個(gè)基因Z、Y、A的DNA序列緊密聯(lián)結(jié)在一起，共同受到它們前面一段“操縱者區(qū)”（簡(jiǎn)稱O區(qū)）的DNA序列的控制。離操縱子稍遠(yuǎn)處有一個(gè)I基因，它的產(chǎn)物是一種阻抑蛋白，能與O區(qū)結(jié)合，從而阻抑Z、Y、A三個(gè)基因的表達(dá)。乳糖則能與這種阻抑蛋白結(jié)合，使之失去抑制作用，從而使與乳糖代謝有關(guān)的基因得以表達(dá)，因而造成酶的誘導(dǎo)。乳糖操縱子：在細(xì)菌的染色體上，與乳糖代謝有關(guān)的3個(gè)基因Z、Y7乳糖操縱子調(diào)節(jié)方式之一

——負(fù)控制乳糖的誘導(dǎo)作用實(shí)際上是“脫阻抑作用”。決定阻抑蛋白的I基因被稱為乳糖操縱子的“調(diào)節(jié)基因”。這個(gè)體系的要點(diǎn)是“阻抑”“脫阻抑”，所以叫做“負(fù)控制”。乳糖操縱子調(diào)節(jié)方式之一——負(fù)控制乳糖的誘導(dǎo)作用實(shí)際上是“8結(jié)構(gòu)模式圖a）在培養(yǎng)基沒有乳糖存在的情況下，阻抑蛋白表達(dá)后直接結(jié)合在操縱者區(qū)（O區(qū)）阻止了RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而與乳糖代謝的相關(guān)酶基因無(wú)法表達(dá)。結(jié)構(gòu)模式圖a）在培養(yǎng)基沒有乳糖存在的情況下，阻抑蛋白表達(dá)9結(jié)構(gòu)模式圖b）培養(yǎng)基中存在乳糖時(shí)，阻抑蛋白表達(dá)后與乳糖分子結(jié)合，無(wú)法繼續(xù)結(jié)合O區(qū)，RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合，與乳糖代謝的相關(guān)酶基因微量表達(dá)。結(jié)構(gòu)模式圖b）培養(yǎng)基中存在乳糖時(shí)，阻抑蛋白表達(dá)后與乳糖分10乳糖操縱子調(diào)節(jié)方式之一

——正控制乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞內(nèi)環(huán)腺苷酸（cAMP）的含量有很大關(guān)系。cAMP含量愈高，乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄愈旺盛。這就是“正控制”。乳糖操縱子調(diào)節(jié)方式之一——正控制乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞內(nèi)11結(jié)構(gòu)模式圖c）培養(yǎng)基中的葡萄糖中的葡萄糖耗盡，cAMP的阻抑被解除，cAMP與“分解代謝物基因激活蛋白”（CAP）形成復(fù)合體結(jié)合于啟動(dòng)子區(qū)，促進(jìn)了RNA的轉(zhuǎn)錄，從而與乳糖代謝的相關(guān)酶基因大量表達(dá)，大腸桿菌開始利用乳糖生長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)模式圖c）培養(yǎng)基中的葡萄糖中的葡萄糖耗盡，cAMP的12分析雙峰生長(zhǎng)曲線a）乳糖操縱子的正控制體系由于葡萄糖的存在而處于阻抑狀態(tài)，當(dāng)然負(fù)控制體系也處于阻抑狀態(tài)。b）葡萄糖耗盡，出現(xiàn)一個(gè)短時(shí)間的停頓期。c）乳糖操縱子的負(fù)控制體系由于乳糖的被利用而脫阻抑，正控制體系則由于葡萄糖的耗盡而被誘導(dǎo)。分析雙峰生長(zhǎng)曲線a）乳糖操縱子的正控制體系由于葡萄糖的存在而13乳糖操縱子模型的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展從1940年發(fā)現(xiàn)雙峰生長(zhǎng)曲線，到1961年提出乳糖操縱子模型，原核生物的基因調(diào)控研究才取得了實(shí)質(zhì)性的突破。過(guò)了5年才分離到阻抑蛋白。1975年乳糖操縱子模型達(dá)到經(jīng)典的水平，但還有許多細(xì)節(jié)不清楚。1988年才知道除了最初那個(gè)“操縱者區(qū)”（O區(qū)）之外，還有兩個(gè)O區(qū)