原核基因的表達

原核基因的表達與調(diào)控

ZP230

引言

原核生物和單細胞真核生物沒有核膜和明顯的核結(jié)構(gòu)，直接暴露在變幻莫測的環(huán)境中，本身既無足夠的能源儲備，又無高等植物那種制造有機物的本領(lǐng)，食物供應(yīng)毫無保障，只有能根據(jù)環(huán)境條件的改變合成各種不同的蛋白質(zhì)，使代謝過程適應(yīng)環(huán)境的變化，才能維持自身的生存和繁衍。它有一套準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)基因表達和蛋白質(zhì)合成的機制。

如果每個基因等同翻譯，每一個多肽應(yīng)有相同的拷貝數(shù)。結(jié)論是否定的，基因的表達是被控制的。有些蛋白質(zhì)的數(shù)目相當(dāng)固定，另一些則變化很大；50種核糖體蛋白數(shù)量十分穩(wěn)定。糖酵解體系的酶數(shù)目也極恒定。DNA聚合酶、RNA聚合酶等代謝過程中十分必需的酶或蛋白質(zhì)（組成型或永久型合成合成蛋白）的合成速率不受環(huán)境變化或代謝狀態(tài)的影響。而另一種類型則被稱為適應(yīng)型或調(diào)節(jié)型(adaptiveorregulated)，這類蛋白質(zhì)的合成速率明顯地受環(huán)境的影響而改變。例如，一般情況下，一個大腸桿菌細胞中只有15個分子的β-半乳糖苷酶，但若將細胞培養(yǎng)在只含乳糖的培養(yǎng)基中，每個細胞中這個酶的量可高達幾萬個分子。其他參與糖代謝的酶，氨基酸、核苷酸合成系統(tǒng)的酶類，其合成速度和總量都隨培養(yǎng)條件的變化而改變。細菌必須迅速合成自身需要的蛋白質(zhì)、核酸和其它生物大分子，而同時又能迅速停止合成和降解那些不再需要的成分。原核生物的細胞結(jié)構(gòu)以及基因表達的調(diào)控方式都是與這些要求相適應(yīng)的。

7.1原核基因表達調(diào)控總論

基因表達(geneexpression)：是指儲存遺傳信息的基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生有生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)的整個過程。即從DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA再翻譯為蛋白質(zhì)的過程?；蛘{(diào)控是現(xiàn)階段分子生物學(xué)研究的中心課題。要了解動、植物生長發(fā)育的規(guī)律、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)功能，就必須弄清楚基因表達調(diào)控的時間和空間概念。

基因表達調(diào)控(generegulation)：

對從DNA到mRNA再到蛋白質(zhì)這個過程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達調(diào)控。原核細胞基因的表達調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進行。生物基因組的遺傳信息并不是同時全部都表達出來的，大腸桿菌基因組含有約4000個基因，一般情況下只有5－10%在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其它基因有的處于較低水平的表達，有的就暫時不表達。不同組織細胞中不僅表達的基因數(shù)量不相同，而且基因表達的強度和種類也各不相同，這就是基因表達的組織特異性。例如肝細胞中涉及編碼鳥氨酸循環(huán)酶類的基因表達水平高于其它組織細胞，合成的某些酶(如精氨酸酶)為肝臟所特有；胰島β細胞合成胰島素；甲狀腺濾泡旁細胞(C細胞)專一分泌降血鈣素等。細胞分化發(fā)育的不同時期，基因表達的情況是不相同的，這就是基因表達的階段特異性。

一個受精卵含有發(fā)育成一個成熟個體的全部遺傳信息，在個體發(fā)育分化的各個階段，各種基因極為有序地表達，一般在胚胎時期基因開放的數(shù)量最多，隨著分化發(fā)展，細胞中某些基因關(guān)閉、某些基因轉(zhuǎn)向開放。胚胎發(fā)育不同階段、不同部位的細胞中開放的基因及其開放的程度不一樣，合成蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量都不相同，顯示出基因表達調(diào)控在空間和時間上極高的有序性，從而逐步生成形態(tài)與功能各不相同、極為協(xié)調(diào)、巧妙有序的組織臟器。

從上所述，不難看出：

生物的基因表達不是雜亂無章的，而是受著嚴(yán)密、精確調(diào)控的，不僅生命的遺傳信息是生物生存所必需的，而且遺傳信息的表達調(diào)控也是生命本質(zhì)所在。

基因表達調(diào)控主要在兩個水平上體現(xiàn)：

(1)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptionalregulation);(2)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控(post-（transcriptionalregulation)，包括：①mRNA加工成熟水平上的調(diào)控②翻譯水平上的調(diào)控控制轉(zhuǎn)錄這一步反應(yīng)是最有效的和最經(jīng)濟的。原核生物中的操縱子系統(tǒng)就是這種最經(jīng)濟和最有效原則的體現(xiàn)。它把生物活性相關(guān)的基因組織在一起，就不必逐個進行調(diào)控，而是一開俱開，一關(guān)全關(guān)。7.1.1原核基因調(diào)控機制的類型與特點原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，根據(jù)調(diào)控機制的不同可分為負轉(zhuǎn)錄調(diào)控(negativetranscriptionregulation)正轉(zhuǎn)錄調(diào)控(Positivetranscriptionregulation)。

負轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)負轉(zhuǎn)錄調(diào)控：調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生阻遏蛋白(repressor)，與操縱區(qū)結(jié)合阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。作用部位是操縱區(qū)。負控誘導(dǎo)：阻遏蛋白不與誘導(dǎo)物結(jié)合時，阻遏蛋白與操縱區(qū)相結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄，阻遏蛋白結(jié)合上誘導(dǎo)物時，阻遏蛋白與操縱區(qū)分離，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。負控阻遏：阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。

正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)正轉(zhuǎn)錄調(diào)控：調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生激活蛋白(activator)，激活蛋白結(jié)合與DNA的啟動子及RNA聚合酶后，轉(zhuǎn)錄才會進行。據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)：正控誘導(dǎo)：誘導(dǎo)物的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄進行。正控阻遏：效應(yīng)物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄不進行。7.12原核基因調(diào)控的主要特點

1.可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：基因在特殊物質(zhì)的作用下，由原來關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)稱為誘導(dǎo)調(diào)節(jié)。大腸桿菌在只含乳糖的培養(yǎng)基中開始時生長不好；等合成了利用乳糖的一系列酶，具備了利用乳糖作為碳源的能力時又開始生長。怎樣獲得這一能力的：在誘導(dǎo)物乳糖的誘導(dǎo)下開動了乳糖操縱子，表達它所編碼的3個酶。這3個酶使細菌可以利用乳糖作為碳源。象乳糖操縱子這類基因就是可誘導(dǎo)基因，這類酶被稱為誘導(dǎo)酶，這個生化過程被稱為酶的誘導(dǎo)合成。可誘導(dǎo)的操縱子是一些編碼分解代謝糖和氨基酸的蛋白的基因。這些糖和氨基酸平時含量很少，細菌并不分解利用它們，而是利用一般的能源物質(zhì)――葡萄糖的水解來提供能源，因此，這些操縱子常常是關(guān)閉的。一旦生存條件發(fā)生變化，如葡萄糖缺乏而必須利用乳糖作為能源時，就要打開這些基因。2.可阻遏調(diào)節(jié)基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達。比如大腸桿菌生活中必須有色氨酸，一般情況下，該操縱子開啟，生產(chǎn)色氨酸合成酶基因表達正常。如果在細菌培養(yǎng)基中加入色氨酸，細菌可利用它來維持生活而不需要再合成，細菌就在2-3min內(nèi)關(guān)閉該操縱子。某一代謝途徑最終產(chǎn)物合成酶的基因可以被這個產(chǎn)物本身所關(guān)閉。這種基因被稱為可阻遏基因，這些酶被稱為可阻遏酶，這個現(xiàn)象被稱為可阻遏現(xiàn)象，這些起阻遏作用的小分子被稱為阻遏物。

可阻遏基因它們是一些合成各種細胞代謝過程中所必須的小分子物質(zhì)(如氨基酸、嘌呤和嘧啶等)的基因，由于這類物質(zhì)在生命過程中的重要地位，這些基因總是打開著的。只有當(dāng)細菌生活環(huán)境中有充分供應(yīng)時，才關(guān)閉這些基因，停止其合成。

參與大腸桿菌中基因表達調(diào)控最常見的蛋白質(zhì)可能是σ因子，共存在六種σ因子（ZP234表7-2），其中σ70是調(diào)控最基本的生理功能如碳代謝、生物合成等基因的轉(zhuǎn)錄所必須的。

除參與氮代謝的σ54以外，其它5種σ因子在結(jié)構(gòu)上具有同源性，所以統(tǒng)稱σ70家族。所有σ因子都含有4個保守區(qū)，其中第2個和第4個保守區(qū)參與結(jié)合啟動區(qū)DNA，第2個保守區(qū)的另一部分還參與雙鏈DNA解開成單鏈的過程。

與上述σ因子特異性結(jié)合DNA上的-35區(qū)和-10區(qū)不同，σ54因子識別并與DNA上的-24和-12區(qū)相結(jié)合。在與啟動子結(jié)合的順序上，σ70類啟動子在核心酶結(jié)合到DNA鏈上之后才能與啟動子區(qū)相結(jié)合，而σ54則類似于真核生物的TATA區(qū)結(jié)合蛋白（TBP），可以在無核心酶時獨立結(jié)合到啟動子上。

7.13.弱化子對基因活性的影響當(dāng)操縱子被阻遏，RNA合成被終止時，起終止轉(zhuǎn)錄信號作用的那一段DNA序列被稱為弱化子。在這種調(diào)節(jié)方式中，起信號作用的是有特殊負載的氨酰-tRNA的濃度，在色氨酸操縱子中就是色氨酰-tRNA的濃度。當(dāng)基因轉(zhuǎn)錄使轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（RNA）到不同長度時，核糖體會在對應(yīng)的RNA位置上；此時RNA可以形成某種形式的二級結(jié)構(gòu)；由此決定延伸復(fù)合物的結(jié)合能力，從而決定基因能否繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。起調(diào)節(jié)作用的信號分子是細胞中某一氨基酸或嘧啶的濃度，因此是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中的微調(diào)整，好比無線電調(diào)諧器中的微調(diào)一樣，只要稍加變動就可影響整個體系的功能。7.1.4降解物對基因活性的調(diào)節(jié)

葡萄糖效應(yīng)（降解物抑制作用）：有葡萄糖存在的情況下，即使在細菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖等誘導(dǎo)物，與其相對應(yīng)的操縱子也不會啟動，產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來。為什么會產(chǎn)生這種效應(yīng)呢？

因為添加葡萄糖后，葡萄糖是最方便的能源，細菌無需開動一些不常用的基因去利用這些稀有的糖類。葡萄糖的存在會抑制細菌的腺苷酸環(huán)化酶活性，減少環(huán)腺苷酸（cAMP）的合成，因而不能與環(huán)腺苷酸受體蛋白CRP（分解代謝物激活蛋白CAP）結(jié)合。降解物抑制作用是通過提高轉(zhuǎn)錄強度來調(diào)節(jié)基因表達的，是一種積極的調(diào)節(jié)方式。

7.1.5細菌的應(yīng)急反應(yīng)細菌有時會碰到緊急狀況，比如氨基酸饑餓－－氨基酸的全面匱乏。為了緊縮開支，渡過難關(guān)，細菌會產(chǎn)生一個應(yīng)急反應(yīng)－－停止包括生產(chǎn)各種RNA、糖、脂肪和蛋白質(zhì)的幾乎全部生物化學(xué)反應(yīng)過程。實施這一應(yīng)急反應(yīng)的信號是鳥苷四磷酸(ppGpp)和鳥苷五磷酸(pppGpp)。產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是空載tRNA。當(dāng)氨基酸饑餓時，細胞中便存在大量的空載的tRNA，會激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使ppGpp大量合成。ppGpp的出現(xiàn)會關(guān)閉許多基因，以應(yīng)付這種緊急狀況。ppGpp影響RNA聚合酶與這些基因轉(zhuǎn)錄起始位點的結(jié)合，使基因被關(guān)閉。ppGpp與pppGpp的作用范圍十分廣泛，它們影響一大批操縱子而被稱為超級調(diào)控因子。7.2乳糖操縱子－負控誘導(dǎo)系統(tǒng)操縱子模型是與特殊代謝途徑有關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄的協(xié)同調(diào)控模型。操縱子是基因表達和調(diào)控的單元.典型的操縱子包括:結(jié)構(gòu)基因：編碼那些在某一特定的生物合成途徑中起作用的、其表達被協(xié)同調(diào)控的酶。調(diào)控元件：如操縱序列，是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。調(diào)節(jié)基因：其產(chǎn)物能夠識別調(diào)控元件，例如阻抑物，可以結(jié)合并調(diào)控操縱基因序列。7.1.1引言

乳糖操縱子是第一個被發(fā)現(xiàn)的操縱子，我們以它為例說明原核細胞操縱子結(jié)構(gòu)與調(diào)控機制。FrancisJacob

JacquesMonod

1961年,F.Jacob&J.Monod提出,此后不斷完善。獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。7.2.1乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn)

1）.大腸桿菌“二次生長”現(xiàn)象

1940年，Jacob和Monod在培養(yǎng)大腸桿菌時,對大腸桿菌的生長進行了研究。當(dāng)把大腸桿菌培養(yǎng)在有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上時，發(fā)現(xiàn)了其特殊的生長現(xiàn)象。

時間大腸桿菌二次生長曲線

ZP242圖7-11大腸桿菌生長曲線葡萄糖耗盡乳糖存在β-半乳糖苷酶活性7.1.2乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn)

研究說明：大腸桿菌在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長時，優(yōu)先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，大腸桿菌的生長會出現(xiàn)停頓。經(jīng)過短時間的適應(yīng)，誘導(dǎo)出了利用乳糖的酶，就可以分解利用乳糖，繼續(xù)生長繁殖。即產(chǎn)生“二次生長現(xiàn)象”。7.1.2乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn)

大腸桿菌利用乳糖需要三種酶：

β-半乳糖苷酶、透過酶?；D(zhuǎn)移酶。

7.1.2乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn)

2）乳糖的加入和去除對酶的誘導(dǎo)的影響。E.coliGlu.E.coliLac.分別檢測菌體內(nèi)β-半乳糖苷酶和透過酶的量7.1.2乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn)

將大腸桿菌培養(yǎng)在以乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基中，幾分鐘后，檢測菌體內(nèi)β-半乳糖苷酶和透過酶的量，然后將乳糖培養(yǎng)基換為葡萄糖培養(yǎng)基，培養(yǎng)一段時間，再檢測菌體內(nèi)β-半乳糖苷酶以及透過酶的量，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到下面曲線。時間β-半乳糖苷酶和透過酶的量的變化加入乳糖去掉乳糖β-半乳糖苷酶

透過酶誘導(dǎo)物的加入和去除對β-半乳糖苷酶和透過酶的影響

環(huán)境中加入乳糖時，菌體內(nèi)β-半乳糖苷酶和透過酶的表達的量呈直線上升，去掉乳糖時，β-半乳糖苷酶和透過酶的量不再增加。

結(jié)論：乳糖能誘導(dǎo)利用乳糖的β-半乳糖苷酶和透過酶的表達。

3）誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶是由酶前體轉(zhuǎn)化而來的，還是新合成的？

把大腸桿菌細胞放在有放射性35S標(biāo)記的培養(yǎng)基中（無誘導(dǎo)物），繁殖幾代，檢測不到β-半乳糖苷酶，然后再將這些帶有放射活性的細菌轉(zhuǎn)移到不含35S的培養(yǎng)基中，隨著培養(yǎng)基中乳糖等誘導(dǎo)物的加入，利用乳糖的β-半乳糖苷酶便開始合成。分離β-半乳糖苷酶，發(fā)現(xiàn)這種酶無35S標(biāo)記。

大腸桿菌

35S無誘導(dǎo)物培養(yǎng)幾代檢測不到β-半乳糖苷酶分離純化

無35S有誘導(dǎo)物

培養(yǎng)幾代β-半乳糖苷酶合成

無35S大腸桿菌結(jié)論：酶的合成不是由前體轉(zhuǎn)化而來的，而是加入誘導(dǎo)物后新合成的。為什么乳糖加入后，利用乳糖的酶就能被誘導(dǎo)呢？

操縱子（opron）：

一種完整的具有特定功能的原核細胞的基因表達和調(diào)節(jié)的單位。它由調(diào)節(jié)基因、啟動基因、操縱基因以及一組功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成。7.2.2乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

乳糖操縱子調(diào)節(jié)基因I啟動基因P操縱基因O結(jié)構(gòu)基因Z

Y

A（lactoseopron）

7.2.2乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

lacZYA轉(zhuǎn)錄單元含有一個操縱基因位點lac0，它位于lac啟動子P的5’端的-7至+28之間。該位點可被乳糖阻抑物相結(jié)合。當(dāng)該蛋白結(jié)合到操縱基因上時，便成為轉(zhuǎn)錄的強抑制物。乳糖阻抑物被一個獨立的調(diào)節(jié)基因lacI所編碼，lacI也是乳糖操縱子的一部分;lacI位于lacP的上游。IPOZYADNA

調(diào)節(jié)基因啟動基因操縱基因β半乳糖苷酶

透過酶乙?；D(zhuǎn)移酶RNA聚合酶結(jié)合位點2830297.1.3乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

1)結(jié)構(gòu)基因群(

編碼蛋白質(zhì)的基因)

(structuralgene)

Z：編碼β-半乳糖苷酶；它是水解β-半乳糖苷鍵的專一性酶，Y：編碼透過酶；是使外界的乳糖能透過大腸桿菌細胞壁和原生質(zhì)膜進入細胞內(nèi)。A：編碼乙酰基轉(zhuǎn)移酶；作用是把乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。

7.1.3乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

乙酰基轉(zhuǎn)移酶不參與乳糖代謝。在細胞中有許多能被半乳糖苷酶降解的半乳糖苷類物質(zhì)，其分解產(chǎn)物不能進一步代謝，若積累抑制細胞生長。半乳糖苷乙?；蟛荒鼙环纸?，所以lacA雖不在乳糖降解中起作用，但可抑制有害物質(zhì)的積累。

結(jié)構(gòu)基因

轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯

Z

Y

A透過酶β-半乳糖苷酶乙?；D(zhuǎn)移酶

產(chǎn)生的這三種酶是如何來分解乳糖的呢？乳糖的利用及其相關(guān)的酶:乳糖（外界）

透過酶乳糖（細菌內(nèi)）

β半乳糖苷酶（少量）異乳糖

β半乳糖苷酶葡萄糖+半乳糖β半乳糖苷酶（大量）

乙酰基轉(zhuǎn)移酶代謝2)啟動基因

啟動基因(promoter,P)：指能被RNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。它一般位于第一個結(jié)構(gòu)基因5’端上游，控制整個結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。

IPOZYADNA

調(diào)節(jié)基因啟動基因操縱基因β半乳糖苷酶

透過酶乙酰基轉(zhuǎn)移酶RNA聚合酶結(jié)合位點283029

3)操縱基因

操縱基因（operatorO）：是指能被調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段DNA序列。

操縱基因與啟動子鄰近或與啟動子序列重疊，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在操縱基因上，會影結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。IPOZYADNA

調(diào)節(jié)基因啟動基因操縱基因β半乳糖苷酶

透過酶乙?；D(zhuǎn)移酶RNA聚合酶結(jié)合位點283029

4）調(diào)節(jié)基因

調(diào)節(jié)基因(regulatorygeneI)：是編碼調(diào)控蛋白的基因。調(diào)節(jié)基因位于啟動基因鄰近處，往往與啟動基因隔一段距離，有其自身的啟動基因，編碼產(chǎn)生的調(diào)控蛋白能與操縱基因結(jié)合影響結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。

IPOZYADNA

調(diào)節(jié)基因啟動基因操縱基因β半乳糖苷酶

透過酶乙酰基轉(zhuǎn)移酶RNA聚合酶結(jié)合位點2830297.2.3乳糖操縱子的負調(diào)控機理

當(dāng)大腸桿菌在沒有乳糖的環(huán)境中生存時，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的mRNA表達為阻遏蛋白，形成有活性的四聚體，并能特異性與操縱基因緊密結(jié)合，阻礙了RNA聚合酶與啟動基因的結(jié)合，從而阻止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，此時，乳糖操縱子處于阻遏狀態(tài)，也稱為“關(guān)閉”狀態(tài)；

操縱子處于阻遏狀態(tài)時，三種結(jié)構(gòu)基因是否一點都不表達呢？

當(dāng)我們說一個系統(tǒng)處于“關(guān)閉”狀態(tài)時，也有本底水平的基因表達，阻遏蛋白的阻遏作用不是絕對的，它偶爾與操縱基因解離，使細胞中還有極低水平的

－半乳糖苷酶、透過酶及乙?；D(zhuǎn)移酶的生成。所謂“關(guān)”不是不表達，常常是每個細胞只合成1或2個mRNA分子。只是基因表達量特別低，很難檢測。

當(dāng)有乳糖存在時，乳糖受少量

－半乳糖苷酶的催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與阻遏蛋白結(jié)合，使其構(gòu)象變化，四聚體解聚成單體，失去了與操縱基因的親和力，因而就不能結(jié)合到操縱基因上，基因轉(zhuǎn)錄開放，這是乳糖對乳糖操縱子的誘導(dǎo)作用。一些化學(xué)合成的乳糖類似物，不受

－半乳糖苷酶的催化分解，卻也能與阻遏蛋白特異性結(jié)合使其構(gòu)象變化，誘導(dǎo)lac操縱子的開放。例如異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)、巰甲基半乳糖苷（TMG)就是很強的誘導(dǎo)劑；不被細菌代謝而十分穩(wěn)定。稱高效誘導(dǎo)物或安慰性誘導(dǎo)物。X-gal（5-溴-4-氯-3-吲哚-β-半乳糖苷）也是一種人工化學(xué)合成的半乳糖苷，可被β－半乳糖苷酶水解產(chǎn)生蘭色化合物因此可以用作β－半乳糖苷酶活性的指示劑。IPTG和X-gal都被廣泛應(yīng)用在分子生物學(xué)和基因工程的工作中。當(dāng)加入乳糖時為什么能誘導(dǎo)出利用乳糖的酶的合成，當(dāng)去掉乳糖時為什么酶的表達不再增加。這種酶的阻遏與誘導(dǎo)是通過乳糖操縱子的負調(diào)控產(chǎn)生的。7.1.4.1乳糖操縱子的負調(diào)控

綜上所述，乳糖操縱子屬于可誘導(dǎo)的操縱子，這類操縱子在沒有誘導(dǎo)物的時候通常是關(guān)閉的，當(dāng)受誘導(dǎo)物作用后，誘導(dǎo)開放轉(zhuǎn)錄。

原核細胞的這類操縱子使細菌能適應(yīng)環(huán)境的變化，最有效地利用環(huán)境提供的能源底物。

在含有乳糖和葡萄糖的培養(yǎng)基上，大腸桿菌為什么優(yōu)先利用葡萄糖，只有葡萄糖耗盡時，才利用乳糖呢？還有，即使去掉阻遏物并不能很好地啟動結(jié)構(gòu)基因表達,說明還有其它因素參與，這涉及到乳糖操縱子的另一種調(diào)控方式——正調(diào)控。7.2.4.CAP的正調(diào)控

1965年，Sutherland發(fā)現(xiàn)大腸桿菌培養(yǎng)液中葡萄糖的含量總是與cAMP含量成反比。1968年，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌培養(yǎng)液中加入cAMP可增加半乳糖苷酶的產(chǎn)量Plac啟動子不是強啟動子。其原因是Plac及其相關(guān)的啟動子沒有強的-35序列，其中一些甚至只有弱的-10的共有序列。為了實現(xiàn)高水平的轉(zhuǎn)錄，它們需要一種特定的激活蛋白即cAMP受體蛋白(CRP)的活化。cAMP在生物表達調(diào)控過程中起著重要作用。葡萄糖降解物能抑制細胞內(nèi)cAMP產(chǎn)生,從而抑制一些操縱子的轉(zhuǎn)錄。cAMP在細胞中的增加對這些操縱子的轉(zhuǎn)錄是有利的。CRP（cAMP受體蛋白）也可稱為代謝物激活蛋白CAP，是以二聚體形式存在的，一個與DNA結(jié)合的domain,一個與cAMP結(jié)合的domain，當(dāng)CAP未與cAMP結(jié)合時它是沒有活性的.當(dāng)葡萄糖缺乏時，大腸桿菌細胞內(nèi)cAMP水平上升，CRP結(jié)合到cAMP上。CRP-cAMP復(fù)合物可結(jié)合到CAP結(jié)合位點（緊鄰RNA聚合酶結(jié)合位點上游，有一段序列與Plac部分重疊）。cAMP-CAP與DNA相結(jié)合后，造成雙螺旋彎曲，與啟動子上的RNA聚合酶接觸易于形成三元轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，它還能直接影響RNA聚合酶的活性，使轉(zhuǎn)錄效率提高50倍。當(dāng)葡萄糖存在時，大腸桿菌不需要像乳糖這樣的替代碳源。因此代謝操縱子如乳糖操縱子通常不被激活。原因是當(dāng)葡萄糖存在時會降低cAMP合成酶的活性，細胞內(nèi)cAMP的水平會降低，CRP自身不能獨立與DNA結(jié)合，lac操縱子的結(jié)構(gòu)基因表達下降。

乳糖操縱子小結(jié)

基因表達的外界信號基因表達的負調(diào)控基因表達的正調(diào)控正、負調(diào)控協(xié)同表達葡萄糖、乳糖濃度的變化Lac阻遏物與操縱基因cAMP+CAP與相應(yīng)的DNA序列※當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；※如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r，細菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。lac操縱子強的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖.乳糖操縱子正性調(diào)節(jié)IPO

ZYACAPsiteCAPcAMP（四）乳糖操縱子的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)CAP低乳糖、低葡萄糖IPO

ZYAsitecAMPCAPIPO

ZYACAPsite高乳糖、低葡萄糖誘導(dǎo)物IPOZYA阻遏蛋白高葡萄糖、低乳糖IPOZYA高葡萄糖、高乳糖CAPlac操縱子小結(jié)通常情況（葡萄糖供應(yīng)正常）阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，基因不轉(zhuǎn)錄。細胞外的乳糖通過透性酶吸收到細胞內(nèi)；細胞內(nèi)的β-半乳糖苷酶將乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾樘?。異乳糖結(jié)合到乳糖阻抑物上使之從操縱序列上脫離，聚合酶迅速開始lacZYA基因的轉(zhuǎn)錄。這就是負控誘導(dǎo)。然而，還需要細菌生長系統(tǒng)中缺少葡萄糖，使cAMP含量增加，才有足夠量的cAMP與CRP結(jié)合形成CRP-cAMP復(fù)合物結(jié)合于Plac上游。使DNA雙螺旋發(fā)生彎曲，轉(zhuǎn)錄才可以有效地進行。※若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。※lac操縱子的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖，因為lac操縱子是弱啟動子，還需要cAMP-CAP復(fù)合物的正控誘導(dǎo)。1.什么是操縱子？乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)是怎樣的？2.簡述乳糖操縱子的負調(diào)控與正調(diào)控機制。思考題

7.1.5.2.基因組成型突變

無乳糖或其他誘導(dǎo)物存在的情況下，半乳糖苷酶可持續(xù)合成，并不依賴于誘導(dǎo)物的存在.

I型組成型突變◆

I+合成特異的阻遏物，無誘導(dǎo)物時可阻止Z基因表達，誘導(dǎo)物可作為阻遏物的拮抗物，使阻遏物失活.◆

I-不產(chǎn)生活性阻遏物，因而無需誘導(dǎo)物Z基因就可表達，阻遏物起負調(diào)控作用.◆I+對I-顯性.O型組成型突變：野生型O+，突變型Oc，操縱基因的組成型突變O+Z+

-

OcZ+＋OcZ+/O+Z+＋OcZ－/O＋Z+-

基因型永久表達

說明：Oc對O+顯性.7.3色氨酸操縱子(trpoperon)色氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的組分，一般的環(huán)境難以給細菌提供足夠的色氨酸，細菌要生存繁殖通常需要自己經(jīng)過許多步驟合成色氨酸，但是一旦環(huán)境能夠提供色氨酸時，細菌就會充分利用外界的色氨酸、減少或停止合成色氨酸，以減輕自己的負擔(dān)。細菌所以能做到這點是因為有色氨酸操縱子的調(diào)控。

由于trp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或cAMP-CRP的調(diào)控。色氨酸的合成主要分5步完成，有7個基因參與整個合成過程。trpE和trpG編碼鄰氨基苯甲酸合酶，trpD編碼鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶，trpF編碼異構(gòu)酶，trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶，trpA和trpB則分別編碼色氨酸合酶的α和β亞基。7.3.1色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)合成色氨酸所需要酶類的基因E、D、C、B、A等頭尾相接串連排列組成結(jié)構(gòu)基因群，受其上游的啟動子Ptrp和操縱子o的調(diào)控，調(diào)控基因trpR的位置遠離P-o-結(jié)構(gòu)基因群，在其自身的啟動子作用下，低水平表達分子量為47000的調(diào)控蛋白R。另外，前導(dǎo)區(qū)和弱化子區(qū)分別定名為trpL和trpa（不是trpA）。trpR,阻遏蛋白P，-40~+18O,-21~+1L,+1~+162結(jié)構(gòu)基因t,A下游36bp,不依賴pt’,t下游250bp，依賴p1.基因組成R并沒有與O結(jié)合的活性，當(dāng)環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時，R與色氨酸結(jié)合后構(gòu)象變化而活化，就能夠與O特異性親和結(jié)合，阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。這是一種負性調(diào)控的、可阻遏的操縱子，即這操縱元通常是開放轉(zhuǎn)錄的，當(dāng)有效應(yīng)物(色氨酸為阻遏劑)作用時，則阻遏關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。細菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱元都屬于這種類型，其調(diào)控可使細菌處在生存繁殖最經(jīng)濟最節(jié)省的狀態(tài)。7.3.2.阻遏物對色氨酸操縱子的負調(diào)控高Trp時：輔阻遏物蛋白+Trp結(jié)合操縱基因不轉(zhuǎn)錄低Trp時：輔阻遏物蛋白不結(jié)合操縱基因轉(zhuǎn)錄1．trp操縱子的阻遏系統(tǒng)

trpR基因突變常引起trpmRNA的永久型合成，該基因產(chǎn)物因此被稱為輔阻遏蛋白(aporepressor)。除非培養(yǎng)基中有色氨酸，否則這個輔阻遏蛋白不會與操縱區(qū)結(jié)合。輔阻遏蛋白與色氨酸相結(jié)合形成有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結(jié)合并使之關(guān)閉轉(zhuǎn)錄trpmRNA。阻遏蛋白的結(jié)合位點

trpO-21~+1，反向重復(fù)序列trpP-40~+18活性阻遏物與trpO的結(jié)合與RNApol與啟動子的結(jié)合發(fā)生競爭SNE299

阻遏系統(tǒng)主管轉(zhuǎn)錄是否啟動，在缺乏Trp時，mRNA起始合成，但不能自動延伸，一般在trpE之前終止轉(zhuǎn)錄

粗調(diào)開關(guān)阻遏-操縱機制對色氨酸來說是一個一級開關(guān)，相當(dāng)于粗調(diào)開關(guān)，主管轉(zhuǎn)錄是否啟動。trp操縱子中對應(yīng)于色氨酸生物合成的還有另一個系統(tǒng)進行細調(diào)控，指示已經(jīng)啟動的轉(zhuǎn)錄是否繼續(xù)下去。這個細微調(diào)控是通過轉(zhuǎn)錄達到第一個結(jié)構(gòu)基因之前的過早終止來實現(xiàn)的，由色氨酸的濃度來調(diào)節(jié)這種過早終止的頻率。7.3.3衰減作用對色氨酸操縱子的調(diào)控◆前導(dǎo)區(qū)的序列特點◆轉(zhuǎn)錄衰減機制◆衰減機制的實驗證據(jù)

1.前導(dǎo)區(qū)的特點

在trpmRNA5‘端trpE基因的起始密碼前有一個長162bp的mRNA片段被稱為前導(dǎo)區(qū)，其中123～150位堿基序列如果缺失，trp基因表達可提高6-10倍，而且無論是在阻遏細胞內(nèi)還是在永久性突變的細胞內(nèi)都是這樣。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)mRNA合成起始以后，除非培養(yǎng)基中完全沒有色氨酸，轉(zhuǎn)錄總是在這個區(qū)域終止，產(chǎn)生一個僅有140個核苷酸的RNA分子，終止trp基因轉(zhuǎn)錄這就是123～150區(qū)序列缺失會提高trp基因表達的原因。因為轉(zhuǎn)錄終止發(fā)生在這一區(qū)域，并且這種終止是被調(diào)節(jié)的，這個區(qū)域就被稱為弱化子(衰減子）。研究引起終止的mRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過自我配對可以形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點?！羟皩?dǎo)肽：前導(dǎo)RNA序列中含有一個有效的核糖體結(jié)合位點（RBS）序列，并能形成由前導(dǎo)RNA27―68號堿基所編碼的14個氨基酸的前導(dǎo)肽。該多肽有一個特征，其第10位和11位有相鄰的兩個色氨酸密碼子?！粼诖碎_放閱讀框前有核糖體識別結(jié)合位點，提示這段短開放閱讀框在轉(zhuǎn)錄后是能被翻譯的。正是這兩個相連的色氨酸密碼子調(diào)控了蛋白質(zhì)的合成。色氨酸是稀有氨基酸，通常兩個色氨酸密碼子連續(xù)出現(xiàn)的可能性很小，在色氨酸含量很低的情況下核糖體將會在這個位點停滯。前導(dǎo)肽的作用就是決定色氨酸的含量并控制轉(zhuǎn)錄的終止?！羟皩?dǎo)區(qū)有四個富含GC的區(qū)段，相鄰的區(qū)段之間可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)。色氨酸前導(dǎo)肽編碼序列的3'端與互補序列1重疊，兩個色氨酸密碼子都在序列1內(nèi)，終止密碼子在序列1和2之間。稱為序列1、2、3和4。弱化子發(fā)夾結(jié)構(gòu)是序列3和4配對的產(chǎn)物(3:4結(jié)構(gòu))。序列1和2也是互補的，能形成另一個發(fā)夾結(jié)構(gòu)1:2。然而序列2還和序列3互補。如果序列2和3形成2:3發(fā)夾結(jié)構(gòu)，3:4弱化子發(fā)夾結(jié)構(gòu)就不能形成，轉(zhuǎn)錄就不會終止。序列分析發(fā)現(xiàn)，其中4個片段進行配對，形成不同的二級結(jié)構(gòu)Terminator由于色氨酸(色氨酸操縱子合成的酶的最終產(chǎn)物)是翻譯過程中所必需的，因此細胞對它的含量很敏感，它決定了在mRNA中終止子(3:4)發(fā)夾結(jié)構(gòu)是否形成。在正常情況下，1:2和3:4發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成在能量上是有利的。◆弱化子：一段位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)具有終止子結(jié)構(gòu)的短序列，通過前導(dǎo)序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA形成類似于終止子的二級結(jié)構(gòu)，達到轉(zhuǎn)錄終止的目的。在色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄進行的過程中，RNA聚合酶在序列2的末端停滯直到核糖體開始翻譯前導(dǎo)肽（即當(dāng)前導(dǎo)肽開始翻譯時，RNA聚合酶才又繼續(xù)沿DNA模板鏈前進合成RNA）。在色氨酸含量高的情況下，核糖體可順利通過兩個相鄰的色氨酸密碼子，在4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前就到達2區(qū)，這樣翻譯可直達前肽導(dǎo)末端，封閉了序列2，使2-3區(qū)不能配對，當(dāng)RNA聚合酶把3區(qū)和4區(qū)轉(zhuǎn)錄出來時，3:4發(fā)夾得以形成，轉(zhuǎn)錄被終止，trp操縱子被關(guān)閉。這一過程被稱為弱化作用。高Trp時：

Trp-tRNATrp存在核糖體通過片段1(2個Trp密碼子)封閉片段2

片段3，4形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)類似于不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止序列RNA聚合酶停止轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生衰減子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄、翻譯偶聯(lián),產(chǎn)生前導(dǎo)肽IP0色氨酸水平高時色氨酸缺乏時，負載有色氨酸的tRNATrp也就少，這樣翻譯通過兩個相鄰色氨酸密碼子的速度就會很慢，當(dāng)4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，核糖體才進行到1區(qū)（或停留在兩個相鄰的trp密碼子處），這使得序列2能自由地與序列3形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，而不形成3-4配對的終止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進行，直到將trp操縱子中的結(jié)構(gòu)基因全部轉(zhuǎn)錄。終止子(3:4)發(fā)夾結(jié)構(gòu)不能形成，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)到trpE及其下游。終產(chǎn)物色氨酸含量的高低決定了轉(zhuǎn)錄是提早終止(弱化)，還是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄完整個操縱子。低Trp時：Trp-tRNATrp沒有供應(yīng)核糖體翻譯停止在片段1（2個Trp密碼子）片段2，3形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)錄不終止RNA聚合酶繼續(xù)轉(zhuǎn)錄P0I色氨酸水平低時轉(zhuǎn)錄衰減機制IP0前導(dǎo)區(qū)P0前導(dǎo)區(qū)trp

1234UUUU2334P0前導(dǎo)區(qū)衰減子mRNA

12trptrp34UUUUP0前導(dǎo)區(qū)mRNA

1trp423Trp結(jié)構(gòu)基因UUUU3’UUUU……UUUU……調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因trpROP前導(dǎo)序列衰減子區(qū)域UUUU……前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)

第10、11密碼子為trp密碼子終止密碼子14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū):

包含序列1形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強弱：序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密碼子

UUUU……7.3.5阻遏作用與弱化作用的協(xié)調(diào)弱化作用trp存在時，約有10％的RNApol僥幸轉(zhuǎn)錄

-trp

活性阻遏物－－－－→無活性阻遏物

←－－－－

+trpNegative—repressibleoperon可以被最終合成產(chǎn)物所阻遏RPOleadingseq.EDCBAtrp+為什么需要阻遏體系？當(dāng)大量Trp存在時，阻遏系統(tǒng)起作用。阻遏物與之結(jié)合，阻止先導(dǎo)mRNA合成。

經(jīng)濟僅有少量trp時，RNApol啟動，但在L.S.處脫落，轉(zhuǎn)錄中斷RPOleadingseq.EDCBA少量trp+不足以結(jié)合O位點為什么需要弱化系統(tǒng)？當(dāng)trp濃度低時，阻遏物從有活性變?yōu)闊o活性，速度極慢，不能很快引發(fā)trp合成。因此需要一個能快速作出反應(yīng)的系統(tǒng)，以保持培養(yǎng)基中適當(dāng)?shù)腡rp水平?！鵗rp操縱子是一種阻遏型操縱子?！谝唤Y(jié)構(gòu)基因和啟動子之間有一個前導(dǎo)區(qū)。※前導(dǎo)區(qū)序列1、2、3、4組成。序列1中有兩個色氨酸操縱子。序列3和序列4可形成不依賴rho因子的終止結(jié)構(gòu)--衰減子?！D(zhuǎn)錄衰減是轉(zhuǎn)錄過程與前導(dǎo)肽翻譯過程的偶聯(lián)。弱化的重要性依靠弱化作用，色氨酸的存在就使色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄被抑制了10倍。與色氨酸阻抑物的作用(70倍)合在一起，這就意味著色氨酸水平對色氨酸操縱子的表達施加了700倍的調(diào)節(jié)效果。兩個調(diào)控系統(tǒng)，避免浪費提高效率阻遏系統(tǒng)：高水平trp時，不轉(zhuǎn)錄低水平trp時，轉(zhuǎn)錄至LS弱化系統(tǒng)：細調(diào)原核生物細致的精細調(diào)控機制增強原核生物對環(huán)境的適應(yīng)性7.4.半乳糖操縱子

(galoperon)前言

半乳糖(gal)也是被細菌用作碳源的一個糖類，細菌體內(nèi)存在的調(diào)控半乳糖代謝的結(jié)構(gòu)單元—半乳糖操縱子。galRPOgalEgalTgalKDNA

調(diào)節(jié)基因啟動基因操縱基因半乳糖激酶半乳糖轉(zhuǎn)移酶半乳糖異構(gòu)酶RNA聚合酶結(jié)合位點OCAP結(jié)合位點1.結(jié)構(gòu)基因:galE、T、K

細胞代謝半乳糖需要三種酶:

半乳糖異構(gòu)酶(UDP-gal4epimerasegalE)

半乳糖轉(zhuǎn)移酶(galtransferase

galT)

半乳糖激酶(galkinasegalK)7.4.1.半乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)特點半乳糖+ATP

半乳糖-1-P+ADP+H+

半乳糖-1-P+UDPGluUDPGal+G-1-PUDPGalUDPGlu+ADP+H+

半乳糖激酶半乳糖轉(zhuǎn)移酶半乳糖異構(gòu)酶

三個酶的作用是使半乳糖轉(zhuǎn)變成

葡萄糖-1-磷酸(G-1-P)?總反應(yīng)式為：

半乳糖+ATPG-1-P+ADP+H+

三個酶2.調(diào)節(jié)基因:galR

galR與結(jié)構(gòu)基因galE、T、K及操縱區(qū)O等離得很遠，并不相鄰，這是gal操縱子與lac操縱子的一個區(qū)別。galR產(chǎn)生的阻遏蛋白對galO的作用與lacI-lacO的作用相同,galR-和galOc都造成組成型表達。

gal操縱子與lac操縱子一樣都是可阻遏、也是可誘導(dǎo)的操縱子，只是gal操縱子誘導(dǎo)物是gal，而lac操縱子的誘導(dǎo)物則是其分解物異乳糖。3.雙操縱區(qū)（O區(qū)）Gal操縱子

外操縱區(qū)：在P區(qū)上游-67—-53.

內(nèi)操縱區(qū)：在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部.兩操縱區(qū)的順序很相似，只有個別堿基不同，推測兩操縱區(qū)相互作用，強化了阻遏作用。

半乳糖操縱子及其調(diào)控區(qū)的堿基序列

4.雙啟動子其mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄。

半乳糖操縱子及其調(diào)控區(qū)的堿基序列?分離到一些突變株，其中一類突變株能在不含葡萄糖的培養(yǎng)基中高水平合成半乳糖代謝的三種酶。?另一類突變株中g(shù)al基因的表達完全依賴于葡萄糖，培養(yǎng)基中如無葡萄糖存在，這些細菌的gal基因不表達，不合成半乳糖代謝酶。?分析gal操縱子P-O區(qū)的DNA序列發(fā)現(xiàn)，該操縱子確實存在兩個相距僅5bp的啟動子，可以分別起始mRNA的合成，命名為PG1和PG2。?每個啟動子擁有各自的RNA聚合酶結(jié)合位點(-10區(qū)）S1和S2。

gal操縱子半乳糖操縱子及其調(diào)控區(qū)的堿基序列★從S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中無葡萄糖時，才能順利進行，RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、CAP和較高濃度的cAMP?！飪煞N突變體：cya-（cAMP酶突變）cap-或crp-（cAMP受體蛋白或CAP突變）不能從S1轉(zhuǎn)錄。

★說明：

G不存在時，cAMP-CAP激活從S1的轉(zhuǎn)錄。

從S2起始的轉(zhuǎn)錄則完全依賴于葡萄糖的存在，高濃度的cAMP-CAP反而抑制由PG2啟動子起始的轉(zhuǎn)錄。

因為gal操縱子有兩個啟動子，因此，G的存在并不能抑制gal基因的表達，只有：

?PG1突變而G不存在時,

或

?

PG2突變而G存在時，才能阻止gal基因的表達。7.4.2.cAMP-CAP對雙啟動子的不同作用

1.體外轉(zhuǎn)錄實驗

用含半乳糖操縱子調(diào)節(jié)區(qū)的限制性酶片斷作模板轉(zhuǎn)錄，起始可以從S1、S2兩個位點開始。?加入cAMP-CAP時，