生化考研代谢设计题
定义乳糖操纵子
参与乳糖分解的一组基因受乳糖系统的阻遏物和操纵物负调控，而同样
同时同步控制。1961年雅各布(F. Jacob)和J.Mon-od (J. Mon-OD)按部就班。
系统并提出了著名的操纵子理论。大肠杆菌乳糖系统的操纵子-半乳糖苷
酶、半乳糖苷酶和半乳糖基转移酶的结构基因分别是LacZ(z)、Lac Y(y)和la。
c A(a)的序列排列在染色体上，与Z相邻，与Y相对的一侧有操纵基因Lac。
O(o)之前是启动子基因Lac P(p)，操纵子(乳糖操纵子)由此形成。
Lac I(i)是决定乳酸系统阻遏物结构的调控基因，位于p。
一.结构和功能
与细菌功能相关的结构基因通常连接在一起形成基因簇。它们编码相同的代谢途径。
途径中的不同酶。一个基因簇受同样的调控，开放和封闭。也就是说，他们
形成一个调控单元，其他具有相关功能的基因也包含在这个调控单元中，比如编辑。
密码穿透了酶的基因。虽然它的产物不直接参与催化代谢，但它可以将小分子底物转运至细颗粒。
在牢房里。
LacZ，Y和A这三个与乳糖分解代谢相关的基因是上述基因簇中的典型。他们
该产品能催化乳糖分解产生葡萄糖和半乳糖。它们具有顺式作用调节元件和反式。
功能调节基因。三个结构基因图谱的功能是:
LacZ编码-半乳糖苷酶，由500kd的四聚体组成，能切断乳糖的半乳糖基。
糖苷键，并产生半乳糖和葡萄糖。
LacY编码半乳糖苷酶，半乳糖苷酶是一种分子量为30kDd的膜结合蛋白，它
形成运输系统将半乳糖苷运输到细胞中。
LacA编码-半乳糖苷乙酰转移酶，其功能只是将乙酰辅酶a上的乙酰基转移到-
半乳糖苷。
LacZ突变或lacY突变可以产生lac-表型
%的细胞不能利用乳糖。lacZ-突变体中的半乳糖苷酶失去活性，直接阻止乳糖代谢。
LacY-突变体不能从膜上吸收乳糖。
这个完整的调节系统包括结构基因和控制这些基因表达的元件，形成一个* * *
有了调节单位，这个调节单位就叫做操纵子(opron)。操纵子的活性由调节基因控制。
受控和调节基因的产物可以与操纵子上的顺式作用控制元件相互作用。
lacZ、Y和A基因的转录由lacI基因指令合成的阻遏蛋白控制。LacI通常与
结构基因相邻，但它有自己的启动子和终止子，成为独立的转录单位。因为
LacI产物是可溶性蛋白，所以不一定位于结构基因附近。它可以分散给所有人
或者与分散的DNA位点结合(这是一种典型的反式作用调节剂。)
结构基因和调控基因可以通过突变的效果来区分，结构基因是突变的，是精细的。
这些基因合成的蛋白质在细胞中丢失。但是，调控基因的突变会影响其控制的所有节点。
组成型基因的表达。调控蛋白突变的结果可以显示调控的类型。
Lac基因簇是负调控。它们的转录可以由调节蛋白调节。
关闭。如果调控蛋白因突变而失活，就会导致结构基因组的形成和表达。说明了调节蛋白的作用。
是阻止结构基因的表达，所以这些蛋白质被称为“阻遏物”蛋白质。
乳糖操纵子的阻遏蛋白是由四个亚单位(38kDa)组成的四聚体。野生型细胞
大约有10个四聚体。调节基因被转录成单顺反子mRNA，它与操纵子的比例等于r。
NA聚合酶与启动子的比例相似。
lacI的产物称为lac阻遏物，其功能是与lacZ、Y和一个基因簇5相互作用。
操纵子基因(Olac)位于启动子(Plac)和结构基因(lac2yA)之间。抵抗党
当抑制剂与操纵基因结合时，它会阻碍启动子上的转录起始。从mRNA转录Olac的起始点
它从-5上游延伸到转录单位+21。使得它与启动子的末端重叠。最近视点识别
因为阻遏物影响RNA聚合酶，所以阻遏物从操纵基因和启动子的相对位置与RNA聚合酶结合。
DNA会阻碍RNA聚合酶转录结构基因。但是我们必须注意对其他一些操作符的操纵。
基因的位置与乳糖操纵子的位置不同，因此阻遏蛋白可以多种方式操纵操纵子。
结合阻断转录。
2.阻抑蛋白的活性受小分子诱导控制。
细菌必须对环境变化做出快速反应。营养供应可能随时变化，反复出现。
经常。为了生存，必须具备转化不同代谢底物的能力。单细胞真核生物也诞生了
生活在不断变化的环境中；和更复杂的多细胞生物都有一套恒定的代谢途径
应对外部环境。
在细菌上要灵活经济，因为细菌遇到合适的环境消耗很大。
营养对自己也不好。在没有底物的情况下，不需要大量合成相关酶，所以细菌产生
诞生了一种调节机制，即当缺乏底物时，它阻断了酶的合成途径，但同时它又准备好了。
底物一存在，这些酶就合成了。
特殊底物的存在导致酶的合成，称为诱导。这种类型的音调
控制广泛存在于细菌中，也存在于低等真核生物中(如酶原)。大肠杆菌中的乳糖
操作数提供了这种调节机制的典型例子。
当大肠杆菌在没有半乳糖苷的情况下生长时，它不需要半乳糖苷酶，因此细胞
培养基含量很低，每个细胞大约不超过5个分子，添加底物时在细菌中合成非常快。
这种酶只需2-3分钟就能产生，并迅速增长到每个细胞5000个分子。如在
酶的浓度将达到总细胞蛋白的5-10%。如果从培养基中除去底物，酶的合成将会很快。
赶紧停下来，恢复原状。
如果原始培养基中没有乳糖或葡萄糖，那么细胞只能在非常低的基础水平上合成-
半乳糖苷酶和通透酶。加入Lac后，Ecoli的lac+细胞迅速大量合成上述两种酶。进入
用32P标记的mRNA进行一步杂交实验(从lac获得的DNA与加入乳糖后的DNA不同)
结果表明，添加乳糖能刺激lac基因的表达。
合成。Lac mRNA极不稳定，半衰期只有3分钟，诱导后很快恢复。
当诱导剂被去除后，转录立即停止，所有lac mRNA在短时间内被降解，细胞
里面的内容恢复到基本水平。
-半乳糖苷酶和通透酶的合成与lac mRNA同时被诱导，但当诱导物被去除后，又同时被诱导。
细胞中的-半乳糖苷酶和渗透酶比lac mRNA更稳定，所以酶的活性持续时间长。
偶尔保持诱导水平。这种快速响应营养供应变化的调节方式不仅提供了
代谢新底物的能力得到提高，并用于关闭实际添加到培养基中的某些成分的内部合成。
例如，大肠杆菌中Trp的合成是通过Trp合成酶的作用进行的。如果你把它加入细菌生长的培养基中
Trp，然后立即停止Trp合酶的产生。这种效应被称为抑制效应。
它可以防止细菌合成多余的物质。
细菌中既有诱导现象，也有阻遏现象。诱导是细菌调节其分解底物的供应以供生长。
能力。阻遏是细菌调节其合成代谢物的能力。无论是小分子底物在酶的作用下的调节，
或者酶活性的产生，它们的启动是独立的，小分子底物称为诱导剂。
能够阻止酶自身合成的物质被称为辅阻遏物。
诱导和酶阻遏具有高度特异性，只有底物/产物或密切相关的分子才能发挥作用，但
小分子的活性不依赖于与靶酶的相互作用。一些诱导剂与天然半乳糖苷酶同相。
像，但不能被酶分解，如异丙基-d-硫代半乳糖苷(I)
PTG).其半乳糖苷键被硫取代氧，失去水解活性，但硫代半乳糖苷是同源的。
氧代化合物与酶位点具有相同的亲和力。IPTG不被-半乳糖苷酶识别，但它是lac。
基因簇是非常有效的诱导剂。
能诱导酶合成而不被分解的分子称为无偿诱导物。
乳糖虽然可以诱导酶的合成，但会随之分解，产生许多复杂的动力学问题，所以人们
舒适诱导剂经常被用来进行各种实验。它的存在说明了一个重要的问题，就是这个控制系统。
必须有一定的组成，与靶酶不同，能识别合适的底物；及其对相关底物的识别
能力也和酶不一样。
这种对诱导物起反应的成分是阻遏蛋白，由lacI编码，其功能是控制lacI。
YA结构基序是在对环境的反应中转录的。三个结构基因被转录成一个多顺反子mRNA。
阻遏蛋白的活性状态决定了启动子是开启还是关闭。在没有诱导物的情况下，这些基因不会
它可以被转录，因为阻遏蛋白在活性状态下与操纵基因结合。当诱导剂存在时，阻遏物与之反应。
结合，失活，离开操纵基因，启动子开始转录，从lacZ 5开始？结束，
3结尾是lacA？结束。
诱导剂如何控制阻遏蛋白的活性？阻遏物对操纵基因有很高的亲和力，它们是不存在的。
在没有诱导物的情况下，阻遏物总是与操纵基因结合，使得相邻的结构基因无法转录。但是当被引诱时
当载体存在时，它与阻遏物结合形成阻遏物复合物，该复合物不再与操作基因结合。
右图显示了Lac操纵子的结构和负调控图:
(a)Lac机械手的结构图
(b)当没有诱导物存在时，阻遏物与操纵基因结合，因此结构基因不能。
正常转录
(c)诱导物(乳糖或IPTG)存在，当它与阻遏物结合时，阻遏物从操作基因的头部下来。
多年来，RNA聚合酶通常可以通过启动子和操作基因转录多顺反子mRNA。
得到三种李子
操纵子控制的重要特征是阻遏物的双重性:它既能阻止转录，又能识别小分子诱饵。
导游。阻遏物有两个结合位点:一个是结合诱导物，另一个是结合操纵基因。当...的时候
当诱导物结合在相应的位点时，它改变了阻遏蛋白的构象，并干扰了另一个位点的活性。这样的
类型的调节称为变构调节。(变构控制)
诱导协同调节:所有一组基因一起表达。
或者一起关闭。MRNA总是从5？转录开始，所以诱导总是导致-半乳糖苷酶，
紫胶通透酶和紫胶乙酰转移酶以一定的顺序出现。该多顺反子mRNA的* * *同源转录解释。
讨论了lacZ、Y和A基因的产物在不同诱导条件下始终保持相同当量水平的原因。
部门。
诱导触发了表达基因簇的“开关”。诱导剂改变它们的效果，其他因素影响它们。
获得了转录和翻译的绝对水平，但是三个基因之间的关系已经由它们的结构预先确定。
我们应该注意操纵器的潜在特性。Lac操纵子包含编码糖代谢的lacZ。
-半乳糖苷酶；紫胶含有一种渗透性酶，负责将底物运输到细胞中。但是操纵子
在非诱导状态下，基因还没有表达，所以没有通透酶。那么诱导剂是如何开始进入细胞的呢？
然后呢。
事实上，在细胞中，渗透酶总是以最小量存在，足以供应底物开始进入。操作
有一个基础水平的表达，即使没有诱导剂，它保持这种表达。
水平(0.65438+诱导水平的0%)，部分诱导剂通过其他吸收系统进入细胞。
三。操纵基因和调控基因的鉴定
野生型操纵子以受调节的方式表达，并且调节系统的突变可以停止表达。
或者在没有诱导物的情况下表达。前者称为不可诱导突变；后者
它没有响应调节的能力，无论诱导物存在与否都表达，因此被称为组成型突变(consti
tutive突变体).
操纵子调节系统的组成部分已经通过突变鉴定，它们作用于结构基因的表达
编码区的外部序列。这些成分分为两类:启动子和操纵子作为调节蛋白(RAN
聚合酶，阻遏物)靶序列通过顺式作用突变鉴定。通过反式作用缺失位点。
突变被鉴定为编码阻遏蛋白的基因。
操纵基因最初是通过组成型突变来识别的，称为“Oc”，其分布特征提供了第一个。
顺式元件的证据，它们具有功能，但自身不编码。与OC突变相邻的结构基因被分组
塑型表达，这是因为突变改变了操纵基因，使阻遏蛋白不能与之结合。这种阻遏蛋白
不能阻止RNA聚合酶开始转录。这样操纵子就可以持续转录。
操纵子基因只控制一些与其相邻的lac基因。如果第二个Lac操纵子被引入细菌，
质粒，它有自己独特的操纵基因。操纵基因互不干扰。所以如果一个操纵者有一个
野生型操纵基因，正常情况下，会被抑制。当第二个操纵子有OC突变时，
它会继续表达。
这些特征表明操纵基因是一个典型的顺式作用位点。操纵基因只控制它们的邻近性。
而不影响细胞中存在的其他DNA的等位基因。像OC这样的突变叫做顺式。
类型显性(顺式显性)。顺式作用位点的突变不能与相关蛋白结合，当两个
当两个顺式作用位点相互靠近时(如启动子和操纵基因)，我们无法通过互补测试
突变发生在哪个位点，只有通过它们对表型的影响才能区分它们。顺式优势
正是这些DNA位点的特征控制了邻接顺序。如果控制位点起多顺反子的作用
mRNA的一部分。它会表现出顺优势的特征。特别是控制站点不能受其控制。
基因相分离。从遗传学的角度来看，这些基因座和基因是在DNA还是RNA里都不成立。
重要。
LacI突变体也能导致连续转录。点突变和缺失都能产生这样的结果。在...之后
患者可能已经失去了与DNA结合的功能区域。所以和有无诱导剂无关。这种现象是一种象征。
结合阴性控制系统。Lac+基因编码一个阻遏蛋白，可以关闭lacZYA的转录。憋蛋
当white失去操纵基因结合的能力时，就是组成型突变。转录可以在启动子上自由启动。一样
由于阻遏蛋白失活，LacI突变导致lacZYA的组成型表达。
当lacI-和lacI+都存在于同一个单元格中时，它可以通过确定它们之间的关系来帮助人们。
科学家们得出了正确的结论。这只能通过构建部分二倍体来实现。也就是说
复制的操纵子位于细胞的主染色体上，而另一个放在只有几个基因的质粒上。
可以独立复制。
如果细胞中同时存在lacI+和lacI-，则可以正常调节。当诱导物被移除时，结构基因
又停了。这说明lacI+可以产生正常的阻遏物，在诱导物不存在的情况下可以反式受阻。
抑制lacI ZYA+基因，从遗传学的角度来看，野生型对组成型突变体的诱导性是显性的。
这是消极控制的重要标志。
不是所有操纵子的非诱导型突变都能表达，它们可以分为两种组成型突变:(1)起始。
亚突变是顺式作用的。如果这种突变阻碍了RNA聚合酶和Plac的结合，就无法阅读。
粽子，因为无法转录。(2) lacI突变，如果阻遏物失去了与诱导物结合的能力，也会导致和。
前者也是同样的现象。这种突变被称为lacIs。
这种反式作用在野生型中占优势。阻抑蛋白保持在操作基因的识别和抗性中。
处于这种阻碍转录的活跃状态。是否添加诱导剂对其没有影响。这是由于细胞对突变的抵抗力。
阻遏物与所有lac操纵基因结合并阻断转录，同时又不能被去除，所以野生型阻遏物的存在。
对它没有影响。
lacI突变的特征可以用阻遏蛋白的结构来解释。有两类不同的阻遏蛋白。
a型结合位点。这些结合位点用于控制基因表达以响应环境。DNA结合
识别操纵基因。诱导结合位点与小分子诱导剂结合。一旦它与诱导剂相互作用使其构象发生
改变并失去与操纵基因DNA结合的能力。可以通过lacI突变导致的某些活性的丧失来鉴定抗性。
抑制亚单位中的两个结合位点。DNA结合位点的突变是组成型的(因为阻遏物不能与d。
NA结合阻断转录)。诱导剂结合位点的突变是不可诱导的(因为诱导剂不能被还原
较少的阻遏物和DNA亲和力)。
阻遏物功能的一个重要特征是多聚体蛋白。细胞中阻抑蛋白亚单位的随机结合
变成四聚体。当不同的lacI等位基因存在时，它们的产物作为亚基结合形成异二聚体。
其特性不同于均聚物四聚体。这种亚基之间的相互作用具有聚合物蛋白质的性质，称为
这是等位基因间的互补。
一些阻遏蛋白突变体之间发生负互补。正如
在lacI-d和lacI+基因的重组中。lacI-d的这种突变只会导致阻遏蛋白的失效。
和操纵基因。因此，像lacI-等位基因一样，它使操纵子组成型表达。因为拉西-
型突变产生的阻遏物是无活性的，相对于野生型基因是隐性的，符号“-d”
指示负互补的突变类型是显性的。这种突变被称为反式显性，也称为
这是显性否定。
这种优势的原因是lacI-d等位基因产生了一个“坏的”亚基，它不仅不能结合自身。
操纵基因的DNA，它也阻止了四聚体中的“好”亚基和DNA成为四聚体的一部分。
组合。这意味着阻抑蛋白的四聚体是一个整体，而不是单个单体的简单集合。
这是完成镇压所必需的。将“好的”亚基与“坏的”亚基在体外混合也能产生
破坏的作用。
lacI-d的突变发生在阻遏蛋白的DNA结合位点，这解释了混合四聚体可以
以防止与操作基因结合。结合位点数量的减少降低了四聚体和操纵基因之间的亲和力。
lacI基因的左端正好位于蛋白质产物的N-末端DNA结合位点。LacI隐性突变
发生在本网站以外的任何地方。但它可以在DNA结合中发挥间接作用。
LacIs是一种非诱导型突变，对诱导剂无反应。这可能是由于阻遏蛋白的丢失。
清除剂结合位点被去除，或者它们的作用不能转移到DNA结合位点。LacIS突变位点
它沿着基因有规律地排列成束。在这些时间间隔内，肽链可能会发生变化。
你不能去...……图中PDF。