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第六章-色氨酸(trp)操纵子3VIP免费

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色氨酸(色氨酸(trptrp)操纵子)操纵子lac和ara操纵子是编码分解代谢途径酶系的操纵子,负责碳源(例如乳糖和阿拉伯糖等)的分解利用,这些操纵子的表达受相应碳源的诱导。在细菌中还有负责一些物质合成代谢的操纵子,例如色氨酸操纵子(tryptophanoperon,trpoperon)就是负责色氨酸合成的操纵子。trp操纵子是由一个启动子和一个操纵基因区组成,该操纵基因区控制一个编码色氨酸生物合成需要的5种蛋白的多顺反子mRNA的表达。由于trp体系参与生物合成而不是降解,它不受葡萄糖或cAMP-CRP的调控。色氨酸的合成主要分5步完成,有7个基因参与整个合成过程。trpE和trpG编码邻氨基苯甲酸合酶,trpD编码邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶,trpF编码异构酶,trpC编码吲哚甘油磷酸合酶,trpA和trpB则分别编码色氨酸合酶的α和β亚基。trpE基因是第一个被翻译的基因,和trpE紧邻的是启动子区和操纵区。另外,前导区和弱化子区分别定名为trpL和trpa(不是trpA)。trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR,该基因距trp基因簇很远。后者位于大肠杆菌染色体图上25分钟处,而前者则位于90分钟处。在位于65分钟处还有一个trpS(色氨酸tRNA合成酶),它与携带有色氨酸的tRNATrp共同参与trp操纵子的调控作用。弱化子弱化子在trpmRNA5'端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区,其中123~150位碱基序列如果缺失,trp基因表达可提高6-10倍,而且无论是在阻遏细胞内还是在永久性突变的细胞内都是这样。当mRNA合成起始以后,除非培养基中完全没有色氨酸,转录总是在这个区域终止,产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子,终止trp基因转录,这就是123~150区序列缺失会提高trp基因表达的原因。因为转录终止发生在这一区域,并且这种终止是被调节的,这个区域就被称为弱化子。研究引起终止的mRNA碱基序列,发现该区mRNA通过自我配对可以形成茎-环结构,有典型的终止子特点。前导肽前导肽实验表明衰减作用需要负载tRNATrp参与,这意味着前导序列的某些部分被翻译了。分析前导序列发现,它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA;如果翻译起始于AUG,应该产生一个含有14个氨基酸的多肽。这个假设的多肽(还未实际观察到)被称为前导肽。前导序列具有一个非常有意义的特点,在其第10和第11位上有相邻的两个色氨酸密码子。这一点很重要,因为组氨酸操纵子中,也具有弱化子,也具有一个类似的能编码前导肽的碱基序列,此序列中含有7个相邻的组氨酸密码子。苯丙氨酸操纵子中同样存在弱化子结构,其前导序列中也有7个苯丙氨酸密码子。这些密码子参与了trp及其他操纵子中的转录弱化机制。mRNAmRNA前导区的序列分析前导区的序列分析trp前导区的碱基序列已经全部测定,引人注目的是其中4个分别以1、2、3和4表示的片段能以两种不同的方式进行碱基配对(图6-22),有时以1-2和3-4配对,有时只以2-3方式互补配对。RNaseT1降解实验(此酶不能水解配对的RNA)表明,纯化的trp前导序列中确有1-2和3-4的配对方式,由此定位的3-4配对区正好位于终止密码子的识别区,当这个区域发生破坏自我配对的碱基突变时有利于转录的继续进行。转录弱化作用转录弱化作用转录的弱化理论认为mRNA转录的终止是通过前导肽基因的翻译来调节的。因为在前导肽基因中有两个相邻的色氨酸密码子,所以这个前导肽的翻译必定对tRNATrp的浓度敏感。当培养基中色氨酸的浓度很低时,负载有色氨酸的tRNATrp也就少,这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢,当4区被转录完成时,核糖体才进行到1区(或停留在两个相邻的trp密码子处),这时的前导区结构是2-3配对,不形成3-4配对的终止结构,所以转录可继续进行,直到将trp操纵子中的结构基因全部转录。而当培养基中色氨酸浓度高时,核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子,在4区被转录之前,核糖体就到达2区,这样使2-3不能配对,3-4区可以自由配对形成茎-环状终止子结构,转录停止,trp操纵子中的结构基因被关闭而不再合成色氨酸(图6-24)。所以,弱化子对RNA聚合酶的影响依赖于前导肽翻译中核糖体所处的位置。ThetrpoperonisnegativelyregulatedbytheTrprepress...

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