色氨酸操纵子

1第四节色氨酸操纵子（Trpoperon）内容提要：色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的阻遏调控机制色氨酸操纵子的弱化调控机制2一、色氨酸操纵子的结构调控基因结构基因催化从分支酸到合成色氨酸所需的酶trpR3分支酸→N-氨基苯甲酸→→→→→→吲哚-3-甘油-磷酸→色氨酸邻氨基苯甲酸合成酶吲哚-3-甘油磷酸合成酶色氨酸合成酶β链α链60，00060，00045，00050，00029，000OL间隔区trpEtrpDtrpCtrpBtrpAPP：启动子；O：操作子；L：前导序列；E.colitrpO的结构及其产物所催化的色氨酸合成反应4乳糖操纵子的基本结构与调控原理5特点:(1)trpR和trpABCDE不连锁；(2)操纵基因（操作子）和启动子部分重叠(3)有衰减子(attenuator)/弱化子(4)启动子和结构基因不直接相连，二者被前导序列(Leader)所隔开6trpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA蛋白TrpR(无活性)活化的阻遏蛋白阻遏物(Trp)图16-27TrpR被Trp激活后可阻遏trp操纵子的转录(仿B.Lewin:《GENES》Ⅳ，1990,Fig.13.16)二、trp操纵子的阻遏系统低Trp时：阻遏物不结合操纵基因;高Trp时：阻遏物+Trp结合操纵基因7TrpTrp高时Trp低时mRNAOPtrpR调节区结构基因RNA聚合酶RNA聚合酶色氨酸的调节转录衰减色氨酸操纵子8三、trp操纵子的弱化机制衰减子（attenuator）/弱化子前导序列（leadersequence）91、衰减子/弱化子：DNA中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列（123-150区）。123~15010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。11邻氨基苯吲哚甘油色氨酸合成酶甲酸合成酶磷酸合成酶TrpEterpDtrpCtrpBtrpAtt’启动子操纵基因前导序列衰减子pppN26AUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGAN43AUUUUUUUU富含G-C的发GCLeaderpeptide夹结构/富含CGU的单链末端CGAaaaaaCGMetLysAlaIlePheValLeuLysGlyTrpTrpArgThrSerAGCCGACGUUAA图16-28trp操纵子含有5个结构基因和1个控制区。控制区由启动子、操纵基因、前导顺序和衰减子构成。前导区编码14个氨基酸，其中有2个是色氨酸。(仿B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997,Fig.12.38)122、前导序列：在trpmRNA5‘端trpE基因的起始密码前一个长162bp的mRNA片段。1314UUUU……UUUU……调节区结构基因trpROP前导序列衰减子区域UUUU……前导mRNA1234衰减子结构第10、11密码子为trp密码子终止密码子14aa前导肽编码区:包含序列1形成发夹结构能力强弱：序列1/2序列2/3序列3/4trp密码子UUUU……12233415UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNA1.当色氨酸浓度高时转录衰减机制125’trp密码子衰减子结构就是终止子可使转录前导DNAUUUU3’RNA聚合酶终止16UUUU……342423UUUU……核糖体前导肽前导mRNA15’trp密码子结构基因前导DNARNA聚合酶2.当色氨酸浓度低时Trp合成酶系相关结构基因被转录序列3、4不能形成衰减子结构17LowTrpHighTrp18弱化机制19高Trp时：Trp-tRNATrp存在核糖体通过片段1(2个Trp密码子)封闭片段2片段3，4形成发夹结构类似于不依赖ρ因子的转录终止序列RNA聚合酶停止转录,产生衰减子转录产物转录、翻译偶联,产生前导肽20低Trp时：Trp-tRNATrp没有供应核糖体翻译停止在片段1（2个Trp密码子）片段2，3形成发夹结构转录不终止RNA聚合酶继续转录21细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只能使转录不起始，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是细胞内色氨酸的多少；弱化作用的信号则是细胞内载有色氨酸的tRNA的多少。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。22色氨酸操纵子的调控机制阻遏调控弱化（衰减调控）●前导序列L含有四段特殊序列，序列1前有一段前导肽。其10-11位是连续的色氨酸；●序列2-3或3-4可形成茎环结构，3-4之间的茎环结构是一个转录终止子结构（衰减子）●Trp缺乏时，核糖体的翻译停滞在11-12位色氨酸密码处，序列2-3形成茎环结构，3-4就不能形成终止子，结构基因转录继续进行。反之，停止。23重点色氨酸操纵子的阻遏调控机理色氨酸操纵子的衰减（弱化）调控机理