色氨酸操纵子(trp operon)
色氨酸操纵子(trp operon)
结构:E.coli的色氨酸操纵子有五个结构基因,E/D/C/B/A基因,编码色氨酸合成的相关酶。上游调控区由启动子P和操纵元件O组成,R是调节基因,编码阻遏蛋白。在O与E基因之间由一段编码衰减子的L基因。RPOLEDCBA。
调控方式:阻遏机制和衰减机制
阻遏机制:无色氨酸存在时,阻遏蛋白不能与操纵元件结合,对转录无抑制作用。
细胞内有较大量色氨酸时,阻遏蛋白与色氨酸形成复合物后能与操纵元件结合,抑制转录。
衰减机制:细胞内没有色氨酸时,色氨酸-tRNA缺乏,核糖体就停留在衰减子两个相邻的色氨酸密码子的位置上(片段1),片段1和2之间不能形成发夹结构,片段2和3之间可形成发夹结构,则片段3和4旧不能形成转录终止信号,后面的基因得以转录。
细胞内有色氨酸时,形成色氨酸-tRNA,核糖体翻译可以通过片段1,并通过片段2。因遇到翻译终止密码,核糖体在到达片段3之前便从mRNA上脱落。在这种情况下,片段3和4形成发夹机构,即转录终止信号,从而导致RNA聚合酶作用停止。
调节特点:操纵元件和衰减子双重负调节作用。衰减子的调控可能比操纵元件更加灵敏,只有色氨酸一增多,即使不足以诱导阻遏蛋白结合操控元件,旧足以使大量的mRNA提前终止。反之,当色氨酸减少时,即使失去了诱导阻遏蛋白的阻遏作用,但只要还可以维持前导肽的合成,仍继续阻止转录。这样可以保证尽可能充分地消耗色氨酸,时期合成维持在满足需要的水平,防止色氨酸堆积和过多的消耗能量。同时,这种机制也使细菌能够优先将环境中的色氨酸消耗完,然后开始自身合成。
attenuator;
衰减子(attenuator)是在研究大肠杆菌的色氨酸操纵子表达衰减现象中发现的。在trp mRNA 5’端trp正基因的起始密码前有一个长162 bp的DNA序列称为前导区,其中第123~150位核苷酸如果缺失,trp基因的表达水平可提高6倍。研究发现,当mRNA开始合成后,除非培养基中完全不含色氨酸,否则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。这个区域被称为弱化子。衰弱子转录物中具有4段特殊的序列,能配对形成发夹结构,并含有两个相邻的色氨酸密码子,这是衰减调控机制的基础。衰减作用在原核生物中是相当普遍的,大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌中已陆续发现不少操纵子都有弱化现象。
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