CRP的结合引起DNA 链发生90°的弯曲
附：葡萄糖水平CRP的关系 CRP只有与cAMP结合才有活性，而 cAMP 受葡萄糖水平的控制。
葡萄糖含量高------ cAMP水平低
葡萄糖含量低------ cAMP水平高
4、葡萄糖对乳糖操纵子影响的机制
葡萄糖对乳糖操纵子的影响机制（一） （1）培养基中含 葡萄糖、 乳糖-----cAMP水平低 （2）没有cAMP结合的CRP没有活性 （3）CRP不与Plac结合

调控蛋白和代谢物的共同作用
调控蛋白
正调控 负调控
结构基因表达
诱导 阻遏
特殊代谢物
3、原核生物基因转录调控的4种类型 （1）负控诱导系统
（2）正控诱导系统
（3）负控阻遏系统
（4）正控阻遏系统
三、乳糖操纵子
（一）组成：5种元件 由1个调节基因，3个结构基因、控制元件、
启动子和终止子组成。
PlacI
这种基因的组织形式称为操纵子。
（二）发现：
1961年
Jacob and Monod ---乳糖操纵子模型
细菌转录调控的最初概念
（三）操纵子(operon)的基本组成
结构基因、调节基因、操纵元件、 启动子、终止子
PlacI
lacI
Plac Olac
lacZ lacY lacA
1、结构基因
可编码非调控RNA或蛋白质的一段DNA序列（除 调节基因以外的所有基因）。 特点：
（二）乳糖操纵子的负调控 培养基不含乳糖 —
mRNA PlacI
lacI
lacZ、 lacY 、 lacA低表达
Plac
lacZ lacY lacA
Olac
startpoint Plac / RNA polymerase
-50 -40 -30 -20 -10 1 10 20 30
Olac / repressor
附： IPTG
实验研究诱导作用时常使用异丙基-β-D-硫代半
乳糖苷（IPTG）代替乳糖
IPTG是高效诱导物，但不是半乳糖苷酶的底物 安慰性诱导物
（四）葡萄糖对乳糖操纵子的影响
PlacI
lacI
Plac Olac
lacZ lacY lacA
现象： 培养基中含
葡萄糖、 乳糖 —— lacZ 等低表达
（3）调控蛋白： 类型：
a、阻遏蛋白（repressive protein）
与操纵元件结合后能减弱或阻止所调控
基因转录的调控蛋白
b、激活蛋白（activating protein） 与操纵元件结合后能增强或启动所调控基因 转录的调控蛋白
3、操纵元件（operator）
（1）与启动子邻近或与启动子部分序列重叠 （2）具有回文结构，能形成十字形结构。 （3）与不同构像的蛋白质结合，可以分别起阻 遏或激活基因表达的作用
transcription
CRP-binding site
AANTGTGANNTNNNTCANATTNN TTNACACTNNANNNAGTNAAANN
Highly conserved Less conserved
3、cAMP-CRP 的作用
CRP-cAMP 与cAMPCRP结合位点结合，增 强了RNA聚合酶与启动 子的结合力，使转录效 率提高50倍。
（5）lacZ， lacY 、 lacA高表达
5、意义：
通过这机制，细菌可优先利用环境中的葡萄
糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才去
充分利用乳糖。
四、色氨酸操纵子
（一）组成 1、结构基因 （1）基因E、D、C、B、A
（2）编码色氨酸合成所需要酶类
（3）头尾相接串连排列组成结构基因群
（4）组成一个转录单元
2、负性调控的、可阻遏的操纵子
3、色氨酸可以作为共阻抑物起作用，并通过终产
物抑制自身的合成（负反馈调节）。
4、细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类 型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节 省的状态。
实验观察表明：
当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活 化R使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合 成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与 色氨酸浓度呈负相关。
（1）含有2个以上的基因
（2）各结构基因串连排列，组成结构基因群
PlacI
lacI
Plac Olac
lacZ lacY lacA
（3）续的开放读框
（5）至少在第一个开放读框5’侧具有核糖体结合位点， 核糖体识别并结合RBS ，起始翻译。
2、特殊代谢物的调控
诱导(induction)
阻遏(repression)
inducer
gene
repressor
gene
特殊代谢物
诱导 阻遏
结构基因表达
诱导物、可诱导基因、诱导酶 阻遏物、可阻遏基因、可阻遏酶
诱导: 在某些代谢物或化合物的作用下，基因由 原来的关闭状态转变为工作状态 诱导物：能引起诱导发生的分子 可诱导基因：诱导调节中被活化的基因
PlacI
lacI
Plac
lacZ lacY lacA
Olac
4、启动子(promoter)
是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转
录的一段DNA序列。
（1）-10序列--- Pribnow盒：TATAAT；
（2）-35bp序列：TTGACA

操纵子至少有一个启动子，一般在第一个结构基 因5’上游，控制整个结构基因群的转录
碱基之间重叠 （3）与Trp-R特异性结合，阻遏结构基因的转录
（二）色氨酸操纵子与转录调控
现象：
培养基中
Trp 浓度较低时--基因E、D、C、B、A高表达
Trp 浓度较高时--基因E、D、C、B、A低表达
Trp操纵元与 负控阻遏系统
1、Trp操纵子与负控阻遏系统（一）
（1）培养基中Trp 浓度较低 （2）调控蛋白R不能被活化 （3）未活化的调控蛋白R不能与操纵元件结合 （4）基因E、D、C、B、A高表达
（5）多顺反子mRNA
2、调节基因trpR
（1）位置:远离P-ｏ-结构基因群
（2）编码调控蛋白R
（3）R没有与操纵元件ｏ结合的活性
（4）当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R与
色氨酸结合后构象变化而活化 （5）R与ｏ特异性结合，抑制结构基因的转录
3、操纵元件ｏ
（1）18bp的回文结构
（2）与色氨酸启动子Ptrp序列在–21 and +3
（二）乳糖操纵子的负调控
1、阻遏蛋白与操纵元件结合
2、阻碍了RNA聚合酶与启动子Plac的结合
3、转录不能进行
4、lacZ， lacY 、lacA低表达
（三）乳糖操纵子与负控诱导系统
分解lactose
mRNA PlacI
lacI
Plac Olac
lacZ lacY lacA
lactose
Inducer （异构乳糖）
诱导酶：可诱导基因表达的酶
阻遏：在某些代谢物或化合物的作用下，基因由 原来的关闭状态转变为工作状态 阻遏物：能导致阻遏发生的分子 可阻遏基因：阻遏调节中被关闭的基因 可阻遏酶：可阻遏基因表达的酶
特殊代谢物调控的分子机理
特殊代谢物是调控蛋白的变构剂，与调控蛋白 结合可使调控蛋白的空间构像发生变化，从而 改变其对基因转录的影响
Plac：控制 lacZ, lacY, lacA；多顺反子的mRNA
3、终止子
4、调节基因
lacI：编码阻遏蛋白（repressive protein）亚基
四聚体存在时具有活性，与 Olac具有 很强的亲和力
PlacI
lacI
Plac Olac
lacZ lacY lacA
5、控制元件 操纵元件Olac （1）28bp的回文结构，可形成十字形结构 （2）这种结构正好与由四个相同亚基组成的阻遏 蛋白相匹配。
AUG
UAA
AUG
3’ UAA…...
2、调节基因（regulatory gene）
（1）概念：
其产物参与调控其他结构基因表达的基因
mRNA
PlacI
lacI
Plac
lacZ lacY lacA
Olac
（2）特点： a、可在结构基因群附近、也可远离结构基因 b、不仅对同一条DNA链上的结构基因起作用， 而且能对不同DNA链上的结构基因起作用
Chapter 9
原核生物基因表达的调控
第一节
概述
一、基因表达（gene expression）
DNA
1、转录水平的调控
RNA
蛋白质
二、基因表达的调控（gene regulation）
2、转录后水平的调控
三、基因表达调控的信号： 原核生物 营养状况、环境因素
真核生物
激素水平、发育阶段
基因表达 调控
反式作用因子
二、转录水平调控的类型
1、正调控和负调控
负调控（negative regulation）
inhibitor
gene
正调控（positive regulation）
activator
gene
调控蛋白
正调控
负调控
结构基因表达
负调控：抑制基因表达的调控方式 正调控：促进基因表达的调控方式
无葡萄糖、有乳糖 —— lacZ 等高表达 问题：是否有另外的调控途径？
1、cAMP-CRP结合位点（另一调控元件）
（1）位于启动子Plac上游，与Plac部分重叠 （2）能与cAMP-CRP特异结合 （3）cAMP-CRP与该位点的结合是lac mRNA合 成起始所必须的 Plac / RNA polymerase