乳糖操纵子
科技名词定义
中文名称:乳糖操纵子
英文名称: lac operon;lac;lactose operon
定义1:大肠杆菌中控制β半乳糖苷酶诱导合成的操纵子。包括调控元件P(启动子)和O(操纵基因),以及结构基因lacZ(编码半乳糖苷酶)、lacY(编码通透酶)和lacA(编码硫代半乳糖苷转乙酰基酶)。在没有诱导物时,调节基因lacI 编码阻遏蛋白,与操纵基因O 结合后抑制结构基因转录;乳糖的存在可与lac阻遏蛋白结合诱导结构基因转录,以代谢乳糖
R P O Z Y A
①Z、Y、A是指结构基因,用于
表
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达性状;
lacZ编码β-半乳糖苷酶,它可以切断乳糖的半乳糖苷键,而产生半乳糖和葡萄糖;
lacY编码β-半乳糖苷透性酶,它构成转运系统,将半乳糖苷运入到细胞中;
lacA编码β-半乳糖苷乙酰转移酶,只将乙酰-辅酶A上的乙酰基转移到β-半乳糖苷上;
②R是指调节基因,调节分泌阻遏物或诱导物;
③O是指操纵基因,与乳糖的结合部位;
④P是指启动子,启动基因的转录和翻译。
当E.coli生长在缺乏β一半乳糖苷的条件下是不需要β-半乳糖苷酶的,因此细胞中含量很低,大约每个细胞不高于5个分子,当加入底物后细菌中十分迅速地合成了这种酶,仅在2-3分钟之内酶就可以产生并很快增长到5000个分子/每个细胞。如在酶的浓度将达到细胞总蛋白的5-10%。如在培养基中除去底物,那么酶的合成也就迅速停止,恢复到原来的状态。
如果原来培养基中无乳糖,也无葡萄糖,那么细胞只在很低的基本水平合成β-半乳苷酶和透性酶。当加入Lac后,Ecoli的lac+ 细胞很快大量合成以上两种酶。进一步用32P标记mRNA作杂交实验(用λlac中的取得的DNA,与加入乳糖后不同时间内产生的32P-mRNA进行分子杂交)结果表明加入的乳糖能激发lac的mRNA的合成。lac mRNA极不稳定,其半衰期
仅有3分钟,这个特点随着诱导很快的恢复。当诱导物一除去转录立即停止,在很短的时间内所有的lac mRNA即被降解掉,细胞内的含量恢复到基础水平。
诱导和酶阻遏是高度特异的,只有底物/产物或紧密相关的分子才能起作用,但小分子的活性并不依赖于和靶酶的相互作用。某些诱导物与自然的β-半乳糖苷酶相似,但并不能被酶分解,比如异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropylthiogalactoside,IPTG)。其半乳糖苷键中用硫代替了氧,失去了水解活性,但硫代半乳糖苷和同源的氧代化合物与酶位点的亲和力相同,IPTG虽不为β-半乳糖苷酶所识别,但它是lac基因簇十分有效的诱导物。
能诱导酶的合成,但又不被分解的分子,称为安慰诱导物(gratuitous inducer)。由于乳糖虽可诱导酶的合成,但又随之分解,产生很多复杂的动力学问
题
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,因此人们常用安慰诱导物来进行各种实验。它的存在表明一个重要的问题,就是这个控制系统必须具有某种成份,它不同于靶酶,能识别合适的底物;而它的这种识别相关底物的能力也不同于酶。
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