乳糖操纵子的调节

乳糖消化基因的基因表达由乳糖操纵子控制,该操纵子负责细胞中不同量的乳糖或葡萄糖。

来源:The Scientist

调控乳糖操纵子的基因和重要序列被组织成这样:若干介质可以精细调节操纵子本身的三个基因(lacZ、lacY 和 lacA)的表达。编码乳糖阻遏物 LacI 的基因 lacI 位于操纵子外部,并组成性表达。环磷酸腺苷 (cAMP) 受体蛋白 (CRP) 结合位点 (C) 位于启动子区前方,此处有两个潜在的 RNA 聚合酶结合位点 (P1 和 P2)。CRP 通过结合 C 来控制 P1 和 P2 之间 RNA 聚合酶的结合。最后,三个操纵子区 O1、O2 和 O3 分布在 DNA 区域内,以调节 LacI 结合和整体操纵子抑制。

lacZ lacY lacA lacI lac LacI 1 2 1 2 1 2 3

泄漏抑制

当细胞中有葡萄糖而非乳糖时,LacI 会与 O1 序列结合,阻止 RNA 聚合酶与启动子区域结合。但是,由于蛋白质动力学,如果聚合酶在一个阻遏物在另一个阻遏物结合之前释放 DNA 时结合,则可以表达少量的乳糖操纵子基因。

1 lac

强激活

如果葡萄糖不可用但乳糖存在,则异乳糖(灰色球体)会结合 LacI,将其从操纵子中释放出来。在没有葡萄糖的情况下产生的 cAMP 会附着在 CRP 上,促使其与 C 位点结合。这会指示 RNA 聚合酶位于 P1 位点,从而促进乳糖操纵子的强劲表达,以促进乳糖消化。

1 lac

紧密抑制

在没有乳糖的情况下,可以通过 DNA 环化来改善对乳糖操纵子的抑制,其中 LacI 与 O1 和第二个操纵子序列(O2 或 O3)结合。这会增加 LacI 的局部浓度,从而减少在仅有自由结合的 lac 阻遏物可用时发生的瞬时表达。1

lac 1 2 3 局部浓度 lac 1

弱激活

1 2 lac

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