色氨酸操纵子的调控?详细点解释一下调控的过程?

色氨酸操纵子的调控?详细点解释一下调控的过程?
色氨酸操纵子的调控?详细点解释一下调控的过程?

色氨酸操纵子的调控?详细点解释一下调控的过程?

色氨酸操纵子(tryptophane operon)负责色氨酸的生物合成,当培养基中有足够的色氨酸时,这个操纵子自动关闭,缺乏色氨酸时操纵子被打开,trp基因表达,色氨酸或与其代谢有关的某种物质在阻遏过程（而不是诱导过程）中起作用.由于trp体系参与生物合成而不是降解,它不受葡萄糖或cAMP-CAP的调控.

  色氨酸的合成分5步完成.每个环节需要一种酶,编码这5种酶的基因紧密连锁在一起,被转录在一条多顺反子mRNA上,分别以trpE、trpD、trpC、trpB、trpA代表,编码了邻氨基苯甲酸合成酶、邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶.

  trpE基因是第一个被翻译的基因,和trpL和trpa（不是trpA）.trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR,该基因距trp基因簇很远,后者在大肠杆菌染色体图上25min处,而前者则位于90min处.在位于65min处还有一个trpS（色氨酸tRNA合成酶）,它和携带有trp的tRNATrp也参与trp操纵子的调控作用.

  L区编码了前导肽,当有高浓度Trp存在时,由于弱化子a的作用,转录迅速减弱停止,生成140核苷酸的前导RNA；当Trp浓度较低时,弱化子不起作用,转录得以正常进行,生成长约7kb的mRNA,操纵子中第一个结构基因的起始密码子AUG在+162处.

1．trp操纵子的阻遏系统

  trpR基因突变常引起trp mRNA的永久型合成,该基因产物因此被称为辅阻遏蛋白(aporepressor).除非培养基中有色氨酸,否则这个辅阻遏蛋白不会与操纵区结合.辅阻遏蛋白与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物,与操纵区结合并使之关闭转录trp mRNA.

  阻遏-操纵机制对色氨酸来说是一个一级开关,主管转录是否启动,相当于粗调开关.trp操纵子中对应于色氨酸生物合成的还有另一个系统进行细调控,指示已经启动的转录是否继续下去.这个细微调控是通过转录达到第一个结构基因之前的过早终止来实现的,由色氨酸的浓度来调节这种过早终止的频率.

2．弱化子与前导肽

  在trp mRNA 5'端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区,研究发现,当mRNA合成起始以后,除非培养基中完全没有色氨酸,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.因为转录终止发生在这一区域,并且这种终止是被调节的,这个区域就被称为弱化子.

  分析前导肽序列,发现它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA,编码了一个14个氨基酸的多肽.该多肽有一个特征,其第10位和11位有相邻的两个色氨酸密码子.正是这两个相连的色氨酸密码子（组氨酸、苯丙氨酸操纵子中都有这种现象）调控了蛋白质的合成.

  当培养基中色氨酸的浓度很低时,负载有色氨酸的tRNATrp也就少,这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢,当4区被转录完成时,核糖体才进行到1区（或停留在两个相邻的trp密码子处）,这时的前导区结构是2-3配对,不形成3-4配对的终止结构,所以转录可继续进行,直到将trp操纵子中的结构基因全部转录.

  当培养基中色氨酸浓度较高时,核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子,在4区被转录之前就到达2区,使2-3区不能配对,3-4区自由配对形成基一环终止子结构,转录被终止,trp操纵子被关闭.

3．trp操纵子弱化机制的实验依据

  trpS5是温度敏感型突变株,它所编码的Trp-tRNAtrp合成酶只在30℃时有活性,42℃时无酶活性.比较野生型和突变型在42℃和30℃时,突变体的Trp操纵子与野生型一样受色氨酸浓度的调控.42℃时,突变体中Trp操纵子的表达不受色氨酸浓度的调控.

  另有一个缺失前导区及D基因的突变体（trpΔLD102）,该细菌在有色氨酸的培养基中仍有很高的色氨酸合成酶活性.

  TrpΔED53中L不缺失（弱化子存在）,trpΔLD102中L缺失（弱化子不存在）,缺失前导区后的表达比有前导区的表达要高得多,充分说明trp操纵子的表达调控除阻遏作用外,还受到前导区的影响,失去了这个因素就失去了一个调控机制.

4．阻遏与弱化作用的协调

  有实验证明,在不加色氨酸的培养基中,trp mRNA的合成仍然受到部分阻遏,现在一般认为,野生型细胞中同时存在着有活性和无活性的阻遏物,培养基中色氨酸浓度的变化,能够使这两种阻遏物间的平衡发生倾斜,最终做出关闭或启动trp操纵子的决定,从而维持一定的色氨酸含量.

细菌中为什么要有弱化子系统呢?

一种可能是阻遏物从有活性向无活性的转变速度极低,需要有一个能更快地做出瓜的系统,以保持培养基中适当的色氨酸水平.或者,弱化子系统主要是对外源色氨酸浓度做出反应.外源色氨酸浓度很低的信号虽然足以引起trp操纵子的去阻遏作用,但是这个信号还不足以很快引发内源色氨酸的合成.在这种环境下,弱化子就通过抗终止的方法来增加trp基因表达,从而提高内源色氨酸浓度.

  那么为什么还要有阻遏体系呢?目前认为阻遏物的作用是当有大量外源色氨酸存在时,阻止非必需的先导mRNA的合成,它使这个合成系统更加经济.

不好意思，我是学机械的。