详细版——乳糖操纵子培训讲学.ppt

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1、详细版——乳糖操纵子一、操纵子(operon)细菌能随环境的变化，迅速改变某些基因表达的状态，这就是很好的基因表达调控的实验模型。人们就是从研究这种现象开始，打开认识基因表达调控分子机理的窗口的。7/29/202121.操纵子的提出大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源而生长繁殖，当培养基中含有葡萄糖和乳糖时，细菌优先利用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长。7/29/202137/29/20214大肠杆菌利用乳糖至少需要两个酶：促使乳糖进入细菌的半乳糖透过酶(lactosepermease)和催化

2、乳糖分解第一步的－半乳糖苷酶(-galactosidase)。7/29/20215在环境中没有乳糖或其他-半乳糖苷时，大肠杆菌合成-半乳糖苷酶量极少，加入乳糖2-3分钟后，细菌大量合成-半乳糖苷酶，其量可提高千倍以上，在以乳糖作为唯一碳源时，菌体内的-半乳糖苷酶量可占到细菌总蛋白量的3%。在上述二阶段生长细菌利用乳糖再次繁殖前，也能测出细菌中-半乳糖苷酶活性显著增高的过程。7/29/202167/29/20217这种典型的诱导现象，是研究基因表达调控极好的模型。针对大肠杆菌利用乳糖的适应现象，法国的Jocob和Monod等人做了一系列遗传学和生化学研究实验，

3、于1961年提出乳糖操纵子（lacoperon）学说。7/29/20218据外媒报道，1965年诺贝尔医学或生理学奖得主之一、法国分子遗传学家弗朗索瓦•雅各布（FrancoisJacob）于2013年4月19日在法国巴黎逝世，享年92岁。雅各布1920年6月17日生于法国东北部城市南锡，1947年获得巴黎大学医学博士学位。在他的研究生涯中，雅各布与JacquesLucienMonod、AndreLwoff在微生物遗传调控方面做出了杰出的贡献。最显著的贡献是确立了Jacob-Monod操纵子模型，解释了原核基因调控的原理。他还研究了作为DNA和核糖体之间媒介，mRNA参与

4、蛋白质合成的作用机制。这些工作，让FrancoisJacob与JacquesLucienMonod、AndreLwoff分享了1965年诺贝尔医学或生理学奖。7/29/20219CollaborationbetweenmentorandstudentwonaNobelPrize.Ithasnotbeencommoninthehistory.Onlytheluckyones,whowerewillingtosharethecreditandlivedlong,pannedoutintheend.ThatwaswhyIrememberthisstory:Theteacher-

5、studentteam:FrançoisJacob(1920-2013),student.JacquesMonod(1910-1976),Lwoff'scolleauge.AndréLwoff(1902-1994),Jacob'smentor.Notableawards:    1965 NobelPrizeinMedicine.Hesharedthe1965NobelPrizeinMedicinewithJacquesMonodandAndréLwoff(1902-1994).7/29/202110业内人士评论认为，沃森和克里克发现了DNA结构，雅各布等人的工作则揭示了

6、遗传信息如何传递。"AnythingfoundtobetrueofE.colimustalsobetrueofelephants," claimedby JacquesMonod.“大肠杆菌的基因调控的任何发现, 也适用于大象基因调控。”7/29/2021112.操纵子的基本组成乳糖操纵子模型已被许多研究实验所证实，对其有了更深入的认识，并且发现其他原核生物基因调控也有类似的操纵子组织，操纵子是原核基因表达调控的一种重要的组织形式，大肠杆菌的基因多数以操纵子的形式组成基因表达调控的单元。下面就以乳糖操纵子为例子说明操纵子的最基本的组成元件（elements）。7/29/2

7、02112它由依次排列的调节基因、cAMP受体蛋白CRP位点、启动子、操纵基因和3个相连的编码利用乳糖的酶的结构基因组成。7/29/202113(1)结构基因群操纵子中被调控的编码蛋白质的基因可称为结构基因(structuralgene,SG)。一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达十几个。每个结构基因是一个连续的开放阅读框(openreadingframe),5’端有起始密码ATG，3’端有终止密码TAA、TGA或TAG。各结构基因头尾衔接、串连排列，组成结构基因群。7/29/202114至少在第一个结构基因5’侧具有