半乳糖操纵子

半乳糖操纵子 科技名词定义 中文名称: 半乳糖操纵子 英文名称: gal operon;gal 定义1: 在大肠杆菌的基因组中，负责半乳糖分解代谢的操纵子。除了上游的启动子和操纵基因 外，与半乳糖利用相关的三个结构基因依次排列:galE(编码半乳糖差向异构酶)、galT(编 码半乳糖转移酶)和galK(编码半乳糖激酶)。 应用学科: 生物化学与分子生物学(一级学科);基因达与调控(二级学科) 定义2: 大肠杆菌基因组中控制半乳糖降解为可利用碳源的遗传单位。 应用学科: 遗传学(一级学科);分子遗传学(二级学科) 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 半乳糖也是E.coli的一种碳原，它的分解要涉及三种酶的催化:半乳糖激酶(galactokinase，K)，半乳糖转移酶(galactose transferase,T)和半乳糖表面异构酶(galactose epimerase ,E,)。它们催化的反应如下: Gal+ATP----->Glu-1-p+ADP+H+ 半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖(UDPgal)是大肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，该酶是galE基因的产物。生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。 结构特点是: (1)有2个启动子:P1和P2，当有活性的CAP存在时P1启动，其-10顺序位于-12~-6，称为-10S1，转录的起始点为+1。当CAP缺乏时P2启动子启动，从-5开始转录，其-10顺序位于-17~-11，称做-10S2; (2)gal操纵子无-35顺序;(3)具有2个操纵基因OE和OI ，OE在上游，位于CAP位点之内，OI在基因gal内部;无论是OE还是OI高启动子都有一段距离，不直接毗邻。 分析gal操纵子P(启动区)-O(操纵区)区的DNA序列发现，该操纵子存在两个相距仅5bp的启动子，可以分别起始mRNA的合成。每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。cAMP-CAP对从S1和S2起始转录有不同的作用。 从S1起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时，才能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、CAP和较高浓度的cAMP。从S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。当有cAMP-CAP时，转录从 S1开始，当无cAMP-CAP时，转录从S2开始。 Glu和Gal对Gal操纵子的调节 条件表达 启动开 P2S2 有有始转录，Glu Gal gal E 组成型表达 和相互作用，成环，转录OEOI无Gal 只进行碱基便停止20 启动，个P13无有Glu Gal 基因转录 无不启动Gal P1 1)(当没有葡萄糖的条件下有Gal存在时，galR(位于62ˊ)编码的阻遏物失活，CAP结合在-47~23区域，RNA Pol结合在-10S1区，CAP和RNA Pol直接相互作用，使P1顺利转录;当无Gal时Gal R结合在Gal OE上，Gal OE具有回文顺序(TT GTG TAA AC|GATTCCACTAA)供CAP结合。它离启动子有一段距离，当Gal R结合在gal OE上时不大可能像lac操纵子中lac阻遏那样去阻碍RNA Pol的结合，它阻断S1的转录可能的两种方式;或是影响到cAMP-CAP和RNA聚合酶的作用而阻断;或通过干扰cAMP-CAP与DNA的相互作用来阻断。 在Glu存在的情况下，cAMP -CAP含量少，当Gal存在，而无Gal R时，P1不能启动而P2启动，RNA聚合酶结合-10 S2顺序上，-10 S2(TATGCTA)和-10 S1(TATGGTT)顺序相似，从S2开始转录gal E而不转录另外的2个基因gal T和gal K。这是由于Gal既可以作为碳源，同时UDP-Gal又是合成细胞壁的重要前体，因此无论Glu是否存在，只要有Gal，gal E总可以得到转录。 在Glu存在的情况下，若无Gal存在，Gal R可结合在gal OE和OI上，并相互作用形成环。S2位点阻遏作用和SI的阻遏机制完全不同，在上述条件下，即使有Gal R存在，P2仍不受阻遏开始转录(组成型)，但由于OI上也有Gal R的结合并且成环，故转录只进行20碱基便停止，这个过程如何发生尚不清楚。 2)cAMP-CAP的存在对P1可以激活是正调控，而对P2都是抑制，是负调控，其机制还没有搞清楚。 3) Gal R这个阻遏物对P1和P2两个启动子都是负调节，但在cAMP-CAP含量少时P2仍可转录，其机制也不清楚。 4)P1启动子与RNA Pol的亲和力远远大于P2启动子与RNA Pol的亲和力。这可以解释为什么在没有Glu，而有Gal存在时，P1转录，而P2不转录。可能二者要竞争RNA Pol，而RNA Pol 在细胞中数量是一定的，由于P1的亲和力大大超过P2，所以RNA Pol几乎都结合到P1启动子上，P2由于得不到RNA Pol故不能启动