7 浙江大学 遗传学第十一章 37 ㈡、乳糖操纵元（操纵子）： 1.乳糖操纵元模型： 1961年，雅各布（Jacob F.）和莫诺（Monod J.） 的操纵元模型： 操纵元：细菌的主要基因调控单位，也就是转录单位。 如：大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加： ①. β-半乳糖酶：将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖； ②. 渗透酶：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和半乳糖； ③. 转乙酰酶： β-半乳糖转变成乙酰半乳糖。 大量乳糖时：大肠杆菌三种酶的数量急剧增加，几分钟 即可达到千倍以上，这三种酶能够成比例地增加； 乳糖消耗完：这三种酶的合成也即同时停止。 浙江大学 遗传学第十一章 38 2. 乳糖操纵元的负调控： ①. 乳糖操纵元组成部分； ②. 野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 无乳糖时，基因不表达； ③. 野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 有乳糖时，基因表达； ④. 抑制基因突变(I－O+Z+Y+A+), 无乳糖时，基因组成型表达； ⑤. 操纵基因突变型(I＋Oc Z+Y+A+), 无乳糖时，基因组成型表达。 阻遏蛋白 乳糖 RNA聚合酶 浙江大学 遗传学第十一章 39 3. 乳糖操纵元的正调控： 当有乳糖存在时，操纵子开启，基因进行表达。 当既有大量半乳糖又有葡萄糖时，基因表达将会怎样？ 基因不表达，存在新的调节因子来控制乳糖操纵子开启，这 个因子的活性与葡萄糖有关。 葡萄糖可使腺苷酸环化酶活性降低； 而腺苷酸环化酶能将ATP转变成cAmP。 cAmP又与代谢激活蛋白 (catabolite activating protein, CAP) 结合¨形成cAmP-CAP 复合物，作为lac操纵子正调 控因子。当cAmP-CAP复合 物二聚体插入到lac特异启动 子序列时¨使DNA构型发生 变化，而RNA聚酶与该新构 型的DNA结合紧密，转录效 率高。 葡萄糖抑制操纵子的原理： 葡萄糖 ¨ 腺苷酸环化酶活性降低 ¨ ATP无法转变成cAmP ¨ 不能形成CAP-cAmP复合蛋白 ¨ RNA酶无法结合在DNA上 ¨ 基因不表达。 浙江大学 遗传学第十一章 41 4. 乳糖操纵元存在的遗传证据： ⑴. 遗传分析的三个基本假定： ①. 阻遏基因的产物是可以在细胞中扩散的反式调控元件； ②. 操纵子Ｏ是调控位点，不编码蛋白； ③. Ｏ 位点需紧邻 受其控制的结构基因， 是顺式调控元件； 通过性导产生局部 二倍体，可以进行遗传 验证。 浙江大学 遗传学第十一章 42 ⑵. 阻遏蛋白的分离与鉴定： 吉尔伯特（Gilbert W., 1966）等利用阻遏蛋白超量表达突变 型（regulator Quantity，Iq） ¨分离出阻遏蛋白； ①. IPTG 诱导Iq细胞，分离提取阻遏蛋白，用含有同位素标 记的IPTG溶液透析，透析袋内外浓度不一样 ¨ 提取物中含有与 IPTG结合的物质，纯化分析证明具有蛋白特性。 IPTG 乳糖类似物7 浙江大学 遗传学第十一章 37 ㈡、乳糖操纵元（操纵子）： 1.乳糖操纵元模型： 1961年，雅各布（Jacob F.）和莫诺（Monod J.） 的操纵元模型： 操纵元：细菌的主要基因调控单位，也就是转录单位。 如：大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加： ①. β-半乳糖酶：将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖； ②. 渗透酶：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和半乳糖； ③. 转乙酰酶： β-半乳糖转变成乙酰半乳糖。 大量乳糖时：大肠杆菌三种酶的数量急剧增加，几分钟 即可达到千倍以上，这三种酶能够成比例地增加； 乳糖消耗完：这三种酶的合成也即同时停止。 浙江大学 遗传学第十一章 38 2. 乳糖操纵元的负调控： ①. 乳糖操纵元组成部分； ②. 野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 无乳糖时，基因不表达； ③. 野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 有乳糖时，基因表达； ④. 抑制基因突变(I－O+Z+Y+A+), 无乳糖时，基因组成型表达； ⑤. 操纵基因突变型(I＋Oc Z+Y+A+), 无乳糖时，基因组成型表达。 阻遏蛋白 乳糖 RNA聚合酶 浙江大学 遗传学第十一章 39 3. 乳糖操纵元的正调控： 当有乳糖存在时，操纵子开启，基因进行表达。 当既有大量半乳糖又有葡萄糖时，基因表达将会怎样？ 基因不表达，存在新的调节因子来控制乳糖操纵子开启，这 个因子的活性与葡萄糖有关。 葡萄糖可使腺苷酸环化酶活性降低； 而腺苷酸环化酶能将ATP转变成cAmP。 cAmP又与代谢激活蛋白 (catabolite activating protein, CAP) 结合¨形成cAmP-CAP 复合物，作为lac操纵子正调 控因子。当cAmP-CAP复合 物二聚体插入到lac特异启动 子序列时¨使DNA构型发生 变化，而RNA聚酶与该新构 型的DNA结合紧密，转录效 率高。 葡萄糖抑制操纵子的原理： 葡萄糖 ¨ 腺苷酸环化酶活性降低 ¨ ATP无法转变成cAmP ¨ 不能形成CAP-cAmP复合蛋白 ¨ RNA酶无法结合在DNA上 ¨ 基因不表达。 浙江大学 遗传学第十一章 41 4. 乳糖操纵元存在的遗传证据： ⑴. 遗传分析的三个基本假定： ①. 阻遏基因的产物是可以在细胞中扩散的反式调控元件； ②. 操纵子Ｏ是调控位点，不编码蛋白； ③. Ｏ 位点需紧邻 受其控制的结构基因， 是顺式调控元件； 通过性导产生局部 二倍体，可以进行遗传 验证。 浙江大学 遗传学第十一章 42 ⑵. 阻遏蛋白的分离与鉴定： 吉尔伯特（Gilbert W., 1966）等利用阻遏蛋白超量表达突变 型（regulator Quantity，Iq） ¨分离出阻遏蛋白； ①. IPTG 诱导Iq细胞，分离提取阻遏蛋白，用含有同位素标 记的IPTG溶液透析，透析袋内外浓度不一样 ¨ 提取物中含有与 IPTG结合的物质，纯化分析证明具有蛋白特性。 IPTG 乳糖类似物