1、PPT讲解：吴小龙（ 20096580） 组 员 ： 吴林刚（ 20096563） 董振寰（ 20096584） 惠亚南（ 20096592） 第三节 乳糖操纵子 (lac operon) 内容提要： 乳糖操纵子的结构 酶的诱导 lac体系受调控的证据 乳糖操纵子调控模型 影响因子 Lac操纵子中的其他问题 一、乳糖操纵子的结构 乳糖操纵子结构 三个基因结构： Z、 Y、 A 启动子、控制子、阻遏子等 启动区 Z Y A RNA聚合酶 含有 Z、 Y、 A的 mRNA 转录机理 操纵区中间 Z编码 -半乳糖苷酶： 将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 Y编码 -半乳糖苷透过酶： 使外界的 -半乳糖苷（如
2、乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 A编码 -半乳糖苷乙酰基转移酶： 乙酰辅酶 A上的乙酰基转到 -半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。 二、酶的诱导 lac体系受调控的证据 安慰诱导物： 如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不被分解，这种物质被称为安慰诱导物，如 IPTG（ 异丙基 - D-硫代半乳糖苷）。 异丙基巯基半乳糖 CH 2 O H C H 3 H O O S C CH 3H C H 3O H HH HH O H图 1 6 -6 异丙基 - - 硫代半乳糖苷的分子结构三、乳糖操纵子调控模型 主要内容： Z、 Y、 A基因的产物由同一条多顺反子的 mRNA分子所编码 该 mR
3、NA分子的启动 区（ P） 位于 I与 O之间的启动子区（ P），不能单独起动合成 -半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。 操纵基因是 DNA上的一小段序列（仅为 26bp），是阻遏物的结合位点。 RNA聚合酶结合部位 阻遏物结合部位 操纵位点的回文序列 当阻遏物与操纵基因结合时， lac mRNA的转录起始受到抑制。 未诱导：结构基因被阻遏阻遏物四聚体La cI P O l a cZ l a cY l a cA图 1 6 - 当无诱导物时阻遏物结合在操纵基因上 诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发 lac mRNA的合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏
4、物占据，所以启动子能够顺利起始 mRNA的合成。 诱导：基因被打开 - 半乳糖苷酶 透性酶 乙酰转移酶图 1 6 -7 诱导物和阻遏物成为调节操纵子的开关组成型突变： lacOc 组成型突变： lacI- R e p r e s s o r h a s l o s t l a c I S g e n e s y t h e s i z e sI d u c e r - b i n d i n g s i t e d e f e c t i v e r e p r e s s o r t h a tc a n n o t b i n d i n d u c e r ;i t b i n d s
5、p e r ma n e n t l yt o o p e r a t o rl a c I SO p e r a n t o rl a c I +w i l d - t y p e r e p r e s s o rd o e s n o t i n f l u e n c eDN A- b i n d i n g o fL a cSr e p r e s s o r图 1 6 - U n i n d u c i b l e l a c S m u t a t i o n s a r e d o mi n a n t不可诱导突变（超阻遏）： 四、影响因子 1、 lac操纵子的本底水平表达 有
6、两个矛盾是操纵子理论所不能解释的： 诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导物需要透过酶，后者的合成有需要诱导。 解释： 一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？ 一些透过酶可以在没有诱导物的情况下合成？ 真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在 -半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有 -半乳糖甘酶的预先存在。 解释： 本底水平的组成型合成：非诱导状态下有少量的lac mRNA合成。 2、大肠杆菌对乳糖的反应 培养基：甘油 按照 lac操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的 -半乳糖苷酶和 -半乳糖苷透过酶； 培养基：加入乳糖 少量乳糖 透过酶 进入细胞 -半乳糖苷酶 异
7、构乳糖 诱导物 诱导 lac mRNA的生物合成 大量乳糖进入细胞 多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源） 异构乳糖 H O HH O HO H HHCH2O H H O O HH O OH O C H 2CH2O H H O H O H HH O O H 别乳糖H O O H H H H O HO H H H H2OH H H O O H C H2O H CH2OHH O H C H2O H H O O H H O O O HH HO H H O H HH O H H HH O H H O H葡萄糖 半乳糖图 1 6 - 乳糖分解的不同产物乳糖 诱导物的加入和去除对 lac mRNA的影响 3、阻遏物 lac I基因产物及功能 Lac 操纵子阻遏物 mRNA是由弱启动子控制下组成型合成的，每个细胞中有 5-10个阻遏物分子。 当 I基因由弱启动子突变成强启动子，细胞内就不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个 lac操纵子在这些突变体中就不可诱导。
