问答题 试述乳糖操纵子的结构和调空机制。
【正确答案】乳糖操纵子的结构:乳糖操纵子由调节基因I、启动基因P、操纵基因O和3个结构基因IacZ、IacY、IacA组成;IacZ编码β-半乳糖苷酶;IacY编码β-半乳糖苷透性酶;IacA编码β-半乳糖苷乙酰转移酶;调节基因Iacl具有自己的启动子和终止子,能组成型表达,Iacl编码的阻遏蛋白是一种由4个相同亚基组成的四聚体,它既有与操纵基因IacO结合的位点,又有与诱导物结合的位点,启动基因IacP具有与RNA聚合酶结合定位点和cAMP受体蛋白(CRP)的结合位点; 乳糖操纵子的调控机制:①负调控:当缺乏乳糖时,阻遏蛋白以活性状态结合在IacO上,影响RNA聚合酶与IacP的结合,并阻碍RNA聚合酶通过IacO,结构基因无法转录;当乳糖存在时,作为诱导物的乳糖与阻遏蛋白结合,改变其构象,在成为失活状态后脱离IacO,于是RNA聚合酶与IacP结合开始转录,起始于IacZ5'端,终止于IacA3'端,3个结构基因转录成多个单个多顺反子mRNA;②正调控:正调控的调节蛋白是分解代谢基因激活蛋白(CAP),即cAMP受体蛋白(CRP),是由crp基因编码的两个相同亚基组成的二聚体;CAP亚基有两个结构域,氨基末端结构域与cAMP结合,羧基末端结构域与DNA结合;IacP的转录起始需要CAP的存在,但该蛋白只有在诱导物cAMP存在时才有活性,当CAP与cAMP结合后,其构象发生变化,对DNA的亲和力增强;由于CAP-cAMP与启动子结合是激活转录的必要条件,当CAP-cAMP结合到IacP DNA后,可直接和RNA聚合酶相互作用,并以某种方式改变DNA结构,从而激活转录;③乳糖操纵子同时独立的受到正、负两个系统的调控,只有当CAP-cAMP结合到IacP和阻遏蛋白脱离IacO时,才开始结构基因的转录;
【答案解析】