问答题 简述乳糖操纵子学说及其调控机制。
【正确答案】
【答案解析】乳糖操纵子最早是在研究E.coli的基因表达过程中发现的,乳糖操纵子包括3个结构基因:半乳糖苷酶基因(LacZ),半乳糖苷透性酶基因(LacY),乙酰转移酶基因(LacA)。
当培养基中没有乳糖时,阻遏蛋白便与结构基因紧密连锁的操作子相结合,阻断了RNA聚合酶与操作子的结合,转录过程不能开始,从而乳糖代谢中所需的3种酶不能形成;当培养基中存在乳糖时(也无其他碳源时),乳糖进入细菌细胞,作为诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏物的构型发生改变,失去与操作子结合的能力,这时mRNA聚合酶便与启动基因结合,结构基因开始转录和蛋白质合成过程,所产生的3种酶即作用于乳糖上。乳糖被分解后,阻遏物又发挥作用,酶的合成便停止进行。这就是乳糖操纵子的负控制过程。
在乳糖操纵子的表达过程中同时还存在着正控制过程,也就是在培养基中有葡萄糖存在的情况下,E.coli优先利用葡萄糖,而不利用乳糖。在E.coli中,含有cAMP细胞处于碳饥饿情况下,cAMP的水平明显提高;反之,当培养基中含有大量葡萄糖时,cAMP的水平明显降低。细胞中还存在一种分解物基因激活蛋白(CAP),也被称为cAMP受体蛋白。当cAMP与分解物基因激活蛋白结合形成二聚体蛋白(cAMP-CAP)时,可以起到转录起始因子的作用,使操纵子中的结构基因有效地进行转录。但是,当CAP单独存在时,没有活性,此时,它需要cAMP的激活,二者结合形成复合物,再与启动子结合,促进转录的进行。这就是乳糖操纵子的正调控过程。