复旦大学：《分子生物学》课程电子教案（PPT教学课件）第六章 原核生物基因表达调控（2/3）

第二节操松子学说 操纵子模型 乳糖操纵子的调控机理

第二节 操纵子学说 ❖操纵子模型 ❖乳糖操纵子的调控机理

操纵子(operon) ·由操纵基因、启动子及其所控制的一组功 能上相关的结构基因所组成的功能单位， 其中结构基因转录受操纵基因所控制，操 纵基因受调节基因产物的控制

- 操纵子(operon) • 由操纵基因、启动子及其所控制的一组功 能上相关的结构基因所组成的功能单位， 其中结构基因转录受操纵基因所控制，操 纵基因受调节基因产物的控制

操纵子(operon) 启动子 (promoter) 结构基因 调控基因 操纵基因 (operator) 阻遏蛋白

- 操纵子(operon) 结构基因 启动子 调控基因 操纵基因 (promoter) (operator) 阻遏蛋白

操纵子的发现 Francis Jacob Jacques Monod ■1961年，F.Jacob&J.Monod提出操纵子学说，此后 不断完善。获1965年诺贝尔生理学和医学奖

Francis Jacob Jacques Monod ◼1961年, F. Jacob & J.Monod提出操纵子学说, 此后 不断完善。获1965年诺贝尔生理学和医学奖 操纵子的发现

大肠杆菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中的生 长曲线有什么特点？ Discovery of Operon 100 ■1940年，Monod发现：细 菌在含葡萄糖和乳糖的培养基 上生长时，细菌先利用葡萄糖， 葡萄糖用完后，才利用乳糖； 在糖源转变期，细菌的生长会 20 出现停顿。即产生“二次生长 曲线”。 4 ■细胞中存在两种酶，即组成 Time (hours) 酶与诱导酶

Discovery of Operon ◼1940年， Monod发现：细 菌在含葡萄糖和乳糖的培养基 上生长时，细菌先利用葡萄糖， 葡萄糖用完后，才利用乳糖； 在糖源转变期，细菌的生长会 出现停顿。即产生“二次生长 曲线”。 ◼细胞中存在两种酶，即组成 酶与诱导酶 大肠杆菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中的生 长曲线有什么特点？

一、乳糖操纵子(lac operon)的结构与组成 调控区 结构基因 DNA 0 Z A 操纵基因 Z:B-半乳糖苷酶 Y:透过酶 启动子 A:乙酰基转移酶 调控基因

一、乳糖操纵子(lac operon)的结构与组成 调控区 调控基因 启动子 操纵基因 结构基因 Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透过酶 A：乙酰基转移酶 DNA I P O Z Y A

√lacZ编码B-半乳搪苷酶(B-galactosidase) ·将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖 把乳糖转化为异乳糖。 √lacY编码乳搪透过酶(Lactose permease) 运送乳糖过细胞质膜 √acA编码乙酰转移酶(Transacetylase】 把乙酰辅酶A上的乙酰基转移到B-半乳糖苷上，形成 乙酰半乳糖。它在乳糖降解中不起作用

✓ lacZ编码-半乳糖苷酶（-galactosidase） •将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖 •把乳糖转化为异乳糖。 ✓ lacY编码乳糖透过酶（Lactose permease） •运送乳糖过细胞质膜 ✓ lacA编码乙酰转移酶（Transacetylase） •把乙酰辅酶A上的乙酰基转移到-半乳糖苷上，形成 乙酰半乳糖。它在乳糖降解中不起作用

二、酶的诱导-lac体系受调控的证据 Add inducer 1、实验证据 Remove inducer Level of fac mRNA 在不含乳糖及B-半乳糖苷的培 养基中，lac+基因型每个大肠 Induced leve 杆菌细胞内大约只有1~2个酶 Basal level Basal level 分子。 0 6 8 10 12 min ·如果在培养基中加入乳糖，酶 Level of B-galactosidase 的浓度很快达到细胞总蛋白量 Lag Lag 的6%或7%，每个细胞中可有 Induced level 超过105个酶分子。 Basal level

二、酶的诱导-lac体系受调控的证据 • 在不含乳糖及β-半乳糖苷的培 养基中，lac+基因型每个大肠 杆菌细胞内大约只有1～2个酶 分子。 • 如果在培养基中加入乳糖，酶 的浓度很快达到细胞总蛋白量 的6%或7%，每个细胞中可有 超过105个酶分子。 1、实验证据

1.诱导酶是由酶前体转化而来，还是新酶合成的？ 培养基（35S-aa,无乳糖)→E.coli繁殖→细胞有放射性 →培养基（无35S-aa,加入乳糖)→阝-gal(无35S) 分解底物的酶是在有底物时新合成的！ 2.分解乳糖的酶是怎样被诱导表达的？诱导物是什么？

分解底物的酶是在有底物时新合成的！ 培养基（35S-aa, 无乳糖）→ E.coli繁殖→细胞有放射性 →培养基（无35S -aa, 加入乳糖） → β-gal(无35S) 1.诱导酶是由酶前体转化而来，还是新酶合成的？ 2.分解乳糖的酶是怎样被诱导表达的？诱导物是什么？

2、实验用诱导物 乳糖 PTG(异丙基巯基半乳糖苷) ·TMG(巯甲基半乳糖苷) ONPG(O-硝基半乳糖苷)

2、实验用诱导物 •乳糖 •IPTG(异丙基巯基半乳糖苷) •TMG(巯甲基半乳糖苷) •ONPG(O-硝基半乳糖苷)