性的酶和各种调节蛋白等。调节基因(regulator gene)是编码合成那些参与基因表达调控的
RNA和蛋白质的特异DNA序列。调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合控
制转录是调控的关键。调节物与DNA特定位点的相互作用能以正调控的方式(启动或增强
基因表达活性)调节靶基因，也能以负调控的方式(关闭或降低基因表达活性)调节靶基
因。它们通常位于受调节基因的上游，但有时也有例外。
    (三)正调控与负调控
    在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白(activator)，激活蛋白结合启动子
及RNA聚合酶后，转录才会进行。在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白(re—
pressor)，阻止结构基因转录，其作用部位是操纵区，它与操纵区结合转录受阻。
    (四)可诱导的操纵子(inducible operon)与可阻遏的操纵子(repressible operon)
    根据操纵子对于能调节它们表达的小分子的应答反应的性质，可将操纵子分为可诱导的
 操纵子和可阻遏的操纵子两大类。在可诱导的操纵子中，加人这种对基因表达有调节作用的
小分子后，则开启基因的转录活性。这种作用及其过程叫做诱导(induction)。产生诱导作
用的小分子物质叫做诱导物(inducer)。在可阻遏的操纵子中，加入对基因表达有调节作用
的小分子物质后，则关闭基因的转录活性。这种作用及其过程叫做阻遏(repression)。产生
阻遏作用的小分子物质叫做辅阻遏物(corepressor)。
  二、转录水平调控
  细菌能随环境的变化迅速改变某些基因表达的状态，这就是很好的基因表达调控的实
例。人们就是从研究这种现象开始，打开认识基因表达调控分子机理的窗口的。针对大肠杆
菌利用乳糖的适应现象，法国的Jacob和Monod等人做了一系列遗传学和生化学研究实验，
于1961年提出乳糖操纵子学说，这个模型是人们在科学实验的基础上**次开始认识基因
表达调控的分子机理。
  (一)乳糖操纵子(1actose operon)
  1．组成与结构
  大肠杆菌的乳糖操纵子长约5 000个碱基对，是目前对操纵子研究*详尽的例子，也是
研究转录水平调控规律的基本模式。大肠杆菌乳糖操纵子有3个与乳糖分解代谢相关的结构
基因，即lacZ、lacy和lacA，在乳糖操纵子中成簇排列，编码的3种酶可催化乳糖的分解，
产生葡萄糖和半乳糖。大肠杆菌的乳糖操纵子结构如图5—1所示。
    三个结构基因的功能如下：lacZ基因编码β-半乳糖苷酶，为500kD的四聚体构成。在
分解代谢中可水解乳糖的半乳糖苷键，从而产生半乳糖和葡萄糖。lacy基因编码口一半乳糖
苷透性酶，这种酶是一种分子质量为30kD的膜结合蛋白，它构成了转运系统，负责将半乳
糖转运到细胞中。lacA基因编码β一半乳糖苷乙酰转移酶，其功能是将乙酰辅酶A上的乙酰
基转移到于半乳糖苷上。
    除此之外，乳糖操纵子还包括处在结构基因上游的调节基因lacI。lacZ、l盯y、lacA
基因的转录是由lacI基因指令合成的阻遏蛋白所控制的。lacI一般和结构基因相邻，但其
本身有自己的启动子和终止子而形成独立的转录单位。乳糖操纵子的阻遏蛋白是由4个亚基
组成的四聚体，主要结合在结构基因lacZ、lacY和lac A上游的操纵基因(1acO)，阻止启
动子的转录起始，对操纵子形成负调控(negative regulation)。
    2．乳糖操纵子的调控机制
    当培养基中没有乳糖时，调节基因编码的阻遏蛋白结合到操纵基因上，阻止了结构基因
的表达。将大肠杆菌转到乳糖培养基中时，由于诱导物分子结合在阻遏蛋白的特异部位，引
起阻遏蛋白构象改变，而不能结合到操纵基因上，操纵子被诱导表达。在这个系统中的诱导
物分子不是乳糖本身，而是乳糖的同分异构体——异乳糖。乳糖进入大肠杆菌细胞后被转化
成了异乳糖(图5—2)。
    3．小分子效应物的作用
    细菌要能在营养供给千变万化的自然环境中生存下来，就必须对环境的变化做出迅速的
 反应，并具备可交换不同代谢底物的能力。因此当缺乏底物的时候，细菌就阻断相关酶的合
成途径，但同时也留有余地，当底物存在之时可立刻快速大量地合成相关酶类。这种机制反
映在原核生物的操纵子上，即是通过调节蛋白与小分子物质相互作用达到诱导状态或阻遏状
态。这些小分子或是代谢途径的底物或是产物，属于基因表达的调节物质，称为效应物。细
菌细胞有两种类型的效应物，简述如下：
    (1)诱导物在自然状态下有些阻遏蛋白一般结合在DNA分子上，当诱导物缺乏时，
阻遏蛋白与操纵基因牢固结合，阻止RNA聚合酶进入启动子区域，操纵子被关闭，结构基
因不能转录。当有诱导物存在时，诱导物与阻遏蛋白结合，促使后者空间构象变化，使阻遏
蛋白与操纵基因亲和力下降而解离下来，RNA聚合酶能够进入启动子区域，开启了结构基
因的转录表达。
    (2)辅阻遏物  有些阻遏蛋白本身不具有结合操纵基因的活性，在自然状态下操纵子是
开放的。能正常表达，当细胞中有辅阻遏物存在时，它可以结合到阻遏蛋白分子上，提高阻
遏蛋白与操纵基因的亲和性。

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