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1、阿拉伯糖操纵子 在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需要3个基因 araB araA和araD 它们形成一个基因簇 简写为araBADE Coli的ara操纵子 arabinoseoperon 中的araB基因 araA基因和araD基因分别编码阿拉伯糖代谢需要的三种酶 核酮糖激酶 ribulosekinase 阿拉伯糖异构酶 arabinoseisomerase 核酮糖 5 磷酸差向异构酶 ribulose 5 phosphateeimerase 三个基因的表达受到ara操纵子中第4个基因araC产物转录因子AraC的调控 ara操纵子的调控有三个特点 第一 araC表达受到AraC的自动调控 第二
2、AraC既可充当阻遏物 也可作为激活剂 第三 AraC与CAP结合可充分诱导ara操纵子 与araBAD相邻的是一个复合的启动子区域和一个调节基因araC 这个AraC蛋白同时显示正 负调节因子的功能 AraBAD和araC基因的转录是分别在两条链上以相反的方向进行的 在标准的遗传学图谱上 araBAD基因簇从启动子PBAD开始向右进行转录 而araC基因则是从Pc向左转录 AraC蛋白作为PBAD活性正 负调节因子的双重功能是通过该蛋白的两种异构体来实现的 Pr是起阻遏作用的形式 可以与现在尚未鉴定的类操纵区位点相结合 而Pi是起诱导作用的形式 它通过与PBAD启动子结合进行调节 在没有阿拉
3、伯糖时 Pr形式占优势 一旦有阿拉伯糖存在 它就能够与AraC蛋白结合 使平衡趋向于Pi形式 这样 阿拉伯糖的诱导作用就可以解释为阿拉伯糖与Pr的结合 使Pr离开它的结合位点 然后 产生大量的Pi 并与启动子结合 因为培养基中含有葡萄糖 所以cAMP CAP没有与操纵区位点相结合 AraC蛋白处于Pr形式并与A位点结合 RNA聚合酶很少再与Pc结合 araC基因虽然仍有转录 但受到抑制 只有少量AraC蛋白形成 整个系统几乎处于静止状态 没有葡萄糖 也没有阿拉伯糖 因为没有诱导物 尽管有cAMP CAP与操纵区位点相结合 AraC蛋白仍以Pr形式为主 无法与操纵区B位点相结合 无araBADm
4、RNA转录 无葡萄糖 有阿拉伯糖时 大量araC基因产物以Pi形式存在 并分别与操纵区B A位点相结合 在cAMP CAP的共同作用下 araC和araBAD基因大量表达 操纵子充分激活 araC的表达受到自身产物AraC的自动调控 当没有阿拉伯糖时 AraC起着一个转录阻遏物的作用 细胞中AraC蛋白质稳态水平的测量表明 阻遏araC转录大约需要40个AraC 因此当AraC蛋白水平低时 就是说在细胞刚分裂之后 araC将表达直至存在足够的AraC去阻遏它的转录 阿拉伯糖作为E Coli的碳源 可以诱导ara操纵子的转录 当细胞中葡萄糖水平高 导致cAMP处于低浓度 和阿拉伯糖水平低时 Ar
5、aC阻遏araB araA araD的转录 然而当阿拉伯糖水平高 而葡萄糖水平低 cAMP高 时 CAP cAMP复合物能够与ara操纵子中的CAP结合部位结合 使DNA突环打开 阿拉伯糖的作用象AraC的一个调控器 可将AraC由一个阻遏物转换为一个激活剂 阿拉伯糖与AraC结合似乎改变了AraC同源二聚体化特性和促进了AraC CAP复合物的形成 在这样的条件下 AraC 阿拉伯糖的作用象是一个转录激活剂 这正是CAP cAMP诱导araB araA araD转录所需要的 当由于araBAD编码的蛋白质的代谢使得阿拉伯糖水平下降时 AraC又转换成一个阻遏物 同时araBAD转录减少 此时
6、尽管CAP cAMP复合物仍然存在于细胞中 有趣的是 当葡萄糖和阿拉伯糖都很丰富时 ara操纵子被阻遏 但阻遏的道理现在还不完全清楚 但这个结果表明araBAD诱导与AraC 阿拉伯糖和CAP cAMP复合物都有关 WhenthearaCproteinisboundtotheoperatoraraO1 transcriptionfromPCisprevented Whenarabinoselevelsarelow theAraCproteinactsasarepressorandbindstotwooperatorsites araO1andaraO2 aswellastoaraI Bindi
7、ngtoaraO1inhibitstranscriptionofthearaCgeneitself Thus araCisautoregulatedatthelevelofitsowntranscription AraCmoleculesboundtoaraO2andaraIinteractwitheachothertoformaDNAloop ThisstructurecausesrepressionoftranscriptionofthearaBADgenes ArabinoseOperon 1 CoordinatedexpressionofArabinoseIsomerase ribul
8、okinase andanepimeraseinresponsetoarabinose diet inE Coliinabsenceofglucose AraA AraB AraD Geneorganizationdeducedfromgenetics Twooperators AraO1andAraO2 controlexpressionoftheBADgenes 2 AraCcodesforaprotein C protein whichmediatesrepressionofBADexpressionbybindingtoAraO2 3 C Proteinalsorepressesits
9、ownsynthesisatlowconcentrationsofcAMPandrepressesBADexpressionunlessarabinoseispresent a C Proteinfootprintatthreesites AraO1 AraO2 andAraI inabsenceofaribinoseandpresenceofglucose lowcAMP 4 HowevergeneticallybothAraIandAraO2neededtoinhibitBADexpression proposedthatAraCproteinbindssimultaneouslytoAr
10、aIandAraO2 Whenarabinosepresent BADexpressionisenhancedbutC proteinsynthesisstillrepressed absenceofglucose hicAMP a UnderthisconditionstillseefootprintingatsamethreesitesofDNA Foundunderthiscondition CAPsiteisalsoboundwithCAPproteinandcAMP soC proteincanacteitherasanrepressororanactivatordependingonpresenceofarabinose b AnalysisoftheDNAstructureindicatesC proteinformsaloopintheDNAwhentheCAPsiteisnotfilled TheArabinoseOperon ThislooppreventsRNAtranscription NoArabinosepresent operonOFF Arabinosepresent Glucoseabsent operonON
