三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控原核生物基因表达的调控主要以操纵子（operon）的方式进行Operon: A group of contiguous, coordinately controlled genes,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （1）乳糖操纵子（the lac operon） lacZ: -半乳糖苷酶（ - galactosidase）基因 lacY: 半乳糖苷透过酶（galactoside permease）基因 lacA: 半乳糖苷乙酰基转移酶（ galactoside transacetylase）基因 lacI: 调节基因（regulatory gene） Operator: 操纵区 Repressor: 阻遏子（阻遏物） Inducer: 诱导物（异构乳糖，allolactose）,,,negative control,,,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （2）操纵子的发现 操纵子概念的提出者 François Jacob Jacques Monod,,François Jacob, Jacques Monod, et André Lwoff, Prix Nobel 1965,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （2）操纵子的发现 发现过程 -半乳糖苷酶可被诱导（Monod, 1940s） 半乳糖苷透过酶与-半乳糖苷酶一起被诱导出来（发现一种不能产生半乳糖苷透过酶的突变体） 发现半乳糖苷乙酰基转移酶也是同时被诱导出来 发现一种组成型突变体（constitutive mutants） 构建局部（部分）二倍体（merodiploid，带有野生型与组成型突变的等位基因），进行“ PaJaMo”系列实验（Arthur Pardee, Jacob, Monod），发现乳糖代谢基本调控规律,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （2）操纵子的发现 研究局部（部分）二倍体所得出的发现 野生型（可被诱导型）等位基因是显性的，说明野生型等位基因能产生某种物质，使得与乳糖代谢有关的基因处于关闭状态，而在被诱导后才表达 推测 有一种可称为阻遏物（repressor）的物质存在；组成型突变体则是产生阻遏物的基因有缺陷 既然有repressor，就应该有与repressor结合的DNA序列（operator）；若operator有突变，不能与repressor结合，则是一种显性的组成型突变体,,,W,M,W,M,,,隐性,顺式显性,,,W,M,,,顺式及反式显性,W,M,,显性负突变体,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （2）操纵子的发现 结论通过阻遏基因（阻遏物）与操纵区，lacZ、lacY、lacA这3个结构基因是一起被调控的，它们组成了一个操纵子（the lac operon） 后来的研究证实了Jacob与Monod的预言，并使操纵子的慨念进一步完善,The latest book by F. Jacob,,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （3）阻遏的机制两种假说 聚合酶与阻遏物可一起结合在lac operon的启动子区，阻遏物的作用只是阻止转录从起始状态进入延伸状态 阻遏物的作用是不让RNA聚合酶进入lac operon的启动子（得到最新实验数据的支持）,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （4）乳糖操纵子的正调控 阻遏物的调控是负调控，乳糖操纵子的调控还需正调控因子 代谢物阻遏效应（catabolite repression） cAMP在细胞中的浓度与葡萄糖的含量成反比，它与一种称为代谢物激活蛋白（catabolite activator protein，又称CAP，另一称呼是环腺苷酸受体蛋白：cAMP receptor protein，CRP）一起，起到正调控作用。
因此，起正调控作用的是CAP-cAMP,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （4）乳糖操纵子的正调控 乳糖操纵子的启动子实际上是一种弱启动子，其 -35 box与原核启动子相应的共同序列相差甚大，因此才需要CAP-cAMP进行正调控；如果是强启动子（与共同序列十分相近），则不需要正调控，但这种情况会使得即使葡萄糖存在，乳糖操纵子也一样运作The consensus sequences of prokaryotic promoters,,,,三、原核生物的基因转录及表达调控,2. 基因表达调控 （5）CAP的作用机制 通过对有关突变体进行分析，发现CAP-cAMP的结合位点在启动子的上游（与启动子紧密相邻），该位点称为激活物位点（activator site） CAP-cAMP结合到激活物位点后，就会促进RNA聚合酶与DNA形成open promoter complex（ CAP-cAMP 能加快closed promoter complex的形成，从而提供了更多形成open promoter complex 的机会），结果是促进转录The lac control region,,。