试述色氨酸操纵子的调节机制。

题目

试述色氨酸操纵子的调节机制。

参考答案和解析

正确答案: 色氨酸操纵子表达的调控有两种方式，一种是通过阻遏蛋白的负调控，另一种是通过衰减子作用。
（1）阻遏蛋白对色氨酸操纵子的调控：色氨酸操纵子阻遏蛋白是一种由2个亚基组成的二聚体蛋白质，是色氨酸操纵子R基因的产物。无色氨酸时，该阻遏蛋白不能与操纵基因结合，对转录无抑制作用；细胞内有大量的色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸形成的复合物能与操纵基因结合，抑制转录。
（2）衰减子对转录的调控：色氨酸操纵子的衰减子位于前导肽编码基因中，离E基因上游约30～60个核苷酸。大肠杆菌在无色氨酸的环境下，前导肽编码基因和5个结构基因能转录产生具有6700个核苷酸的全长多顺反子mRNA。当细胞内色氨酸增多时，E、D、C、B和A基因转录受到抑制，但前导肽编码基因转录出140个核苷酸mRNA引导序列并没有减少，这部分转录称为衰减子转录物。这种现象是由衰减子造成的，而不是由于阻遏蛋白的作用所致。引导序列由一段14氨基酸前导肽编码区和一个衰减子组成，前导肽编码区起始部位有核蛋白体结合位点，AUG密码子后面紧跟13个密码子，第10、11为色氨酸密码子。
根据序列特点可将整个mRNA引导序列分为四区，可形成不同的碱基配对结构；1区和2区互补时，3区和4区可以互补配对，形成的发夹结构及随后出现的8个U即构成典型的不依赖ρ因子终止子；1区不能与2区互补时，2区即与3区互补，3区不再与4区互补。四个区域以何种形式配对则取决于核蛋白体翻译mRNA引导序列的速度，后者又受控于色氨酸的水平。色氨酸丰富时，核蛋白体可顺利沿引导序列移动直至达最后一个密码子UGA，合成完整的引导肽。UGA位于1区和2区之间，到达此处的核蛋白体占据2区，使3区不能与2区互补而与4区互补，形成终止子发夹结构，RNA聚合酶停止在衰减子部位。色氨酸缺乏时，核蛋白体因原料缺乏终止在1区Trp密码子部位，2区无法与1区配对且在4区被转录出来之前与3区互补，致4区处于单链状态，不能形成终止发夹，RNA聚合酶通过衰减子而继续转录。

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第1题：

简述色氨酸操纵子的调控机制。

正确答案: 阻遏蛋白的负调控：受其上游调控蛋白R基因的调控。R并没有与O结合的活性，只有当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R与色氨酸结合后而活化，能够与O结合，阻遏结构基因的转录。
弱化子及其作用：当色氨酸达到一定浓度，但还没有高到能够活化R使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。这种调控现象与色氨酸操纵子特殊的结构有关。

第2题：

色氨酸操纵子及机制？

正确答案: 负责色氨酸的生物合成，当培养基中有足够的色氨酸时，这个操纵子自动关闭，缺乏时操纵子打开，trp基因表达，色氨酸或与其代谢有关的某种物质在阻遏过程中起作用。由于trp体系参与生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或cAMP-CAP的调控。
弱化作用：当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活化R使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与色氨酸的浓度呈负相关。先导序列起到随色氨酸浓度升高降低转录的作用，这段序列就称为衰减子或弱化子。在trp操纵元中，对结构基因的转录阻遏蛋白的负调控起到粗调的作用，而衰减子起到细调的作用。

第3题：

Trp操纵子的精细调节包括()及()两种机制。

参考答案：阻遏机制，弱化机制

第4题：

试述大肠杆菌乳糖操纵子的结构及其通过酶诱导合成和阻遏来调节代谢的调控机制。

正确答案: 乳糖（lac）操纵子由调节基因I，启动基因P、操纵基因O和三个结构基因lacZ、lacY、lacA组成。
调节基因lacI组成型表达，编码阻遏蛋白，既有与操纵基因lacO结合的位点，也有与诱导物结合的位点。当诱导物与阻遏蛋白结合时，可改变阻遏蛋白的构象，使其无法与lacO结合。阻遏蛋白具有阻止转录和识别小分子诱导物的双重性，因此它的活性状态直接决定启动基因是开启或关闭。
当缺乏乳糖时，阻遏蛋白以活性状态结合在lacO上，这就影响了RNA聚合酶与lacP的结合，并阻碍RNA聚合酶通过lacO，这样结构基因就无法转录；当乳糖存在时，因作为诱导物的乳糖与阻遏蛋白结合，改变了它的构象，成为失活构象而脱离lacO，于是RNA聚合酶就可以与启动基因结合并开始转录。

第5题：

试述乳糖操纵子的组成及其结构基因可调控表达的机制。

正确答案: 乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含Z、Y、A三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵序列O，一个启动子P和一个调节基因I。
阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列O处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。
C.AP的正性调节：在启动子上游有CAP结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP浓度升高，与CAP结合，使CAP发生变构，CAP结合于乳糖操纵子启动序列附近的CAP结合位点，激活RNA聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。
协调调节：乳糖操纵子中的I基因编码的阻遏蛋白的负调控与CAP的正调控两种机制，互相协调、互相制约。

第6题：

大肠杆菌色氨酸操纵子具有双重调控机制意义何在？

正确答案:弱化作用和负控阻遏对色氨酸操纵子的双重调控时大肠杆菌对环境中的色氨酸浓度能做出灵敏迅速的反应。当色氨酸浓度较低时弱化子能快速的通过抗终止来增加结构基因的表达，而此时阻遏系统从有活性状态转变为无活性状态速度较慢；当色氨酸浓度高时通过阻遏系统抑制结构基因的表达，阻止非必需的前导mRNA合成，使调控更加经济。

第7题：

色氨酸操纵子的调控需要（）

A、增强子
B、转录子
C、衰减子
D、顺反子
E、调节子

正确答案:C

第8题：

乳糖操纵子的诱导物是（），色氨酸操纵子的辅阻遏物是（）。
乳糖；色氨酸
略

第9题：

简述乳糖操纵子结构，解释阻遏蛋白的负性调节机制，CAP的调节机制及其生长条件下的协调调节。

正确答案: 操纵子结构包括结构基因、操纵基因、启动子和调节基因。
负性调节：阻遏戴白与操纵序列O结合，阻止RNA聚合酶与启动序列结合，转录启动被抑制。大肠杆菌在没有乳糖的环境中生存时，lac操纵子处于阻遏状态；当有乳糖存在时基因转录开放。细菌优先利用葡萄糖作为能源，有葡萄糖：cAMP↓→CAP无活性→不促进转录；无葡萄糖：cAMP↑→CAP有活性→促进转录。
CAP是同二聚体，在其分子内有DNA结合区及cAMP结合位点。当没有葡萄糖存在时，cAMP↑，cAMP与CAP结合，CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA聚合酶活性。当有葡萄糖存在时，cAMP↓，cAMP与CAP结合受阻，lac操纵子表达↓。
正性调控与负性调控的协调调节：①当阻遏蛋白与操纵序列结合而封闭后，CAP不能启动转录；②当阻遏蛋白脱离操纵序列而解除封闭后，如果没有CAP也不能启动转录。

第10题：

色氨酸操纵子比乳糖操纵子多了（）系统。

正确答案:衰减子

试述色氨酸操纵子的调节机制。

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