色氨酸操纵子

色氨酸操纵子色氨酸是构成蛋白质的组分，一般的环境难以给细菌提供足够的色氨酸，细菌要生存繁殖通常需要自己经过许多步骤合成色氨酸，但是一旦环境能够提供色氨酸时，细菌就会充分利用外界的色氨酸、减少或停止合成色氨酸，以减轻自己的负担。细菌这种对色氨酸利用的调节是通过色氨酸操纵子（trp operon）来实现的。 一、色氨酸操纵子的结构与阻遏蛋白的负性调控色氨酸操纵子的结构与乳糖操纵子相似，结构基因由合成色氨酸所需要酶类的基因E、D、C、B、A等头尾相接串连排列组成，结构基因上游为启动子Ptrp和操纵序列O，不过其调控基因trpR的位置远离P-O-结构基因群，在其自身的启动子作用下，以组成性方式低水平表达其编码分子量为47KD的调控蛋白R。点击后看大图色氨酸操纵子是属于一种负性调控的、可阻遏的操纵子。以组成性方式低水平表达的阻遏蛋白R并不具有与O结合的活性，只有当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R与色氨酸结合后构象变化，才能够与 操纵序列O特异性亲和结合，阻遏结构基因的转录。因此这类操纵子通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为阻遏剂）作用时则关闭转录。细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。 二、衰减子及其作用实验观察表明：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。仔细研究发现这种调控现象受转录衰减（attenuation)机制的调节。在色氨酸操纵子Ptrp-O与第一个结构基因trpE之间有 一段162bp的前导序列构成衰减子区域（attenuator region)，研究证明当色氨酸有一定浓度时，RNA聚合酶的转录会终止在这里。这段序列能够编码14个氨基酸的短肽，其中有2个色氨酸相连，在此编码区前有核糖体识别结合位点（RBS）序列，提示这段短序列在转录后是能被翻译的。在衰减子区域的后半段有4个反向重复序列1、2、3、4，在被转录生成mRNA后它们两两能够形成3个发夹式结构（hairpin structure)(1-2、2-3、3-4），但由于序列2、3的重复使用，所以同时最多只能够形成两个发夹式结构；如果序列1、2形成发夹结构，那么序列2、3就不能形成发夹结构， 有利于序列3、4生成发夹结构；由于序列4后面紧跟一串A（转录成RNA就是一串U），所以由3、4形成的发夹结构实际上是一个终止 结构，如果转录成mRNA时这个发夹结构形成，就能使RNA聚合酶停止转录而从mRNA上脱离下来。三种不同情况下形成的发夹结构见图。点击后看大图点击后看大图点击后看大图当色氨酸的浓度较高或很高时，核糖体能够很快的通过序列1，并封闭序列2，这种与转录偶联的过程导致序列3、4形成一个不依赖因子的转录终止结构衰减子（attenuator)，使得前方的RNA聚合酶脱落，转录终止。当色氨酸缺乏时，没有色氨酰-tRNA提供，核糖体的翻译停止在序列1和2的色氨酸密码子前，序列2、3得以形成发夹式结构，阻止序列3、4形成衰减子结构，RNA转录继续进行。因此转录衰减的实质是转录与一个前导肽翻译过程的偶联，它是原核生物特有的基因调控机制。由此可见，先导序列起到随色氨酸浓度升高降低转录的作用。在色氨酸操纵子中，对结构基因的转录阻遏蛋白的负调控起到粗调