《阿拉伯糖操纵子》ppt课件

1、l 在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需求在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需求3 3个基因：个基因：araBaraB、araAaraA和和araDaraD，它们构成一个基因簇，简写为，它们构成一个基因簇，简写为araBAD araBAD l E.Coli E.Coli 的的araara支配子支配子arabinose operonarabinose operon中中的的araBaraB基因、基因、araAaraA基因和基因和araDaraD基因分别编码阿拉伯糖代基因分别编码阿拉伯糖代谢需求的三种酶：谢需求的三种酶：l 核酮糖激酶核酮糖激酶ribulose kinaseribulose kinase，l 阿拉伯

2、糖异构酶阿拉伯糖异构酶arabinose isomerasearabinose isomerasel 核酮糖核酮糖-5-5-磷酸差向异构酶磷酸差向异构酶ribulose-5-ribulose-5-phosphate eimerasephosphate eimerase。l 三个基因的表达遭到三个基因的表达遭到araara支配子中第支配子中第4 4个基因个基因araC araC 产物转录因子产物转录因子AraCAraC的调控。的调控。lara支配子的调控有三个特点：支配子的调控有三个特点：l第一，第一，araC表达遭到表达遭到AraC的自动调控。的自动调控。l第二，第二，AraC既可充任阻遏物，

3、也可作为激活剂。既可充任阻遏物，也可作为激活剂。l第三，第三，AraC与与CAP结合可充分诱导结合可充分诱导ara支配子。支配子。l 与与araBAD相邻的是一个复合的启动子区域相邻的是一个复合的启动子区域和一个调理基因和一个调理基因araC，这个，这个AraC蛋白同时显示蛋白同时显示正、负调理因子的功能。正、负调理因子的功能。AraBAD和和araC基因基因的转录是分别在两条链上以相反的方向进展的。的转录是分别在两条链上以相反的方向进展的。在规范的遗传学图谱上，在规范的遗传学图谱上，araBAD基因簇从启动基因簇从启动子子PBAD开场向右进展转录，而开场向右进展转录，而araC基因那么基因那

4、么是从是从Pc向左转录。向左转录。l AraC蛋白作为蛋白作为PBAD活性正、负调理因活性正、负调理因子的双重功能是经过该蛋白的两种异构体来子的双重功能是经过该蛋白的两种异构体来实现的。实现的。Pr是起阻遏作用的方式，可以与如是起阻遏作用的方式，可以与如今尚未鉴定的类支配区位点相结合，而今尚未鉴定的类支配区位点相结合，而Pi是是起诱导作用的方式，它经过与起诱导作用的方式，它经过与PBAD启动子启动子结合进展调理。结合进展调理。l 在没有阿拉伯糖时，在没有阿拉伯糖时，Pr方式占优势；一方式占优势；一旦有阿拉伯糖存在，它就可以与旦有阿拉伯糖存在，它就可以与AraC蛋白蛋白结合，使平衡趋向于结合，使

5、平衡趋向于Pi方式。这样，阿拉伯方式。这样，阿拉伯糖的诱导作用就可以解释为阿拉伯糖与糖的诱导作用就可以解释为阿拉伯糖与Pr的的结合，使结合，使Pr分开它的结合位点，然后，产生分开它的结合位点，然后，产生大量的大量的Pi，并与启动子结合。，并与启动子结合。l 由于培育基中含有葡萄糖，所以由于培育基中含有葡萄糖，所以cAMP-CAP没有与支配没有与支配区位点相结合，区位点相结合，AraC蛋白处于蛋白处于Pr方式并与方式并与A位点结合，位点结合，RNA聚合酶很少再与聚合酶很少再与Pc结合，结合，araC基因虽然仍有转录，但遭到抑基因虽然仍有转录，但遭到抑制，只需少量制，只需少量 AraC蛋白构成，整

6、个系统几乎处于静止形状。蛋白构成，整个系统几乎处于静止形状。l l 没有葡萄糖，也没有阿拉伯糖，由于没有诱导物，虽然没有葡萄糖，也没有阿拉伯糖，由于没有诱导物，虽然有有cAMP-CAP与支配区位点相结合，与支配区位点相结合，AraC蛋白仍以蛋白仍以Pr方式方式为主，无法与支配区为主，无法与支配区B位点相结合，无位点相结合，无araBAD mRNA转录。转录。无葡萄糖，有阿拉伯糖时，大量无葡萄糖，有阿拉伯糖时，大量araC基因产物以基因产物以Pi方式存在，方式存在，并分别与支配区并分别与支配区B、A位点相结合，在位点相结合，在cAMP-CAP的共同作的共同作用下，用下，araC和和araBAD基

7、因大量表达，支配子充分激活。基因大量表达，支配子充分激活。l araC的表达遭到本身产物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。l 细胞中AraC蛋白质稳态程度的丈量阐明，阻遏araC转录大约需求40个AraC。因此当AraC蛋白程度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。l 阿拉伯糖作为阿拉伯糖作为E.Coli的碳源，可以的碳源，可以诱导诱导ara支配子的转录。当细胞中葡萄支配子的转录。当细胞中葡萄糖程度高导致糖程度高导致cAMP处于低浓度和处于低浓度和阿拉伯糖程度低时，阿拉伯糖程度低时，AraC阻遏阻遏araB，ara

8、A，araD的转录。的转录。l l 然而当阿拉伯糖程度高，而葡萄糖然而当阿拉伯糖程度高，而葡萄糖程度低程度低cAMP高时，高时，CAP-cAMP复合物可以与复合物可以与ara支配子中的支配子中的CAP结合结合部位结合，使部位结合，使DNA突环翻开。突环翻开。l l 阿拉伯糖的作用象阿拉伯糖的作用象AraCAraC的一个调控器，可将的一个调控器，可将AraCAraC由一个阻遏物转换为一个激活剂。阿拉伯糖与由一个阻遏物转换为一个激活剂。阿拉伯糖与AraCAraC结合似乎改动了结合似乎改动了AraCAraC同源二聚体化特性和促进同源二聚体化特性和促进了了AraC-CAPAraC-CAP复合物的构成。

9、在这样的条件下，复合物的构成。在这样的条件下，AraCAraC阿拉伯糖的作用象是一个转录激活剂，这正是阿拉伯糖的作用象是一个转录激活剂，这正是CAP-cAMPCAP-cAMP诱导诱导araBaraB，araAaraA，araDaraD转录所需求的。转录所需求的。l当由于当由于araBAD编码的蛋白质的代谢使得阿拉伯糖编码的蛋白质的代谢使得阿拉伯糖程度下降时，程度下降时，AraC又转换成一个阻遏物，同时又转换成一个阻遏物，同时araBAD转录减少，此时虽然转录减少，此时虽然CAP-cAMP复合物依复合物依然存在于细胞中。有趣的是，当葡萄糖和阿拉伯糖然存在于细胞中。有趣的是，当葡萄糖和阿拉伯糖都很

10、丰富时，都很丰富时，ara支配子被阻遏，但阻遏的道理如今支配子被阻遏，但阻遏的道理如今还不完全清楚，但这个结果阐明还不完全清楚，但这个结果阐明araBAD诱导与诱导与AraC-阿拉伯糖和阿拉伯糖和CAP-cAMP复合物都有关。复合物都有关。l When the araC protein is bound to the operator araO1, transcription from PC is prevented. l When arabinose levels are low, the AraC protein acts as a repressor and binds to two o

11、perator sites, araO1 and araO2, as well as to araI. l Binding to araO1 inhibits transcription of the araC gene itself. Thus, araC is autoregulated at the level of its own transcription. AraC molecules bound to araO2 and araI interact with each other to form a DNA loop. l This structure causes repres

12、sion of transcription of the araBAD genes.l1. Coordinated expression of Arabinose Isomerase, ribulokinase, and an epimerase in response to arabinose diet in E. Coli in absence of glucose. (Ara A, Ara B, Ara D).lGene organization deduced from genetics. Two operators (Ara O1 and Ara O2) control expres

13、sion of the BAD genes. l2. Ara C codes for a protein (C-protein) which mediates repression of BAD expression by binding to Ara O2.l3. C-Protein also represses its own synthesis at low concentrations of cAMP and represses BAD expression unless arabinose is present. la. C-Protein footprint at three si

14、tes (Ara O1, Ara O2, and Ara I) -in absence of aribinose and presence of glucose (low cAMP). l4. However genetically both AraI and AraO2 needed to inhibit BAD expression - proposed that Ara C protein binds simultaneously to AraI and AraO2.l lWhen arabinose present, BAD expression is enhanced but C-p

15、rotein synthesis still repressed. (absence of glucose, hi cAMP)la. Under this condition still see footprinting at same three sites of DNA. Found under this condition, CAP site is also bound with CAP protein and cAMP (so C-protein can act either as an repressor or an activator depending on presence of arabinose.lb. Ana