第六章-原核基因表达调控培训讲学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 原核生物基因表达的调控,6.1 乳糖操纵元,lactose operon,6.2 色氨酸操纵元,6.3 基因转录的时序调控,6.4 小分子RNA的翻译调节,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,引言,一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种“开-关”（on-off）活性是通过调节转录来建立的，也就是说mRNA的合成是可以被调节的。当我们说一个系统处于“off”状态时，也有本底水平的基因表达，常常是每世代每个细胞只合成1或2个mRNA分子。所谓“关”实际的意思是基因表达量特别低，很难甚至无法检测。,科学家把这个从DNA到蛋白质的过程称为基因表达(gene expression)，对这个过程的调节就称为基因表达调控(gene regulation或gene control)。要了解动、植物生长发育的规律、形态结构特征和生物学功能，就必须弄清楚基因表达调控的时间和空间概念，掌握了基因表达调控的秘密，我们手中就有了一把揭示生物学奥妙的金钥匙。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,基因表达调控主要表现在以下几个方面：转录水平上的调控(transcriptional regulation)；mRNA加工成熟水平上的调控(differential processing of RNA transcript)；翻译水平上的调控(differential translation of mRNA).,原核生物中，营养状况(nutritionalstatus)和环境因素(environmental factor)对基因表达起着举足轻重的影响。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平(hormone level)和发育阶段(developmental stage)是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影响力大为下降。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.1.1,Discovery of Operon,1961年,F.Jacob&J.Monod提出,此后不断完善。,获1965年诺贝尔生理学和医学奖,1940年，Monod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，细菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿。即产生“二次生长曲线”。,文献：细胞中存在两种酶，即组成酶与诱导酶,1947年，报告：“酶的适应现象及其在细胞分化中的意义”,Francis Jacob,Jacques Monod,6.1 乳糖操纵元,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,1951年，Monod与Jacob合作，发现两对基因：,Z基因,：与合成-半乳糖苷酶有关；,I基因,：决定细胞对诱导物的反应。,Szilard：I基因决定阻遏物的合成，当阻遏物存在时，酶无法合成，只有有诱导物存在，才能去掉该阻遏物。,Jacob：结构基因旁有开关基因（,操纵基因,），阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的表达。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,乙酰基转移酶,半乳糖苷,透性酶,-半乳糖苷酶,操作位点,乳糖操纵元,结构,调节基因,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,操纵元,是一种完整的具有特定功能的细菌基因表达和调节的单位，包括,调节基因,，,操纵位点,，,结构基因,，组成一个控制单元,结构基因：,产生mRNA,合成蛋白质,操纵位点 promotor,operator,：启动子结合位点,调节基因：产生调节蛋白,（与操纵位点结合）,结构基因不转录,诱导物存在时，可与阻遏蛋白结合,结构基因转录,Control element,Structural genes,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.1.2,酶的诱导现象,-半乳糖苷酶,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,分解底物的酶只有在底物存在时才出现！,无乳糖时，几个-gal/cell,加入乳糖时，5000个,再去掉乳糖，-gal mRNA下降,乳糖能激发,-gal,mRNA的合成,乳糖的诱导作用是由酶前体转化而来，还是诱导新酶合成？,培养基（,35,S-aa,无乳糖）E.coli繁殖,培养基（无,35,S-aa,加入乳糖）,-gal(无,35,S),Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.1.3 调控机理,1 调控区结构,lacI,1045bp，独立Pi,P,82bp，821,O,35bp，728,lacZYA,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,体外结合竞争实验:阻遏物RNA pol,off,RNA pol阻遏物，on,2.阻遏状态,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,3 诱导状态,诱导物,诱导作用：在可诱导的操纵元中，加入对基因表达有调节作用的小分子后，开启基因的转录活性,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,4 诱导物不是乳糖,生成lac诱导物,乳糖代谢,Allolctose 异构乳糖,别乳糖,细胞内,-半乳糖苷酶来源?,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,gratuitous inducer 安慰诱导物 义务诱导物,可诱导半乳糖苷酶产生，但不是其底物,IPTG，异丙基半乳糖苷,TMG，巯甲基半乳糖苷,ONPG,O-硝基半乳糖苷,在研究诱导作用时，很少使用乳糖,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.1.4 阻遏蛋白的作用机制,1 阻遏蛋白结构,38KD，,4 聚体,，,一个亚基结合一个IPTG分子,lacI,组成型转录,Pi 弱启动子，,510个cell,具有二重性,阻止转录（与,lacO,结合）,开始转录（与,诱导物,结合）,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,阻遏蛋白的结构域,头段,，-NH2端，lacO结合区,绞链区,核心段,，-COOH，,诱导物结合区,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,4个亚基的核心片段接触形成四聚体,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,对称轴，,+11,对称序列，6bp,阻遏蛋白的结合位点lacO的结构,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,3 阻遏蛋白对RNA pol功能的影响,阻遏蛋白和RNA pol可同时与DNA结合,RNA pol 与启动子结合的平衡常数 1.9X10,7,有阻遏蛋白时,2.5X10,9,结合着的RNA pol不能转录.但加入诱导物后,释放出阻遏蛋白,变为开放型启动子复合物.,阻遏蛋白实际上使RNA pol贮存在启动子上。,这一模式是否存在于其它操纵元系统中？,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,+glucose,-glucose,Time(hr),Units of,-galactosidase,+lactose,Glucose added,6.1.5 lac operon的正调控,1 代谢物阻遏效应,实验，在lacGlu培养基上,E.coli只利用G，只有G,耗尽时，才会利用lac,葡萄糖抑制lac mRNA的转录：,可阻止诱导物引起的阻遏物失活效应,仅去掉阻遏物并不能启动lac基因表达,有其它因素参与,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,葡萄糖对lac操纵元表达的抑制是间接的,葡萄糖的降解是通过cAMP与 CAP结合起作用的,cAMP:环化腺苷酸,CAP,catabolite activator protein,由,crp,编码,CRP,catabolite receptor protein,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,2 CAP结合位点,CAP为二聚体，45KD，被cAMP激活,结合位点22bp I -70 -50,II-50 -40,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,由于序列的差异，使不同基因受cAMP激活的水平不同,结合位点序列保守,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,3 CAP的结合对DNA构型的影响,DNA弯曲,弯曲点位于CAP结合位点二重对称的中心,弯曲使CAP能与启动子上的RNA pol 接触,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,（1）CAP结合位点与转录起始点的位置,CAP,与,转录起始点,的距离，相距数个整双螺旋,CAP,结合位点在,启动子,的上下游，都能发挥作用,4,CAP对转录的影响,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,（2）基因转录对cAMPCAP系统的依赖性，与启动子本身的效率有关,cAMP-CAP复合物的结合，使位点II附近的富含GC区域双螺旋结构稳定性降低，因而-10区的熔解温度降低，促进开放型启动子复合物的形成,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,（3）CAP激活转录的方式,CAP直接作用于RNA pol 亚基,缺失RNA pol 亚基的C末端时，失去受CAP激活的能力,作用于DNA，改变其结构,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.1.6 lac operon 的其它问题,lac operon的功能是在,正负,两个调控体系的协调作用,(coordinate regulation),下实现的。,阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用；如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从P上解聚仍无转录活性,CAP组成型合成，所以cAMPCAP复合物取决于cAMP含量,腺苷酸环化酶位于细胞膜上，其活性与葡萄糖运输的酶有关，因此cAMPCAP调控乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等糖类代谢有关的酶,降解物敏感型操纵元：只要有葡萄糖存在，这些操纵元就不表达,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,2.A基因及其生理功能,编码-半乳糖苷乙酰基转移酶，使半乳糖苷乙酰化。该酶不参与乳糖代谢！,生理意义：在细胞中有许多能被半乳糖苷酶降解的半乳糖苷类物质，其分解产物不能进一步代谢，积累，抑制细胞生长。半乳糖苷乙酰化后，即无毒.所以lacA虽不在乳糖降解中起作用，但可抑制有害物质的积累,3.lac基因产物数量,，1：0.5：0.2,不同酶的数量差异,是由于在翻译水平上的调节.方式有二:,核糖体脱离:,多顺反子的差别性翻译,内切酶作用,:在lac mRNA分子内部，a基因比z基因更易受内切酶作用,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Summary,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Summary of lac operon regulation,Glucose,cAMP,Lactose,Transcription of lac mRNA,High,Low,Present,low rate of expression,High,Low,Absent,essentially none,Low,High,Absent,essentially none,Low,High,Present,high rate of expression,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.2 Trp operon,生物细胞中的氨基酸合成，也受操纵元的调节。细胞需要某种氨基酸时，其基因即表达，不需要时基因关闭，达到经济的原则。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,trpR,阻遏蛋白,P，-40+18,O,-21+1,L,+1+162,结构基因,t,A下游36bp,不依赖p,t,t下游250bp，依赖p,6.2.1 基因组成,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,sne298,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.2.2 Trp operon 的阻遏系统,1 Trp R 四聚体,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,阻遏蛋白,trp,有活性的阻遏物,SNE299,trp O 不转录,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,2 阻遏蛋白的结合位点,trpO -21 +1，反向重复序列,trpP -40 +18,活性阻遏物与trpO 的结合与RNA pol与启动子的结合发生竞争,SNE299,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,3 阻遏系统,主管转录是否启动，,在缺乏Trp时，mRNA起始合成，但不能自动延伸，一般在trpE之前终止转录,粗调开关,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.2.3 弱化作用,attenuation,1 弱化子，衰减子，,前导RNA，140bp,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,弱化子，,衰减子，,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,序列分析发现，其中4个片段进行配对，形成不同的二级结构,Terminator,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,S312,P,O,E,4,3,2,1,L,DNA,RNA,ATG,TGA,2 trp codons,1,4,3,2,2 前导肽,14aa,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,3 转录弱化作用,Lack of trp,Lack of aminoacyl tRNA,Ribosome pause at trp codons,occluding sequence 1,Form 2:3 hairpin,anti-terminator,Transcription into trpE and beyond,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,High trp,Trp is inserted at the trp codons,Translate to the end of leader message,Ribosome occlude sequence 2,Terminate transcription at(3:4 form,terminator,),Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,弱化子对转录调控的关键,空间结构，10th and 11th codons encode trp residues (rare AA),时间，核糖体停顿在2个Trp 密码子上时，产生延宕，此时4区未转录出来,The leader peptide is to determiner trp availability and to regulate transcription termination,14amino-acid(encoded by 27-68 of the leader RNA,summary,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.2.4 阻遏作用与弱化作用的协调,阻遏效率,启动子的转录起始频率在R+和R-相差70倍,弱化作用,trp存在时，约有10的RNA pol,侥幸转录,-trp,活性阻遏物 ,无活性阻遏物,+trp,trp操纵子具有双重调节体系？,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Negativerepressible operon,可以被最终合成产物所阻遏,R P,O,leading seq.E D C B A,trp,+,为什么需要阻遏体系？,当大量Trp 存在时，阻遏系统起作用。阻遏物与之结合，阻止先导mRNA合成。,经济,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,仅有少量 trp时，RNApol启动，,但在L.S.处脱落，转录中断,R P,O,leading seq.E D C B A,少量trp,+,不足以结合,O,位点,为什么需要弱化系统？,当trp浓度低时，阻遏物从有活性变为无活性，速度极慢，不能很快引发trp 合成。因此需要一个能快速作出反应的系统，以保持培养基中适当的Trp水平。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.2.5 细菌演化出弱化系统的生物学意义,通过tRNA荷载与否进行调控，更为灵敏,氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而tRNA 荷载为标准进行调控更为恰当,两个调控系统，避免浪费提高效率,阻遏系统 高水平trp时，不转录,低水平trp时，转录至LS,弱化系统 细调,原核生物细致的精细调控机制,增强原核生物对环境的适应性,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,6.2.6 正控制系统和负控制系统,1 负控制系统：,在没有调节蛋白质存在时基因表达，加入调节蛋白后基因表达活性被关闭,阻遏蛋白：负控制系统中的调节蛋白,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Add signal mol.,Operon off,Co-repressor,辅阻遏物,Add signal mol.,Operon on,Inducer,诱导物,(inducible operon),(repressible operon),Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,2 正控制系统：,没有调节蛋白质存在时基因关闭,加入这种调节蛋白质后基因活性被开启,诱导蛋白,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,三、其他操纵子的调控机制,1 半乳糖操纵子,大肠杆菌半乳糖操纵子(galactose operon)包括3个结构基因：异构酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)，半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galactose transferase,galT)，半乳糖激酶(galactose kinase,galk)。这3个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖-1-磷酸。GalR与galE、T、K及操纵区O等离得很远，而galR产物对galO的作用与lacI-lacO的作用相同。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,gal操纵子的特点：它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起,始点开始转录；它有两个O区，一个在P区上游-67-53，另一,个在结构基因galE内部。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,因为半乳糖的利用效率比葡萄糖低，人们猜想葡萄糖存在时半乳糖操纵子不被诱导，但实际上有葡萄糖存在时，gal操纵子仍可被诱导。现已分离到一些突变株，其中一类突变株能在不含葡萄糖的培养基中高水平合成半乳糖代谢酶类（gal结构基因高效表达）；而另一类突变株中gal基因的表达完全依赖于葡萄糖，培养基中如无葡萄糖存在，这些细菌的gal基因不表达，不合成半乳糖代谢酶类。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,分析gal操纵子P-O区的DNA序列发现，该操纵子确实存在两个相距仅5bp的启动子，可以分别起始mRNA的合成。每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。,从S1起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时，才能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、CAP和较高浓度的cAMP。从S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。当有cAMP-CAP时，转录从S1开始，当无cAMP-CAP时，转录从S2开始。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质-尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，该酶是galE基因的产物。生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。现在设想只有S1一个启动子，那么由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有葡萄糖存在时就不能合成异构酶。假如唯一的启动子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情况下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态，这无疑是一种浪费。无论从必要性或经济性考虑，都需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子（S1）对高水平合成进行调节。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,2 阿拉伯糖操纵子,阿拉伯糖(arabinose)是另一个可以为代谢提供碳源的五碳糖。在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需要3个基因：araB、araA和araD，分别编码3个酶：araB基因编码核酮糖激酶(ribulokinase)，araA编码L-阿拉伯糖异构酶(L-arabinose isomerase)，araD编码L-核酮糖-5-磷酸-4-差向异构酶(L-ribulose-5phosphate-4epimerase)。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开始向左进行转录，而araC基因则是从Pc向右转录。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,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。,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.,Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.,Evaluation only.,Created with Aspose.Slides for.N