原核基因表达调控-1.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,*,一 基因表达调控总论,二 转录水平的调控,三 转录后水平的调控,原核生物基因表达的调控,基因表达,(gene expression),是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤,表现出其生物功能的整个过程,。,典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白质的过程。,rRNA,或,tRNA,的基因经转录和转录后加工产生成熟的,rRNA,或,tRNA,，也是,rRNA,或,tRNA,的基因表达，因为,rRNA,或,tRNA,就具有在蛋白质翻译方面的功能。,一、基因表达调控总论,每一种生物的基因组都含有一定数目的基因，但这些基因在一个细胞里并不都会表达，那些表达的基因表达的强度也不一定相同。例如：,E.Coli,，人,细胞内的基因表达受到严格的调控,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。,基因表达调控就是对基因产物的合成进行控制的机制,.,一个细胞可能仅含有,20,个拷贝乳糖操纵子阻遏蛋白，但是它可能会需要超过,100 000,个拷贝的,EF-,Tu,参与蛋白质的合成。,在另外一些情况下，单细胞有机体调控基因表达是为了应答,环境条件,（例如，温度，渗透压或者是否存在某种营养物质）的改变或者,细胞内部的生理状况,（例如为细胞分裂做准备）的变化。与细胞适应过程有关的酶或者蛋白质通常是不存在的，只有在需要的时候才被合成。,原核生物和单细胞真核生物,是单细胞生物，一般生活在多变的环境中，需要随时根据环境条件的变化调整自身基因的表达，以使代谢过程能够适应环境的变化，从而更好地生存和繁衍。,自然选择倾向于保留高效率的生命过程。,在一个每,30min,增殖一倍的,10,9,细菌群体中，若有一个细菌变成了,29.5min,增殖一倍，大约经过,80,天的连续生长后，这个群体中的,99.9%,都将具有,29.5min,增殖一倍的生长速度。,实际上，生物体内的基因根据表达的状况可分为两类，一类是,看家基因（,house-keeping gene),，另一类是,奢侈基因,(luxury gene),。看家基因始终表达，表达的量也相对恒定，因此又称为组成型基因，奢侈基因只是在特定的时段里或者在需要的时候才表达，也称为组织特异型基因。不管是管家基因还是奢侈基因，表达都受到调控，只是调控的方式不一样。,2,、适应性表达,(,adaptive expression,),指环境的变化容易使其表达水平改变的一类基因表达。,诱导,（,induction,）：是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。,DNA,损伤 修复酶基因激活,乳糖 利用乳糖的三种酶表达,阻遏（,repression,）：是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。,色氨酸,色氨酸合成酶系,在原核和单细胞真核生物中，通过改变基因表达适应环境，对于细胞的生存非常重要。,如有充足的葡萄糖，细菌就可利用葡萄糖作能源和碳源；当没有葡萄糖时，细菌就要适应环境中存在的其它糖类(如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等)，开放能利用这些糖类的酶的基因，以满足生长的需要。,即使室内环境保持稳定的高等哺乳类，也经常要变动基因的表达来适应环境。例如与适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同。,长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情况也会有所不同。,基因表达调控是生物适应环境生存所必需的。,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。,基因表达是一个多步骤的过程，表达的产物是具有一定功能的蛋白质。基因表达的每一环节以及表达产物的稳定性均可作为调控的位点，,理论上，一种基因表达的调控可以在多种水平上展开，包括,DNA,水平、转录水平、转录后加工水平、翻译水平、翻译后加工水平等。但在所有调控方式中，从节省能量的角度来看，对基因表达关闭的越早越好，这样不至于将能量浪费在,mRNA,和蛋白质的合成上。就这一点而言，,转录的起始阶段是最佳调控位点。,基因表达调控的环节,多级调控,基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，,因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。,转录水平的调控,是调控,DNA,模板上转录特定,mRNA,的速度，通常主要是对转录起始的调控；有时也可对转录终止过程进行调控，一般对延伸过程不容易进行调控。,在真核细胞中，也可以对,mRNA,的加工过程，包括修饰、剪接和运输等进行调控。而在原核细胞中,mRNA,一旦合成，就可用于指导蛋白质的合成，无需加工，因此，无法在这一步骤进行调控。,翻译水平的调控,，也象转录水平的调控一样，通常是,通过对起始阶段和终止阶段的调控实现的,。,顺式作用元件（,cis,-acting element,）,:,不转变为其他形式（,RNA,或蛋白质）而只以,DNA,形式在原来位置起作用的,DNA,序列。起作用的过程称顺式作用。,反式作用因子（,trans,-acting factor,）,:,能从合成地点扩散到其它场所对其他基因的表达起调控作用的蛋白质因子（有时为,RNA,）。起作用的过程称反式作用。,顺式作用元件与反式作用因子,结构基因（,structural gene,）,编码各类具有不同结构和功能的蛋白质和,RNA,的基因。,调控基因（,regulator gene,）,编码蛋白质或,RNA,来调节其他基因表达的基因。,结构基因与调控基因,阻遏物（,repressor,）,:,阻止基因表达的蛋白质，可与操纵基因结合来阻止转录或结合,RNA,来阻止蛋白质的翻译。,操纵基因（,operator,）,:,DNA,上的一个,位点,，阻遏物能与之结合抑制相邻启动子起始转录。,操纵子（,operon,）,:,细菌基因表达和调控的单位，包括结构基因和能被调控基因产物识别的,DNA,控制元件。,阻遏物、操纵基因与操纵子,诱导,(induction),：,通过小分子诱导物参与,使阻遏物失活或活化激活剂来实现对基因或操纵子表达的调控。,阻遏,(repression):,通过小分子辅阻遏物参与,使激活剂失活或活化阻遏物来实现基因或操纵子不表达的调控。,诱导与阻遏,二、转录水平的调控,1,.,转录调控的原理,2.原核生物转录调控的操纵子学说,3.乳糖操纵子的调控,1,.,转录调控的原理,基因表达由调控蛋白控制,基因常常由外部信号控制；这些信号由调控蛋白传递给基因。,调节蛋白通常都是,DNA,结合蛋白,，它们识别受其控制的基因上或基因附近的特异位点。,1.1,基因表达调控的两种方式,基因的表达模式都可根据控制的效果分为正调控和负调控。如果是在转录水平的调控，这两种调控模式一般都涉及到特定的调节蛋白与,DNA,特定序列之间的相互作用。一般将与调节蛋白结合的特定,DNA,序列称为,顺式作用元件,，而对于原核生物来说，这样的顺式作用元件经常被称为,操纵基因,。,如果是负调控,，则在没有调节蛋白或者调节蛋白失活的情况下，基因正常表达。一旦存在调节蛋白或者调节蛋白被激活，基因则不能表达。因此，负调控中的调节蛋白被称为,阻遏蛋白,；,如果是正调控,，则在没有调节蛋白或者调节蛋白失活的情况下，基因不表达或者表达量不足。一旦有调节蛋白或者调节蛋白被激活，基因才能表达或者大量表达。因此，正调控中的调节蛋白被称为,激活蛋白,。,正调控与负调控模式的比较,调控类型与特点,正调控系统,调节基因的产物是激活蛋白,根据激活蛋白的作用性质，又可分为可诱导的正调控和可阻遏的正调控。,1.,原核基因调控机制的类型与特点,负调控系统,调节基因的产物是阻遏蛋白。,根据其作用特征又可分为可诱导的负调控和可阻遏的负调控。,原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根据调控机制的不同可分为,负转录调控,和,正转录调控,。,在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白,(repressor),。根据其作用特征又可分为负控诱导系统和负控阻遏系统二大类。,在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白,(activator),。也可根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导系统和正控阻遏系统。,阻遏蛋白,激活蛋白,转录激活,负控诱导,正控诱导,转录抑制,负控阻遏,正控阻遏,1.3,调控蛋白对转录起始的调控,无调控蛋白存在时，,RNA,聚合酶只是微弱的结合在启动子上。这是因为该启动子组分不完整。,当聚合酶结合了启动子时，它会自动的经由封闭复合体到开放复合体的转变而起始转录。这导致,基因的组成型表达,（,constitutive expression）,或称为,本底水平（,basal level）,表达,。这种情况下,RNA,聚合酶的结合是限速步骤(图16-1,a),阻遏物,控制某一基因的起始转录，是通过其结合到,RNA,聚合酶结合的位点，以阻碍聚合酶结合到启动子上，从而而阻止转录（图16-1,b）。,DNA,上阻遏物结合的位点称为操纵基因。,活化子通过协助聚合酶结合到启动子上从而激活该启动子开始的转录。,活化子以其一个表面结合到启动子附近的某一,DNA,位点；同时以另一表面与,RNA,聚合酶相互作用，将聚合酶带到启动子（图16-1,c）。,活化子与,RNA,聚合酶的相互作用，以及活化子与,DNA,的相互作用，只起到黏合作用：活化子只是将酶带到启动子附近。,一旦聚合酶结合到启动子上，它就自动的使闭合复合体转变为开放复合体，并起始转录。,一些活化子通过协助聚合酶结合到启动子上从而激活转录的开始,某些活化子通过变构和调控,RNA,聚合酶或,DNA,的构象改变而起作用,在有些情况下，,RNA,聚合酶不需要协助就可以结合在,DNA,上并形成稳定的闭合复合体，但是这一闭合复合体却不能自动转变为开放复合体（图16-2,a）。,在这种启动子上，必须由活化子刺激闭合复合体转变为开放复合体，因此，这一转变就是限速步骤。,活化子与稳定的闭合复合体相互作用诱导构象发生改变，引起闭合复合体向开发复合体的转变。,前面所述的,DNA,结合蛋白（调节蛋白和,RNA,聚合酶）的相互作用，是假定这些蛋白结合在,DNA,上的临近的位点。,有些相互作用的蛋白质结合在,DNA,上相距较远的位点，在这种情况下，为了使蛋白质相互作用，结合位点之间的,DNA,就会环化，使蛋白结合位点彼此靠近（图16-3）,1.4,远程激活和,DNA,环化,远程调控,活化子结合位点一般位于启动子上游（150,bp-1kb,或更远,）,也能发挥作用。,抑制子相互作用使,DNA,形成环化的情况也不少。,DNA,上相距较远的位点通过环化靠近的方式之一是在这些,DNA,序列上再结合其它蛋白质。,如在活化子结合位点和启动子之间另有蛋白结合，使,DNA,弯曲，协助活化子和聚合酶相互作用。,Jacob,和,Monod,等人对,E.coli,利用乳糖的适应现象进行研究，1961年提出乳糖操纵子(,lac operon),学说。,2 原核细胞转录调控的操纵子学说,操纵子的概念：,操纵子是原核生物基因表达调控的功能单位；它的组成元件包括有调节基因、操作子和一系列结构基因,。,操作子可以被调节基因的产物即调节蛋白）识别,。,原核生物中在同一代谢途径中功能相关的蛋白的编码基因排列在一起组成一个操纵子，转录成多顺反子,mRNA。,结构基因群,一个操纵子中一般含有,2个以上的结构基因,(,structural gene,SG)，,每个结构基因是一个连续的开放读框(,open reading frame)，5-,端有翻译起始码，3-端有翻译终止码。各结构基因头尾衔接、串连排列，组成结构基因群。,操纵子的组成元件,在第一个结构基因5侧具有,核糖体结合位点,(,ribosome binding site,RBS)，,当这段含多个结构基因的,DNA,被转录成多顺反子,mRNA，,就能被核糖体所识别、结合、并起始翻译。,启动子,启动子(,promoter，P),是指能被,RNA,聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段,DNA,序列。,操纵子至少有一个启动子，控制整个结构基因群的转录,。不同启动子因序列差异而与,RNA,聚合酶的亲和力不同，启动转录的频率有高有低，即起动基因转录的强弱不同。,操作子,操作子(,operator,O),是一段能被调控蛋白特异性结合的,DNA,序列。,操作子常与启动子邻近或重叠，当调控蛋白结合在操纵基因上，会影响其下游基因的转录。,乳糖操纵子中的操作子(,o),序列位于启动子(,p),与被调控的基因之间，部分序列与启动子序列重叠。,操作子序列具有回文(,palindrome),结构。许多操纵子都具有类似的对称性序列，可能与特定蛋白质的结合相关。,终止子,终止子(,terminator T),是给予,RNA,聚合酶转录终止信号的,DNA,序列。,操纵子中结构基因群最后一个基因的末端存在一个终止子。,终止子按其作用可分为不依赖,因子的强终止子和依赖,因子的弱终止子。,调控基因,调控基因(,regulatory gene),是编码能与操作子结合的调控蛋白的基因。,某些特定的物质能与调控蛋白结合，使调控蛋白的空间构像发生变化，从而改变其对基因转录的影响，这些物质称为,效应物,(,effector)。,能引起诱导发生的,效应物,称为,诱导物（,inducer)；,能导致阻遏发生的,效应物,称为,阻遏物,或辅助阻遏,物,(corepressor)。,以上,5,种元件是每一个操纵元必定含有的。,其中启动子、操作子位于紧邻结构基因群的上游，终止子在结构基因群之后，它们都在结构基因的附近，只能对同一条,DNA,链上的基因表达起调控作用，在遗传学实验上称为,顺式作用,，启动子、操纵子和终止子就属于顺式作用元件。,调控基因可以在结构基因群附近、也可以远离结构基因，它是通过其基因产物调控蛋白来发挥作用的，因而调控基因不仅能对同一条,DNA,链上的结构基因起表达调控作用，而且能对不在一条,DNA,链上的结构基因起作用，称为,反式作用,，其编码产生的调控蛋白称为反式调控因子。,根据操纵子的作用方式可分为：,调节分解代谢的操纵子，它们都是属于,诱导型,，并受,cAMP-CAP,的调节。分解代谢的底物常为小分子诱导物。,调节合成代谢的操纵子，它们都属于,阻遏型,，不受,cAMP-CAP,影响。其中一些操纵子等具有弱化子（例如，,Trp、His、Phe、Leu、Thr,和,Ilv,的操纵子），最终产物为辅阻遏物,。,3.1,乳糖操纵子的结构,E.coli,乳糖操纵子包括：启动子、操作子和3个结构基因等。,三个基因,(,lacZ,、,lacY,和,lacA,),以一条,mRNA,从启动子,(,如箭头所示,),转录。,CAP,和操作子各约为,20bp,。操作子,(,lacO,),位于启动子,RNA,聚合酶结合区内，,CAP,位点位于启动子上游。,3.,乳糖操纵子(,lactose operon),大肠杆菌乳糖操纵子（,lactose operon,）包括,3,个结构基因：,Z,、,Y,和,A,，以及启动子、控制子和阻遏子等。转录的调控是在启动区和操纵区进行的。,Z,编码,-,半乳糖苷酶,，,Y,编码,半乳糖透过酶,，,A,编码,转乙酰基酶,。,E.coli,Permease,Transacetylase,解毒或排出细胞,大肠杆菌能利用乳糖作为碳源，而利用乳糖作为碳源的酶只有当乳糖成为惟一的碳源时才会被合成。,转录时,RNA pol,与启动子结合，通过操纵子，按,ZYA,方向进行转录。,每转录出一条,mRNA,上都有,Z、Y,和,A,基因。,3.2,活化蛋白和 阻遏蛋白共同调控,Lac,基因,乳糖操纵子通常是关闭的。,lacI,编码的阻遏蛋白以四聚体的形式与操纵基因结合，关闭三个结构基因的表达。,可诱导型操纵子使细菌能很好地适应环境的变化，有效地利用环境提供的底物。,例如，当培养基中,有充足的葡萄糖时，细菌就可利用葡萄糖作能源和碳源；当没有葡萄糖而,有乳糖时，,乳糖,操纵子被诱导开放，合成分解乳糖所需要的酶。当乳糖被消耗完后，细胞不再需要分解乳糖的酶，操纵子重新关闭。,在原核和单细胞真核生物中，通过改变基因表达适应环境，对于细胞的生存非常重要。,乳糖操纵子中的,lacZ、lacY、lacA,基因只有在,乳糖存在，而葡萄糖缺乏,时才会高水平的表达。,An,Activator,and a,Repressor,Together,Control the,lac,Genes,2,种调节蛋白参与这些基因转录调控。一种是活化蛋白称为,CAP,，,catabolic activator protein,；另一种是阻遏蛋白称为,Lac repressor。,lac,操作子对称的半位点,lac,操纵子的控制区域,操纵子控制区域的核苷酸序列和组织结构。操纵子上面的横杆表示,RNA,聚合酶和调控蛋白,CAP,覆盖的,DNA,区域，下面的横杆表示抑制子的覆盖区域。注意,RNA,聚合酶覆盖的区域大于启动子区，而抑制子覆盖的区域大于操作子序列，尤其是往上游方向的延伸，这两个区域发生一定长度的重叠。,Lac repressor is encoded by the,lacI,gene,which is located near the other lac genes,but transcribed from its own promoter（constitutively expressed).,The name,CAP,stands for,Catabolite Activator Protein(,降解物活化蛋白),this,activator is also known as,CRP,(for,cAMP,Receptor Protein）,CAP and Lac Repressor Have Opposing Effects on RNA Polymerase,Bindig,to the,lac,Promoter,3.2.1,、阻遏蛋白的负调节,(negative control of repressor),无乳糖,(no lactose):,lac,操纵元处于,阻遏,状态,(repression),有乳糖,(presence of lactose),：,lac,操纵元即可被,诱导,（,induction,处于）,去阻遏,状态,(derepression),诱导剂,(inducer):,别乳糖、半乳糖、,IPTG,（异丙基硫代半乳糖苷）,乳糖操纵元调控的机制,阻遏蛋白的负性调控-,阻遏蛋白结合在操作子上阻止结构基因转录,无乳糖时，,Lac,操纵子处于阻遏状态。,lac,I,基因在其自身的启动子,P,i,控制下，,低水平、组成型表达,，产生阻遏蛋白，每个细胞中仅维持约10个分子的阻遏蛋白。,阻遏蛋白以四聚体形式与操作子作用,阻遏蛋白总是与,DNA,结合在一起，,它与操作子的结合可阻止,lac,基因的转录。,有乳糖时，乳糖受,-,半乳糖苷酶的催化转变为,别乳糖,，与,R,结合使,R,构象变化，,R,四聚体解聚而与,O,解离。,基因转录开放，,-,半乳糖苷酶在细胞内的含量可增加1000倍。,乳糖(别乳糖)作为诱导剂，与,R,结合起,去阻遏作用,(,derepression)，,诱导了利用乳糖的酶类基因转录开放。,调控蛋白的活性由信号变构控制。,在诱导物的作用下，阻遏蛋白构象改变而失去与操纵基因（,O,1,）,的结合能力。,a.,没有诱导物存在下，两个二聚体之间形成铰链，因此,N,端结构域能与操作子序列结合。,b.,诱导物,-Lac,抑制子的二聚体。与诱导物的结合导致结构的改变，从而降低了抑制子对操作子的亲和性。,许多调控蛋白都是,变构蛋白(,allosteric protein)，,通过与效应物结合改变构象而改变活性，起到调节基因转录表达的作用。,在研究工作中很少使用乳糖作为诱导剂，因为培养基中的乳糖会被诱导合成的,半乳糖苷酶催化降解，其浓度不断发生变化。,实验室常用两种乳糖类似物,异丙基巯基半乳糖苷（,IPTG,）和巯甲基半乳糖苷（,TMG,），在酶活性分析中常用发色底物,O-,硝基半乳糖苷（,ONPG,）。因为它们都不是半乳糖苷酶的底物，所以又称为,安慰性诱导物（,gratuitous inducer),。,由于阻遏蛋白偶尔会脱离操纵子基因，所以操纵子的转录并非完全关闭，仍会有,本底水平,的表达，细胞内会有几个分子的,半乳糖苷酶和透性酶。,葡萄糖对,lac,操纵子表达的影响,葡萄糖是细菌优先利用的糖类。当葡萄糖和其他糖类（比如乳糖）同时存在时，细菌只利用葡萄糖而不代谢别的糖类，这种现象称为分解代谢物阻遏（,catabolite repression,）。因此，乳糖操纵子只有在乳糖存在，同时葡萄糖缺乏时才会高水平表达。原因是乳糖操纵子除了受阻遏蛋白的调节，还要受到分解代谢活化子蛋白（,catabolic activator protein,，,CAP,）的调节。,3.2.2 CAP,的正性调控,大肠杆菌优先利用葡萄糖作为碳源，葡萄糖的存在可防止从培养基中吸收其它碳源。,当葡萄糖和乳糖同时存在于培养基中时，,lac,启动子表达受阻，没有,-,半乳糖苷酶活性。,CAP(catabolite activator protein),分解代谢基因激活蛋白,同二聚体,DNA,结合区,cAMP(cyclic AMP),结合位点,CAP,能够与,cAMP,结合后形成一个二聚体，所以,CAP,又称为,cAMP,受体蛋白（,cAMP receptor protein,，,CRP,）。,cAMP-CRP,二聚体能够结合到启动子的上游识别位点上，通过募集,RNA,聚合酶激活乳糖操纵子的转录。,激活蛋白通常结合在启动子的上游协助,RNA,聚合酶与启动子结合。与之相反，阻遏蛋白结合在启动子的下游，阻止,RNA,聚合酶与启动子结合，或者阻止,RNA,聚合酶向前移动，转录基因。,cAMP,可与细菌中的受体蛋白,CAP（cAMP Receptor Protein，,也称为,CRP；）,特异结合，使,CRP,构象改变而活化,。,CRP,单体包括一个,DNA,结合区和一个转录激活区。,CRP,以二聚体形式与,DNA,结合而发挥作用。,被,cAMP,活化的,CRP,能与1,ac,操纵子的启动子上游,CRP,位点特异结合。有利于形成转录起始复合物，并增强了,RNA,聚合酶的活性。使,lac operon,得到表达。,6.1.2.3,CAP,具有独立的激活域和,DNA,结合域,lac,启动子被,CAP,激活,RNA,聚合酶在,CAP,的协助下，结合到启动子上。,CAP,由,亚基的,CTD(,carboxyl-terminal domain),识别。当与,CAP,相互作用时，,亚基,CTD,也在,CAP,位点附近与,DNA,分子发生接触。,CRP,上有重要的三个位点参与基因转录激活过程：,与,RNA pol,的,亚基的羧基端结合区域（,aCTD,）、与,亚基的氨基端结合区域（,aNTD,）以及与,亚基结合区域。,在不同的操纵子中，,CRP,的作用可能有三种不同的方式。,在,Lac,操纵子中，,CRP,结合在紧邻启动子上的,RNA pol,结合位点上游，,与,aCTD,发生作用，同时与,和亚基相互作用。,在,gal,操纵子中，,CRP,结合区域与,RNA pol,结合的区域有重叠，它与,aCTD,、,aNTD,以及,亚基都有相互作用。,CRP,在一些操纵子中可能有2个或多个二聚体结合在,DNA,的不同位点，例如在,ara,操纵子中，结合在2个不同位点上的,CRP,发挥作用,。,CAP,的,正性,调节（,Positive Control of CAP,）,PEP:,单糖磷酸转移酶系统(,phosphoenolpyruvate:glucose Phosphotransferase system，PTS),是一种细菌质膜内的蛋白复合物，它同时被磷酸化并将糖类转移到细胞内。,复合物中的,A,Glc,蛋白（,crr,编码）由于葡萄糖转运而失去磷酸化，它可结合乳糖透过酶而阻止乳糖进入细胞。,A,Glc,蛋白的磷酸化形式可激活腺苷酸环化酶，当葡萄糖进入细胞时,A,Glc,蛋白发生脱磷酸化，导致,腺苷酸环化酶活性降低,。,因此，当环境中无葡萄糖时，细胞内,cAMP,含量升高,。,负调节与正调节协调合作,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,O,上解聚仍无转录活性,葡萄糖,/,乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖,葡萄糖可降低,cAMP,浓度，阻碍其与,CAP,结合从而抑制转录,结论：,lac,操纵元强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖。,3.2.3,协调调节,(coordinate regulation),有葡萄糖时，,cAMP,浓度降低，,CRP,不能被活化，1,ac,操纵子表达下降。,由于,P,1ac,是弱启动子，只因乳糖的存在而发生去阻遏而使1,ac,操纵子开放表达水平很低；有,CRP,加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖。,1,ac,操纵子的强诱导既要有乳糖又要无葡萄糖。,通过这种机制，细菌优先利用葡萄糖，只有无葡萄糖而有乳糖时，细菌才利用乳糖。,