5 半乳糖操纵子 P2 P1 E T K R O 双启动子半乳糖激酶阻遏子操控区半乳糖转移酶异构酶阻遏蛋白双启动子 R区和ETK区以及O区都相距很远 R区产生的阻遏蛋白与操控区结合，抑制结构基因的表达存在半乳糖时，它与阻遏蛋白结合，使之不能与操控区结合，从而结构基因表达——“负控诱导”

gal操纵子的特点： ① 它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录； ② 它有两个O区，一个在P区上游－73～－67，另一个在结构基因galE内部。

9 葡萄糖效应葡萄糖存在时，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖、麦芽糖等诱导物，与之相对应的操纵子也不能表达无葡萄糖时，cAMP合成量增加，形成 cAMP-CRP复合物，该复合物作为“激活蛋白”激活对应糖的操纵子的结构基因表达正控诱导系统

10 半乳糖操纵子的葡萄糖效应较为特殊半乳糖操纵子的结构基因表达与葡萄糖的关系有两种可能这与双启动子有关每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2 cAMP-CRP对从S1和S2起始的转录有不同的作用

cAMP-CRP 对gal启动子的作用 12 S1起始的转录 Met-Arg-Leu S1mRNA1 mRNA2 S2 有两个相互重叠的 Pribnow区当cAMP-CRP 存在时，转录从S1 位点开始，且不需要葡萄糖 RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、cAMP-CRP复合物 cya-，crp-突变体（即不能产生cAMP-CRP复合物）不能从S1起始转录

13 S2起始的转录 S2S1mRNA1 mRNA2 Met-Arg-Leu 有两个相互重叠的 Pribnow区当无cAMP-CRP 存在时，转录从S2 位点开始，且完全依赖葡萄糖高水平的cAMP-CRP抑制S2起始的转录 cya-，crp-突变体能从S2起始转录，不能利用乳糖，但能利用半乳糖

双启动子的生理功能 • UDP-葡萄糖 UDPgal （尿苷二磷酸半乳糖： • 本底水平的表达 • 大肠杆菌细胞壁合成的前体） • 一方面需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子（S2）进行本底水平的永久型合成； • 另一方面需要一个依赖于cAMP-CAP的启动子（S1）对高水平合成进行调节异构酶

二、阿拉伯糖操纵子 （arabinose operon) 17 阿拉伯糖操纵子的结构 E F 膜蛋白结合蛋白差向异构酶调节基因操纵区（2个）将阿拉伯糖运入细胞异构酶核酮糖激酶作用时按ABD的顺序阻遏蛋白Pr 阿拉伯糖激活蛋白Pi

araB、araA和araD 基因, 形成一个基因簇，简写为araBAD，但代谢是以araA、araB和araD顺序进行。三个基因的表达受到ara操纵子中araC基因产物AraC蛋白的调控。

18 阿拉伯糖操纵子的结构:双向转录 araCmRNA CRP结合位点调节基因 PBAD araBADmRNA Pc 操控区异构酶核酮糖激酶差向异构酶运送系统阿拉伯糖（胞外）阿拉伯糖（胞内）核酮糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸

ara操纵子的调控有两个特点： 第一，araC表达受到AraC的自身调控。第二，AraC既是ara操纵子的正调节蛋白（需cAMP-CRP的共同参与，起始转录），又是其负调节蛋白。这种双重功能是通过AraC蛋白的两种异构体来实现的（Pi和Pr)。

Pr阻遏形式 Pi诱导形式

当阿拉伯糖水平较低时，AraC蛋白与操纵区araO2及araI当阿拉伯糖水平较低时，AraC蛋白与操纵区araO2及araI 诱导因子结合区上半区结合，形成DNA回转结构，导致 araBAD基因不表达

当阿拉伯糖水平较高时，AraC蛋白与阿拉伯糖结合，当阿拉伯糖水平较高时，AraC蛋白与阿拉伯糖结合，改变构象成为激活蛋白，AraC蛋白与araO1和araI结合， DNA回转结构被破坏，RNA聚合酶在AraC蛋白和cAMP-CRP 共同作用下起始基因转录。

营养状况对ara操纵子的影响 a) 有葡萄糖，无阿拉伯糖， araC蛋白处于Pr形式，结合操控区，使RNA聚合酶不能与 Pc结合，操纵子不表达 b)无葡萄糖，无阿拉伯糖，虽有 cAMP-CRP（激活蛋白）结合操控区，但AraC蛋白处于Pr 形式，起阻遏作用 c) 无葡萄糖，有阿拉伯糖，两种正控因子都起作用，操纵子表达

三、阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答 SOS反应的机理：由 RecA 蛋白和 LexA 阻遏物的相互作用引起的。 LexA阻遏物：是SOS DNA修复系统所有基因的阻遏物 RecA蛋白：是SOS反应的最初的发动因子。在单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活，表现出水解酶活性，分解LexA阻遏物。当RecA水解LexA阻遏物后，导致SOS体系（包括recA基因）高效表达，DNA得到修复

修复完成后，recA蛋白恢复非蛋白酶 形式，LexA蛋白积累，重新建立阻遏作用

四、二组分调控系统和信号转导 30 二组分调控系统存在的必要性较多情况下，细胞膜外部信号不能直接传递给调节蛋白外部信号→传感器→调节蛋白传感蛋白/传感激酶、应答调节蛋白

传感蛋白／传感激酶 应答调节蛋白激活／阻遏蛋白调控下游基因表达磷酸化

32 大肠杆菌中存在的二组分调控系统刺激信号/功能氧气缺乏渗透压，包被蛋白渗透压，钾离子运输磷酸盐清除氮代谢硝酸盐呼吸作用硝酸盐和亚硝酸盐呼吸作用传感蛋白 ArcB EnvZ KdpD PhoR NtrB NarX NarQ 应答调节蛋白 ArcA OmpR KdpE PhoB NtrC NarL NarP

34 五、多启动子调控的操纵子 rRNA操纵子核糖体蛋白SI操纵子 DnaQ蛋白操纵子

35 大肠杆菌rRNA操纵子（rrnE）含有两个启动子P1和P2 P1是强启动子，P2是弱启动子对数生长期细菌中，P1起始的转录产物比 P2多3-5倍，P1是强启动子细菌处于紧急状态时，细胞中ppGpp浓度增加，ppGpp抑制P1的作用，此时P2起始的转录仍可进行，是主要的启动子

36 核糖体蛋白SI操纵子四个启动子P1,P2，P3，P4 P1，P2是强启动子 P3，P4是弱启动子平时，靠P1P2启动操纵子的表达，合成SI 蛋白紧急情况，P1和P2受ppGpp抑制，靠P3， P4合成的SI蛋白维持生命最低需要

DnaQ蛋白操纵子 DnaQ蛋白是DNA聚合酶全酶的亚基之一，负责校正DNA复制错误 DnaQ蛋白操纵子含有两个启动子：P1、P2 它受RNA聚合酶活性调节 RNA聚合酶活性低，由弱启动子P2控制 RNA聚合酶活性高，由强启动子P1控制

38 DnaQ蛋白操纵子细胞内RNA聚合酶活性与细胞的增殖速度有关细胞染色体复制比较缓慢时，RNA聚合酶的活性低，此时DnaQ蛋白的合成靠弱启动子P2维持细胞增殖速度加快，RNA聚合酶的活性升高， P1被激活，DnaQ蛋白的合成就大大增加

39 结语操纵子中有不同的启动子，它们有不同的强度，其启动作用又受不同因子的调控。许多因素相互作用，才使基因表达更加有效，更加协调。不同的生活环境中，不同的启动子精密地调节基因的表达量，这对维持细菌的生存起着非常重要的作用

40 小结半乳糖操纵子的结构、调控：双启动子阿拉伯糖操纵子的结构、调控：araC蛋白的正负调节 SOS对阻遏蛋白LexA的调节二组分调控系统和信息传导：传感器（传感激酶和应答调节蛋白）、磷酸化多启动子调控的操纵子：强弱启动子组合

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