操縱基因

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控制操縱子中結構基因轉錄的基因位置在操縱子的前端在誘導系統中當調節基因產物阻遏蛋白操縱基因相結合時核糖核酸多聚酶就不能通過操縱基因因而信使核糖核酸的合成受到阻礙使酶的合成停止誘導物可以和阻遏蛋白相結合而使它失去活性從而不再和操縱基因相結合這樣酶的合成便又開始在阻遏系統中當代謝最終產物不足時調節基因產物阻遏蛋白不和操縱基因結合

目 錄1操縱基因-基本資料

1.1 操縱基因O

1.2 乳糖操縱子機制

1.3 色氨酸操縱子

2操縱基因-鑒定方法

3操縱基因-基本結構

4操縱基因-研究成果

5操縱基因-「多彩」證據

1操縱基因-基本資料操縱基因operatorgene;operator;operatorlocus 結構基因編碼區之前的DNA區段它可結合阻遏物或活化物操縱基因位於基因的啟動子後面或與啟動子重疊可控制一個鄰近基因或基因群的表達

操縱基因O控制結構基因的轉錄速度位於結構基因的附近本身不能轉錄 操縱子

成mRNA

大腸桿菌乳糖操縱子包括4類基因①結構基因能通過轉錄翻譯使細胞產生一定的酶系統和結構蛋白這是與生物性狀發育表型直接相關的基因乳糖操縱子包含3個結構基因lacZlacYlacALacZ合成β半乳糖苷酶lacY合成透過酶lacA合成乙酰基轉移酶②操縱基因O控制結構基因的轉錄速度位於結構基因的附近本身不能轉錄成mRNA③啟動基因P位於操縱基因的附近它的作用是發出信號mRNA合成開始該基因也不能轉錄成mRNA④調節基因i可調節操縱基因的活動調節基因能轉錄出mRNA併合成一種蛋白稱阻遏蛋白操縱基因啟動基因和結構基因共同組成一個單位操縱子operon

乳糖操縱子機制抑製作用調節基因轉錄出mRNA合成阻遏蛋白因缺少乳糖阻遏 乳糖操縱子

蛋白因其構象能夠識別操縱基因並結合到操縱基因上因此RNA聚合酶就不能與啟動基因結合結構基因也被抑制結果結構基因不能轉錄出mRNA不能翻譯酶蛋白

誘導作用乳糖的存在情況下乳糖代謝產生別乳糖alloLactose別乳糖能和調節基因產生的阻遏蛋白結合使阻遏蛋白改變構象不能在和操縱基因結合失去阻遏作用結果RNA聚合酶便與啟動基因結合併使結構基因活化轉錄出mRNA翻譯出酶蛋白

負反饋細胞質中有了β半乳糖苷酶后便催化分解乳糖為半乳糖和葡萄糖乳糖被分解后又造成了阻遏蛋白與操縱基因結合使結構基因關閉

色氨酸操縱子色氨酸操縱子負責調控色氨酸的生物合成它的激活與否完全根據培養基中有無色氨酸而定當培養基中有足夠的色氨酸時該操縱子自動關閉缺乏色氨酸時操縱子被打開色氨酸在這裡不是起誘導作用而是阻遏因而被稱作輔阻遏分子意指能幫助阻遏蛋白髮生作用色氨酸操縱子恰和乳糖操縱子相反

2操縱基因-鑒定方法DNA上蛋白質的結合部位,如一種操縱基因如何能夠鑒定出來呢? 原來操縱基 操縱基因

因是靠阻遏物的專一結合以免除核酸酶(nuclease)的攻擊的通過DNA片段的分離與序列測定即可確定其結構但是這是一件極吃力的工作利用限制性內切酶可以確切分離出蛋白質所接觸的部位的片段就可以鑒定操縱基因的結構與測定DNA序列的化學法相似測定操縱基因的基本原則是如果一條DNA片段被放XX性原子所標記這條鏈中任何斷裂部位從所產生的標記片段的大小即可推導出來DNA片段的大小可以用高分辨的聚丙烯酰胺凝膠電泳所確定這種方法稱為足跡圖法(foot-printing method)這是仿照用紙層析鑒定蛋白質的指紋圖法(finger printing method)命名的結合部位靠結合蛋白使核酸酶的酶切作用被保護而不被切割靠這種方法可以了解蛋白質在何處與DNA的糖磷酸骨架上的鹼基及磷酸進行特殊接觸

3操縱基因-基本結構有許多種操縱基因用足跡法定位並進行了DNA序列分析將影響阻遏物 操縱基因的結構圖

結合的操縱基因突變的特性加以描述它們最重要的特徵是反向重複(inverted repeat)或毗鄰重複(near repeat)例如用核酸酶消化DNA與lac阻遏物的複合體分離得到一個乳糖操縱基因片段由24bp組成其中約有16個是與二重對稱軸有關以第11位鹼基為中心其結構如右圖操縱基因的序列測定出來后就使人們了解到這種對稱能夠使阻遏蛋白多聚體的兩亞基可以同時結合在操縱基因上從而阻礙了轉錄的發生

4操縱基因-研究成果以XXX線晶體學測定幾種結合蛋白與DNA的三維結構得出一些驚人的結果 二重對稱軸

它們表明調節蛋白(阻遏蛋白)與特異的DNA部位是如何結合的第一個測定的結構是E.coli CAP蛋白的結構隨後不久λCro蛋白A阻遏物及噬菌體434的阻遏蛋白(λ的近親)先後測定成功有如晶體學家預測的那樣活性結合單位為兩個相同的球狀多肽鏈二聚體在空間以相反的取向形成一個二重對稱軸的構象與DNA的結合部位的結構相吻合(右圖) 調節蛋白與DNA的結合是由兩股較短而鄰近的α-螺旋形成λ阻遏蛋白結構是在第2及第3個α-螺旋上Cro和CAP也有類似結構在λ阻遏蛋白中螺旋3從蛋白質表面突出與其對手(即λ阻遏蛋白二聚體第二個亞基)恰好以B-DNA(3.4nm)的螺旋重複距離相隔開模型表明螺旋3與大溝恰相吻合於是阻遏蛋白二聚體通過每個單體的螺旋3與操縱基因的一半相互接觸而與DNA的一側相結合大部分接觸是由大溝的鹼基邊沿與螺旋3側鏈的氫鍵靠互補完成下列事實有力地證實這個模型即影響λ阻遏蛋白與操縱基因的大多數突變種都是改變兩個相鄰α-螺旋的氨基酸最近這個模型己用噬菌體434XXX線分析直接證實

5操縱基因-多彩證據科學家們已經建立了一個系統可以幫助他們研究細菌中的基因是怎樣在工作的這是通過將其XX到鼠中完成的最新應用的這一系統的一個試驗產生了令人毛骨悚然的結果 操縱基因的現實證據

基因工程鼠可以根據它所飲用的水改變它皮毛的顏色研究者經常通過可看到的發生的變化來描繪基因在不工作時是怎樣的其中在鼠中基因敲除(knocking outgene)是時下流行的方法但是很多基因敲除在鼠的胚胎髮育之前就會將其殺死所以這一研究基因開關的方法就有了它們自身的局限性 借用細菌遺傳學中的一個技巧位於Charlottesville的弗吉尼亞大學的神經遺傳學家Heidi Scrable和他的同事現在已經將一種廣泛研究的調節系統應用於實驗鼠這個系統含有一種蛋白被稱為lac抑制子它能結合一段DNA序列這段序列被稱為lac操縱子一旦結合DNAlac抑制子就會阻止其他蛋白的啟動以及將DNA信息轉錄成RNA但是如果lac抑制子結合乳糖一種普遍的可食用的糖它就不會再發生作用而使DNA得到轉錄研究者無意識的研究著許多lac抑制子基因的突變體終於他們發現了一種可在鼠中工作的

這個小組的原理的證據在基因和發育(Genes and Development)上做了描述是很生動的科學家們構建了一種人造的lac操縱子的DNA分子並連入了酪氨酸酶的基因中酪氨酸酶有助於產生黑色素科學家們將這種DNA分子放入攜帶細菌起源的lac抑制子基因的鼠中該小鼠自身的酪氨酸酶基因已經缺失了Lac抑制子阻止了人工XX的酪氨酸酶基因的表達這樣就產生了白化鼠但是當這種鼠喝下含有乳糖的化學類似物的水時lac抑制子就釋放了DNA酪氨酸酶基因就被打開鼠就可以變回棕色當鼠再喝下正常水時基因又被關閉鼠又變回白色

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相關文獻干擾素治療犬病毒性疾病中的臨床應用-獸醫導刊-2010年 第10期 (2)

非編碼序列發生基因突變可能引XX狀變化-生物學通報-2010年 第3期 (2)

λ噬菌體操縱基因和調控蛋白相互作用網路及溶原態/裂解態轉變特性的動力學研究-內蒙古大學學報:自然科學版-2007年 第5期 (10)

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1操縱基因-基本資料1.1操縱基因O1.2乳糖操縱子機制1.3色氨酸操縱子2操縱基因-鑒定方法3操縱基因-基本結構4操縱基因-研究成果5操縱基因-「多彩」證據

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1操縱基因-基本資料操縱基因operatorgene;operator;operatorlocus 結構基因編碼區之前的DNA區段它可結合阻遏物或活化物操縱基因位於基因的啟動子後面或與啟動子重疊可控制一個鄰近基因或基因群的表達

操縱基因O控制結構基因的轉錄速度位於結構基因的附近本身不能轉錄 操縱子

成mRNA

大腸桿菌乳糖操縱子包括4類基因①結構基因能通過轉錄翻譯使細胞產生一定的酶系統和結構蛋白這是與生物性狀的發育和表型直接相關的基因乳糖操縱子包含3個結構基因lacZlacYlacALacZ合成β半乳糖苷酶lacY合成透過酶lacA合成乙酰基轉移酶②操縱基因O控制結構基因的轉錄速度位於結構基因的附近本身不能轉錄成mRNA③啟動基因P位於操縱基因的附近它的作用是發出信號mRNA合成開始該基因也不能轉錄成mRNA④調節基因i可調節操縱基因的活動調節基因能轉錄出mRNA併合成一種蛋白稱阻遏蛋白操縱基因啟動基因和結構基因共同組成一個單位操縱子operon

乳糖操縱子機制抑製作用調節基因轉錄出mRNA合成阻遏蛋白因缺少乳糖阻遏 乳糖操縱子

蛋白因其構象能夠識別操縱基因並結合到操縱基因上因此RNA聚合酶就不能與啟動基因結合結構基因也被抑制結果結構基因不能轉錄出mRNA不能翻譯酶蛋白

誘導作用乳糖的存在情況下乳糖代謝產生別乳糖alloLactose別乳糖能和調節基因產生的阻遏蛋白結合使阻遏蛋白改變構象不能在和操縱基因結合失去阻遏作用結果RNA聚合酶便與啟動基因結合併使結構基因活化轉錄出mRNA翻譯出酶蛋白

負反饋細胞質中有了β半乳糖苷酶后便催化分解乳糖為半乳糖和葡萄糖乳糖被分解后又造成了阻遏蛋白與操縱基因結合使結構基因關閉

色氨酸操縱子色氨酸操縱子負責調控色氨酸的生物合成它的激活與否完全根據培養基中有無色氨酸而定當培養基中有足夠的色氨酸時該操縱子自動關閉缺乏色氨酸時操縱子被打開色氨酸在這裡不是起誘導作用而是阻遏因而被稱作輔阻遏分子意指能幫助阻遏蛋白髮生作用色氨酸操縱子恰和乳糖操縱子相反

2操縱基因-鑒定方法DNA上蛋白質的結合部位,如一種操縱基因如何能夠鑒定出來呢? 原來操縱基 操縱基因

因是靠阻遏物的專一結合以免除核酸酶(nuclease)的攻擊的通過DNA片段的分離與序列測定即可確定其結構但是這是一件極吃力的工作利用限制性內切酶可以確切分離出蛋白質所接觸的部位的片段就可以鑒定操縱基因的結構與測定DNA序列的化學法相似測定操縱基因的基本原則是如果一條DNA片段被放XX性原子所標記這條鏈中任何斷裂部位從所產生的標記片段的大小即可推導出來DNA片段的大小可以用高分辨的聚丙烯酰胺凝膠電泳所確定這種方法稱為足跡圖法(foot-printing method)這是仿照用紙層析鑒定蛋白質的指紋圖法(finger printing method)命名的結合部位靠結合蛋白使核酸酶的酶切作用被保護而不被切割靠這種方法可以了解蛋白質在何處與DNA的糖磷酸酯骨架上的鹼基及磷酸進行特殊接觸

3操縱基因-基本結構有許多種操縱基因用足跡法定位並進行了DNA序列分析將影響阻遏物 操縱基因的結構圖

結合的操縱基因突變的特性加以描述它們最重要的特徵是反向重複(inverted repeat)或毗鄰重複(near repeat)例如用核酸酶消化DNA與lac阻遏物的複合體分離得到一個乳糖操縱基因片段由24bp組成其中約有16個是與二重對稱軸有關以第11位鹼基為中心其結構如右圖操縱基因的序列測定出來后就使人們了解到這種對稱能夠使阻遏蛋白多聚體的兩亞基可以同時結合在操縱基因上從而阻礙了轉錄的發生

4操縱基因-研究成果以XXX線晶體學測定幾種結合蛋白與DNA的三維結構得出一些驚人的結果 二重對稱軸

它們表明調節蛋白(阻遏蛋白)與特異的DNA部位是如何結合的第一個測定的結構是E.coli CAP蛋白的結構隨後不久λCro蛋白A阻遏物及噬菌體434的阻遏蛋白(λ的近親)先後測定成功有如晶體學家預測的那樣活性結合單位為兩個相同的球狀多肽鏈的二聚體在空間以相反的取向形成一個二重對稱軸的構象與DNA的結合部位的結構相吻合(右圖) 調節蛋白與DNA的結合是由兩股較短而鄰近的α-螺旋形成λ阻遏蛋白結構是在第2及第3個α-螺旋上Cro和CAP也有類似結構在λ阻遏蛋白中螺旋3從蛋白質表面突出與其對手(即λ阻遏蛋白二聚體第二個亞基)恰好以B-DNA(3.4nm)的螺旋重複距離相隔開模型表明螺旋3與大溝恰相吻合於是阻遏蛋白二聚體通過每個單體的螺旋3與操縱基因的一半相互接觸而與DNA的一側相結合大部分接觸是由大溝的鹼基邊沿與螺旋3側鏈的氫鍵靠互補完成下列事實有力地證實這個模型即影響λ阻遏蛋白與操縱基因的大多數突變種都是改變兩個相鄰α-螺旋的氨基酸最近這個模型己用噬菌體434XXX線分析直接證實

5操縱基因-多彩證據科學家們已經建立了一個系統可以幫助他們研究細菌中的基因是怎樣在工作的這是通過將其XX到鼠中完成的最新應用的這一系統的一個試驗產生了令人毛骨悚然的結果 操縱基因的現實證據

基因工程鼠可以根據它所飲用的水改變它皮毛的顏色研究者經常通過可看到的發生的變化來描繪基因在不工作時是怎樣的其中在鼠中基因敲除(knocking outgene)是時下流行的方法但是很多基因敲除在鼠的胚胎髮育之前就會將其殺死所以這一研究基因開關的方法就有了它們自身的局限性 借用細菌遺傳學中的一個技巧位於Charlottesville的弗吉尼亞大學的神經遺傳學家Heidi Scrable和他的同事現在已經將一種廣泛研究的調節系統應用於實驗鼠這個系統含有一種蛋白被稱為lac抑制子它能結合一段DNA序列這段序列被稱為lac操縱子一旦結合DNAlac抑制子就會阻止其他蛋白的啟動以及將DNA信息轉錄成RNA但是如果lac抑制子結合乳糖一種普遍的可食用的糖它就不會再發生作用而使DNA得到轉錄研究者無意識的研究著許多lac抑制子基因的突變體終於他們發現了一種可在鼠中工作的

這個小組的原理的證據在基因和發育(Genes and Development)上做了描述是很生動的科學家們構建了一種人造的lac操縱子的DNA分子並連入了酪氨酸酶的基因中酪氨酸酶有助於產生黑色素科學家們將這種DNA分子放入攜帶細菌起源的lac抑制子基因的鼠中該小鼠自身的酪氨酸酶基因已經缺失了Lac抑制子阻止了人工XX的酪氨酸酶基因的表達這樣就產生了白化鼠但是當這種鼠喝下含有乳糖的化學類似物的水時lac抑制子就釋放了DNA酪氨酸酶基因就被打開鼠就可以變回棕色當鼠再喝下正常水時基因又被關閉鼠又變回白色


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