前面提到了乳糖操纵子结构,并详细描述了大肠杆菌中乳糖的代谢途径,但发现原核代谢途径中组氨酸的操纵子结构与乳糖代谢的纵向结构非常相似,首先我们先介绍组氨酸的操纵子结构, 它包含两个启动子和一个操纵基因结构(PO),其中有编码咪唑丙酮酶(I)和谷氨酸转菊酶(G)的基因和调控基因(C),在两个PO结构之后,还有编码尿果糖酶(U)和组氨酸氨解酶(H)的基因,这是组氨酸代谢的操纵子结构,我们先说说组氨酸是如何代谢的, 先在H酶作用下变成尿甘氨酸,再在U酶催化下变成丙酮酸咪唑,再变成亚氨基
当组氨酸存在时,组氨酸尿苷酸的代谢中间产物以信号分子的形式与其C调控基因编码的阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能与操纵基因结合,进而转录其代谢的相关基因,而相反,当组氨酸不存在时, 其乌罗肽含量极低,导致阻遏蛋白与DNA结合,抑制转录的发生。在正调控中,当培养基中缺乏碳源时,如前所述,ATP可以通过相关酶直接代谢成CAMP,从而与调控基因编码的活化蛋白CAP结合,作用于其帽位点,促进RNA聚合酶进行转录,但这里也存在一种情况,即当氮源缺乏时, 细胞会产生缺乏刺激谷氨酰胺合成酶的信号并激活它,使这种酶作用于RNA聚合酶促进转录,如果有组氨酸,这将使组氨酸代谢更有效率。
首先,我们还是介绍一下其调控的操纵子结构,它有调控基因R和启动子P以及调控基因O,然后是编码相关蛋白的结构基因(EDCBA),而令人着迷的是结构基因和操纵基因之间的衰减器结构,它由前导区和衰减子亚区组成, 这将在将来转录速度的调节中详细说明。
首先,我们来谈谈色氨酸合成途径的负调控,它与乳糖代谢和组氨酸代谢途径最大的区别是调控基因R编码的阻遏蛋白是无活性的,但是当色氨酸存在时,阻遏蛋白可以与色氨酸结合,从而使阻遏蛋白概念发生变化并与O基因结合, 使转录停止,当色氨酸含量很低时,转录开始,此时色氨酸称为辅阻遏蛋白。让我们关注一个非常有趣的衰减器结构的调节,当细胞含有微量色氨酸时,它应该被正常转录,但已经发现RNA聚合酶将前导区域移出DNA-RNA。
在对前导区进行测序后,人们发现其中有四个倒置的重复序列(回文序列),分别是60 68(1 83(2 121(3 134(4),4之后是富含U的序列,28-68是ORF盒,可以编码短肽,因为1之后有一个终止密码子UGA, 而短肽由14个氨基酸组成,称为先导肽,它实际上含有两个色氨酸,占比为1 7,这表明它是一种富含色氨酸的主导肽,前述反向重复可以合成mRNA的次级茎环结构,并且由于原核转录和翻译的时空同步。
此时有趣的是,当色氨酸原料充足时,翻译速度明显加快,核糖体是RNA大蛋白复合物,其移动速度非常快,立即占据了第1区和第2区的一部分,迫使第3区和第4区形成茎环结构, 并且其背后有一个U序列,成为转录终止的衰减器结构,也就是所谓的独立因子的转录终止,反之,当色氨酸原料不足时,核糖体移动极其缓慢,停滞在第1区。这时,恰好释放的第2和第3区域成为茎环结构,第3区域后面是第4区域,而不是U序列,因此在前导r中没有衰减器结构
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