乳糖操纵子

1、乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含Z、Y、A三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵基因、一个启动子和一个调节基因。

结构基因能产生一定的酶系统和结构蛋白。

操纵基因控制结构基因的转录速度，位于结构基因和启动子之间，本身不能转录成mRNA。

启动基因也不能转录成mRNA。

调节基因可调节操纵基因的活动，调节基因能转录出mRNA，并合成一种蛋白，称阻遏蛋白或调节蛋白。

2、阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列O处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。

所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。

3、CAP的正性调节：CRP是cAMP受体蛋白(cAMP receptor protein)，cAMP（环腺苷酸）是细胞内广泛存在的第二信使。

细菌中的cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细菌利用葡萄糖分解供给能量时，cAMP生成少而分解多，cAMP含量低；相反，当环境中无葡萄糖可供利用时，cAMP含量就升高。

cAMP浓度低，CRP未与cAMP结合，CRP不能被活化，当cAMP浓度升高时，CRP 与cAMP结合并发生空间构象的变化而活化，称为CAP(CRP-cAMP activated protein)，能以二聚体的方式与特定的DNA序列结合。

CAP的通用名称是分解代谢基因激活蛋白(catabolic gene activator protein)。

在启动子上游有CAP结合位点(CAP binding site)，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP浓度升高，与CAP结合，使CAP发生变构，CAP结合于乳糖操纵子启动序列附近的CAP结合位点，增强RNA聚合酶的转录活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。

乳糖操纵子复习题
乳糖操纵子是分子生物学中一个重要的概念，它涉及到基因表达的调
控机制。

以下是关于乳糖操纵子的复习题内容：
1. 定义：请简述乳糖操纵子是什么，并解释其在细胞中的作用。

2. 组成：描述乳糖操纵子的基本组成部分，包括启动子、操纵基因、
结构基因等。

3. 调控机制：解释乳糖操纵子的正调控和负调控机制是如何工作的。

4. 诱导：阐述乳糖如何作为诱导剂激活乳糖操纵子的表达。

5. 抑制：描述在没有乳糖的情况下，乳糖操纵子是如何被抑制的。

6. cAMP-CAP复合物：解释cAMP-CAP复合物在乳糖操纵子调控中的作用。

7. 乳糖操纵子的发现：简述乳糖操纵子是如何被发现的，以及这一发
现对分子生物学的意义。

8. 应用：讨论乳糖操纵子在现代生物技术中的应用，特别是在基因工
程和基因治疗中的作用。

9. 比较：将乳糖操纵子与其他类型的操纵子（如色氨酸操纵子）进行
比较，指出它们的异同点。

10. 实验研究：列举一些实验方法，用于研究乳糖操纵子的调控机制。

11. 问题解决：提出一些可能在研究乳糖操纵子时遇到的问题，并给出可能的解决方案。

12. 未来方向：探讨乳糖操纵子研究的未来方向，以及这些研究可能对医学和生物技术带来的影响。

通过这些问题的复习，可以加深对乳糖操纵子及其调控机制的理解，为进一步的学习和研究打下坚实的基础。

乳糖操纵子名词解释乳糖操纵子(lactose operation)能合成和分泌乳糖的一类重要细胞，它们分布在不同类型的细胞内。

乳糖操纵子中的酶系有的是糖苷酶，有的是羧酸酯酶，还有一些是复合酶。

目前已发现的操纵子有七种类型，但只有两个编码，不论是催化水解乳糖还是释放乳糖的酶均是如此。

乳糖操纵子分布在所有高等动物组织中，哺乳类有两种：insulin- like autoantibody-抗胰岛素样蛋白4;一种乳糖操纵子，由四个区域组成，分别编码降血糖蛋白4(hypoglycemic-like autoantibody-抗胰岛素样蛋白4)，降血糖蛋白5(hypoglycemic-like albumin-抗胰淀粉样蛋白)和乳糖操纵子自身。

此外尚有由insulin- like autoantibody-抗胰岛素样蛋白4(抗-4)与血浆蛋白G、铁蛋白、转铁蛋白结合的复合体，即乳糖操纵子复合体(oligosaccharide-like autoantibody complex-球蛋白操纵子复合体)，也可能存在于不同细胞。

其中抗-4分子量为50万，具有与抗-4同源的抗胰岛素样蛋白4抗原决定簇，不受胰岛素影响，当它和其它球蛋白合成后，会结合于巨噬细胞膜上，并被膜内的锌粒子中和，再与巨噬细胞内的受体结合，从而阻断胰岛素与受体结合，进入细胞内的胰岛素失去降血糖作用。

至今只发现一种能降低血糖的操纵子，此种操纵子也称为受体型操纵子。

此种操纵子是位于酪氨酸磷酸酶基因上游，酪氨酸激酶基因下游，有关的其他基因几乎均已克隆。

当激活后，位于上游的酪氨酸磷酸酶基因激活使细胞内游离的酪氨酸浓度增加，酪氨酸水解成磷酸肌醇和磷酸胆碱释放入血液循环中，这将使血糖降低;而酪氨酸磷酸酶则与血清白蛋白结合，阻止白蛋白转运氨基酸，抑制氨基酸通过白蛋白进入血液，也可以抑制外周组织对氨基酸的利用。

该操纵子中的受体称为“受体酪氨酸磷酸酶”。

该操纵子也可能参与葡萄糖和脂肪酸的代谢。

乳糖操纵子乳糖操纵子是参与乳糖分解的一个基因群，由乳糖系统的阻遏物和操纵序列组成，使得一组与乳糖代谢相关的基因受到同步的调控。

1961年雅各布（F．Jacob）和莫诺德（J．Monod）根据对该系统的研究而提出了著名的操纵子学说。

在大肠杆菌的乳糖系统操纵子中，β-半乳糖苷酶，半乳糖苷渗透酶，半乳糖苷转酰酶的结构基因以LacZ（z），Lac Y（y），Lac A（a）的顺序分别排列在染色体上，在z的上游有操纵序列Lac O（o），更前面有启动子Lac P（p），这就是操纵子（乳糖操纵子）的结构模式。

编码乳糖操纵系统中阻遏物的调节基因Lac I（i）位于和p上游的临近位置。

细菌相关功能的结构基因常连在一起，形成一个基因簇。

它们编码同一个代谢途径中的不同的酶。

一个基因簇受到同一的调控，一开俱开，一闭俱闭。

也就是说它们形成了一个被调控的单位，其它的相关功能的基因也包括在这个调控单位中，例如编码透过酶的基因，虽它的产物不直接参与催化代谢，但它可以使小分子底物转运到细胞中。

乳糖分解代谢相关的三个基因，lacZ、Y、A就是很典型的是上述基因簇。

它们的产物可催化乳糖的分解，产生葡萄糖和半乳糖。

它们具有顺式作用调节元件和与之对应的反式作用调节因子。

三个结构基因图的功能是：lacZ编码β-半乳糖苷酶（β-galactosidase），此酶由500kd的四聚体构成，它可以切断乳糖的半乳糖苷键，而产生半乳糖和葡萄糖lacY编码β一半乳糖苷透性酶(galactoside permease)，这种酶是一种分子量为30kDd膜结合蛋白，它构成转运系统，将半乳糖苷运入到细胞中。

lacA编码β-硫代半乳糖苷转乙酰基酶（thiogalactosidetransacetylase），其功能只将乙酰-辅酶A上的乙酰基转移到β-半乳糖苷上。

无论是lacZ发生突变还是lacY发生突变却可以产生lac-型表型，这种lac-表型的细胞不能利用乳糖。

乳糖操纵子的原理
乳糖操纵子是真核生物基因中一段编码乳糖酶的 DNA序列。

该基因的发现，为研究在人体内存在的、与乳糖代谢有关的酶提供了线索。

我们知道，牛奶是由各种不同类型的乳糖组成，即半乳糖和葡萄糖。

牛奶中除了这两种成分外，还含有其他一些成分，如钙、磷、铁等。

我们人体不能合成这些成分，必须由食物来补充。

乳糖是一种简单的碳水化合物，在人类和哺乳动物体内都存在。

人和动物食用牛奶后，小肠中的乳糖酶就会将其分解成葡萄糖和半乳糖。

在这一过程中，半乳糖苷被水解成单糖，进入大肠中与细菌产生的细菌素结合，细菌素进一步分解成酸和二氧化碳，经肠道排出体外。

这种由碳水化合物分解成单糖和二氧化碳的过程称为“分解代谢”。

乳糖是哺乳动物乳汁中最重要的碳水化合物成分之一。

在婴儿出生后3~6个月内，主要是靠母乳来提供能量。

在哺乳期内，由于母亲体内乳糖酶活力下降或缺乏，以及婴儿消化道尚未发育成熟等原因，母乳中的乳糖酶活性很低或缺乏。

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乳糖操纵子名词解释乳糖操纵子：乳糖操纵子也称为乳糖运输蛋白，是一种催化乳糖分解的酶。

表1乳糖操纵子名词解释 1。

催化酶。

由于其构成的蛋白质分子中有一个特殊序列(N)，即所谓“不对称区”，在这个区域内有两种催化结构的酶同时起作用，因此对绝大多数天然底物有高度选择性。

乳糖是一种低聚糖，它与人体所需要的葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等都属于单糖，在人体内具有特殊的功能，是糖类的主要成分之一，被吸收后参与新陈代谢。

因此，乳糖可作为食品添加剂应用到食品中去，作为提高人们生活水平的功能食品。

在食品工业上主要用来制造无糖糕点和饼干、奶粉、冰淇淋等，并将乳糖经发酵变成乳酸，以提高甜度，改善风味。

2。

乳糖操纵子。

存在于胞质溶胶内，又称胞质溶胶。

分布于质膜下，含有一个多肽复合物，由100多个氨基酸残基组成，不完全相同的数目超过10万个，该区域为不对称的α螺旋形结构。

3。

表位（ mRNA）。

存在于胞质溶胶的不对称区，由RNA聚合酶在转录前的间隔期间转录。

表位是一种特殊的RNA，除了与操纵子有关外，还在RNA结构和进化中扮演着重要角色。

4。

基因家族。

位于基因簇，位于多个细胞中，组织中或系统中。

5。

编码区（ coding region）。

基因组DNA上特定位置，在大多数哺乳动物和鸟类的基因中，在前驱物导入时，必须改变。

6。

操纵子（ modulator）。

在一个基因簇上控制转录的一段DNA序列，有时可以是RNA。

这些序列有几个特征，例如与位于转录起始位置的操纵元结合，与酶有关联的氨基酸序列。

7。

基因簇（ locus）。

在不同种或同种不同个体间，共享一段相同的核苷酸序列的核苷酸序列集合，包括基因。

8。

微卫星（ Microsatellite）。

在染色体的DNA序列中，短的重复序列，常常出现的两个重复序列之间的间隙，是连续的DNA序列中的一段。

9。

小卫星（ mini satellite）。

在染色体的DNA序列中，长的重复序列，常常出现的三个重复序列之间的间隙，是连续的DNA序列中的一段。