生物化學與分子生物學/結構基因群

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生物化學與分子生物學

基因表達調控
- 原核基因表達調控
  - 操縱元(operon)的基本組成
    - 結構基因群
    - 啟動子
    - 操縱子
    - 調控基因
    - 終止子

操縱元中被調控的編碼蛋白質的基因可稱為結構基因(structural gene, SG)。一個操縱元中含有2個以上的結構基因，多的可達十幾個。每個結構基因是一個連續的開放讀框(open reading frame)，5′端有翻譯起始碼(DNA存儲鏈上是ATG，轉錄成mRNA就是AUG)，3′端有翻譯終止碼(DNA存儲鏈上是TAA、TGA或TAG，轉錄成mRNA就是UAA、UGA或UAG)。各結構基因頭尾銜接、串連排列，組成結構基因群。至少在第一個結構基因5′側具有核糖體結合位點(ribosome binding site, RBS),因而當這段含多個結構基因的DNA被轉錄成多順反子mRNA，就能被核糖體所識別結合、并起始翻譯。核糖體沿mRNA移動；在合成完第一個編碼的多肽后，核糖體可以不脫離mRNA而繼續翻譯合成下一個基因編碼的多肽，直至合成完這條多順反子mRNA所編碼的全部多肽。

乳糖操縱元含有z、y和a三個結構基因。z基因長3510bp，編碼含1170個氨基酸、分子量為135，000的多肽，以四聚體形式組成有活性的β－半乳糖苷酶，催化乳糖轉變為別乳糖(allolactose)，再分解為半乳糖和葡萄糖；y基因長780bp，編碼由260個氨基酸組成、分子量30000的半乳糖透過酶，促使環境中的乳糖進入細菌；a基因長825bp，編碼含275氨基酸、分子量為32000的轉乙酰基酶，以二聚體活性形式催化半乳糖的乙酰化。z基因5′側具有大腸桿菌核糖體識別結合位點(ribosome binding site, RBS)特征的ShineDalgarno(SD)序列，因而當乳糖操縱元開放時，核糖體能結合在轉錄產生的mRNA上。由于z、y、a三個基因頭尾相接，上一個基因的翻譯終止碼靠近下一個基因的翻譯起始碼，因而同一個核糖體能沿此轉錄生成的多順反子(polycistron)mRNA移動，在翻譯合成了上一個基因編碼的蛋白質后，不從mRNA上掉下來而繼續沿mRNA移動合成下一個基因編碼的蛋白質，一氣依次合成基因群所編碼的所有蛋白質。