什么是色氨酸操纵元模型-色氨酸操纵子-生物学习资料
编辑： admin 2017-23-02
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由Jacob F.和Monod J.提出,是具有合成代谢途径典型的操纵元模型.
色氨酸操纵元模型结构,5 种结构基因trpE,D,C,B,A 编码色氨酸合成有关
的5 种酶；调控结构：启动子、操纵子、前导序列、弱化子；阻遏物trpR 基因：
与trp 操纵元相距较远.大量色氨酸时,大肠杆菌5 种酶的转录同时受到抑制；
色氨酸不足时,这5 种酶的基因开始转转录.色氨酸：作为阻遏物而不是诱导物
参与调控结构基因的转录,因此,trp 操纵元是一个典型的可阻遏的操纵元模型
（repressible operon）.包括有两类调控机理：
(1).阻遏调控
trpR 基因编码无辅基阻遏物,与色氨酸结合,产生有活性的色氨酸阻遏物,
与操纵子结合,阻止转录；色氨酸不足,阻遏物三维空间结构发生变化,不能与操纵子结合,操纵元开始转录；色氨酸浓度升高：色氨酸与阻遏物结合,空间结
构发生变化,可与操纵子结合,阻止转录；
(2).弱化子调控
前导序列可翻译出一段14 个氨基酸的短肽,在该短肽的第10,11 位置上是
两个色氨酸的密码子；两个密码子之后是一段mRNA 序列,该序列可分为四个区
段,区段间可互补配对,形成不同的二级结构.原核生物具有边转录边翻译的特
点,前导序列中,核糖体位置将决定形成哪种二级结构,从而决定弱化子是否可
形成终止信号.①.当有色氨酸时,可完整地翻译出短肽,核糖体停留在终止密
码子处,邻近区段2 位置,阻碍了2,3 配对,使3,4 区段配对形成发夹结构终
止子,RNA 酶在弱化子处终止,不能向前移动.②.如缺乏色氨酸,核糖体到达
色氨酸密码子时,由于没有色氨酰tRNA 的供应,停留在氨酸密码子位置,位于
区段1,使区段2 与区段3 配对,区段4 无对应序列配对呈单链状态,RNA 聚合
酶顺利弱化子,继续向前移动,转录出完整的多顺反子序列.
提示：
色氨酸操纵元模型结构，5 种结构基因trpE, D, C, B, A 编码色氨酸合成有关
的5 种酶；调控结构：启动子、操纵子、前导序列、弱化子；阻遏物trpR 基因：
类似问题
类似问题1：色氨酸操纵子中,色氨酸所起作用是A 辅阻遏物 B阻遏物 C 操纵子 D启动子[生物科目]
A
阻遏蛋白的DNA结合活性受Trp调控, Trp起着一个效应分子的作用, Trp与之结合的动力学常数为1～2 ×10- 5mol·L - 1.在有高浓度Trp存在时,阻遏蛋白- 色氨酸复合物形成一个同源二聚体,并且与色氨酸操纵子紧密结合,因此可以阻止转录.阻遏蛋白- 色氨酸复合物与基因特异位点结合的能力很强,动力学常数为2 ×10- 10mol·L - 1 ,因此细胞内阻遏蛋白数量仅有20～30分子已可充分发挥作用.当Trp 水平低时,阻遏蛋白以一种非活性形式存在,不能结合DNA.在这样的条件下, trp操纵子被RNA聚合酶转录,同时Trp 生物合成途径被激活.
调节基因的产物即所谓阻遏蛋白,它没有活性,但若与辅阻遏物结合便可成为具有活性的阻遏物,因此可与操纵基因结合.
类似问题2：色氨酸的调控机制是什么
当无色氨酸时,阻遏蛋白不能结合O序列,操纵子基因开放,开始转录；当细胞内有较大量的色氨酸时,色氨酸作为辅阻遏物,与阻遏蛋白结合而使之活化,可结合O序列,阻断基因转录.
类似问题3：色氨酸操纵子的调控?详细点解释一下调控的过程?[生物科目]
色氨酸操纵子(tryptophane operon)负责色氨酸的生物合成,当培养基中有足够的色氨酸时,这个操纵子自动关闭,缺乏色氨酸时操纵子被打开,trp基因表达,色氨酸或与其代谢有关的某种物质在阻遏过程（而不是诱导过程）中起作用.由于trp体系参与生物合成而不是降解,它不受葡萄糖或cAMP-CAP的调控.
色氨酸的合成分5步完成.每个环节需要一种酶,编码这5种酶的基因紧密连锁在一起,被转录在一条多顺反子mRNA上,分别以trpE、trpD、trpC、trpB、trpA代表,编码了邻氨基苯甲酸合成酶、邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶.
trpE基因是第一个被翻译的基因,和trpL和trpa（不是trpA）.trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR,该基因距trp基因簇很远,后者在大肠杆菌染色体图上25min处,而前者则位于90min处.在位于65min处还有一个trpS（色氨酸tRNA合成酶）,它和携带有trp的tRNATrp也参与trp操纵子的调控作用.
L区编码了前导肽,当有高浓度Trp存在时,由于弱化子a的作用,转录迅速减弱停止,生成140核苷酸的前导RNA；当Trp浓度较低时,弱化子不起作用,转录得以正常进行,生成长约7kb的mRNA,操纵子中第一个结构基因的起始密码子AUG在+162处.
1．trp操纵子的阻遏系统
trpR基因突变常引起trp mRNA的永久型合成,该基因产物因此被称为辅阻遏蛋白(aporepressor).除非培养基中有色氨酸,否则这个辅阻遏蛋白不会与操纵区结合.辅阻遏蛋白与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物,与操纵区结合并使之关闭转录trp mRNA.
阻遏-操纵机制对色氨酸来说是一个一级开关,主管转录是否启动,相当于粗调开关.trp操纵子中对应于色氨酸生物合成的还有另一个系统进行细调控,指示已经启动的转录是否继续下去.这个细微调控是通过转录达到第一个结构基因之前的过早终止来实现的,由色氨酸的浓度来调节这种过早终止的频率.
2．弱化子与前导肽
在trp mRNA 5'端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区,研究发现,当mRNA合成起始以后,除非培养基中完全没有色氨酸,转录总是在这个区域终止,产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子,终止trp基因转录.因为转录终止发生在这一区域,并且这种终止是被调节的,这个区域就被称为弱化子.
分析前导肽序列,发现它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA,编码了一个14个氨基酸的多肽.该多肽有一个特征,其第10位和11位有相邻的两个色氨酸密码子.正是这两个相连的色氨酸密码子（组氨酸、苯丙氨酸操纵子中都有这种现象）调控了蛋白质的合成.
当培养基中色氨酸的浓度很低时,负载有色氨酸的tRNATrp也就少,这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢,当4区被转录完成时,核糖体才进行到1区（或停留在两个相邻的trp密码子处）,这时的前导区结构是2-3配对,不形成3-4配对的终止结构,所以转录可继续进行,直到将trp操纵子中的结构基因全部转录.
当培养基中色氨酸浓度较高时,核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子,在4区被转录之前就到达2区,使2-3区不能配对,3-4区自由配对形成基一环终止子结构,转录被终止,trp操纵子被关闭.
3．trp操纵子弱化机制的实验依据
trpS5是温度敏感型突变株,它所编码的Trp-tRNAtrp合成酶只在30℃时有活性,42℃时无酶活性.比较野生型和突变型在42℃和30℃时,突变体的Trp操纵子与野生型一样受色氨酸浓度的调控.42℃时,突变体中Trp操纵子的表达不受色氨酸浓度的调控.
另有一个缺失前导区及D基因的突变体（trpΔLD102）,该细菌在有色氨酸的培养基中仍有很高的色氨酸合成酶活性.
TrpΔED53中L不缺失（弱化子存在）,trpΔLD102中L缺失（弱化子不存在）,缺失前导区后的表达比有前导区的表达要高得多,充分说明trp操纵子的表达调控除阻遏作用外,还受到前导区的影响,失去了这个因素就失去了一个调控机制.
4．阻遏与弱化作用的协调
有实验证明,在不加色氨酸的培养基中,trp mRNA的合成仍然受到部分阻遏,现在一般认为,野生型细胞中同时存在着有活性和无活性的阻遏物,培养基中色氨酸浓度的变化,能够使这两种阻遏物间的平衡发生倾斜,最终做出关闭或启动trp操纵子的决定,从而维持一定的色氨酸含量.
细菌中为什么要有弱化子系统呢?
一种可能是阻遏物从有活性向无活性的转变速度极低,需要有一个能更快地做出瓜的系统,以保持培养基中适当的色氨酸水平.或者,弱化子系统主要是对外源色氨酸浓度做出反应.外源色氨酸浓度很低的信号虽然足以引起trp操纵子的去阻遏作用,但是这个信号还不足以很快引发内源色氨酸的合成.在这种环境下,弱化子就通过抗终止的方法来增加trp基因表达,从而提高内源色氨酸浓度.
那么为什么还要有阻遏体系呢?目前认为阻遏物的作用是当有大量外源色氨酸存在时,阻止非必需的先导mRNA的合成,它使这个合成系统更加经济.
类似问题4：色氨酸上的五元环是什么啊?色氨酸上C接的-CH2后有一个五元环,上面带一个-NH-,那个环叫什么啊?见下图
吲哚（包括苯环,是一个整体）
类似问题5：请问“色氨酸”和“L-色氨酸”是什么关系?有什么区别国内市场上有哪几个比较知名的L-色氨酸品牌?现在中国饲料市场上的是本土品牌用的多,还是进口品牌用的多?
色氨酸是一种氨基酸 具体的不说了 它分为L和D两种.D的生物体不能利用.平常的化工手段生产的都是两种混合的,名字就叫色氨酸.而标明是L-色氨酸的都是生物制品,因为营养价值比一般的高所以也贵.一般人吃的就更贵了.像你这个情况搞饲料的话,现在国产L色氨酸虽然便宜但是效果不好,所以还是进口的多.如果要求不高,也可以用国产的色氨酸.