第9章 原核生物基因调控蛋白


可能考点:

  • 噬菌体的Cro蛋白和repressor蛋白
  • 色氨酸阻遏蛋白
  • 乳糖阻遏蛋白
  • CAP蛋白

嗜菌体的Cro蛋白和repressor蛋白

原核生物基因调控蛋白包括Cro蛋白和repressor蛋白,均以二体分子存在,它们专一性识别具有回文顺序DNA双螺旋结构。Repressor蛋白结合基因操纵子OR1,OR2, Cro结合在OR3上。

Cro蛋白具有DNA结合结构域,通过螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix)结构识别特定的DNA序列。


色氨酸分子调控色氨酸阻遏蛋白

Trp抑制蛋白只有在与色氨酸结合后才具有活性。色氨酸分子与Trp抑制蛋白结合,使其改变构象并增强与操控子的结合亲和力,从而抑制下游基因的转录。

色氨酸阻遏蛋白也具有类似于螺旋-转角-螺旋结构,能特异性地与DNA结合。它的构象变化由色氨酸分子的结合触发。

当色氨酸不结合时,阻遏蛋白的头部,尤其是识别螺旋,会向内倾斜,导致其DNA结合位点间距过短(约5-6Å),无法有效结合DNA。此时,阻遏蛋白处于非活性状态。色氨酸结合后,阻遏蛋白发生构象变化,头部向外倾斜,形成两个空腔。色氨酸分子插入这些空腔并与蛋白二聚体结合。这使得识别螺旋在DNA的大沟中保持约34Å的间距,从而使阻遏蛋白能够特异性地结合DNA


乳糖阻遏蛋白

即在没有乳糖时,它通过结合到操控区域,阻止转录起始。然而,当乳糖(或其异构体全乳糖)与阻遏蛋白结合时,阻遏蛋白的构象改变,使其从操控子上脱离,从而允许RNA聚合酶的结合和转录激活。

乳糖阻遏蛋白同样具有螺旋-转角-螺旋结构域,用于与DNA的结合。该蛋白呈四聚体形式,每个亚基都有一个DNA结合域和一个全乳糖结合域,当全乳糖结合时,蛋白构象改变,释放对操控子区的抑制作用。


CAP-cAMP复合物结构

在葡萄糖浓度低时,细胞内的cAMP浓度升高。cAMP与CAP结合形成复合物,进而与lac operon启动子区域结合,增强乳糖操控子基因的转录。当细胞内的葡萄糖浓度增加时,cAMP浓度下降,CAP复合物从DNA上脱落,从而降低乳糖代谢基因的转录。

CAP是一个二聚体蛋白,含有cAMP结合域DNA结合域。当cAMP与CAP结合时,蛋白发生构象变化,使其能够结合到特定的DNA序列,启动基因转录。

CAP 结合 DNA 产生两个 40 °的局部纽结,从而使 DNA 弯曲。此结合通过促使 RNA 聚合酶接触 CAP结合位点的 DNA 上游片段而活化转录。 CAP 的序列专一结合由两个因素共同驱动,即 DNA 螺旋的序列依赖性畸变,以及蛋白质侧链与大沟中碱基对的暴露边缘之间直接的序列专一的相互作用。