(五)終止子
終止子(terminator T)是給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列。在一個(gè)操縱元中至少在構(gòu)基因群最后一個(gè)基因的后面有一個(gè)終止子。
終止子按其作用是否需蛋白因子的協(xié)助至少可以分為兩類：一類是不依賴ρ因子(蛋白性終止因子)的終止子，這類終止子在序列上有一些共通的特點(diǎn)，即有一段富含GC的反向重復(fù)序列(inverted repeat sequence)，其后跟隨一段富含AT的序列(見(jiàn)圖19－6)，因而轉(zhuǎn)錄生成的mRNA的序列中能形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)，后繼一連串U，正是RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄生成的這段mRNA的結(jié)構(gòu)阻止RNA聚合酶繼續(xù)沿DNA移動(dòng)，并使聚合酶從DNA鏈上脫落下來(lái)，終止轉(zhuǎn)錄。另一類是依賴ρ因子的終止子，即其終止轉(zhuǎn)錄的作用需要ρ因子的協(xié)同，或至少是受ρ因子的影響。
圖19-6 原核生物終止子的結(jié)構(gòu)
不同的終止子的作用也有強(qiáng)弱之分，有的終止子幾乎能完全停止轉(zhuǎn)錄；有的則只是部分終止轉(zhuǎn)錄，一部分RNA聚合酶能越過(guò)這類終止序列繼續(xù)沿DNA移動(dòng)并轉(zhuǎn)錄。如果一串結(jié)構(gòu)基因群中間有這種弱終止子的存在，則前后轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的量會(huì)有所不同，這也是終止子調(diào)節(jié)基因群中不同基因表達(dá)產(chǎn)物比例的一種方式。有的蛋白因子能作用于終止序列，減弱或取消終止子的作用，稱為抗終止作用(antitermination)，這種蛋白因子就稱為抗終止因子(antiterminator)。
以上5種元件是每一個(gè)操縱元必定含有的。其中啟動(dòng)子、操縱子位于緊鄰結(jié)構(gòu)基因群的上游，終止子在結(jié)構(gòu)基因群之后，它們都在結(jié)構(gòu)基因的附近，只能對(duì)同一條DNA鏈上的基因表達(dá)起調(diào)控作用，這種作用在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱為順式作用(cisaction)，啟動(dòng)子、操縱子和終止子就屬于順式作用元件(cisacting element)。調(diào)控基因可以在結(jié)構(gòu)基因群附近、也可以遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)基因，它是通過(guò)其基因產(chǎn)物棗調(diào)控蛋白來(lái)發(fā)揮作用的，因而調(diào)控基因不僅能對(duì)同一條DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起表達(dá)調(diào)控作用，而且能對(duì)不在一條DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起作用，在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱為反式作用(transaction)，調(diào)控基因就屬于反式作用元件(transacting element)，其編碼產(chǎn)生的調(diào)控蛋白稱為反式調(diào)控因子(transacting factor)。
由此也可窺測(cè)到，基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理的關(guān)鍵在蛋白質(zhì)與核酸的相互作用上。
三、乳糖操縱元的表達(dá)調(diào)控
如上所述乳糖操縱元的結(jié)構(gòu)及其基因表達(dá)調(diào)控可綜合于圖19-7。
圖19-7 乳糖操縱元的結(jié)構(gòu)及調(diào)控示意圖
(一)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)控
當(dāng)大腸桿菌在沒(méi)有乳糖的環(huán)境中生存時(shí)，1ac操縱元處于阻遏狀態(tài)。i基因在其自身的啟動(dòng)子Pi控制下，低水平、組成性表達(dá)產(chǎn)生阻遏蛋白R(shí)，每個(gè)細(xì)胞中僅維持約10個(gè)分子的阻遏蛋白。R以四聚體形式與操縱子o結(jié)合，阻礙了RNA聚合酶與啟動(dòng)子P1ac的結(jié)合，阻止了基因的轉(zhuǎn)錄起動(dòng)。R的阻遏作用不是絕對(duì)的，R與o偶爾解離，使細(xì)胞中還有極低水平的β－半乳糖苷酶及透過(guò)酶的生成。
當(dāng)有乳糖存在時(shí)，乳糖受β－半乳糖苷酶的催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與R結(jié)合，使R構(gòu)象變化，R四聚體解聚成單體，失去與o的親和力，與o解離，基因轉(zhuǎn)錄開(kāi)放，β－半乳糖苷酶在細(xì)胞內(nèi)的含量可增加1000倍。這就是乳糖對(duì)1ac操縱元的誘導(dǎo)作用。
一些化學(xué)合成的乳糖類似物，不受β－半乳糖苷酶的催化分解，卻也能與R特異性結(jié)合，使R構(gòu)象變化，誘導(dǎo)1ac操縱元的開(kāi)放。例如異丙基硫代半乳糖苷(isopropylthiogalactoside,IPTG)就是很強(qiáng)的誘導(dǎo)劑，不被細(xì)胞代謝而十分穩(wěn)定。X－gal(5－溴－4－氯－3－吲哚－β－半乳糖苷)也是一種人工化學(xué)合成的半乳糖苷，可被β－半乳糖苷酶水解產(chǎn)生蘭色化合物，因此可以用作β－半乳糖苷酶活性的指示劑。IPTG和Xgal都被廣泛應(yīng)用在分子生物學(xué)和基因工程的工作中。
圖19-8 乳糖，IPTG和Xgal的結(jié)構(gòu)
(二)CAP的正性調(diào)控
細(xì)菌中的cAMP含量與葡萄糖的分解代謝有關(guān)，當(dāng)細(xì)菌利用葡萄糖分解供給能量時(shí)，cAMP生成少而分解多，cAMP含量低；相反，當(dāng)環(huán)境中無(wú)葡萄糖可供利用時(shí)，cAMP含量就升高。細(xì)菌中有一種能與cAMP特異結(jié)合的cAMP受體蛋白CRP(cAMp receptor protein)，當(dāng)CRP未與cAMP結(jié)合時(shí)它是沒(méi)有活性的，當(dāng)cAMP濃度升高時(shí)，CRP與cAMP結(jié)合并發(fā)生空間構(gòu)象的變化而活化，稱為CAP(CRPcAMp activated protein)，能以二聚體的方式與特定的DNA序列結(jié)合。
