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1、一 基因表达调控总论二 转录水平的调控三 转录后水平的调控,原核生物基因表达的调控,基因表达(gene expression)是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白质的过程。rRNA或tRNA的基因经转录和转录后加工产生成熟的rRNA或tRNA，也是rRNA或tRNA的基因表达，因为rRNA或tRNA就具有在蛋白质翻译方面的功能。,一、基因表达调控总论,每一种生物的基因组都含有一定数目的基因，但这些基因在一个细胞里并不都会表达，那些表达的基因表达的强度也不一定相同。例如：E.Coli，人细胞内的基因表达受到严格的
2、调控一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种开-关（on-off）活性是通过调节转录来建立的，也就是说mRNA的合成是可以被调节的。当我们说一个系统处于off状态时，也有本底水平的基因表达，常常是每世代每个细胞只合成1或2个mRNA分子。所谓关实际的意思是基因表达量特别低，很难甚至无法检测。,基因表达调控就是对基因产物的合成进行控制的机制.,一个细胞可能仅含有20个拷贝乳糖操纵子阻遏蛋白，但是它可能会需要超过100 000个拷贝的EF-Tu参与蛋白质的合成。在另外一些情况下，单细胞有机体调控基因表达是为了应答环境条件（例如，温度，渗透压或者是否存在某种营养物质）的改变或者细胞内部的生理状况
3、（例如为细胞分裂做准备）的变化。与细胞适应过程有关的酶或者蛋白质通常是不存在的，只有在需要的时候才被合成。,原核生物和单细胞真核生物是单细胞生物，一般生活在多变的环境中，需要随时根据环境条件的变化调整自身基因的表达，以使代谢过程能够适应环境的变化，从而更好地生存和繁衍。自然选择倾向于保留高效率的生命过程。在一个每30min增殖一倍的109细菌群体中，若有一个细菌变成了29.5min增殖一倍，大约经过80天的连续生长后，这个群体中的99.9%都将具有29.5min增殖一倍的生长速度。,实际上，生物体内的基因根据表达的状况可分为两类，一类是看家基因（house-keeping gene)，另一类是
4、奢侈基因(luxury gene)。看家基因始终表达，表达的量也相对恒定，因此又称为组成型基因，奢侈基因只是在特定的时段里或者在需要的时候才表达，也称为组织特异型基因。不管是管家基因还是奢侈基因，表达都受到调控，只是调控的方式不一样。,细胞中有些蛋白质的数量几乎不受环境变化影响，称为组成性蛋白；如，组蛋白、糖酵解中的酶蛋白、线粒体蛋白等。有些蛋白质的数量随环境变化而变化，这些蛋白称为适应性蛋白；这是由基因表达调控的。,组成型合成蛋白质,适应型或调节型蛋白质,基因表达的方式,指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境
5、因素的影响。持家基因（house-keepinggene）。组成型基因表达也不是一成不变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。,1、组成型表达（constitutivegeneexpression）,2、适应性表达(adaptive expression)指环境的变化容易使其表达水平改变的一类基因表达。,诱导（induction）：是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。DNA损伤 修复酶基因激活乳糖 利用乳糖的三种酶表达阻遏（repression）：是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。色氨酸 色
6、氨酸合成酶系,在原核和单细胞真核生物中，通过改变基因表达适应环境，对于细胞的生存非常重要。如有充足的葡萄糖，细菌就可利用葡萄糖作能源和碳源；当没有葡萄糖时，细菌就要适应环境中存在的其它糖类(如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等)，开放能利用这些糖类的酶的基因，以满足生长的需要。,即使室内环境保持稳定的高等哺乳类，也经常要变动基因的表达来适应环境。例如与适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同。长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情况也会有所不同。基因表达调控是生物适应环境生存所必需的。,基因表达调控主要表现在以下几个方面：转录水平上的调控(transcr
7、iptional regulation)；mRNA加工成熟水平上的调控(differential processing of RNA transcript)；翻译水平上的调控(differential translation of mRNA).原核生物中，营养状况(nutritionalstatus)和环境因素(environmental factor)对基因表达起着举足轻重的影响。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平(hormone level)和发育阶段(developmental stage)是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影响力大为下降。,基因表达是一个多步骤的过程，表
8、达的产物是具有一定功能的蛋白质。基因表达的每一环节以及表达产物的稳定性均可作为调控的位点，理论上，一种基因表达的调控可以在多种水平上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译水平、翻译后加工水平等。但在所有调控方式中，从节省能量的角度来看，对基因表达关闭的越早越好，这样不至于将能量浪费在mRNA和蛋白质的合成上。就这一点而言，转录的起始阶段是最佳调控位点。,基因表达调控的环节 多级调控,基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。,转录
9、水平的调控是调控DNA模板上转录特定mRNA的速度，通常主要是对转录起始的调控；有时也可对转录终止过程进行调控，一般对延伸过程不容易进行调控。,在真核细胞中，也可以对mRNA的加工过程，包括修饰、剪接和运输等进行调控。而在原核细胞中mRNA一旦合成，就可用于指导蛋白质的合成，无需加工，因此，无法在这一步骤进行调控。,翻译水平的调控，也象转录水平的调控一样，通常是通过对起始阶段和终止阶段的调控实现的。,顺式作用元件（cis-acting element）:不转变为其他形式（RNA或蛋白质）而只以DNA形式在原来位置起作用的DNA序列。起作用的过程称顺式作用。反式作用因子（trans-acting
10、 factor）:能从合成地点扩散到其它场所对其他基因的表达起调控作用的蛋白质因子（有时为RNA）。起作用的过程称反式作用。,顺式作用元件与反式作用因子,结构基因（structural gene）编码各类具有不同结构和功能的蛋白质和RNA的基因。调控基因（regulator gene）编码蛋白质或RNA来调节其他基因表达的基因。,结构基因与调控基因,阻遏物（repressor）:阻止基因表达的蛋白质，可与操纵基因结合来阻止转录或结合RNA来阻止蛋白质的翻译。操纵基因（operator）:DNA上的一个位点，阻遏物能与之结合抑制相邻启动子起始转录。操纵子（operon）:细菌基因表达和调控的单位
11、，包括结构基因和能被调控基因产物识别的 DNA控制元件。,阻遏物、操纵基因与操纵子,诱导(induction)：通过小分子诱导物参与,使阻遏物失活或活化激活剂来实现对基因或操纵子表达的调控。阻遏(repression):通过小分子辅阻遏物参与,使激活剂失活或活化阻遏物来实现基因或操纵子不表达的调控。,诱导与阻遏,二、转录水平的调控,1.转录调控的原理2.原核生物转录调控的操纵子学说3.乳糖操纵子的调控,1.转录调控的原理,基因表达由调控蛋白控制 基因常常由外部信号控制；这些信号由调控蛋白传递给基因。调节蛋白通常都是DNA结合蛋白，它们识别受其控制的基因上或基因附近的特异位点。,1.1 基因表达
12、调控的两种方式,基因的表达模式都可根据控制的效果分为正调控和负调控。如果是在转录水平的调控，这两种调控模式一般都涉及到特定的调节蛋白与DNA特定序列之间的相互作用。一般将与调节蛋白结合的特定DNA序列称为顺式作用元件，而对于原核生物来说，这样的顺式作用元件经常被称为操纵基因。如果是负调控，则在没有调节蛋白或者调节蛋白失活的情况下，基因正常表达。一旦存在调节蛋白或者调节蛋白被激活，基因则不能表达。因此，负调控中的调节蛋白被称为阻遏蛋白；如果是正调控，则在没有调节蛋白或者调节蛋白失活的情况下，基因不表达或者表达量不足。一旦有调节蛋白或者调节蛋白被激活，基因才能表达或者大量表达。因此，正调控中的调节
13、蛋白被称为激活蛋白。,正调控与负调控模式的比较,调控类型与特点,正调控系统调节基因的产物是激活蛋白根据激活蛋白的作用性质，又可分为可诱导的正调控和可阻遏的正调控。,1.原核基因调控机制的类型与特点,负调控系统调节基因的产物是阻遏蛋白。根据其作用特征又可分为可诱导的负调控和可阻遏的负调控。,原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根据调控机制的不同可分为负转录调控和正转录调控。在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白(repressor)。根据其作用特征又可分为负控诱导系统和负控阻遏系统二大类。在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白(activator)。也可根据激活蛋白的作用性质分为
14、正控诱导系统和正控阻遏系统。,1.3 调控蛋白对转录起始的调控,无调控蛋白存在时，RNA聚合酶只是微弱的结合在启动子上。这是因为该启动子组分不完整。当聚合酶结合了启动子时，它会自动的经由封闭复合体到开放复合体的转变而起始转录。这导致基因的组成型表达（constitutive expression）或称为本底水平（basal level）表达。这种情况下RNA聚合酶的结合是限速步骤(图16-1a),阻遏物控制某一基因的起始转录，是通过其结合到RNA聚合酶结合的位点，以阻碍聚合酶结合到启动子上，从而而阻止转录（图16-1b）。DNA上阻遏物结合的位点称为操纵基因。,活化子通过协助聚合酶结合到启动子
15、上从而激活该启动子开始的转录。活化子以其一个表面结合到启动子附近的某一DNA位点；同时以另一表面与RNA聚合酶相互作用，将聚合酶带到启动子（图16-1c）。活化子与RNA聚合酶的相互作用，以及活化子与DNA的相互作用，只起到黏合作用：活化子只是将酶带到启动子附近。一旦聚合酶结合到启动子上，它就自动的使闭合复合体转变为开放复合体，并起始转录。,一些活化子通过协助聚合酶结合到启动子上从而激活转录的开始,某些活化子通过变构和调控RNA聚合酶或DNA的构象改变而起作用,在有些情况下，RNA聚合酶不需要协助就可以结合在DNA上并形成稳定的闭合复合体，但是这一闭合复合体却不能自动转变为开放复合体（图16-
16、2a）。在这种启动子上，必须由活化子刺激闭合复合体转变为开放复合体，因此，这一转变就是限速步骤。,活化子与稳定的闭合复合体相互作用诱导构象发生改变，引起闭合复合体向开发复合体的转变。,前面所述的DNA结合蛋白（调节蛋白和RNA聚合酶）的相互作用，是假定这些蛋白结合在DNA上的临近的位点。有些相互作用的蛋白质结合在DNA上相距较远的位点，在这种情况下，为了使蛋白质相互作用，结合位点之间的DNA就会环化，使蛋白结合位点彼此靠近（图16-3）,1.4 远程激活和DNA环化,远程调控,活化子结合位点一般位于启动子上游（150bp-1kb或更远）也能发挥作用。抑制子相互作用使DNA形成环化的情况也不少。
17、DNA上相距较远的位点通过环化靠近的方式之一是在这些DNA序列上再结合其它蛋白质。,如在活化子结合位点和启动子之间另有蛋白结合，使DNA弯曲，协助活化子和聚合酶相互作用。,Jacob和Monod等人对E.coli利用乳糖的适应现象进行研究，1961年提出乳糖操纵子(lac operon)学说。,2 原核细胞转录调控的操纵子学说,操纵子的概念：操纵子是原核生物基因表达调控的功能单位；它的组成元件包括有调节基因、操作子和一系列结构基因。操作子可以被调节基因的产物即调节蛋白）识别。原核生物中在同一代谢途径中功能相关的蛋白的编码基因排列在一起组成一个操纵子，转录成多顺反子mRNA。,结构基因群一个操纵
18、子中一般含有2个以上的结构基因(structural gene,SG)，每个结构基因是一个连续的开放读框(open reading frame)，5-端有翻译起始码，3-端有翻译终止码。各结构基因头尾衔接、串连排列，组成结构基因群。,操纵子的组成元件,在第一个结构基因5侧具有核糖体结合位点(ribosome binding site,RBS)，当这段含多个结构基因的DNA被转录成多顺反子mRNA，就能被核糖体所识别、结合、并起始翻译。,启动子 启动子(promoter，P)是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。操纵子至少有一个启动子，控制整个结构基因群的转录。不同启动子
19、因序列差异而与RNA聚合酶的亲和力不同，启动转录的频率有高有低，即起动基因转录的强弱不同。,操作子操作子(operator,O)是一段能被调控蛋白特异性结合的DNA序列。操作子常与启动子邻近或重叠，当调控蛋白结合在操纵基因上，会影响其下游基因的转录。,乳糖操纵子中的操作子(o)序列位于启动子(p)与被调控的基因之间，部分序列与启动子序列重叠。操作子序列具有回文(palindrome)结构。许多操纵子都具有类似的对称性序列，可能与特定蛋白质的结合相关。,终止子终止子(terminator T)是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。操纵子中结构基因群最后一个基因的末端存在一个终止子。终止子按
20、其作用可分为不依赖因子的强终止子和依赖因子的弱终止子。,调控基因调控基因(regulatory gene)是编码能与操作子结合的调控蛋白的基因。某些特定的物质能与调控蛋白结合，使调控蛋白的空间构像发生变化，从而改变其对基因转录的影响，这些物质称为效应物(effector)。能引起诱导发生的效应物称为诱导物（inducer)；能导致阻遏发生的效应物称为阻遏物或辅助阻遏物(corepressor)。,以上5种元件是每一个操纵元必定含有的。其中启动子、操作子位于紧邻结构基因群的上游，终止子在结构基因群之后，它们都在结构基因的附近，只能对同一条DNA链上的基因表达起调控作用，在遗传学实验上称为顺式作用
21、，启动子、操纵子和终止子就属于顺式作用元件。调控基因可以在结构基因群附近、也可以远离结构基因，它是通过其基因产物调控蛋白来发挥作用的，因而调控基因不仅能对同一条DNA链上的结构基因起表达调控作用，而且能对不在一条DNA链上的结构基因起作用，称为反式作用，其编码产生的调控蛋白称为反式调控因子。,根据操纵子的作用方式可分为：调节分解代谢的操纵子，它们都是属于诱导型，并受cAMP-CAP的调节。分解代谢的底物常为小分子诱导物。调节合成代谢的操纵子，它们都属于阻遏型，不受cAMP-CAP影响。其中一些操纵子等具有弱化子（例如，Trp、His、Phe、Leu、Thr和Ilv的操纵子），最终产物为辅阻遏物
22、。,3.1 乳糖操纵子的结构E.coli乳糖操纵子包括：启动子、操作子和3个结构基因等。,三个基因(lacZ、lacY和lacA)以一条mRNA从启动子(如箭头所示)转录。CAP和操作子各约为20bp。操作子(lacO)位于启动子RNA聚合酶结合区内，CAP位点位于启动子上游。,3.乳糖操纵子(lactose operon),大肠杆菌乳糖操纵子（lactose operon）包括3个结构基因：Z、Y和A，以及启动子、控制子和阻遏子等。转录的调控是在启动区和操纵区进行的。,Z编码-半乳糖苷酶，Y编码半乳糖透过酶，A编码转乙酰基酶。,解毒或排出细胞,大肠杆菌能利用乳糖作为碳源，而利用乳糖作为碳源的
23、酶只有当乳糖成为惟一的碳源时才会被合成。,转录时RNA pol与启动子结合，通过操纵子，按ZYA方向进行转录。每转录出一条mRNA上都有Z、Y和A基因。,3.2 活化蛋白和 阻遏蛋白共同调控Lac基因,乳糖操纵子通常是关闭的。lacI编码的阻遏蛋白以四聚体的形式与操纵基因结合，关闭三个结构基因的表达。,可诱导型操纵子使细菌能很好地适应环境的变化，有效地利用环境提供的底物。例如，当培养基中有充足的葡萄糖时，细菌就可利用葡萄糖作能源和碳源；当没有葡萄糖而有乳糖时，乳糖操纵子被诱导开放，合成分解乳糖所需要的酶。当乳糖被消耗完后，细胞不再需要分解乳糖的酶，操纵子重新关闭。在原核和单细胞真核生物中，通过
24、改变基因表达适应环境，对于细胞的生存非常重要。,乳糖操纵子中的lacZ、lacY、lacA基因只有在乳糖存在，而葡萄糖缺乏时才会高水平的表达。,An Activator and a Repressor Together Control the lac Genes,2种调节蛋白参与这些基因转录调控。一种是活化蛋白称为CAP，catabolic activator protein,；另一种是阻遏蛋白称为Lac repressor。,lac操作子对称的半位点,lac操纵子的控制区域,操纵子控制区域的核苷酸序列和组织结构。操纵子上面的横杆表示RNA聚合酶和调控蛋白CAP覆盖的DNA区域，下面的横杆表示
25、抑制子的覆盖区域。注意RNA聚合酶覆盖的区域大于启动子区，而抑制子覆盖的区域大于操作子序列，尤其是往上游方向的延伸，这两个区域发生一定长度的重叠。,Lac repressor is encoded by the lacI gene,which is located near the other lac genes,but transcribed from its own promoter（constitutively expressed).The name CAP stands for Catabolite Activator Protein(降解物活化蛋白),this activator i
26、s also known as CRP(for cAMP Receptor Protein）,CAP and Lac Repressor Have Opposing Effects on RNA Polymerase Bindig to the lac Promoter,、阻遏蛋白的负调节(negative control of repressor),无乳糖(no lactose):lac操纵元处于阻遏状态(repression)有乳糖(presence of lactose)：lac操纵元即可被诱导（induction处于）去阻遏状态(derepression)诱导剂(inducer):别乳
27、糖、半乳糖、IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）,乳糖操纵元调控的机制,阻遏蛋白的负性调控-阻遏蛋白结合在操作子上阻止结构基因转录,无乳糖时，Lac操纵子处于阻遏状态。lac I基因在其自身的启动子Pi控制下，低水平、组成型表达，产生阻遏蛋白，每个细胞中仅维持约10个分子的阻遏蛋白。,阻遏蛋白以四聚体形式与操作子作用,阻遏蛋白总是与DNA结合在一起，它与操作子的结合可阻止lac基因的转录。,有乳糖时，乳糖受-半乳糖苷酶的催化转变为别乳糖，与R结合使R构象变化，R四聚体解聚而与O解离。,基因转录开放，-半乳糖苷酶在细胞内的含量可增加1000倍。乳糖(别乳糖)作为诱导剂，与R结合起去阻遏作用(derep
28、ression)，诱导了利用乳糖的酶类基因转录开放。,调控蛋白的活性由信号变构控制。在诱导物的作用下，阻遏蛋白构象改变而失去与操纵基因（O1）的结合能力。,a.没有诱导物存在下，两个二聚体之间形成铰链，因此N端结构域能与操作子序列结合。b.诱导物-Lac抑制子的二聚体。与诱导物的结合导致结构的改变，从而降低了抑制子对操作子的亲和性。,许多调控蛋白都是变构蛋白(allosteric protein)，通过与效应物结合改变构象而改变活性，起到调节基因转录表达的作用。,在研究工作中很少使用乳糖作为诱导剂，因为培养基中的乳糖会被诱导合成的半乳糖苷酶催化降解，其浓度不断发生变化。实验室常用两种乳糖类似物
29、异丙基巯基半乳糖苷（IPTG）和巯甲基半乳糖苷（TMG），在酶活性分析中常用发色底物O-硝基半乳糖苷（ONPG）。因为它们都不是半乳糖苷酶的底物，所以又称为安慰性诱导物（gratuitous inducer)。,由于阻遏蛋白偶尔会脱离操纵子基因，所以操纵子的转录并非完全关闭，仍会有本底水平的表达，细胞内会有几个分子的半乳糖苷酶和透性酶。,葡萄糖对lac操纵子表达的影响,葡萄糖是细菌优先利用的糖类。当葡萄糖和其他糖类（比如乳糖）同时存在时，细菌只利用葡萄糖而不代谢别的糖类，这种现象称为分解代谢物阻遏（catabolite repression）。因此，乳糖操纵子只有在乳糖存在，同时葡萄糖缺乏时才
30、会高水平表达。原因是乳糖操纵子除了受阻遏蛋白的调节，还要受到分解代谢活化子蛋白（catabolic activator protein，CAP）的调节。,3.2.2 CAP的正性调控,大肠杆菌优先利用葡萄糖作为碳源，葡萄糖的存在可防止从培养基中吸收其它碳源。当葡萄糖和乳糖同时存在于培养基中时，lac启动子表达受阻，没有-半乳糖苷酶活性。,CAP(catabolite activator protein)分解代谢基因激活蛋白同二聚体DNA结合区 cAMP(cyclic AMP)结合位点,CAP能够与cAMP结合后形成一个二聚体，所以CAP又称为cAMP受体蛋白（cAMP receptor pro
31、tein，CRP）。cAMP-CRP二聚体能够结合到启动子的上游识别位点上，通过募集RNA聚合酶激活乳糖操纵子的转录。激活蛋白通常结合在启动子的上游协助RNA聚合酶与启动子结合。与之相反，阻遏蛋白结合在启动子的下游，阻止RNA聚合酶与启动子结合，或者阻止RNA聚合酶向前移动，转录基因。,cAMP可与细菌中的受体蛋白CAP（cAMP Receptor Protein，也称为CRP；）特异结合，使CRP构象改变而活化。,CRP单体包括一个DNA结合区和一个转录激活区。CRP以二聚体形式与DNA结合而发挥作用。,被cAMP活化的CRP能与1ac操纵子的启动子上游CRP位点特异结合。有利于形成转录起始
32、复合物，并增强了RNA聚合酶的活性。使lac operon得到表达。,6.1.2.3 CAP具有独立的激活域和DNA结合域,lac启动子被CAP激活,RNA聚合酶在CAP的协助下，结合到启动子上。CAP由亚基的CTD(carboxyl-terminal domain)识别。当与CAP相互作用时，亚基CTD也在CAP位点附近与DNA分子发生接触。,CRP上有重要的三个位点参与基因转录激活过程：与RNA pol的亚基的羧基端结合区域（aCTD）、与亚基的氨基端结合区域（aNTD）以及与亚基结合区域。在不同的操纵子中，CRP的作用可能有三种不同的方式。在Lac操纵子中，CRP结合在紧邻启动子上的RN
33、A pol结合位点上游，与aCTD发生作用，同时与和亚基相互作用。,在gal操纵子中，CRP结合区域与RNA pol结合的区域有重叠，它与aCTD、aNTD以及亚基都有相互作用。,CRP在一些操纵子中可能有2个或多个二聚体结合在DNA的不同位点，例如在ara操纵子中，结合在2个不同位点上的CRP发挥作用。,CAP的正性调节（Positive Control of CAP）,PEP:单糖磷酸转移酶系统(phosphoenolpyruvate:glucose Phosphotransferase system，PTS)是一种细菌质膜内的蛋白复合物，它同时被磷酸化并将糖类转移到细胞内。,复合物中的A
34、Glc蛋白（crr编码）由于葡萄糖转运而失去磷酸化，它可结合乳糖透过酶而阻止乳糖进入细胞。,AGlc蛋白的磷酸化形式可激活腺苷酸环化酶，当葡萄糖进入细胞时AGlc蛋白发生脱磷酸化，导致腺苷酸环化酶活性降低。因此，当环境中无葡萄糖时，细胞内cAMP含量升高。,负调节与正调节协调合作阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从O上解聚仍无转录活性 葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖葡萄糖可降低cAMP浓度，阻碍其与CAP结合从而抑制转录 结论：lac操纵元强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖。,3.2.3 协调调节(coordinate regulation),有葡萄糖时，cAMP浓度降低，CRP不能被活化，1ac操纵子表达下降。由于P1ac是弱启动子，只因乳糖的存在而发生去阻遏而使1ac操纵子开放表达水平很低；有CRP加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖。,1ac操纵子的强诱导既要有乳糖又要无葡萄糖。通过这种机制，细菌优先利用葡萄糖，只有无葡萄糖而有乳糖时，细菌才利用乳糖。,
