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乳糖抑制子

乳糖抑制子（英语：Lac repressor）是一种DNA结合蛋白，可抑制编码细菌的乳糖代谢中所涉及的蛋白质的基因的表达。当乳糖不存在于细胞中时，这些基因会被抑制，从而确保细菌仅在存在乳糖的情况下才将能量投入到摄取和利用乳糖所必需的机制中。当乳糖在细菌体内转化为异乳糖后，异乳糖会与乳糖抑制子结合，导致乳糖抑制子产生别构调节，从而抑制了其与DNA的结合能力，进而增加乳糖代谢通路相关蛋白的基因表达。

二聚体 LacI 的注释晶体结构。 两个单体（共四个）合作结合每个DNA操作序列。 单体（红色和蓝色）包含DNA结合和核心区域（标示），这些区域由连结器（标示）连接。 C端四聚合螺旋未显示。 图中显示抑制因子与操纵子 DNA（金色）和 ONPF（绿色）的复合体，ONPF 是一种抗诱发体配体（'“即”'DNA结合的稳定剂）。

功能

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乳糖抑制子 (LacI) 通过其DNA 结合域中的螺旋-转角-螺旋的结构基序起作用。该结构基序的碱基特异性地结合到乳糖操纵子的大沟，碱基接触也由对称相关的残基构成。α螺旋，“铰链”螺旋，深深地结合在小沟中。 [1]这种已与DNA结合的抑制子可以通过封闭 RNA 聚合酶结合位点或促进 DNA 成环来减少乳糖蛋白的转录。 [2]当存在乳糖时，异乳糖与乳糖抑制子结合，导致其发生变构。在其变构下， lac阻遏蛋白无法与其同源操纵子紧密结合。因此，尽管基因表达的程度取决于细胞中乳糖抑制子的数量和其与 DNA 的结合亲和力，但在没有诱导剂的情况下，该基因大多是关闭的，而在有诱导剂的情况下大多是开启的。 [3]异丙基 β-D-1-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG) 是一种常用的异乳糖模拟物，可用于诱导受lac阻遏物调节的基因的转录。

结构

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四聚体LacI结合两个操作序列并诱导DNA循环。两个二聚体 LacI 功能亚基（红色+蓝色和绿色+橙色）各自结合一个 DNA 操作序列（标示）。这两个功能性亚基在四聚体化区域（标示）耦合；因此，四聚体 LacI 结合两个操作序列。这使得四聚体LacI可以诱导DNA循环。

从结构上来看，乳糖抑制蛋白是一个同源四聚体。更精确地说，四聚体包含两个DNA结合亚单位，各由两个单体组成（二聚体的二聚体）。每个单体由四个不同的区域组成：[4][5][6]

  • 一个N-端DNA结合域（其中两个Lac 蛋白结合一个操作位点）
  • 一个调控结构域（有时也称为核心结构域，可结合异位效应分子 allolactose）
  • 一个连接DNA结合结构域与核心结构域的连结体（有时称为铰链螺旋，对于异位效应沟通非常重要[6]）。
  • 一个C-端四聚化区域（将四个单体结合为一个alpha螺旋束）

DNA结合是透过N-端螺旋-转角-螺旋结构模体进行，并针对数个操作者DNA序列（称为O1, O2和O3）之一。

DNA结合的搜寻动力学

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发现

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1966年，沃特·吉尔伯特 (Walter Gilbert) 和Benno Müller-Hill首次分离出乳糖抑制子。[7] 他们发现，在体外 (in vitro)，蛋白质会与含有乳糖操作子的DNA结合，当加入IPTG （异戊二糖的结构类似物）时，蛋白质会释放DNA。

参见

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参考资料

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  1. ^ Crystal structure of LacI member, PurR, bound to DNA: minor groove binding by alpha helices. Science. November 1994, 266 (5186): 763–70. PMID 7973627. doi:10.1126/science.7973627. 
  2. ^ Comparison of the theoretical and real-world evolutionary potential of a genetic circuit. Physical Biology. 2014, 1 (2): 026005. PMC 4051709  . PMID 24685590. doi:10.1088/1478-3975/11/2/026005. 
  3. ^ Tuning Transcriptional Regulation through Signaling: A Predictive Theory of Allosteric Induction. Cell Systems. 2018, 6 (4): 456–469. PMC 5991102  . PMID 29574055. doi:10.1016/j.cels.2018.02.004. 
  4. ^ Goodsell DS. Lac Repressor. RCSB Protein Data Bank. 2003. doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2003_3. 
  5. ^ Lewis M. The lac repressor. Comptes Rendus Biologies. June 2005, 328 (6): 521–48. PMID 15950160. doi:10.1016/j.crvi.2005.04.004  . 
  6. ^ 6.0 6.1 Swint-Kruse L, Matthews KS. Allostery in the LacI/GalR family: variations on a theme. Current Opinion in Microbiology. April 2009, 12 (2): 129–37. PMC 2688824  . PMID 19269243. doi:10.1016/j.mib.2009.01.009. 
  7. ^ Gilbert W, Müller-Hill B. Isolation of the lac repressor. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. December 1966, 56 (6): 1891–8. Bibcode:1966PNAS...56.1891G. PMC 220206  . PMID 16591435. doi:10.1073/pnas.56.6.1891  . 

外部链接

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