半乳糖操纵子

半乳糖也是E.coli的一种碳原，它的分解要涉及三种酶的催化：半乳糖激酶（galactokinase，K），半乳糖转移酶（galactose transferase,T）和半乳糖表面异构酶（galactose epimerase ,E,）。它们催化的反应如下：

Gal+ATP----->Glu-1-p+ADP+H+

半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，该酶是galE基因的产物。生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。

结构特点是：

（1）有2个启动子：P1和P2，当有活性的CAP存在时P1启动，其-10顺序位于-12~-6，称为-10S1，转录的起始点为+1。当CAP缺乏时P2启动子启动，从-5开始转录，其-10顺序位于-17~-11，称做-10S2；

（2）gal操纵子无-35顺序；（3）具有2个操纵基因OE和OI ，OE在上游，位于CAP位点之内，OI在基因gal内部；无论是OE还是OI高启动子都有一段距离，不直接毗邻。

分析gal操纵子P（启动区）-O（操纵区）区的DNA序列发现，该操纵子存在两个相距仅5bp的启动子，可以分别起始mRNA的合成。每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。cAMP-CAP对从S1和S2起始转录有不同的作用。

从S1起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时，才能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、CAP和较高浓度的cAMP。从S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。当有cAMP-CAP时，转录从S1开始，当无cAMP-CAP时，转录从S2开始。

Glu和Gal对Gal操纵子的调节

条件　
表达

有Glu　
有Gal　
P2启动S2开始转录gal E，组成型表达

无Gal　
OE和OI 相互作用，成环，转录只进行20碱基便停止

无Glu　
有Gal　
P1启动，3个基因转录

无Gal　
P1不启动

1）．当没有葡萄糖的条件下有Gal存在时，gal R（位于62ˊ）编码的阻遏物失活，CAP结合在-47~23区域，RNA Pol结合在-10S1区，CAP和RNA Pol直接相互作用，使P1顺利转录；当无Gal时Gal R结合在Gal OE上，Gal OE具有回文顺序（TT GTG TAA AC|GATTCCACTAA）供CAP结合。它离启动子有一段距离，当Gal R结合在gal OE上时不大可能像lac操纵子中lac阻遏那样去阻碍RNA Pol的结合，它阻断S1的转录可能的两种方式；或是影响到cAMP-CAP和RNA聚合酶的作用而阻断；或通过干扰cAMP-CAP与DNA的相互作用来阻断。

在Glu存在的情况下，cAMP -CAP含量少，当Gal存在，而无Gal R时，P1不能启动而P2启动，RNA聚合酶结合-10 S2顺序上，-10 S2（TATGCTA）和-10 S1（TATGGTT）顺序相似，从S2开始转录gal E而不转录另外的2个基因gal T和gal K。这是由于Gal既可以作为碳源，同时UDP-Gal又是合成细胞壁的重要前体，因此无论Glu是否存在，只要有Gal，gal E总可以得到转录。

在Glu存在的情况下，若无Gal存在，Gal R可结合在gal OE和OI上，并相互作用形成环。S2位点阻遏作用和SI的阻遏机制完全不同，在上述条件下，即使有Gal R存在，P2仍不受阻遏开始转录（组成型），但由于OI上也有Gal R的结合并且成环，故转录只进行20碱基便停止，这个过程如何发生尚不清楚。

2）cAMP-CAP的存在对P1可以激活是正调控，而对P2都是抑制，是负调控，其机制还没有搞清楚。

3） Gal R这个阻遏物对P1和P2两个启动子都是负调节，但在cAMP-CAP含量少时P2仍可转录，其机制也不清楚。

4）P1启动子与RNA Pol的亲和力远远大于P2启动子与RNA Pol的亲和力。这可以解释为什么在没有Glu，而有Gal存在时，P1转录，而P2不转录。可能二者要竞争RNA Pol，而RNA Pol 在细胞中数量是一定的，由于P1的亲和力大大超过P2，所以RNA Pol几乎都结合到P1启动子上，P2由于得不到RNA Pol故不能启动。