乳糖操纵子——lac操纵子（负控诱导系统）
大肠杆菌乳糖操纵子结构
■ 阻遏基因I ——转录和翻译，产生有活性的阻遏蛋白，阻遏子
■ 启动基因P ——转录起始时RNA聚合酶的结合部位
■ 操纵基因O ——阻遏蛋白的结合部位，控制结构基因的转录
■ 结构基因Z——β-半乳糖苷酶，Y——透过酶，A——乙酰基转移酶
在DNA上的排列：
cAMP-CRP复合物结合位点—lacI—P—O—lacZ—lacY—lacA
mRNA：由Z→Y→A各生成一种酶
补充：在启动子区上游有一个独立于阻遏体系的cAMP-CRP复合物结合位点，增强激活lac的表达（过量表达）。
★lac操纵子模型：
① Z、Y、A基因产物由同一条mRNA所编码
② mRNA启动区（P）位于阻遏基因（I）与操纵子（O）之间不能单独起始Z、Y的高效表达。
③ 操纵区为阻遏物的结合位点，结合时启动区不结合RNA聚合酶，转录起始受抑制
④ 诱导物存在，同阻遏物结合，使阻遏物失活，激发lac mRNA合成
━ 详解
① 诱导物——别乳糖，异构乳糖——由β-半乳糖苷酶（本底水平表达合成——阻遏物掉落原因，少量存在）催化乳糖形成。
安慰性诱导物——即类似物，IPTG，异丙基巯基半乳糖苷——不被β-半乳糖苷酶水解，研究使用。
②高乳糖情况下，阻遏物被乳糖催化后的别乳糖结合，lac mRNA合成不再受阻，同时提高了β-半乳糖苷酶、透过酶的活性，同时新的阻遏物继续合成，使得乳糖不断消耗。如阻遏物浓度超过别乳糖，阻遏状态重新建立。lac mRNA将较快的降解，而β-半乳糖苷酶、透过酶在一段时间内保持稳定。
③lac操纵子阻遏物mRNA是在弱启动子控制下组成型合成的，如I基因突变为强启动子则无法产生足够诱导物来克服阻遏状态。
④葡萄糖的代谢阻遏效应（间接，直接作用的是葡萄糖的代谢产物）：β-半乳糖苷酶的作用，将乳糖转化为葡萄糖和半乳糖。同时加入葡萄糖和乳糖，在耗尽外源葡萄糖之前，lac基因的表达不会诱发。
1、乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含Z、Y、A三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵序列O，一个启动子P和一个调节基因I。
2、阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列O处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。
3、CAP的正性调节：在启动子上游有CAP结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP浓度升高，与CAP结合，使CAP发生变构，CAP结合于乳糖操纵子启动序列附近的CAP结合位点，激活RNA聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。
4、协调调节：乳糖操纵子中的I基因编码的阻遏蛋白的负调控与CAP的正调控两种机制，互相协调、互相制约。
5、在葡萄糖存在的情况下乳糖操纵子不表达，只有在葡萄糖不存在而乳糖存在的情况下表达。
色氨酸操纵子要点
色氨酸操纵子负责色氨酸的生物合成，当培养基中有足够的色氨酸时，这个操纵子自动关闭，缺乏色氨酸时操纵子被打开，trp基因表达，色氨酸或与其代谢有关的某种物质在阻遏过程（而不是诱导过程）中起作用。
阻遏-操纵机制对色氨酸来说是一个一级开关，主管转录是否启动，相当于粗调开关。trp操纵子中对应于色氨酸生物合成的还有另一个系统进行细调控，指示已经启动的转录是否继续下去。这个细微调控是通过转录达到第一个结构基因之前的过早终止来实现的，由色氨酸的浓度来调节这种过早终止的频率。
当培养基中色氨酸的浓度很低时，前导区结构是2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，所以转录可继续进行。
当培养基中色氨酸浓度较高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，3-4区自由配对形成基一环终止子结构，转录被终止，trp操纵子被关闭。
乳糖操纵子的结构和调控机制
1. 引言
乳糖操纵子是一种具有重要生理功能的DNA序列。它在哺乳动物中起着调控乳糖代谢的关键作用。本文将详细介绍乳糖操纵子的结构和调控机制，以及其在生物学中的重要性。
2. 乳糖操纵子的结构
乳糖操纵子通常位于哺乳动物基因组中与乳糖代谢相关基因附近。它是一个DNA序列，由一系列核苷酸组成。根据不同物种和基因型的差异，乳糖操纵子可以具有不同长度和组成。
乳糖操纵子通常包含两个重要的元件：增强子和启动子。增强子位于启动子上游，可以增加启动子活性，促进基因转录。启动子位于基因上游，包含转录起始位点(TSS)，是转录过程中RNA聚合酶与DNA结合的地点。
除了增强子和启动子，乳糖操纵子还可能包含其他调控元件，如转录因子结合位点和DNA甲基化位点。这些元件的存在与特定物种和基因型相关，对乳糖操纵子的调控起到重要作用。
3. 乳糖操纵子的调控机制
乳糖操纵子的调控机制涉及多个因素，包括转录因子、共激活子和染色质结构等。下面将详细介绍几个重要的调控机制。
3.1 转录因子
转录因子是乳糖操纵子调控的关键因素之一。在乳腺细胞中，乳糖操纵子上的转录因子LacI结合到增强子上，阻止RNA聚合酶与启动子结合，从而抑制基因转录。而在肝脏细胞中，另一种转录因子HNF-1α结合到增强子上，促进RNA聚合酶与启动子结合，增强基因转录。
3.2 共激活子
共激活子是在乳糖操纵子调控过程中发挥重要作用的辅助蛋白质。它们与转录因子一起结合到乳糖操纵子上，增强转录活性。共激活子可以通过多种方式影响乳糖操纵子的调控，如改变染色质结构、招募其他转录因子等。 3.3 染色质结构
染色质结构在乳糖操纵子调控中起着重要作用。在非活化状态下，乳糖操纵子通常处于紧密的染色质状态，难以被转录因子和共激活子访问。而在活化状态下，染色质会发生重塑，使得乳糖操纵子暴露在核内，便于转录因子和共激活子的结合。
4. 乳糖操纵子的生物学重要性
最早应用于的表达系统是Lac乳糖操纵
子，由 启动子Plac + 操纵基因lacO + 结
构基因组成。其转录受CAP正调控和lacI负
调控。lacUV5突变能够在没有CAP的存在下
更有效地起始转录，该启动子在转录水平
上只受lacI的调控，因而随后得到了更广
泛采用。lacI产物是一种阻遏蛋白，能结
合在操纵基因lacO 上从而阻遏转录起始。
乳糖的类似物IPTG可以和lacI产物结合，
使其构象改变离开lacO，从而激活转录。
这种可诱导的转录调控成为了大肠杆菌表
达系统载体构建的常用元件。tac启动子是
trp启动子和lacUV5的拼接杂合启动子，且
转录水平更高，比lacUV5更优越。trc启动
子是trp启动子和lac启动子的拼合启动子
，同样具有比trp更高的转录效率和受lacI
阻遏蛋白调控的强启动子特性。在常规的
大肠杆菌中，lacI阻遏蛋白表达量不高，
仅能满足细胞自身的lac操纵子，无法应付
多拷贝的质粒的需求，导致非诱导条件下
较高的本底表达，为了让表达系统严谨调
控产物表达，能过量表达lacI阻遏蛋白的
lacIq 突变菌株常被选为Lac/Tac/trc表达
系统的表达菌株。现在的Lac/Tac/trc载体
上通常还带有lacIq 基因，以表达更多
lacI阻遏蛋白实现严谨的诱导调控。IPTG
广泛用于诱导表达系统，但是IPTG有一定
毒性，有人认为在制备医疗目的的重组蛋
白并不合适，因而也有用乳糖代替IPTG作
为诱导物的研究。另外一种研究方向是用
lacI的温度敏感突变体，30度下抑制转录
，42度开发。热诱导不用添加外来的诱导
物，成本低，但是由于发酵过程中加热升
温比较慢而影响诱导效果，而且热诱导本
身会导致大肠杆菌的热休克蛋白激活，一
些蛋白酶会影响产物稳定。
以λ噬菌体再起转录启动子PL、PR 构
建的载体也为大家所熟悉。这两个强启动
子受控于λ噬菌体cI基因产物。cI基因的
