基因表达是根据特定基因编码的信息合成功能蛋白的多肽链。特定蛋白质的合成量可以通过基因表达的调节来调节。基因的差异表达可以在蛋白质合成的各个阶段实现。然而，在真核和原核基因中，基因表达的调控是不同的。Lac操纵子是大肠杆菌乳糖代谢的基因簇。调节乳糖操纵子的表达是根据培养基中乳糖和葡萄糖的水平来实现的。lac操纵子的调控是分子生物学和细胞生物学研究中最重要的原核基因调控实例。

覆盖的关键领域

1.什么是基因表达的调节-定义，基因表达的调节2.什么是Lac操纵子-定义，结构，基因产物的功能3.如何调节Lac操纵子-Lac抑制物，CAP

关键词：分解代谢激活蛋白（CAP），E。大肠杆菌，基因表达，葡萄糖，Lac操纵子，Lac抑制物，乳糖代谢

什么是基因表达调控(regulation of gene expression)？

基因表达的调控是指细胞通过多种机制来增加或减少特定基因产物（蛋白质或RNA）的产生。它是在如下所述的蛋白质合成的各个步骤中实现的。

1. 复制水平–DNA复制过程中发生的突变可能导致基因表达的改变。
2. 转录水平–特定基因的转录可由抑制因子和激活因子控制。
3. 转录后水平-基因表达可以在转录后修饰如RNA剪接过程中实现。
4. 翻译水平–mRNA分子的翻译可由各种过程控制，如RNA干扰途径。
5. 翻译后水平-蛋白质的合成可以通过控制翻译后修饰在翻译后水平进行调节。

然而，原核生物的基因表达调控主要是在转录起始阶段完成的。它包括正向调节基因表达的激活子和负向调节基因表达的抑制子。蛋白质合成不同阶段的基因表达调控如图1所示。

Figure 1: Regulation of Gene Expression

什么是紫胶操纵子(lac operon)？

lac操纵子是指一组负责E。大肠杆菌。因此，紫胶操纵子是E。大肠杆菌基因组。lac操纵子中的所有基因都由一个启动子控制。因此，操纵子中的所有基因都是一起转录的。基因产物是负责将乳糖运输到细胞胞浆和将乳糖消化成葡萄糖的蛋白质。葡萄糖用于细胞呼吸，以ATP的形式产生能量。紫胶操纵子可能存在于许多其他肠道细菌以及。紫胶操纵子的结构如图2所示。

Figure 2: Lac操纵子

lac操纵子由三个基因组成，由一个启动子控制。这些基因是lacZ、lacY和lacA。这些基因分别编码三种参与乳糖代谢的酶，即β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷渗透酶和β-半乳糖苷转乙酰酶。β-半乳糖苷酶参与乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。β-半乳糖苷通透性嵌入细胞膜中，使乳糖能够运输到细胞质中。β-半乳糖苷转乙酰酶参与乙酰基Co-A向β-半乳糖苷的转移。lac操纵子的转录产生一个多顺反子mRNA分子，从一个mRNA分子产生所有三种基因产物。一般来说，lacZ和lacY基因产物足以分解乳糖。

除了这三个基因外，lac操纵子还由许多调控区域组成，各种蛋白质可以与这些调控区域结合来控制转录。lac操纵子的关键调控序列是启动子、操纵子和分解代谢激活蛋白（CAP）结合位点。启动子作为RNA聚合酶的结合位点，RNA聚合酶是负责基因转录的酶。操作者作为一个负调控位点，lac抑制物与之结合。CAP结合位点作为CAP结合的正调控位点。

紫胶操纵子是如何调节的

在原核基因中，基因表达的调控是通过不同类型蛋白质结合的可诱导操纵子来实现的，根据细胞的需要激活或抑制操纵子的转录。紫胶操纵子是一种诱导操纵子。当细胞不能获得葡萄糖时，它可以将乳糖（一种双糖）转化为葡萄糖，用于细胞呼吸。lac操纵子在细胞内葡萄糖的存在下处于“关闭”和“开启”状态。lac抑制物负责lac操纵子的“关闭”模式，而CAP负责lac操纵子的“开启”模式。

紫胶抑制子

lac抑制物是一种乳糖传感器，它在葡萄糖存在时阻止lac操纵子的转录。与乳糖相比，在细胞呼吸中使用葡萄糖需要更少的步骤来产生能量。因此，当葡萄糖存在于细胞中时，它很容易在细胞途径中分解产生能量。此外，当葡萄糖用于呼吸时，应避免使用乳糖用于前者，以达到细胞呼吸的最大效率。在这种情况下，通过将lac阻遏子与lac操纵子的操纵子区结合来阻断lac操纵子的转录。通常，操作区与启动子区重叠。因此，当lac阻遏子结合到操作区时，RNA聚合酶不能结合到启动子区，因为没有完整的启动子区。当葡萄糖在细胞中很容易获得，乳糖不可用时，lac阻遏子紧紧地结合到操作区，抑制lac操纵子的转录。紫胶操纵子的调节如图3所示。

Figure 3: Regulation of the Lac操纵子

分解代谢激活蛋白（cap）

CAP蛋白是一种葡萄糖阻遏物，激活lac操纵子的转录。当细胞耗尽葡萄糖，胞浆内容易获得乳糖时，lac阻遏物失去与DNA结合的能力。因此，它游离于操作区，使启动子区可与RNA聚合酶结合。当乳糖可用时，一些分子转化为别乳糖，一种乳糖的小异构体。别乳糖与lac阻遏物的结合导致其从操作区松脱。因此，别乳糖作为一种诱导剂，触发紫胶操纵子的表达。此外，紫胶操纵子被认为是一个诱导操纵子以及。

然而，RNA聚合酶本身不能与启动子区完美结合。因此，CAP有助于RNA聚合酶与启动子的紧密结合。它与启动子上游的CAP结合位点结合。CAP与DNA的结合受一种称为环腺苷酸（cAMP）的小分子调控。营地是E。没有葡萄糖的大肠杆菌。cAMP与CAP的结合改变了CAP的构象，使CAP与lac操纵子的CAP结合位点结合。然而，当细胞内的葡萄糖水平非常低时，细胞内存在cAMP。因此，只有当细胞不能获得葡萄糖时，才能激活lac操纵子。总之，当细胞内没有葡萄糖和乳糖时，可以激活lac操纵子。当细胞中葡萄糖和乳糖都不存在时，lac抑制物仍然与lac操纵子结合，阻止操纵子的转录。

结论

紫胶操纵子是一种诱导操纵子，乳糖代谢所需的蛋白质存在于基因簇中。因此，lac操纵子的转录产生能够合成多种基因产物的多顺反子mRNA分子。紫胶操纵子仅在细胞内缺乏葡萄糖和乳糖的情况下表达。当葡萄糖容易获得，乳糖不可用时，lac抑制物结合到lac操纵子的操纵子区域。CAP与lac操纵子的操纵子结合，在葡萄糖不可用和乳糖随时可用时帮助转录。因此，细胞能够利用细胞呼吸中的乳糖来产生能量。

引用

1.“原核基因调控”，《管腔/无限生物学》，可在此处找到。2.“紫胶歌剧”，可汗学院，这里有。3.“紫胶操纵子：原核生物中基因表达的调控”，《生物学》，Byjus课程，2017年11月21日，可在此处获得。 2.“紫胶歌剧”可汗学院， 3.“紫胶操纵子：原核生物基因表达的调控”，《生物学》，Byjus课程，2017年11月21日，