笔记百科乳糖操纵子的特点和原理？
特点和原理：乳糖操控子是大肠杆菌中控制β半乳糖苷酶诱导合成的操纵子.包括调控元件P(启动子)和O(操纵基因),以及结构基因lacZ(编码半乳糖苷酶)、lacY(编码通透酶)和lacA(编码硫代半乳糖苷转乙酰基酶).
1、无乳糖时,调节基因lacI 编码阻遏蛋白,与操纵基因O 结合后抑制结构基因转录,不产生代谢乳糖的酶.
2、只有乳糖存在时,乳糖可与lac阻遏蛋白结合,而使阻遏蛋白不与操纵基因结合,诱导结构基因转录,代谢乳糖的酶产生以代谢乳糖.
3、葡萄糖和乳糖同时存在时,葡萄糖的降解产物能降低cAMP含量,影响CAP与启动基因结合,抑制结构基因转录,抑制代谢乳糖的酶产生.
补充：CAP：降解物基因活性蛋白,又称cAMP受体蛋白,这个蛋白先与cAMP结合,再与启动基因结合.它与启动基因结合时能促进RNA聚合酶与启动基因结合,促进结构基因转录。
操纵子的调控类型？
1、阻遏蛋白的负性调节
没有乳糖时，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，半乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于O，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。
2、CAP的正性调节
CAP：分解物基因激活蛋白在启动子上游有CAP结合位点，当E.Coli 处在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。
3、协同调节
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。
乳糖调控子的基本调控方式？
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。
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。
细菌相关功能的结构基因常连在一起，形成一个基因簇。它们编码同一个代谢途径中的不同的酶。一个基因簇受到同一的调控，一开俱开，一闭俱闭。也就是说它们形成了一个被调控的单位。
其它的相关功能的基因也包括在这个调控单位中，例如编码透过酶的基因，虽它的产物不直接参与催化代谢，但它可以使小分子底物转运到细胞中。
乳糖操纵子的应用？
乳糖操纵子是参与乳糖分解的一个基因群，由乳糖系统的阻遏物和操纵序列组成，使得一组与乳糖代谢相关的基因受到同步的调控。
操纵子（operon）：指启动基因、终止基因和一系列紧密连锁的结构基因的总称。
原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。操纵子通常由 2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。多种原核基因启动序列特定区域内，通常在转录起始点上游-10及-35区域存在一些相似序列，称为共有序列。大肠杆菌及一些细菌启动序列的共有序列在-10区域是TATAAT，又称Pribnow盒（PribnowBox），在-35区域为 TTGACA。这些共有序列中的任一碱基突变或变异都会影响RNA聚合酶与启动序列的结合及转录起始。因此，共有序列决定启动序列的转录活性大小。操纵序列是原核阻遏蛋白的结合位点。当操纵序列结合阻遏蛋白时会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录，介导负性调节。原核操纵子调节序列中还有一种特异DNA序列可结合激活蛋白，使转录激活，介导正性调节。
乳糖操纵子包括调节基因、启动基因、操纵基因和结构基因。
大肠杆菌的lac操纵子受到两方面的调控：一是对RNA聚合酶结合到启动子上去的调控（阳性）；二是对操纵基因的调控（阴性）。
在含葡萄糖的培养基中大肠杆菌不能利用乳糖，只有改用乳糖时才能利用乳糖的调控机理是：当在培养基中只有乳糖时由于乳糖是lac操纵子的诱导物，它可以结合在阻遏蛋白的变构位点上，使构象发生改变，破坏了阻遏蛋白与操纵基因的亲和力，不能与操纵基因结合，于是RNA聚合酶结合于启动子，并顺利地通过操纵基因，进行结构基因的转录，产生大量分解乳糖的酶，这就是当大肠杆菌的培养基中只有乳糖时利用乳糖的原因。
在含乳糖的培养基中加入葡萄糖时，不能利用乳糖的原因，即在lac操纵子的调控中，有降解物基因活化蛋白（CAP），当它特异地结合在启动子上时，能促进RNA聚合酶与启动子结合，促进转录（由于CAP的结合能促进转录，称为阳性调控方式）。但游离的CAP不能与启动子结合，必须在细胞内有足够的cAMP时，CAP首先与cAMP形成复合物，此复合物才能与启动子相结合。葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP的含量，当向乳糖培养基中加入葡萄糖时，造成cAMP浓度降低，CAP便不能结合在启动子上。此时即使有乳糖存在，RNA聚合酶不能与启动子结合，虽已解除了对操纵基因的阻遏，也不能进行转录，所以仍不能利用乳糖。
乳糖操纵子的开与关？
乳糖操纵子是参与乳糖分解的一个基因群，由乳糖系统的阻遏物和操纵序列组成，使得一组与乳糖代谢相关的基因受到同步的调控。1961年雅各布（F．Jacob）和莫诺德（J．Monod）根据对该系统的研究而提出了著名的操纵子学说。
在大肠杆菌的乳糖系统操纵子中，β-半乳糖苷酶，半乳糖苷渗透酶，半乳糖苷转酰酶的结构基因以LacZ（z）， Lac Y（y），Lac A（a）的顺序分别排列在质粒上，在z的上游有操纵序列Lac O（o），更前面有启动子Lac P（p），这就是操纵子（乳糖操纵子）的结构模式。编码乳糖操纵系统中阻遏物的调节基因Lac I（i）位于和p上游的邻近位置。
乳糖操纵子的两个效应？
法国巴斯德研究所著名的科学家Jacob和Monod在实验的基础上于1961年建立了乳糖操纵子学说，现在已成为原核生物基因调控的主要学说之一。
大肠杆菌乳糖操纵子包括4类基因：
①结构基因，能通过转录、翻译使细胞产生一定的酶系统和结构蛋白，这是与生物性状的发育和表型直接相关的基因。乳糖操纵子包含3个结构基因：lacZ、lacY、lacA。LacZ合成β—半乳糖苷酶，lacY合成透过酶，lacA合成乙酰基转移酶。
②操纵基因O，控制结构基因的转录速度，位于结构基因的附近，本身不能转录成mRNA。
③启动基因P，位于操纵基因的附近，它的作用是发出信号，mRNA合成开始，该基因也不能转录成mRNA。
④调节基因i：可调节操纵基因的活动，调节基因能转录出mRNA，并合成一种蛋白，称阻遏蛋白。操纵基因、启动基因和结构基因共同组成一个单位——操纵子（operon）。调节乳糖催化酶产生的操纵子就称为乳糖操纵子。其调控机制简述如下： ①抑制作用：调节基因转录出mRNA，合成阻遏蛋白，因缺少乳糖，阻遏蛋白因其构象能够识别操纵基因并结合到操纵基因上，因此RNA聚合酶就不能与启动基因结合，结构基因也被抑制，结果结构基因不能转录出mRNA，不能翻译酶蛋白。②诱导作用：乳糖的存在情况下，乳糖代谢产生别乳糖（alloLactose），别乳糖能和调节基因产生的阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白改变构象，不能在和操纵基因结合，失去阻遏作用，结果RNA聚合酶便与启动基因结合，并使结构基因活化，转录出mRNA，翻译出酶蛋白。③负反馈：细胞质中有了β—半乳糖苷酶后，便催化分解乳糖为半乳糖和葡萄糖。乳糖被分解后，又造成了阻遏蛋白与操纵基因结合，使结构基因关闭。
