分子生物學(xué)中，分子克隆是最常用的方法之一。適合序列的基因可以插入質(zhì)體中并與載體連接，接著該質(zhì)體轉(zhuǎn)移到大腸桿菌的細(xì)胞中。

      乳糖操縱子是一個(gè)在大腸桿菌及其他腸道菌科細(xì)菌內(nèi)負(fù)責(zé)乳糖的運(yùn)輸及代謝的操縱子。它包含了三個(gè)相連的結(jié)構(gòu)基因，啟動(dòng)子、終止子及操縱基因。乳糖操縱子受多種因素所調(diào)控，包括葡萄糖及乳糖的含量。乳糖操縱子的基因調(diào)節(jié)是   首個(gè)被闡明的遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制，且被視作為原核生物基因調(diào)節(jié)的樣本。

      乳糖操縱子包含三個(gè)結(jié)構(gòu)基因、啟動(dòng)子、終止子及操縱基因。這三個(gè)結(jié)構(gòu)基因稱為lacZ、lacY及l(fā)acA。lacZ編碼β-半乳糖苷酶，這是一種將雙糖乳糖水解為葡萄糖與半乳糖兩個(gè)單糖的酶。lacY編碼β-半乳糖苷透性酶，這是一種在細(xì)胞膜的運(yùn)送蛋白質(zhì)，負(fù)責(zé)將乳糖逼入細(xì)胞中。lacA編碼β-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶，這是一種酶將乙?；鶑囊裔f輔酶A轉(zhuǎn)移至β-半乳糖苷。當(dāng)中只有l(wèi)acZ及l(fā)acY在乳糖的分解代謝是必須的。

      乳糖操縱子基因的獨(dú)特控制受細(xì)菌乳糖底物的存在影響。當(dāng)乳糖不作為唯一碳源存在時(shí)，細(xì)菌就不會(huì)產(chǎn)生蛋白質(zhì)。乳糖操縱子基因會(huì)組成操縱子：它們會(huì)在染色體附近被導(dǎo)向成同一方向，并會(huì)一并轉(zhuǎn)錄成單一多基因性的mRNA分子。所有基因的轉(zhuǎn)錄會(huì)由RNA聚合酶（一個(gè)DNA結(jié)合蛋白）與一個(gè)位于基因上游獨(dú)特的DNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合開始，這個(gè)位點(diǎn)稱為啟動(dòng)子。由這個(gè)位點(diǎn)開始，RNA聚合酶會(huì)開始轉(zhuǎn)錄所有三個(gè)基因（lacZYA）為mRNA。

      對(duì)乳糖的調(diào)控反應(yīng)需要一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的調(diào)節(jié)蛋白，稱為乳糖阻遏物。lacI基因會(huì)為位于乳糖操縱子附近的阻遏基因編碼，并且會(huì)表現(xiàn)出來。如果在生長(zhǎng)環(huán)境中缺乏乳糖，阻遏物會(huì)緊密地與位于啟動(dòng)子下游接近LacZ的短DNA序列（稱為乳糖操縱基因）結(jié)合。與操縱基因結(jié)合的阻遏物會(huì)干擾RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，所以mRNA可以在很低水平的情況下為L(zhǎng)acZ及LacY編碼。當(dāng)細(xì)胞在有乳糖的環(huán)境下成長(zhǎng)時(shí)，稱為異乳糖的乳糖代謝物會(huì)與阻遏物結(jié)合，容許RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄乳糖基因，并從而引發(fā)高水平的編碼蛋白。

      一系列的乳糖衍生物或類似物被認(rèn)為協(xié)助乳糖操縱子的工作。這些化合物主要是取代半乳糖苷，當(dāng)中乳糖的葡萄糖部分被其他官能團(tuán)所取代。異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（簡(jiǎn)稱IPTG）是經(jīng)常在生理學(xué)上被用來作為乳糖操縱子的誘導(dǎo)物。IPTG與阻褐基因結(jié)合并使之不活躍，但卻非β-半乳糖苷酶的基底。IPTG在體內(nèi)研究的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不能被大腸肝菌所代謝，所以細(xì)胞的生長(zhǎng)率在實(shí)驗(yàn)中并非變數(shù)。再者，IPTG能在缺乏lacY基因下而有效地被運(yùn)送。并且，由于細(xì)胞不會(huì)代謝IPTG，它的濃度在實(shí)驗(yàn)中并不會(huì)改變。

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