Lac-repressor i E. coli: Hvordan lactose tænder lac-operonet

Det lac-operon er det paradigmatiske model for prokaryotisk genregulering. Lac-repressoren (kodet af lacI) er et tetramerisk protein, der binder til lac-operatøren (DNA-segment, der overlapper promotoren), fysisk blokerer RNA-polymerase og slukker de strukturelle gener (lacZ, lacY, lacA).

Induktionsmekanisme

1. Ingen lactose: Repressor bundet til operatør → operon FRA (kun basal lekkageudtryk).
2. Lactose indtræder: Via LacY-permease (lav basal niveau).
3. Allolactose-dannelse: β-galaktosidase (LacZ) isomeriserer lactose → allolactose (den sande inducer).
4. Inducer-binding: Allolactose binder repressor → konformationel ændring.
5. Operatør-frigivelse: Repressor dissocierer fra operatør.
6. Transkription: RNA-polymerase transcriberer lacZYA → β-galaktosidase, permease, transacetylase.
7. Metabolisme: Enzymer hydrolysere lactose → glucose + galactose → glykolyse.

Regulatorisk betydning

• Negativ kontrol: Repressor binder DNA for at slukke; inducer fjerner repression.
• Katabolit repression: Glucose sænker cAMP → CAP inaktiv → reduceret transkription selv med inducer (glucose foretrækkes).
• Effektivitet: Udtrykker kun kostbare enzymer, når substrat er tilgængelig OG foretrukket carbonkilde fraværende.

Denne Jacob-Monod-model (1961) etablerede grundlæggende principper: operon-struktur, negativ regulering, allosterisk induktion og katabolit repression – principper, der styrer genregulering på tværs af biologien.