Die Nobelpreisträger Francois Jacob und Jacques Monod führten einen Großteil dieser grundlegenden Arbeiten durch, in denen die Struktur und Kontrollmechanismen des Lacoperon beschrieben wurden., Durch die Untersuchung mutierter Stämme von E. coli, die Defekte Imlaktosestoffwechsel aufwiesen, konnten Jacob und Monod lernen, wie das Lactose-Operon zur Metabolisierung reguliert Wirdlaktose (Jacob & Monod, 1962). Das Duo stellte fest, dass das Lac-Operon drei Gene enthält, die Proteine kodieren, die Amlaktosestoffwechsel beteiligt sind. Diese werden als lac z, lac y und lac a bezeichnet. Das lac z-Gen kodiert Beta-Galactosidase,das lac y-Gen kodiert eine Permease, und das lac a-Gen kodiert Thetransacetylase-Enzym., Zusammen importieren diese Genprodukte Laktose inZellen und bauen sie zur Verwendung als Nahrungsquelle auf. Wie in anderen Operonen liegen die Gene des Lac-Operons entlang eines zusammenhängenden DNA-Abschnitts, so dass ihre Expression leicht sein kann coregulated.In neben diesen sogenannten Strukturgenen enthält das Lac-Operon auch andere Sequenzen, die die bakterielle Expressionsmaschinerie steuern.
Die Organisation von Genen zu einem Operon ermöglicht Gleichzeitigexpression aller Gene, die sich in cis (d. H. Auf demselben zusammenhängenden DNA-Stück) im Operon befinden.,Mehrere Merkmale tragen zu dieser Eigenschaft von Operonen bei (Abbildung 1).Erstens sind alle Gene des Operons stromabwärts eines einzelnen Promotors. Dieser Stromoter dient als Erkennungsstelle für die Transkriptionsmaschinerie des Polymerase-Komplexes. Zweitens werden alle Gene in einem Operon tatsächlich Teil vonein einzelnes Messenger-RNA-Molekül, das anschließend übersetzt wirdindividuelle Proteingenprodukte.
Mehrere weitere regulatorische Abläufe sorgen ebenfalls für eine koordinierte Regulierung des lac Operons. Dazu gehören der Operatorund der Terminator., Der Operator ist eine spezielle DNA-Sequenz, die zwischen der Promotorsequenz und den Strukturgenen lokalisiert ist und die die Repressiondes gesamten Lac-Operons ermöglichtnach der Bindung durch das Inhibitorprotein (lac i). Die Expression der Lakomonis wird in der Tat durch das Vorhandensein von Laktose selbst reguliert. Die Fähigkeit, Gene, die die Lactose metabolisieren, als Gruppe ein-oder auszuschalten, bietet daher einen effizienten Weg, um sich schnell an Umweltveränderungen anzupassen. Der Terminator hingegen weist die Transkriptionsmaschinerie an, die Transkription zu beenden., So dient der Promotor als Transkriptionsstartstelle, der Terminator als Stoppstelle und der Bediener hilft bei der Bestimmung, ob die Transkription stattfinden wird.
Aufgrund des gemeinsamen Kontrollmechanismus für alle Gene im Lac-Operon können Mutationen in diesem Operon mehrere oder pleiotrope Wirkungen haben. Zum Beispiel können Mutationen, die den Promotor beeinflussen, verhindern, dass alle Gene des Operons exprimiert werden, da die RNA-Polymerase nicht binden und mit der Transkription beginnen kann. Andere Mutationen können die Expression nur einiger Genen im Operon beeinflussen., Zum Beispiel können Nonsense-Mutationen im lac-z-Gen, das für Beta-Galactosidase kodiert, die Expression von Downstream-Permease-und Transacetylase-Genen stören, indem sie dazu führen, dass Theribosom vor ihrer Translation abfällt. Diese Art von Mutation wird gesagtum einen „polaren“ Effekt auf den Weg zu haben, indem es nachgelagerte Gene beeinflusst, abernicht vorgelagerte Gene.
Obwohl Bakterien als einfachere Organismen angesehen werden könnenals Menschen, ist es klar, dass die bakterielle Genregulation äußerst effizient istund dass das Bakteriengenom hochorganisiert ist., Bakterien scheinen perfekt an eine Vielzahl von Umgebungen angepasst zu sein, und sie sind bereit, auf alle Umweltveränderungen zu reagieren, denen sie begegnen, indem sie elegante und komplexe Regulationsmechanismen einsetzen.