细菌为了在不断变化的环境中生存，需要具备灵活且经济的代谢调控机制。在缺乏特定底物时，细菌会通过阻遏蛋白的调控机制，抑制相关酶的合成，以节省资源。这种机制在E.coli的乳糖操纵子中尤为明显。

当E.coli在没有β-半乳糖苷的条件下，β-半乳糖苷酶的合成会被阻断，细胞中酶的含量极低。然而，一旦底物存在，酶的合成会迅速增加，短时间内酶的数量就能显著增长。这种酶的合成受诱导（induction）调控，即特定底物的存在引发酶的合成。在没有乳糖的情况下，细胞的基础合成水平很低，但加入乳糖后，lac+ 细胞会大量合成β-半乳糖苷酶和透性酶。

诱导物如乳糖能激发lac mRNA的合成，并且这种mRNA非常不稳定，诱导后会在短时间内大量产生，但一旦诱导物被移除，转录立即停止，mRNA会快速降解。尽管酶的合成和mRNA同步，但酶的稳定性更高，因此酶的活性在诱导后可以维持一段时间。

除了诱导，细菌还存在阻遏（repression）现象，即通过辅阻遏物阻止相关基因的合成，例如加入Trp后，E.coli会停止Trp合成酶的生产。诱导和阻遏是细菌对环境变化的双重响应，它们确保细菌仅在必要时合成代谢相关物质，节省资源。

诱导物如乳糖能通过与阻遏蛋白结合，改变其活性状态，从而使操纵子基因启动转录。阻遏蛋白由lacI编码，其活性状态决定了操纵子的开启或关闭。诱导物通过与阻遏蛋白结合，解除其对操纵基因的阻断，从而启动转录过程。

诱导物对阻遏蛋白的调控机制是通过改变其构象来实现的，这种变构调控（allosteric control）保证了基因表达的精确协调。操纵子的特性包括协同调控，基因表达顺序固定，且即使在无诱导物时，仍保持基础表达水平，以应对可能的底物输入。

扩展资料

参与乳糖分解的一个基因群，由乳糖系统的阻遏物和操纵基因受负的控制，而同时又同步地受支配。1961年雅各布（F．Jacob）和莫诺德（J．Mon－od）根据该系统的研究而提出了著名的操纵子学说。关于大肠杆菌的乳糖系统操纵子，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）的顺序分别排列在染色体上，与z相邻，与y相对的一侧有操纵基因Lac O（o），更前面有启动基因Lac P（p），操纵子（乳糖操纵子）就是这样构成的。决定乳酸系统阻遏物结构的调节基因Lac I（i）处于和p相邻的位置上。