乳糖抑制子

乳糖抑制子（英語：Lac repressor）是一種DNA結合蛋白，可抑制編碼細菌的乳糖代謝中所涉及的蛋白質的基因的表達。當乳糖不存在於細胞中時，這些基因會被抑制，從而確保細菌僅在存在乳糖的情況下才將能量投入到攝取和利用乳糖所必需的機制中。當乳糖在細菌體內轉化為異乳糖後，異乳糖會與乳糖抑制子結合，導致乳糖抑制子產生別構調節，從而抑制了其與DNA的結合能力，進而增加乳糖代謝通路相關蛋白的基因表達。

二聚體 LacI 的註釋晶體結構。 兩個單體（共四個）合作結合每個DNA操作序列。 單體（紅色和藍色）包含DNA結合和核心區域（標示），這些區域由連結器（標示）連接。 C端四聚合螺旋未顯示。 圖中顯示抑制因子與操縱子 DNA（金色）和 ONPF（綠色）的複合體，ONPF 是一種抗誘發體配體（'「即」'DNA結合的穩定劑）。

功能

乳糖抑制子 (LacI) 通過其DNA 結合域中的螺旋-轉角-螺旋的結構基序起作用。該結構基序的鹼基特異性地結合到乳糖操縱子的大溝，鹼基接觸也由對稱相關的殘基構成。α螺旋，「鉸鏈」螺旋，深深地結合在小溝中。 ^[1]這種已與DNA結合的抑制子可以通過封閉 RNA 聚合酶結合位點或促進 DNA 成環來減少乳糖蛋白的轉錄。 ^[2]當存在乳糖時，異乳糖與乳糖抑制子結合，導致其發生變構。在其變構下， lac阻遏蛋白無法與其同源操縱子緊密結合。因此，儘管基因表達的程度取決於細胞中乳糖抑制子的數量和其與 DNA 的結合親和力，但在沒有誘導劑的情況下，該基因大多是關閉的，而在有誘導劑的情況下大多是開啟的。 ^[3]異丙基 β-D-1-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG) 是一種常用的異乳糖模擬物，可用於誘導受lac阻遏物調節的基因的轉錄。

結構

四聚體LacI結合兩個操作序列並誘導DNA迴圈。兩個二聚體 LacI 功能亞基（紅色+藍色和綠色+橙色）各自結合一個 DNA 操作序列（標示）。這兩個功能性亞基在四聚體化區域（標示）耦合；因此，四聚體 LacI 結合兩個操作序列。這使得四聚體LacI可以誘導DNA迴圈。

從結構上來看，乳糖抑制蛋白是一個同源四聚體。更精確地說，四聚體包含兩個DNA結合亞單位，各由兩個單體組成（二聚體的二聚體）。每個單體由四個不同的區域組成：^[4][5][6]

• 一個N-端DNA結合域（其中兩個Lac 蛋白結合一個操作位點）
• 一個調控結構域（有時也稱為核心結構域，可結合異位效應分子 allolactose）
• 一個連接DNA結合結構域與核心結構域的連結體（有時稱為鉸鏈螺旋，對於異位效應溝通非常重要^[6]）。
• 一個C-端四聚化區域（將四個單體結合為一個alpha螺旋束）

DNA結合是透過N-端螺旋-轉角-螺旋結構模體進行，並針對數個操作者DNA序列（稱為O₁, O₂和O₃）之一。

DNA結合的搜尋動力學

發現

1966年，沃特·吉爾伯特 (Walter Gilbert) 和Benno Müller-Hill首次分離出乳糖抑制子。^[7] 他們發現，在體外 (in vitro)，蛋白質會與含有乳糖操作子的DNA結合，當加入IPTG （異戊二糖的結構類似物）時，蛋白質會釋放DNA。

參見

• 乳糖操縱組