Het lac-repressorsysteem in E. coli is een klassiek voorbeeld van genregulatie bij prokaryoten. Het speelt een cruciale rol bij het controleren van de expressie van genen die betrokken zijn bij het lactosemetabolisme. Het lac-repressorsysteem heeft voornamelijk twee hoofdfuncties:

1. Negatieve regulatie van de lac Operon:

Het lac-repressorsysteem oefent negatieve regulatie uit over het lac-operon, dat bestaat uit verschillende genen die essentieel zijn voor het gebruik van lactose. Het lac-repressoreiwit bindt aan een specifieke DNA-sequentie die bekend staat als de lac-operator, die zich net stroomopwaarts van het promotorgebied van het lac-operon bevindt. Deze binding verhindert dat RNA-polymerase de lac-genen transcribeert, waardoor de synthese van enzymen die nodig zijn voor het lactosemetabolisme wordt voorkomen.

2. Induceerbare expressie als reactie op beschikbaarheid van lactose:

Het lac-repressorsysteem maakt induceerbare expressie van de lac-genen mogelijk als reactie op de aanwezigheid van lactose. Wanneer lactose afwezig is, bindt de lac-repressor zich stevig aan de lac-operator en onderdrukt effectief de transcriptie van de lac-genen. Wanneer lactose echter aanwezig is, werkt het als een inductor. Lactose bindt zich aan de lac-repressor, waardoor een conformationele verandering ontstaat die de affiniteit voor de operator vermindert. Hierdoor kan RNA-polymerase de lac-genen binden en transcriberen, wat leidt tot de productie van enzymen die nodig zijn voor het lactosemetabolisme.

Het lac-repressorsysteem zorgt voor een efficiënt gebruik van lactose als koolstofbron door E. coli. Wanneer lactose schaars of afwezig is, worden de lac-genen onderdrukt, waardoor de cellulaire hulpbronnen behouden blijven. Zodra lactose beschikbaar is, wordt de lac-repressor geïnactiveerd, waardoor de cel snel de noodzakelijke enzymen kan produceren om lactose te metaboliseren.

Samenvattend functioneert het lac-repressorsysteem in E. coli als een negatieve regulator van het lac-operon, waardoor induceerbare expressie mogelijk wordt gemaakt van genen die betrokken zijn bij het lactosemetabolisme. Het zorgt voor een gecoördineerde regulatie van genexpressie als reactie op veranderingen in de omgevingsomstandigheden, waardoor E. coli zijn metabolisme dienovereenkomstig kan aanpassen en optimaliseren.