原核生物绝大多数的基因按功能相关性成簇地排列，且密集于染色体上，共同形成一个转录单位——操纵子（元），也称基因表达的协同单位(a coordinated unit of gene expression)。E.coli的乳糖操纵子（元）含Z、Y及A三个结构基因，分别编码β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）、通透酶（permease）和乙酰基转移酶（transacetylase)；此外还有调控基因：操纵序列O（operator）、启动序列P（promoter）；而I(编码Lac阻遏物，Lac repressor)不属于乳糖操纵子。
乳糖操纵子结构基因
Lac阻遏物是一种具有4个相同亚基的四级结构蛋白，都有一个与诱导剂结合的位点。在没有乳糖存在时，lac操纵子（元）处于阻遏状态，Lac阻遏物能与操纵基因O结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。而当有诱导剂与阻遏蛋白结合后，其蛋白构象就发生变化，导致阻遏物从操纵基因O上解离下来，RNA聚合酶不再受阻碍，发生转录。
在这个操纵子（元）体系中，真正的诱导剂并非乳糖本身。乳糖进入细胞，经β-半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖——即生理上的诱导剂。而在实验中，通常选用异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）作为诱导剂，IPTG是一种作用极强的诱导剂，不被细菌代谢而十分稳定，因此被实验室广泛应用。
IPTG诱导表达原理图
实验方法
材料
LB（Luria—Bertani）培养基
酵母膏(Yeast extract)5g
蛋白胨(Peptone) 10g
NaCl 10g
琼脂(Agar) 1-2%
蒸馏水(Distilled water) 1000ml pH 7.0
IPTG 贮备液
2 g IPTG溶于10 mL 蒸馏水中，0 . 22 μm 滤膜过滤除菌，分装成1 mL /份，-20 ℃ 保存
凝胶电泳加样缓冲液
50 mmol / L Tris -CI ( pH 6 . 8 )
50 mmol / L DTT
2 % SDS （电泳级）
0.1 ％ 溴酚蓝
10 ％ 甘油
实验方案
1) 用适当的限制性内切核酸酶消化载体DNA和目的基因；
2) 按连接步骤连接目的基因和载体，并转化到转化DH5α感受态细胞中；
3) 分别挑取单菌落接种于5 mL LB ( 0.1 g·L-1 氨苄青霉素)中，37℃培养过夜；
4) 以2 %体积比转接于2 ml LB( 0.1 g·L-1 氨苄青霉素)中，37℃继续培养2.5 hr，至细菌对数生长期，加0.1 mmol/L IPTG 2 µl诱导3-4 hr，同时设立不加IPTG诱导作为对照；
5) 取上述菌液1 mL，12000 rpm离心10min，收菌沉淀；
6) 重悬于冰的100 µl PBS中，加入PMSF至终浓度为10 mmol/L。震荡器震荡混匀，加入2×加样缓冲液，煮沸10 min变性，12,000 rpm离心10 min；
7) 分别取诱导前和诱导后的样品10 µl进行SDS-PAGE电泳分析。
（PS：如果表达载体的原核启动子为PL 启动子，则在30 -32 ℃培养数小时，使培养液的OD600达0.4-0.6，迅速使温度升至42 ℃ 继续培养3 -5h ；如果表达载体的原核启动子为tac 等，则37 ℃培养细菌数小时达到对数生长期后加IPTG 至终浓度为1 mmol / L，继续培养3 -5h）
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