O tema central da questão é o operon lac, um modelo clássico de regulação gênica em bactérias, especificamente em Escherichia coli. Esse sistema é um exemplo importante de como a expressão de genes pode ser regulada em resposta a sinais ambientais, como a presença de lactose. Compreender o funcionamento do operon lac é crucial para qualquer estudante da área biomédica, pois ele ilustra princípios básicos de regulação gênica que são aplicáveis a sistemas mais complexos.

Vamos analisar cada uma das alternativas:

A - No sistema lac, a presença do indutor lactose faz com que as células produzam em grande quantidade a enzima beta-galactosidase.

Esta alternativa está correta. A lactose, ou um análogo como o IPTG, se liga ao repressor lac, mudando sua conformação e impedindo-o de se ligar ao operador. Isso permite a transcrição dos genes do operon, incluindo o gene que codifica a enzima beta-galactosidase, que então é produzida em grandes quantidades.

B - As mutações constitutivas no operon lac levam à expressão dos genes do operon de forma independente do indutor.

Também correta. Mutações constitutivas geralmente ocorrem no gene do repressor ou no operador, fazendo com que os genes do operon sejam expressos continuamente, independentemente da presença do indutor.

C - O indutor lactose pode ser substituído pelo indutor sintético isopropil-beta-D-tiogalactosidase (IPTG), porém o IPTG é hidrolisado pela beta-galactosidase, diminuindo sua capacidade de indução em períodos mais longos.

Esta é a alternativa incorreta. O IPTG é um indutor sintético muito utilizado justamente porque não é hidrolisado pela beta-galactosidase, permitindo uma indução estável e contínua. Esta característica do IPTG é crucial para experimentos laboratoriais onde a expressão prolongada do operon é desejada.

D - O gene da permease está em cis em relação ao operador.

Correta. No contexto da genética, um gene está em cis quando está localizado na mesma molécula de DNA que o operador que regula sua expressão, o que é o caso da permease no operon lac.

E - O gene I é de ação em trans, o que significa que o produto gênico pode regular todos os genes estruturais do operon lac, estejam eles residindo em uma mesma molécula ou em moléculas diferentes.

Correta. O gene I codifica o repressor lac, que é uma proteína que pode se difundir e atuar sobre qualquer cópia do operon lac, não importando se está na mesma molécula de DNA ou em uma diferente, caracterizando sua ação em trans.

Em suma, a alternativa C é a que contém a afirmação incorreta sobre o sistema lac.

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A alternativa incorreta é a letra D. Na verdade, o gene da permease está em trans em relação ao operador. O operador é o local de ligação da proteína reguladora LacI, que impede a transcrição do operon. Já a permease é uma proteína que faz parte do sistema de transporte de lactose para o interior da célula e é codificada em outro gene. Portanto, o gene da permease está em trans, ou seja, em outra molécula de DNA em relação ao operador. As demais alternativas estão corretas, como a produção de beta-galactosidade em resposta à lactose, a substituição da lactose pelo IPTG que é hidrolisado pela enzima, a ação do geneIem trans regulando os genes do operon e as mutações constitutivas que levam à expressão dos genes de forma independente do indutor.