Alan: Moleküler genetik · Düzey: İleri IBO
Negatif ve pozitif kontrol birlikte çalışabilir
E. coli'nin klasik lac operonu, laktoz kullanımına ilişkin genlerin düzenlenmesini gösterir. LacI baskılayıcısı operatör dizisine bağlanarak transkripsiyonu engeller. Laktoz metabolizmasından türeyen allolaktoz baskılayıcının DNA'ya bağlanma eğilimini azaltır. Glukoz azaldığında cAMP düzeyi yükselme eğilimindedir; cAMP–CRP (CAP) kompleksi promotere yakın bölgede RNA polimerazın etkin başlatmasını destekleyebilir. Dolayısıyla yalnız 'laktoz varsa lac genleri daima maksimum ifade edilir' demek yanlıştır. Glukoz ve laktozun birlikte bulunduğu koşullarda katabolit baskılanması ve laktozun hücreye alınmasına bağlı etkiler önemlidir.
trp operonunda triptofan, uygun koşullarda baskılayıcıya korepresör gibi etki ederek operatör bağlanmasını artırır. Buna ek olarak enterik bakterilerde attenuasyon, lider peptidin çevrilme hızı ile yeni sentezlenen mRNA'nın alternatif ikincil yapı oluşturması arasındaki bağlantıyı kullanır. Triptofan yüksekken ribozom uygun lider diziyi hızlı geçebilir ve transkripsiyonun erken sonlanmasını kolaylaştıran RNA yapısı oluşabilir. Triptofan düşükken Trp kodonlarında ribozom yavaşlar; alternatif RNA yapısı genlerin transkripsiyonuna izin verebilir. Bu mekanizma transkripsiyon ve translasyonun mekânsal-zamansal eşleşmesinden yararlanır; ökaryotik çekirdekli hücrelerde aynı düzenek doğrudan genellenmez.
Mutant ve raporlayıcı deneyleri
LacI'nin operatöre bağlanamadığı bir mutant, negatif kontrolü kaybedebilir. Bununla birlikte glukoz bolken cAMP–CRP aracılı pozitif aktivasyon zayıf kalabildiği için konstitutif ifade, koşuldan tamamen bağımsız maksimum ifade anlamına gelmeyebilir. Promoter-lacZ raportörü, lacI mutantı, CRP bağlanma motifi mutantı ve belirli glukoz/laktoz kombinasyonlarının çaprazlanması hangi düzenleme düzeyinin etkili olduğunu ayırır.
Sentetik veri (bağıl β-galaktosidaz): glukoz+ / laktoz− =1; glukoz+ / laktoz+ =8; glukoz− / laktoz− =1; glukoz− / laktoz+ =100. Yalnız laktozun bulunması düşük glukoz koşulundaki yüksek ifadeyi açıklamaya yetmez.
Çözümlü problem
LacI operatöre hiçbir koşulda bağlanamıyor, CRP yolu normal çalışıyorsa yüksek glukoz koşulunda operonun maksimum ifade vermemesi neden beklenebilir?
A) DNA yok olur B) cAMP–CRP pozitif aktivasyonu düşüktür C) RNA polimeraz kesin yoktur D) Triptofan operonu kapanır E) Ribozom yoktur.
Yanıt B. Negatif baskının kalkması pozitif aktivasyon gereksinimini ortadan kaldırmaz.
Kaynak yönlendirmesi: OpenStax Biology 2e, bölüm 16.2.
İleri uygulama · Operon deneylerinde trans etkisi ve cis etkisi
Operatör DNA üzerindeki bir bağlanma bölgesi olduğundan tipik mutasyonları yakınındaki genlerin ifade düzeyini cis etkiler; lacI tarafından kodlanan çözünebilir baskılayıcı ise uygun konfigürasyonda başka DNA kopyalarını da trans etkileyebilir. Bir merodiploid hücreye sağlam lacI eklemek lacI⁻ mutasyonunu tamamlayabilir; ancak lacOᶜ operatör mutasyonunda sağlam baskılayıcının dahi bağlanamaması olasıdır. Bu farklılık, merodiploid genetik analizinde nedensel ipucu sağlar.
İkinci analitik soru: Glukoz varlığında ve laktoz da varken β-galaktosidaz 8 birim, glukoz kaldırılınca 100 birimse glukoz yokluğuna geçişin bağıl etkisi kaç kattır? Çözüm: 100/8=12,5 kat. Bu sonuç, yalnız glukozun doğrudan bir baskılayıcı proteine bağlandığı anlamına gelmez; cAMP–CRP düzeyi ve laktoz alımına ilişkin etkiler birlikte rol oynayabilir.