[생물 임용 노트]유전자 발현조절 - 2) 세균의 유전자 발현 조절 : Lac operon - 유전자 기능 규명(조절 유전자, 작동 유전자)

구성성 돌연변이 실험 1

유도체 존재 시와 비존재 시 모두 lac mRNA를 생성하는 경우 '상시적으로 발현된다고' 하며, 돌연변이를 통해 구성성 돌연변이를 얻어서 실험을 실시한다.

 

<실험 결과>

I⁺ O⁺ lacZ⁺ : 유도성을 나타냄

I^- O⁺ lacZ⁺ : 구성성을 나타냄

→ lac I는 조절 유전자이며, effector가 없을 때 조절 시스템을 꺼버린다.

 

F' I^- O⁺ lacZ⁺ / I⁺ O⁺ lacZ^+/-

F' I⁺ O⁺ lacZ⁺ / I^- O⁺ lacZ⁺

위의 경우는 둘 다 유도성을 나타냄

→ lac I 유전자 산물은 확산되는 속성을 가지며, lac I는 조절 유전자이며, 산물은 repressor이다.

 

lac I

• 자신의 프로모터를 따로 가지며 작동 유전자와는 독립적으로 작용한다.
• 발현 산물은 repressor이며, 4량체로 작용한다.
• effector는 lactose이며, lactose 존재 시 operator에 결합할 수 없고, lactose가 존재하지 않으면 operator에 결합하여 전사를 억제한다.
• lactose 유사체인 IPTG와도 결합이 가능하다. 따라서 lactose 존재 시와 동일하게 lac operon의 구조 유전자를 발현시키지만 분해되지는 않는다. 따라서 lactose와 달리 장기간 발현 상태를 유지하는 것이 가능하다.

IPTG 존재 여부에 따른 repressor의 operator 결합율

구성성 돌연변이 실험 2

<실험 결과>

F' I⁺ O^c lacZ⁺ / I⁺ O⁺ lacZ^- : 구성성 발현

F' I⁺ O^c lacZ^- / I^- O⁺ lacZ⁺ : 유도성 발현

→ lacZ⁺가 O^c에 인접해 있는 경우만 상시 발현 된다. 이는 같은 DNA 분자 내에서만 가능하다.

 

"이 지역은 비암호화 지역(noncoding region)으로 조절에 관계한다" → operator(작동 유전자)

repressor는 O⁺ 오퍼레이터에 결합하여 lac 구조 유전자의 발현을 억제한다.

 

operator

• operator는 major operator인 O₁과 보조 operator인 O₂와 O₃가 존재한다.
• O₁에만 결합하는 것보다 O₁에 결합한 repressor가 O₂나 O₃에 함께 결합하여 DNA loop를 형성하면 더 크게 저하된다.