Французские исследователи Франсуа Жакоб и Жак Моно в 1961 г. опубликовали разработанную ими модель негативной индукции на примере регуляции экспрессии лактозного оперона. За своё открытие спустя 4 года они были удостоены звания нобелевских лауреатов.

Лактозный оперон находится под постоянным негативным воздействием, вызванным ассоциацией его области оператора со специфическим белком-репрессором (рис. 12, А). Особенность этого белка заключается в том, что он имеет две специфические области узнавания молекул лактозы. Если лактоза присутствует в клетке, то она взаимодействует с белком-репрессором (по две молекулы лактозы на одну белковую молекулу репрессора), что приводит к изменению его пространственной укладки (конформации) и отсоединению от оператора (рис. 12, Б). Происходит индукция лактозного оперона. Таким образом, лактоза сама выступает в качестве индуктора синтеза ферментов своего катаболизма.

Рис. 12. Регуляция экспрессии лактозного оперона:

Pol – фермент РНК-полимераза; Р – промотор; о – оператор; T –терминатор

 

Кроме того, лактозный оперон может подвергаться позитивной индукции. Дело в том, что промотор лактозного оперона весьма слабый и даже после удаления белка-репрессора  инициация транскрипции с него, без воздействия специального активирующего комплекса, почти не идёт. Активация не происходит до тех пор, пока в среде присутствует глюкоза. И это в полной мере отвечает потребностям самой клетки, поскольку глюкоза является более предпочтительным питательным субстратом и источником углерода. Поэтому нет никакой необходимости усиливать катаболизм «трудноперевариваемой» лактозы. Механизм позитивной индукции лактозного оперона требует, прежде всего, образования циклической формы аденозин-монофосфата (цАМФ). Реакцию его образования из АТФ катализирует фермент аденилат-циклаза. После этот с цАМФ взаимодействует белок CAP, в результате чего образуется активирующий комплекс цАМФ-CAP. Этот комплекс взаимодействует с ДНК в начале лактозного оперона и изменяет конформацию его промотора, что приводит к увеличению сродства промотора к РНК-полимеразе и усилению транскрипции оперона в десятки раз. Начинается усиленное потребление лактозы бактериальной клеткой.

Особенность данного механизма регуляции в том, что непосредственно глюкоза ингибирует аденилат-циклазу и активирует фермент фосфодиэстеразу (рис. 13). Последний катализирует перевод цАМФ в АМФ. Таким образом, при появлении глюкозы происходит разрушение активирующего комплекса, вызывающее значительное снижение уровня экспрессии лактозного оперона. Это пример позитивной репрессии.

Рис. 13. Регуляторное воздействие глюкозы на ферментативные процессы