Одним из уровней регуляции лактозного оперона является регуляция белком-репрессором, который связывается с оператором этого оперона и мешает переходу РНК-полимеразы к элонгации транскрипции. При наличии в клетке индуктора, связывающегося с репрессором, репрессор диссоциирует с оператора и начинается транскрипция. Представьте, что другие уровни регуляции деятельности лактозного оперона не важны, и выберите, что будет происходить с уровнем экспрессии лактозного оперона в отсутствие и в присутствии индуктора относительно нормального уровня экспрессии оперона, когда в среде нет лактозы. Рассмотрите четыре случая: а) в операторе произошла мутация, мешающая связывать репрессор; б) в гене репрессора произошла мутация, приводящая к синтезу нефункционального белка; в) в гене репрессора произошла мутация, приводящая к невозможности связываться с индуктором; г) в гене репрессора произошла мутация, приводящая к невозможности связываться с оператором.​

Давайте разберемся, что будет происходить в каждом из этих случаев. Вопрос касается регуляции лактозного оперона, и мы будем рассматривать влияние мутаций на взаимодействие репрессора с оператором и индуктором в различных ситуациях.

Нормальная ситуация (когда в среде нет лактозы):
Когда в среде нет лактозы, репрессор связывается с оператором лактозного оперона и блокирует доступ РНК-полимеразы к промотору, что предотвращает транскрипцию генов оперона. Это означает, что уровень экспрессии оперона низкий.

Теперь рассмотрим четыре случая:

1. Мутация в операторе, мешающая связываться репрессору:

Если произошла мутация в операторе, которая мешает репрессору связываться с ним, то репрессор не может заблокировать РНК-полимеразу. Следовательно, даже в отсутствии лактозы, репрессор не будет препятствовать транскрипции. Это приведет к повышенной экспрессии лактозного оперона, потому что РНК-полимераза будет свободно транскрибировать гены оперона, несмотря на отсутствие лактозы.

• Результат: Экспрессия оперона будет повышена даже в отсутствие индуктора.

2. Мутация в гене репрессора, приводящая к синтезу нефункционального белка:

Если мутация приводит к синтезу нефункционального репрессора, то этот репрессор не сможет связываться с оператором. В этом случае, несмотря на отсутствие лактозы, репрессор не будет блокировать транскрипцию. Таким образом, РНК-полимераза сможет работать без препятствий, и оперант будет транскрибироваться.

• Результат: Экспрессия оперона будет повышена даже в отсутствие индуктора, так как нефункциональный репрессор не может выполнять свою репрессивную функцию.

3. Мутация в гене репрессора, приводящая к невозможности связываться с индуктором:

В этом случае, репрессор не будет связываться с лактозой (или аналогом лактозы, если это индуктор), а значит, он останется связанным с оператором и будет блокировать транскрипцию. Это приведет к тому, что даже в присутствии лактозы оперон не будет активироваться, потому что репрессор не изменит свою конформацию и не отсоединится от оператора.

• Результат: Экспрессия оперона будет понижена или вообще отсутствовать в присутствии индуктора, так как репрессор не может быть удален с оператора.

4. Мутация в гене репрессора, приводящая к невозможности связываться с оператором:

Если мутация сделает репрессор неспособным связываться с оператором, то репрессор не будет блокировать РНК-полимеразу и не будет препятствовать транскрипции. В таком случае, оперант будет транскрибироваться даже в отсутствие индуктора, поскольку репрессор не выполняет свою репрессивную функцию.

• Результат: Экспрессия оперона будет повышена как в присутствии индуктора, так и без него, так как репрессор не может блокировать транскрипцию.

Резюме:

• а) Мутация в операторе: повышенная экспрессия оперона (репрессор не может связаться с оператором).
• б) Мутация в гене репрессора (нефункциональный белок): повышенная экспрессия оперона (репрессор не функционирует).
• в) Мутация в гене репрессора (не связывается с индуктором): пониженная или отсутствующая экспрессия оперона (репрессор не может диссоциировать от оператора).
• г) Мутация в гене репрессора (не связывается с оператором): повышенная экспрессия оперона (репрессор не может блокировать транскрипцию).