โอเปรอนแลคโต ส ( lac operon) เป็นโอเปรอนที่จำเป็นสำหรับการขนส่งและการเผา ผลาญ แลคโตสในE. coliและแบคทีเรียในลำไส้ อื่นๆ อีกมากมาย แม้ว่ากลูโคสจะเป็นแหล่งคาร์บอนที่แบคทีเรียในลำไส้ส่วนใหญ่ชอบ แต่lac operon ช่วยให้สามารถย่อยแลคโตสได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อไม่มีกลูโคส โดยอาศัยการทำงานของβ-galactosidase [ ^{1 ] การ}ควบคุมยีนของlac operon เป็นกลไกการควบคุมทางพันธุกรรมแรกที่เข้าใจได้อย่างชัดเจน ดังนั้นจึงกลายเป็นตัวอย่างสำคัญของการควบคุมยีนในโปรคาริโอต ด้วยเหตุนี้จึงมักมีการกล่าวถึงใน ชั้นเรียน ชีววิทยาโมเลกุลและ เซลล์เบื้องต้น ระบบการเผาผลาญแลคโตสนี้ถูกใช้โดย François JacobและJacques Monodเพื่อกำหนดว่าเซลล์ชีวภาพรู้ได้อย่างไรว่าควรสังเคราะห์เอนไซม์ใด งานของพวกเขาเกี่ยวกับlac operon ทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาในปี 1965 ^{[ 1 ]}

เซลล์แบคทีเรียส่วนใหญ่ รวมทั้งอี. โคไลขาด อินทรอนในจีโนม และยังไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส ด้วย ดังนั้น การควบคุมยีนโดยโอเปรอนแลคจึงเกิดขึ้นในระดับการถอดรหัส โดยควบคุมการถอดรหัสของดีเอ็นเอ

โอเปรอนของแบคทีเรียเป็นทรานสคริปต์แบบโพลีซิส โทรนิก ที่สามารถสร้างโปรตีนได้หลายชนิดจาก ทรานสคริปต์ mRNA เดียว ในกรณีนี้ เมื่อแบคทีเรียต้องการแลคโตสเป็น แหล่ง น้ำตาลยีนทั้งสามของโอ เปรอน lacสามารถถูกถอดรหัสและโปรตีนที่ตามมาจะถูกแปลรหัส ได้แก่lacZ , lacYและlacAผลิตภัณฑ์ของยีนlacZคือβ-galactosidaseซึ่งย่อยสลายแลคโตส ซึ่ง เป็นไดแซ็กคาไรด์ให้เป็นกลูโคสและกาแลคโตส lacY เข้ารหัส β -galactoside permeaseซึ่งเป็นโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ที่ฝังตัวอยู่ในเยื่อหุ้มพลาสมาเพื่อช่วยในการขนส่งแลคโตสเข้าสู่เซลล์ และสุดท้ายlacAเข้ารหัสβ-galactoside transacetylase

โปรดทราบว่าจำนวนคู่เบสในแผนภาพข้างต้นไม่ได้แสดงตามสเกลจริง ในความเป็นจริงแล้วมีคู่เบสมากกว่า 5300 คู่ในโอเปรอนแลค^{[ 2 ]}

การผลิตเอนไซม์จะสิ้นเปลืองหากไม่มีแลคโตสหรือมีแหล่งพลังงานที่เหมาะสมกว่า เช่น กลูโคส โอเปรอนแลคใช้กลไกควบคุมสองส่วนเพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์จะใช้พลังงานในการผลิตเอนไซม์ที่เข้ารหัสโดยโอ เปรอน แลคเฉพาะเมื่อจำเป็นเท่านั้น^{[ 3 ]}

ในกรณีที่ไม่มีแลคโตส โปรตีนlac repressorซึ่งถูกเข้ารหัสโดยlacIจะหยุดการผลิตเอนไซม์และโปรตีนขนส่งที่ถูกเข้ารหัสโดยlac operon ^{[ 4 ]}โดยจะทำเช่นนั้นโดยการปิดกั้นDNA dependent RNA polymeraseการปิดกั้น/การหยุดนี้ไม่สมบูรณ์แบบ และมีการแสดงออกของยีน ในปริมาณเล็กน้อย เกิดขึ้นตลอดเวลา โปรตีน repressor จะถูกแสดงออกเสมอ แต่lac operon (เช่น เอนไซม์และโปรตีนขนส่ง) จะถูกยับยั้งเกือบสมบูรณ์ ทำให้มีการแสดงออกในระดับพื้นฐานเล็กน้อย หากไม่เป็นเช่นนั้น จะไม่มีโปรตีนขนส่ง lacY ในเยื่อหุ้มเซลล์ ดังนั้นlac operon จะไม่สามารถตรวจจับการมีอยู่ของแลคโตสได้

เมื่อมีแลคโตสแต่ไม่มีกลูโคส แลคโตสบางส่วนจะเข้าสู่เซลล์โดยใช้โปรตีนขนส่งที่มีอยู่แล้วซึ่งถูกเข้ารหัสโดยยีน lacY จากนั้นแลคโตสจะรวมตัวกับตัวยับยั้งและทำให้มันไม่ทำงาน ส่งผลให้โอ เปรอน lac สามารถ แสดงออกได้ จากนั้นจะมีการสังเคราะห์ β-galactoside permease เพิ่มขึ้น ทำให้แลคโตสเข้าสู่เซลล์ได้มากขึ้น และเอนไซม์ที่ถูกเข้ารหัสโดยยีน lacZ และ lacA สามารถย่อยสลายแลคโตสได้

อย่างไรก็ตาม ในสภาวะที่มีกลูโคส ไม่ว่าจะมีแลคโตสอยู่หรือไม่ก็ตาม โอเปรอนจะถูกยับยั้ง เนื่องจากโปรตีนตัวกระตุ้นแคตาโบไลต์ (CAP) ซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างเอนไซม์ ยังคงไม่ทำงาน และEIIA ^Glcจะปิดการทำงานของแลคโตสเพอร์มีเอสเพื่อป้องกันการขนส่งแลคโตสเข้าสู่เซลล์ กลไกการควบคุมแบบคู่ขนานนี้ทำให้เกิดการใช้กลูโคสและแลคโตสตามลำดับในสองระยะการเจริญเติบโตที่แตกต่างกัน ซึ่งเรียกว่า ไดออกซี(diauxie )

• โอ เปรอน แลคประกอบด้วยยีนโครงสร้าง 3 ยีน และโปรโมเตอร์เทอร์มิเนเตอร์เรกูเลเตอร์และโอ เป อ เรเตอร์ยีนโครงสร้างทั้งสามได้แก่lacZ , lacYและlacA
  • lacZเข้ารหัสβ-galactosidase (LacZ) ซึ่งเป็นเอนไซม์ ภายในเซลล์ ที่แยกไดแซ็กคาไรด์แลคโตสออกเป็นกลูโคสและกาแลคโตสนอกจากนี้ยังมีบทบาทในการเปลี่ยนแลคโตสเป็นอัลโลแลคโตส (ซึ่งควบคุม ตัวยับยั้ง lac ) ^{[ 5 ]}
  • ยีน lacYเข้ารหัสโปรตีน β-galactoside permease (LacY) ซึ่งเป็นโปรตีนขนส่งสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ (transmembrane symporter)ที่ทำหน้าที่ปั๊มβ-galactosideรวมทั้งแลคโตส เข้าสู่เซลล์โดยใช้ความแตกต่างของความเข้มข้นของโปรตอนในทิศทางเดียวกัน โปรตีนขนส่งสารนี้ช่วยเพิ่มการซึมผ่านของเซลล์ต่อβ- galactoside
  • ยีน lacAเข้ารหัส เอนไซม์ β-galactoside transacetylase (LacA) ซึ่งทำหน้าที่ถ่ายโอนหมู่แอซิทิลจาก acetyl-CoA ไปยัง thiogalactoside

ดูเหมือนว่า เฉพาะยีน lacZและlacY เท่านั้น ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการสลาย แลคโต ส

ตามจำนวนแล้วlacIมี 1100 bps, lacZมี 3000 bps, lacYมี 800 bps, lacAมี 800 bps โดย 3 bps สอดคล้องกับกรดอะมิโน 1 ตัว^{[ 6 ]}

มีการใช้ตัวย่อสามตัวอักษรเพื่ออธิบายลักษณะทางฟีโนไทป์ในแบคทีเรีย รวมถึงแบคทีเรียอี. โคไล

ตัวอย่างเช่น:

• แลค (ความสามารถในการใช้แลคโตส)
• ความสามารถของเขา (ในการสังเคราะห์กรดอะมิโนฮิสติดีน)
• การเคลื่อนที่ (การว่ายน้ำ)
• Sm ^R (ความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะสเตร ปโตมัยซิน )

ในกรณีของ Lac เซลล์ชนิดปกติ (wild type) จะเป็น Lac ⁺และสามารถใช้แลคโตสเป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงานได้ ในขณะที่เซลล์กลายพันธุ์ Lac− ^ไม่สามารถใช้แลคโตสได้ โดยทั่วไปจะใช้ตัวอักษรสามตัวเดียวกัน (ตัวพิมพ์เล็ก ตัวเอียง) ในการระบุยีนที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะ โดยแต่ละยีนที่แตกต่างกันจะถูกแยกแยะด้วยตัวอักษรเพิ่มเติมอีกหนึ่งตัว ยีน lacที่เข้ารหัสเอนไซม์ ได้แก่lacZ , lacYและlacAยีนlacตัวที่สี่ คือ lacIซึ่งเข้ารหัสตัวยับยั้งแลคโตส—"I" ย่อมาจากinducibility (ความสามารถในการเหนี่ยวนำ )

เราอาจแยกแยะความแตกต่างระหว่าง ยีน โครงสร้างที่เข้ารหัสเอนไซม์ และยีนควบคุมที่เข้ารหัสโปรตีนซึ่งส่งผลต่อการแสดงออกของยีน การใช้งานในปัจจุบันขยายขอบเขตการตั้งชื่อตามลักษณะทางฟีโนไทป์ไปใช้กับโปรตีนด้วย ดังนั้น LacZ จึงเป็นผลิตภัณฑ์โปรตีนของ ยีน lacZซึ่งก็คือ β-galactosidase ลำดับสั้นๆ ต่างๆ ที่ไม่ใช่ยีนก็ส่งผลต่อการแสดงออกของยีนเช่นกัน รวมถึงโปรโมเตอร์lac ( lac p)และตัวดำเนินการlac ( lac o ) แม้ว่าจะไม่ใช่การใช้งานที่เป็นมาตรฐานอย่างเคร่งครัด แต่การกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อlac oจะถูกเรียกว่าlac o ^cด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์

การควบคุม ยีน lac อย่างจำเพาะ เจาะจงขึ้นอยู่กับความพร้อมของสารตั้งต้นแลคโตสต่อแบคทีเรีย โปรตีนจะไม่ถูกผลิตโดยแบคทีเรียเมื่อไม่มีแลคโตสเป็นแหล่งคาร์บอน ยีน lacถูกจัดเรียงเป็นโอเปรอนกล่าวคือ พวกมันเรียงตัวในทิศทางเดียวกันติดกันบนโครโมโซมและถูกถอดรหัสร่วมกันเป็น โมเลกุล mRNA โพลีซิสโทรนิ กเดียว การถอดรหัสของยีนทั้งหมดเริ่มต้นด้วยการจับของเอนไซม์RNA polymerase (RNAP) ซึ่งเป็น โปรตีนที่จับกับ DNAโดยจะจับกับตำแหน่งการจับ DNA จำเพาะ คือโปรโมเตอร์ ซึ่ง อยู่เหนือยีนทันที การจับของ RNA polymerase กับโปรโมเตอร์ได้รับการช่วยเหลือจาก โปรตีน catabolite activatorที่จับกับcAMP (CAP หรือที่รู้จักกันในชื่อโปรตีนตัวรับ cAMP) ^{[ 7 ]} อย่างไรก็ตาม ยีน lacI (ยีนควบคุมสำหรับ โอเปรอน lac ) ผลิตโปรตีนที่ขัดขวางไม่ให้ RNAP จับกับตัวดำเนินการของโอเปรอน โปรตีนนี้จะถูกกำจัดได้ก็ต่อเมื่ออัลโลแลคโตสจับกับมันและทำให้มันไม่ทำงาน โปรตีนที่สร้างขึ้นโดย ยีน lacIเรียกว่า lac repressor ประเภทของการควบคุมที่lac operon ประสบเรียกว่า negative inducible ซึ่งหมายความว่ายีนจะถูกปิดโดยปัจจัยควบคุม ( lac repressor) เว้นแต่จะมีการเพิ่มโมเลกุลบางอย่าง (แลคโตส) เมื่อ repressor ถูกกำจัดออกไป RNAP จะดำเนินการถอดรหัสยีนทั้งสาม ( lacZYA ) เป็น mRNA ยีนแต่ละตัวบนสาย mRNA มีลำดับ Shine-Dalgarno ของตัวเอง ดังนั้นยีนจึงถูกแปลอย่างอิสระ^{[ 8 ]}ลำดับ DNA ของE. coli lac operon , mRNA lacZYAและ ยีน lacIมีอยู่ในGenBank (ดู )

กลไกการควบคุมแรกคือการตอบสนองต่อแลคโตส ซึ่งใช้โปรตีนควบคุม ภายในเซลล์ ที่เรียกว่าแลคโตสรีเพรสเซอร์เพื่อยับยั้งการผลิตβ-galactosidaseในกรณีที่ไม่มีแลคโตส ยีน lacIที่เข้ารหัสรีเพรสเซอร์อยู่ใกล้กับ โอเปรอน lacและมีการแสดงออกอยู่เสมอ ( constitutive ) หากไม่มีแลคโตสในอาหารเลี้ยงเซลล์ รีเพรสเซอร์จะจับกับลำดับดีเอ็นเอสั้นๆ ที่อยู่ถัดจากโปรโมเตอร์ใกล้กับจุดเริ่มต้นของlacZซึ่งเรียกว่าlac operator อย่างแน่นหนา การจับกันของรีเพรสเซอร์กับ operator จะขัดขวางการจับกันของ RNAP กับโปรโมเตอร์ ดังนั้น mRNA ที่เข้ารหัส LacZ และ LacY จึงถูกสร้างขึ้นในระดับต่ำมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อเซลล์เจริญเติบโตในที่ที่มีแลคโตส เมตาโบไลต์ของแลคโตสที่เรียกว่าอัลโลแลคโตส ซึ่งสร้างจากแลคโตสโดยผลิตภัณฑ์ของ ยีน lacZจะจับกับรีเพรสเซอร์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบอัลโลสเตอริก เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงเช่นนี้ ตัวยับยั้งจะไม่สามารถจับกับตัวดำเนินการได้ ทำให้ RNAP สามารถถอดรหัส ยีน lac ได้ ส่งผลให้ระดับของโปรตีนที่เข้ารหัสสูงขึ้น

กลไกการควบคุมที่สองคือการตอบสนองต่อกลูโคส ซึ่งใช้โปรตีนตัวกระตุ้นแคตาโบไลต์ (CAP) โฮโมไดเมอร์เพื่อเพิ่มการผลิต β-galactosidase อย่างมากในกรณีที่ไม่มีกลูโคส ไซคลิกอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต (cAMP) เป็นโมเลกุลสัญญาณที่มีปริมาณแปรผกผันกับปริมาณของกลูโคส มันจะจับกับ CAP ซึ่งจะทำให้ CAP สามารถจับกับตำแหน่งการจับของ CAP (ลำดับ DNA 16 bp ต้นน้ำของโปรโมเตอร์ทางด้านซ้ายในแผนภาพด้านล่าง ประมาณ 60 bp ต้นน้ำของตำแหน่งเริ่มต้นการถอดรหัส) ^{[ 9 ]}ซึ่งช่วยให้ RNAP จับกับ DNA ในกรณีที่ไม่มีกลูโคส ความเข้มข้นของ cAMP จะสูง และการจับกันของ CAP-cAMP กับ DNA จะเพิ่มการผลิต β-galactosidase อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เซลล์สามารถไฮโดรไลซ์แลคโตสและปล่อยกาแลคโตสและกลูโคสออกมาได้

เมื่อไม่นานมานี้ พบว่าการกีดกันตัวเหนี่ยวนำสามารถปิดกั้นการแสดงออกของlac operon เมื่อมีกลูโคสอยู่ กลูโคสถูกขนส่งเข้าสู่เซลล์โดยระบบฟอสโฟทรานสเฟอเรสที่ ขึ้นอยู่กับ PEP หมู่ฟอสเฟตของฟอสโฟอีโนลไพรูเวตจะถูกถ่ายโอนผ่านลำดับการฟอสฟอริเลชันที่ประกอบด้วยโปรตีน PTS (ระบบฟอสโฟทรานสเฟอเรส) ทั่วไป HPr และ EIA และโปรตีน PTS เฉพาะกลูโคส EIIA ^Glcและ EIIB ^Glcซึ่งเป็นโดเมนไซโตพลาสมิกของตัวขนส่งกลูโคส EII การขนส่งกลูโคสจะมาพร้อมกับการฟอสฟอริเลชันโดย EIIB ^Glcซึ่งดึงหมู่ฟอสเฟตออกจากโปรตีน PTS อื่นๆ รวมถึง EIIA ^Glcรูปแบบที่ไม่ได้รับการฟอสฟอริเลชันของ EIIA ^Glcจะจับกับlac permease และป้องกันไม่ให้นำแลคโตสเข้าสู่เซลล์ ดังนั้น หากมีทั้งกลูโคสและแลคโตส การขนส่งกลูโคสจะปิดกั้นการขนส่งตัวเหนี่ยวนำของlac operon ^{[ 10 ]}

โปรตีนlac repressorเป็นโปรตีนสี่ส่วน หรือเทตราเมอร์ ที่มีหน่วยย่อยเหมือนกันทุกประการ แต่ละหน่วยย่อยมีโครงสร้างแบบ helix-turn-helix (HTH) ที่สามารถจับกับ DNA ได้ บริเวณ operator site ที่ repressor จับนั้นเป็นลำดับ DNA ที่มีสมมาตรแบบ inverted repeat ครึ่งไซต์ DNA สองส่วนของ operator จะจับกับหน่วยย่อยสองส่วนของ repressor แม้ว่าหน่วยย่อยอีกสองส่วนของ repressor จะไม่ได้ทำอะไรเลยในแบบจำลองนี้ แต่คุณสมบัตินี้ก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจมานานหลายปี

ในที่สุดก็มีการค้นพบว่ามีตัวดำเนินการเพิ่มเติมอีกสองตัวที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมlac ^{[ 11 ]} ตัวหนึ่ง (O ₃ ) อยู่ห่างจาก O ₁ ประมาณ −90 bp ทางด้านต้นน้ำ ที่ปลาย ยีน lacIและอีกตัวหนึ่ง (O _{2 ) อยู่ห่างจาก O 1}ประมาณ +410 bp ทางด้านปลายน้ำในส่วนต้นของlacZไม่พบไซต์ทั้งสองนี้ในงานวิจัยก่อนหน้านี้เนื่องจากมีฟังก์ชันที่ซ้ำซ้อน และการกลายพันธุ์เพียงครั้งเดียวไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการยับยั้งมากนัก การกลายพันธุ์เพียงครั้งเดียวใน O ₂หรือ O ₃มีผลเพียง 2 ถึง 3 เท่า อย่างไรก็ตาม ความสำคัญของพวกมันได้รับการพิสูจน์แล้วจากข้อเท็จจริงที่ว่าการกลายพันธุ์คู่ที่บกพร่องทั้งใน O ₂และ O ₃จะถูกปลดปล่อยจากการยับยั้งอย่างมาก (ประมาณ 70 เท่า)

ในแบบจำลองปัจจุบัน โปรตีน lac repressor จะจับกับทั้งตัวดำเนินการหลัก O ₁และกับ O ₂หรือ O ₃ พร้อมกัน ส่วน DNA ที่อยู่ระหว่างนั้นจะโค้งออกไปจากคอมเพล็กซ์ ลักษณะที่ซ้ำซ้อนของตัวดำเนินการรองทั้งสองบ่งชี้ว่าไม่ใช่คอมเพล็กซ์ที่โค้งงอเฉพาะเจาะจงที่สำคัญ แนวคิดหนึ่งคือระบบทำงานผ่านการยึดเหนี่ยว หากโปรตีน repressor ที่จับอยู่หลุดออกจาก O ₁ชั่วขณะ การจับกับตัวดำเนินการรองจะทำให้มันอยู่ในบริเวณใกล้เคียงเพื่อให้สามารถจับใหม่ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะเพิ่มความสัมพันธ์ของโปรตีน repressor กับO ₁

ตัวยับยั้งเป็นโปรตีนอัลโลสเตอริก กล่าวคือ มันสามารถมีรูปร่างที่แตกต่างกันเล็กน้อยได้สองแบบ ซึ่งอยู่ในสมดุลกัน ในรูปแบบหนึ่ง ตัวยับยั้งจะจับกับ DNA ของตัวดำเนินการด้วยความจำเพาะสูง และในอีกรูปแบบหนึ่ง มันจะสูญเสียความจำเพาะไป ตามแบบจำลองคลาสสิกของการเหนี่ยวนำ การจับของตัวเหนี่ยวนำ ไม่ว่าจะเป็นอัลโลแลคโตสหรือ IPTG กับตัวยับยั้ง จะส่งผลต่อการกระจายตัวของตัวยับยั้งระหว่างสองรูปร่าง ดังนั้น ตัวยับยั้งที่มีตัวเหนี่ยวนำจับอยู่จะมีความเสถียรในโครงสร้างที่ไม่จับกับ DNA อย่างไรก็ตาม แบบจำลองง่ายๆ นี้ไม่สามารถอธิบายได้ทั้งหมด เพราะตัวยับยั้งจับกับ DNA ได้อย่างค่อนข้างเสถียร แต่กลับถูกปล่อยออกมาอย่างรวดเร็วเมื่อเติมตัวเหนี่ยวนำ ดังนั้น จึงเห็นได้ชัดว่าตัวเหนี่ยวนำสามารถจับกับตัวยับยั้งได้แม้ว่าตัวยับยั้งจะจับกับ DNA อยู่แล้วก็ตาม กลไกการจับที่แน่นอนยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด^{[ 12 ]}

การจับแบบไม่จำเพาะของโปรตีนรีเพรสเซอร์กับดีเอ็นเอมีบทบาทสำคัญในการยับยั้งและกระตุ้นการทำงานของ Lac-operon ตำแหน่งการจับแบบจำเพาะของโปรตีนรีเพรสเซอร์ Lac คือโอเปอเรเตอร์ การจับแบบไม่จำเพาะนั้นเกิดขึ้นโดยอาศัยปฏิกิริยาประจุต่อประจุเป็นหลัก ในขณะที่การจับกับโอเปอเรเตอร์นั้นได้รับการเสริมแรงด้วยปฏิกิริยาไฮโดรโฟบิก นอกจากนี้ ยังมีลำดับดีเอ็นเอที่ไม่จำเพาะจำนวนมากที่รีเพรสเซอร์สามารถจับได้ โดยพื้นฐานแล้ว ลำดับใดๆ ที่ไม่ใช่โอเปอเรเตอร์ ถือว่าไม่จำเพาะ การศึกษาแสดงให้เห็นว่า หากไม่มีการจับแบบไม่จำเพาะ การกระตุ้น (หรือการปลดปล่อยการยับยั้ง) ของ Lac-operon จะไม่เกิดขึ้นได้ แม้จะมีระดับของอินดิวเซอร์ที่อิ่มตัวแล้วก็ตาม มีการแสดงให้เห็นว่า หากไม่มีการจับแบบไม่จำเพาะ ระดับการกระตุ้นพื้นฐานจะน้อยกว่าที่สังเกตได้ตามปกติถึงหมื่นเท่า นี่เป็นเพราะดีเอ็นเอที่ไม่จำเพาะทำหน้าที่เหมือน "แหล่งดักจับ" สำหรับโปรตีนรีเพรสเซอร์ ทำให้พวกมันเบี่ยงเบนความสนใจจากโอเปอเรเตอร์ ลำดับที่ไม่จำเพาะจะลดปริมาณของรีเพรสเซอร์ที่มีอยู่ในเซลล์ ซึ่งจะช่วยลดปริมาณตัวกระตุ้นที่จำเป็นในการปลดปล่อยระบบ^{[ 13 ]}

มีการค้นพบอนุพันธ์หรือสารอนาล็อกของแลคโตสจำนวนหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการทำงานกับโอเปรอนแลคได้ สารประกอบเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นกาแลคโตไซด์ที่มีการแทนที่ โดยที่หมู่กลูโคสของแลคโตสถูกแทนที่ด้วยหมู่เคมีอื่น

• ไอโซโพรพิล-β-D-ไทโอแกลคโทไพราโนไซด์ (IPTG) มักใช้เป็นตัวกระตุ้นของแลคโอเปรอนสำหรับการทำงานทางสรีรวิทยา^[1] IPTG จับกับรีเพรสเซอร์และทำให้มันไม่ทำงาน แต่ไม่ใช่สารตั้งต้นสำหรับ β-กาแลคโตซิเดส ข้อดีอย่างหนึ่งของ IPTG สำหรับ การศึกษา ในร่างกายคือ เนื่องจากE. coli ไม่สามารถเผาผลาญมัน ได้ ความเข้มข้นของมันจึงคงที่ และอัตราการแสดงออกของ ยีนที่ควบคุมโดย lac p/oจะไม่เปลี่ยนแปลงในการทดลอง การดูดซึม IPTG ขึ้นอยู่กับการทำงานของแลคโตสเพอร์มีเอสในP. fluorescensแต่ไม่ขึ้นอยู่กับในE. coli ^{[ 14 ]}
• ฟีนิล-β-D-กาแลคโตส (phenyl-Gal) เป็นสารตั้งต้นของ β-กาแลคโตซิเดส แต่ไม่ทำให้รีเพรสเซอร์ไม่ทำงาน ดังนั้นจึงไม่ใช่ตัวเหนี่ยวนำ เนื่องจากเซลล์ชนิดปกติผลิต β-กาแลคโตซิเดสได้น้อยมาก จึงไม่สามารถเจริญเติบโตได้บน phenyl-Gal เป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงาน ส่วนกลายพันธุ์ที่ขาดรีเพรสเซอร์สามารถเจริญเติบโตได้บน phenyl-Gal ดังนั้น สื่อเลี้ยงขั้นต่ำที่มีเพียง phenyl-Gal เป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงาน จึงคัดเลือกเฉพาะกลายพันธุ์รีเพรสเซอร์และกลายพันธุ์โอเปอเรเตอร์ได้ หากนำ เซลล์ชนิดปกติ ^10⁸เซลล์ไปเพาะบนจานวุ้นที่มี phenyl-Gal โคลนีที่เจริญเติบโตได้ส่วนใหญ่จะเป็นกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติซึ่งส่งผลต่อรีเพรสเซอร์ การกระจายตัวสัมพัทธ์ของกลายพันธุ์รีเพรสเซอร์และโอเปอเรเตอร์ได้รับผลกระทบจากขนาดของเป้าหมาย เนื่องจากยีน lacIที่เข้ารหัสรีเพรสเซอร์มีขนาดใหญ่กว่าโอเปอเรเตอร์ประมาณ 50 เท่า กลายพันธุ์รีเพรสเซอร์จึงมีจำนวนมากกว่าในการคัดเลือก
• ไทโอเมทิลกาแลคโตไซด์ [TMG] เป็นอะนาล็อกของแลคโตสอีกชนิดหนึ่ง สารเหล่านี้ยับยั้งตัวยับยั้ง lacI ที่ความเข้มข้นของตัวเหนี่ยวนำต่ำ ทั้ง TMG และ IPTG สามารถเข้าสู่เซลล์ผ่านทางแลคโตสเพอร์มีเอสได้ อย่างไรก็ตาม ที่ความเข้มข้นของตัวเหนี่ยวนำสูง อะนาล็อกทั้งสองชนิดสามารถเข้าสู่เซลล์ได้โดยอิสระ TMG สามารถลดอัตราการเจริญเติบโตที่ความเข้มข้นภายนอกเซลล์สูงได้^{[ 15 ]}
• สารประกอบอื่นๆ ทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ที่มีสีสันของกิจกรรมของเอนไซม์ β-galactosidase
  • ONPGจะถูกแยกออกเพื่อให้ได้สารประกอบสีเหลืองเข้ม คือออร์โธไนโตรฟีนอลและกาแลคโตส และมักใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการทดสอบ β-กาแลคโตซิเดสในหลอดทดลอง^{[ 16 ]}
  • โคโลนีที่ผลิต β-galactosidase จะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินโดยX-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactoside) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นเทียมสำหรับ B-galactosidase โดยการแตกตัวจะทำให้เกิดกาแลคโตสและอินดิโก 4-Cl,3-Br จึงทำให้เกิดสีน้ำเงินเข้ม^{[ 17 ]}
• อัลโลแลคโตสเป็นไอโซเมอร์ของแลคโตสและเป็นตัวเหนี่ยวนำของแลคโอเปรอน แลคโตสคือ กาแลคโตส-β(1→4)-กลูโคส ในขณะที่อัลโลแลคโตสคือ กาแลคโตส-β(1→6)-กลูโคส แลคโตสถูกเปลี่ยนเป็นอัลโลแลคโตสโดย β-กาแลคโตซิเดสในปฏิกิริยาทางเลือกนอกเหนือจากปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส การทดลองทางสรีรวิทยาที่แสดงให้เห็นถึงบทบาทของ LacZ ในการผลิตตัวเหนี่ยวนำ "ที่แท้จริง" ใน เซลล์ E. coliคือการสังเกตว่าเซลล์กลายพันธุ์ที่ไม่มีLacZยังคงสามารถผลิต LacY เพอร์มีเอสได้เมื่อเลี้ยงด้วย IPTG ซึ่งเป็นอะนาล็อกของอัลโลแลคโตสที่ไม่สามารถไฮโดรไลซิสได้ แต่ไม่สามารถผลิตได้เมื่อเลี้ยงด้วยแลคโตส คำอธิบายคือ การประมวลผลแลคโตสเป็นอัลโลแลคโตส (เร่งปฏิกิริยาโดย β-กาแลคโตซิเดส) เป็นสิ่งจำเป็นในการผลิตตัวเหนี่ยวนำภายในเซลล์

จุลินทรีย์ทดลองที่François JacobและJacques Monod ใช้ คือแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการทั่วไปอย่างE. coliแต่แนวคิดการควบคุมพื้นฐานหลายอย่างที่ Jacob และ Monod ค้นพบนั้นเป็นพื้นฐานสำหรับ การควบคุม เซลล์ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด^{[ 18 ]}แนวคิดหลักคือโปรตีนจะไม่ถูกสังเคราะห์เมื่อไม่จำเป็น — E. coliอนุรักษ์ทรัพยากรและพลังงานของเซลล์โดยไม่สร้างโปรตีน Lac ทั้งสามชนิดเมื่อไม่จำเป็นต้องเผาผลาญแลคโตส เช่น เมื่อมีน้ำตาลชนิดอื่นเช่นกลูโคสอยู่ ส่วนต่อไปนี้จะกล่าวถึงวิธีที่E. coliควบคุมยีนบางชนิดเพื่อตอบสนองต่อความต้องการทางเมตาบอลิ ซึม

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองโมโนด์กำลังทดสอบผลกระทบของการผสมผสานของน้ำตาลในฐานะแหล่งสารอาหารสำหรับE. coliและB. subtilisโมโนด์กำลังติดตามการศึกษาที่คล้ายกันซึ่งดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ กับแบคทีเรียและยีสต์ เขาพบว่าแบคทีเรียที่เติบโตด้วยน้ำตาลสองชนิดที่แตกต่างกันมักแสดงการเจริญเติบโตสองระยะ ตัวอย่างเช่น หากมีทั้งกลูโคสและแลคโตส กลูโคสจะถูกเผาผลาญก่อน (ระยะการเจริญเติบโตที่ 1 ดูรูปที่ 2) จากนั้นแลคโตส (ระยะการเจริญเติบโตที่ 2) แลคโตสจะไม่ถูกเผาผลาญในช่วงแรกของเส้นโค้งการเจริญเติบโตแบบไดออกซิก เนื่องจาก β-galactosidase ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นเมื่อมีทั้งกลูโคสและแลคโตสอยู่ในตัวกลาง โมโนด์ตั้งชื่อปรากฏการณ์นี้ว่าไดออกซิก^{[ 19 ]}

จากนั้น Monod ก็มุ่งความสนใจไปที่การเหนี่ยวนำการก่อตัวของ β-galactosidase ที่เกิดขึ้นเมื่อแลคโตสเป็นน้ำตาลเพียงชนิดเดียวในอาหารเลี้ยงเชื้อ^{[ 20 ]}

ความก้าวหน้าเชิงแนวคิดของ Jacob และ Monod ^{[ 21 ]}คือการตระหนักถึงความแตกต่างระหว่างสารควบคุมและตำแหน่งที่สารเหล่านั้นทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีน Jacob อดีตทหาร ใช้การเปรียบเทียบเครื่องบินทิ้งระเบิดที่จะปล่อยอาวุธร้ายแรงเมื่อได้รับสัญญาณวิทยุพิเศษ ระบบที่ใช้งานได้ต้องมีทั้งเครื่องส่งสัญญาณภาคพื้นดินและเครื่องรับสัญญาณในเครื่องบิน สมมติว่าเครื่องส่งสัญญาณปกติเสีย ระบบนี้สามารถทำให้ทำงานได้โดยการนำเครื่องส่งสัญญาณที่ใช้งานได้เครื่องที่สองเข้ามา ในทางตรงกันข้าม เขากล่าวว่า ลองพิจารณาเครื่องบินทิ้งระเบิดที่มีเครื่องรับสัญญาณที่ชำรุด พฤติกรรมของ เครื่องบินทิ้งระเบิด นี้ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการนำเครื่องบินที่ใช้งานได้เครื่องที่สองเข้ามา

เพื่อวิเคราะห์การกลายพันธุ์ควบคุมของโอ เปรอน lacนั้น Jacob ได้พัฒนาระบบที่สามารถนำ ยีน lac ชุดที่สอง ( lacIพร้อมโปรโมเตอร์ และlacZYA พร้อมโปรโมเตอร์และโอเปอเรเตอร์) เข้าไปในเซลล์เดียวได้ จากนั้นจึงนำแบคทีเรียที่เพาะเลี้ยงดังกล่าว ซึ่งมีโครโมโซมคู่สำหรับยีน lacแต่มีลักษณะปกติอื่นๆ มาทดสอบหาลักษณะการควบคุม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะตรวจสอบว่ามีการสร้าง LacZ และ LacY แม้ในกรณีที่ไม่มี IPTG หรือไม่ (เนื่องจากตัวยับยั้งแลคโตสที่สร้างโดยยีนกลายพันธุ์นั้นไม่ทำงาน) การทดลองนี้ ซึ่งทดสอบยีนหรือกลุ่มยีนเป็นคู่ๆ เรียกว่า การทดสอบ การเสริมกัน (complementation test )

ภาพนี้แสดงการทดสอบนี้ ( ละเว้น lacAเพื่อความง่าย) ขั้นแรก แสดงสถานะแฮพลอยด์บางอย่าง (เช่น เซลล์มีสำเนาของ ยีน lac เพียงชุดเดียว ) แผง (a) แสดงการยับยั้ง (b) แสดงการกระตุ้นโดย IPTG และ (c) และ (d) แสดงผลของการกลายพันธุ์ใน ยีน lacIหรือในตัวควบคุม ตามลำดับ ในแผง (e) แสดงการทดสอบการเสริมกันของตัวยับยั้ง หากสำเนาหนึ่งของ ยีน lacมีการกลายพันธุ์ในlacIแต่สำเนาที่สองเป็นแบบปกติสำหรับlacIฟีโนไทป์ที่ได้จะเป็นปกติ แต่ lacZ จะถูกแสดงออกเมื่อสัมผัสกับตัวกระตุ้น IPTG การกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อตัวยับยั้งนั้นกล่าวได้ว่าเป็นลักษณะด้อย เมื่อเทียบ กับแบบปกติ (และแบบปกติเป็นลักษณะเด่น ) และนี่อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าตัวยับยั้งเป็นโปรตีนขนาดเล็กที่สามารถแพร่กระจายในเซลล์ได้ สำเนาของ โอเปรอน lacที่อยู่ติดกับ ยีน lacI ที่บกพร่อง นั้นถูกปิดใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพโดยโปรตีนที่ผลิตจากสำเนาที่สองของยีน lacI

หากทำการทดลองเดียวกันโดยใช้การกลายพันธุ์ของโอเปอเรเตอร์ จะได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน (แผง (f)) ฟีโนไทป์ของเซลล์ที่มีโอเปอเรเตอร์ไซต์กลายพันธุ์หนึ่งไซต์และโอเปอเรเตอร์ไซต์ปกติหนึ่งไซต์ คือ การผลิต LacZ และ LacY แม้ในกรณีที่ไม่มีตัวกระตุ้น IPTG เนื่องจากโอเปอเรเตอร์ไซต์ที่เสียหายไม่อนุญาตให้รีเพรสเซอร์จับเพื่อยับยั้งการถอดรหัสของยีนโครงสร้าง การกลายพันธุ์ของโอเปอเรเตอร์เป็นลักษณะเด่น เมื่อโอเปอเรเตอร์ไซต์ที่รีเพรสเซอร์ต้องจับเสียหายจากการกลายพันธุ์ การมีไซต์ที่ใช้งานได้ที่สองในเซลล์เดียวกันจะไม่มีผลต่อการแสดงออกของยีนที่ควบคุมโดยไซต์กลายพันธุ์

การทดลองที่ซับซ้อนกว่านี้ใช้ โอเปรอน ที่มีเครื่องหมาย เพื่อแยกแยะความแตกต่างระหว่างยีน lacสองชุดและแสดงให้เห็นว่ายีนโครงสร้างที่ไม่ได้รับการควบคุมคือยีนที่อยู่ติดกับตัวดำเนินการกลายพันธุ์ (แผง (g)) ตัวอย่างเช่น สมมติว่าชุดหนึ่งมีเครื่องหมายเป็นการกลายพันธุ์ที่ทำให้lacZ ไม่ทำงาน ทำให้สามารถสร้างโปรตีน LacY ได้เท่านั้น ในขณะที่ชุดที่สองมีการกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อlacYและสามารถผลิต LacZ ได้เท่านั้น ในเวอร์ชันนี้ เฉพาะชุดโอ เปรอน lacที่อยู่ติดกับตัวดำเนินการกลายพันธุ์เท่านั้นที่จะถูกแสดงออกโดยไม่ต้องใช้ IPTG เรากล่าวว่าการกลายพันธุ์ของตัวดำเนินการเป็นแบบcis-dominantคือเด่นกว่าแบบปกติ แต่ส่งผลต่อเฉพาะชุดโอเปรอนที่อยู่ติดกันเท่านั้น

คำอธิบายนี้ทำให้เข้าใจผิดในประเด็นสำคัญ เพราะมันเริ่มต้นจากการบรรยายการทดลองแล้วจึงอธิบายผลลัพธ์ในแง่ของแบบจำลอง แต่ในความเป็นจริงแล้ว แบบจำลองมักจะมาก่อน และการทดลองจะถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อทดสอบแบบจำลองนั้น จาคอบและโมโนด์จินตนาการก่อนว่าต้องมีตำแหน่งในดีเอ็นเอที่มีคุณสมบัติของตัวดำเนินการ จากนั้นจึงออกแบบการทดสอบการเติมเต็มเพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้

การที่ตัวกลายพันธุ์ของโอเปอเรเตอร์มีจำนวนมากกว่า ยังชี้ให้เห็นถึงขั้นตอนในการคัดเลือกตัวกลายพันธุ์เหล่านั้นโดยเฉพาะ หากคัดเลือกตัวกลายพันธุ์ของตัวควบคุมจากวัฒนธรรมของสายพันธุ์ปกติโดยใช้ฟีนิล-กัล ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น การกลายพันธุ์ของโอเปอเรเตอร์จะพบได้น้อยเมื่อเทียบกับการกลายพันธุ์ของตัวยับยั้ง เนื่องจากขนาดของเป้าหมายมีขนาดเล็กมาก แต่ถ้าหากเราเริ่มต้นด้วยสายพันธุ์ที่มีสำเนาของ บริเวณ แลค ทั้งหมดสองชุด (นั่นคือเป็นดิพลอยด์สำหรับแลค ) การกลายพันธุ์ของตัวยับยั้ง (ซึ่งยังคงเกิดขึ้น) จะไม่ถูกค้นพบ เนื่องจากส่วนเสริมโดยยีนแลคไอสายพันธุ์ปกติชุดที่สองจะให้ฟีโนไทป์แบบสายพันธุ์ปกติ ในทางตรงกันข้าม การกลายพันธุ์ของสำเนาหนึ่งของโอเปอเรเตอร์จะให้ฟีโนไทป์กลายพันธุ์ เนื่องจากมันเด่นกว่าสำเนาที่สองที่เป็นสายพันธุ์ปกติ

แหล่งที่มา: ^{[ 22 ]}

คำอธิบายของไดออกซีขึ้นอยู่กับการระบุลักษณะของการกลายพันธุ์เพิ่มเติมที่ส่งผลต่อ ยีน lacนอกเหนือจากที่อธิบายไว้ในแบบจำลองคลาสสิกต่อมามีการระบุ ยีนอีกสองตัวคือ cyaและcrp ซึ่งอยู่ห่างจากยีน lacและเมื่อเกิดการกลายพันธุ์จะส่งผลให้ระดับการแสดงออกลดลงเมื่อ มี IPTG อยู่และแม้แต่ในสายพันธุ์ของแบคทีเรียที่ขาดตัวยับยั้งหรือตัวดำเนินการ การค้นพบcAMPในE. coliนำไปสู่การพิสูจน์ว่ากลายพันธุ์ที่บกพร่องใน ยีน cyaแต่ไม่บกพร่องใน ยีน crpสามารถกลับมาทำงานได้อย่างเต็มที่โดยการเติม cAMP ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ

ยีนcyaเข้ารหัสอะดีนิเลตไซเคลส ซึ่งผลิต cAMP ใน กลายพันธุ์ cyaการขาด cAMP ทำให้การแสดงออกของ ยีน lacZYAต่ำกว่าปกติมากกว่าสิบเท่า การเติม cAMP จะแก้ไขการแสดงออกของ Lac ที่ต่ำซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของ กลายพันธุ์ cyaยีนที่สองcrpเข้ารหัสโปรตีนที่เรียกว่าโปรตีนตัวกระตุ้นแคตาโบไลต์ (CAP) หรือโปรตีนตัวรับ cAMP (CRP) ^{[ 23 ]}

อย่างไรก็ตาม เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญแลคโตสจะถูกสร้างขึ้นในปริมาณเล็กน้อยในสภาวะที่มีทั้งกลูโคสและแลคโตส (บางครั้งเรียกว่าการแสดงออกที่ไม่สมบูรณ์) เนื่องจาก RNAP ยังคงสามารถจับและเริ่มต้นการถอดรหัสได้แม้ในกรณีที่ไม่มี CAP การแสดงออกที่ไม่สมบูรณ์นี้มีความจำเป็นเพื่อให้สามารถเผาผลาญแลคโตสบางส่วนได้หลังจากแหล่งกลูโคสหมดไป แต่ก่อนที่ การแสดงออกของ ยีน lacจะถูกกระตุ้นอย่างเต็มที่

โดยสรุป:

• เมื่อไม่มีแลคโตส การผลิตเอนไซม์ Lac จะมีน้อยมาก (เนื่องจากตัวควบคุมมีตัวยับยั้ง Lac จับอยู่)
• เมื่อมีแลคโตสอยู่ แต่ก็มีแหล่งคาร์บอนที่ต้องการมากกว่า (เช่น กลูโคส) อยู่ด้วย จะมีการผลิตเอนไซม์ในปริมาณเล็กน้อย (เนื่องจากแลค รีเพรสเซอร์ไม่ได้จับกับโอเปอเรเตอร์)
• เมื่อไม่มีกลูโคส CAP-cAMP จะจับกับตำแหน่ง DNA เฉพาะที่อยู่เหนือโปรโมเตอร์ และสร้างปฏิกิริยาโปรตีนต่อโปรตีนโดยตรงกับ RNAP ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการจับของ RNAP กับโปรโมเตอร์

ช่วงเวลาที่ล่าช้าระหว่างระยะการเจริญเติบโตสะท้อนถึงเวลาที่จำเป็นในการผลิตเอนไซม์ที่ใช้ในการเผาผลาญแลคโตสในปริมาณที่เพียงพอ ขั้นแรก โปรตีนควบคุม CAP ต้องประกอบเข้ากับ โปรโมเตอร์ lacส่งผลให้มีการผลิตlac mRNA เพิ่มขึ้น เมื่อมี lac mRNA มากขึ้นก็จะส่งผลให้มีการผลิต (ดูคำแปล ) LacZ (β-galactosidase สำหรับการเผาผลาญแลคโตส) และ LacY (lactose permease สำหรับขนส่งแลคโตสเข้าสู่เซลล์) มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ หลังจากช่วงเวลาที่ล่าช้าซึ่งจำเป็นต่อการเพิ่มระดับของเอนไซม์ที่ใช้ในการเผาผลาญแลคโตส แบคทีเรียจะเข้าสู่ระยะการเจริญเติบโตของเซลล์ อย่างรวดเร็วอีก ครั้ง

ปริศนาสองประการของการยับยั้งแคตาโบไลต์เกี่ยวข้องกับวิธีที่ระดับ cAMP เชื่อมโยงกับการมีอยู่ของกลูโคส และประการที่สอง ทำไมเซลล์จึงต้องใส่ใจด้วยซ้ำ หลังจากที่แลคโตสถูกแยกออก มันจะสร้างกลูโคสและกาแลคโตส (ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นกลูโคสได้ง่าย) ในแง่ของการเผาผลาญ แลคโตสเป็น แหล่งคาร์บอนและพลังงาน ที่ดี พอๆ กับกลูโคส ระดับ cAMP ไม่ได้เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของกลูโคสภายในเซลล์ แต่เกี่ยวข้องกับอัตราการขนส่งกลูโคส ซึ่งมีอิทธิพลต่อกิจกรรมของอะดีนิเลตไซเคลส (นอกจากนี้ การขนส่งกลูโคสยังนำไปสู่การยับยั้งแลคโตสเพอร์มีเอสโดยตรง) สำหรับเหตุผลที่E. coliทำงานในลักษณะนี้ เราทำได้เพียงคาดเดา แบคทีเรียในลำไส้ทั้งหมดหมักกลูโคส ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันพบเจอกลูโคสบ่อยครั้ง เป็นไปได้ว่าความแตกต่างเล็กน้อยในประสิทธิภาพของการขนส่งหรือการเผาผลาญของกลูโคสเทียบกับแลคโตสทำให้เซลล์ได้เปรียบในการควบคุม โอเปรอน lacในลักษณะนี้^{[ 24 ]}

ยีนlacและอนุพันธ์ของมันสามารถใช้เป็นยีนรายงานในเทคนิคการคัดเลือกแบคทีเรียหลายวิธี เช่น การวิเคราะห์ แบบทูไฮบริดซึ่งต้องตรวจสอบการจับกันของตัวกระตุ้นการถอดรหัสกับลำดับโปรโมเตอร์ที่เฉพาะเจาะจง^{[ 17 ]}ในจานLB ที่มี X-galการเปลี่ยนสีจากโคโลนีสีขาวเป็นสีน้ำเงินจะสอดคล้องกับหน่วย β-galactosidase ประมาณ 20–100 หน่วย ในขณะที่ สื่อ แลคโตสเตตราโซเลียมและสื่อแลคโตส MacConkeyมีช่วง 100–1000 หน่วย โดยมีความไวสูงสุดในส่วนสูงและต่ำของช่วงนี้ตามลำดับ^{[ 17 ]}เนื่องจากสื่อแลคโตส MacConkey และสื่อแลคโตสเตตราโซเลียมต่างก็อาศัยผลิตภัณฑ์จากการสลายแลคโตส จึงจำเป็นต้องมียีนlacZและlacY อยู่ด้วย เทคนิคการหลอมรวม lacจำนวนมากซึ่งรวมเฉพาะ ยีน lacZจึงเหมาะสำหรับแผ่น X-gal ^{[ 17 ]}หรือน้ำซุปเหลวONPG ^{[ 25 ]}

• การยับยั้งแคตาโบไลต์

• Lac+Operon ใน หัวข้อทางการ แพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• lac operon ใน NCBI Bookshelf [2]
• ขอแนะนำ คอลเลกชันแอนิเมชั่นเซลล์เสมือนจริง: โอเปรอน แห่งทะเลสาบ
• โอเปอรอน ' lac : วิทยาศาสตร์โบซแมน
• การย้อมสีตัวอ่อนหนูทั้งตัวเพื่อตรวจสอบกิจกรรมของเอนไซม์ β-galactosidase (lacZ)
• อธิบายแบบจำลอง Lac Operon