Tài liệu Điều hoà âm tính của các operon cảm ứng: lac operon doc

Đi u hoà âm tính c a các ề ủ

operon c m ng: lac operon ả ứ

Đ i di n cho t t c các operon c a cácạ ệ ấ ả ủ

lo i đạ ường di- và polysaccharide (mà vi khu n s d ng nh m t ngu n cung c pẩ ử ụ ư ộ ồ ấ các h p ch t carbon và năng lợ ấ ượng) là operon lactose ở E coli.

Operon lactose có ch c năng s n sinh cácứ ả enzyme tham gia vào quá trình h p thấ ụ

và phân gi i đả ường lactose (m tộ disacharide) thành galactose và glucose

Nó ch ho t đ ng khi có m t đỉ ạ ộ ặ ườ ng lactose, vì v y lactose đậ ược g i là ch tọ ấ

c m ng và ả ứ lac operon được g i làọ

operon c m ng ả ứ (inducible) hay operon

d hoá ị (catabolite) Nói đúng ra, ch tấ

c m ng là allolactose; ả ứ lactose (liên k tế galactosid d ng β-1,4) b bi n đ i thànhạ ị ế ổ

ch t trung gian trong quá trình thu phânấ ỷ lactose dưới tác d ng c a β-ụ ủ galactosidase, g i là ọ allolactose (liên k tế β-1,6)

1 C u trúc c a ấ ủ lac operon

Các thành ph n c a ầ ủ lac operon ở E coli

nh sau :ư

C u trúc chi ti t các vùng khác nhau c a ấ ế ủ operon lactose.

- Nhóm các gene c u trúc ấ bao g m baồ

gene: lacZ, lacY và lacA (nói g n là Z, Yọ

và A); trong đó lacZ mã hoá cho b galactosidase (thu phân lactose), ỷ lacY

mã hoá cho permease (v n chuy nậ ể

lactose qua màng) và lacA mã hoá transacetylase (ch c năng không rõ ràng;ứ theo ý nghĩa nó không ph i là enzymeả liên quan tr c ti p đ n s chuy n hoáự ế ế ự ể lactose)

- Y u t ch huy ế ố ỉ (lac operator) là trình tự

DNA dài ~34 c p base cách gene ặ Z

ch ng 10 c p base v phía trừ ặ ề ước, là v tríị

tương tác v i ch t c ch Nó ch a trìnhớ ấ ứ ế ứ

t 24 c p base đ iự ặ ố x ng xuôi ngứ ượ c, giúp ch t c ch (ấ ứ ế lac repressor) có thể

nh n bi t và bám vào b ng cách khu chậ ế ằ ế tán d c theo DNA t c hai phía.ọ ừ ả

- Vùng kh i đ ng ở ộ (lac promotor) là đo nạ DNA dài ch ng 90 c p base n m trừ ặ ằ ướ c

và trùm lên lac operator 7 c p base Nóặ

ch a hai v trí tứ ị ương tác v i RNAớ polymerase và v i protein ho t hoá dớ ạ ị hoá (catabolite activator protein = CAP,

ho c CRP - xem m c V) Đi m kh iặ ụ ể ở

đ u phiên mã là v trí g n cu i c a ầ ị ầ ố ủ lac

promoter

- Gene đi u hoà ề (regulatory gene) n mằ

trước vùng kh i đ ng, mã hoá m tở ộ ộ protein c ch g m b n polypeptideứ ế ồ ố

gi ng nhau, g i là t phân (tetramer),ố ọ ứ

đ u ch a 360 amino acid.ề ứ

2 C ch đi u hoà âm tính c a ơ ế ề ủ lac operon

Khi trong môi trường nuôi c y ấ E coli

v ng m t lactose (allolactose, ch t c mắ ặ ấ ả ng) thì

ứ lac operon không ho t đ ng,ạ ộ nghĩa là các enzyme tham gia h p th vàấ ụ phân gi i lactose không đả ược sinh ra Nguyên nhân là do ch t c ch c aấ ứ ế ủ

operon (lac repressor) v n t thân cóố ự

ho t tính, bám ch t vào y u t ch huyạ ặ ế ố ỉ

(lac operator) và gây kìm hãm s phiênự

mã c a các gene c u trúc Z, Y và A Doủ ấ

đó các s n ph m enzyme c a ả ẩ ủ lac operon

không được t o ra; t c bi u hi n âmạ ứ ể ệ tính

(a) Ch t c ch bám ch t lac operator ấ ứ ế ặ gây c ch phiên mã; (b) Mô hình lac ứ ế operator (rìa trái) b bám ch t b i ị ặ ở protein c ch (rìa ph i) ứ ế ả

Ngượ ạc l i, n u b sung lactose vào môiế ổ

trường thì m t th i gian sau vi khu n sộ ờ ẩ ẽ

b t đ u h p th và phân gi i nó, nghĩaắ ầ ấ ụ ả

là các enzyme liên quan đã được sinh ra

S ki n này đự ệ ược lý gi i nh sau: ả ư Ch t ấ

c m ng ả ứ (inducer), đây là allolactose -ở

d ng bi n đ i c a lactose - tạ ế ổ ủ ương tác

v i ớ ch t c ch ấ ứ ế (repressor) làm bi n đ iế ổ

c u hình c a ch t này M t phân tấ ủ ấ ộ ử allolactose bám vào m t ti u đ n v c aộ ể ơ ị ủ

ch t c ch Vì v y ch t c ch m t áiấ ứ ế ậ ấ ứ ế ấ

l c và không th bám vào ự ể lac operator;

nó tách ra kh i DNA Lúc này các geneỏ

c u trúc đấ ược phiên mã và các enzyme

tương ng đứ ượ ổc t ng h p, nh v y viợ ờ ậ

khu n có th h p th và phân gi iẩ ể ấ ụ ả

đường lactose Lactose vì v y là tác nhânậ gây c m ng (ho t hoá) ả ứ ạ lac operon

Ngoài ra, ITPG (isopropyl thiogalactoside) cũng được dùng như

m t ch t c m ng nh ng không ph i làộ ấ ả ứ ư ả tác nhân sinh lý

Ch t c m ng k t h p v i ch t c ch ấ ả ứ ế ợ ớ ấ ứ ế

và làm bi n đ i hình dáng c a nó; ch t ế ổ ủ ấ

c ch vì v y không bám đ c vào lac

operator K t qu là các gene c u trúc ế ả ấ

c a lac operon đ ủ ượ c phiên mã t o ra ạ phân t mRNA polycistron và các enzyme ử

t ươ ng ng đ ứ ượ ổ c t ng h p ợ

Phương th c đi u hoà nh th đứ ề ư ế ược g iọ

là đi u hoà c m ng - âm tính, b i vìề ả ứ ở

ch t c ch ấ ứ ế lac operon m t khi bám vàoộ

lac operator s kìm hãm phiên mã, nghĩaẽ

là gây hi u qu âm tính lên s bi u hi nệ ả ự ể ệ

c a các gene; và ho t đ ng ch c năngủ ạ ộ ứ

c a protein này l i ph thu c vào ch tủ ạ ụ ộ ấ

c m ng Nh c ch đi u hoà ki u liênả ứ ờ ơ ế ề ể

h ngệ ược này mà vi khu n có th thíchẩ ể

ng đ t n t i và phát tri n m t cách

h p lý.ợ

Ch t c ch m t khi đ ấ ứ ế ộ ượ c bám đ y đ ầ ủ

b i allolactose thì tách kh i operator ở ỏ

khi n cho s đi u hoà âm tính (s c ế ự ề ự ứ

ch ) đ ế ượ c làm d u b t, tuy nhiên RNA ị ớ polymerase v n ch a th t o thành m t ẫ ư ể ạ ộ

ph c h p b n v ng v i promoter đ có ứ ợ ề ữ ớ ể

th kh i đ u phiên mã đ ể ở ầ ượ c.

V c b n, c ch "m " c a ề ơ ả ơ ế ở ủ lac operon

được trình bày nh trên; nh ng th c raư ư ự

s ho t đ ng c a ch t c m ng m i chự ạ ộ ủ ấ ả ứ ớ ỉ làm d u b t (alleviation) s đi u hoà âmị ớ ự ề tính (s c ch ) c a ự ứ ế ủ lac operon Trên

hình cho th y ngay c khi ch t c chấ ả ấ ứ ế

đã tách kh i operator, RNA polymeraseỏ

v n không th bám n đ nh vào promoterẫ ể ổ ị

và kh i đ u phiên mã - nó không có áiở ầ

l c đ cao đ i v i promoter đ bám vàoự ủ ố ớ ể

đ lâu đ có th kh i đ u t o thành liênủ ể ể ở ầ ạ

k t phosphodiester đ u tiên.ế ầ