Tài liệu Các thể đột biến của lac operon doc

Các thể đột biến của lac operon: các
gene cấu trúc, operator, gene điều hoà
và promoter



1. Các đột biến ở các promoter và
operator
Nói chung, các đột biến ở các vùng kiểm
soát, chẳng hạn các promoter và
operator, thường chỉ ảnh hưởng lên DNA
mà chúng khu trú; các đột biến này
không tác động lên các vùng định khu
trên các phân tử DNA khác (khi nòi vi
khuẩn xét đến là thể lưỡng bội một phần,
merodiploid). Chúng được gọi là các thể
đột biến trội cis.
Dưới đây ta hãy xem xét một vài tình
huống liên quan.
+ Ví dụ 1: Một nòi vi khuẩn có kiểu gene
là operon P
-
X
+
Y
+
Z
+
(P = promoter; X,
Y, Z = các gene cấu trúc; dấu "-" chỉ đột

biến và dấu "+" chỉ chức năng bình
thường). Do promoter bị sai hỏng nên
RNA polymerase không thể bám vào, vì
vậy operon luôn luôn đóng - không tạo ra
mRNA.
+ Ví dụ 2: Một nòi vi khuẩn có kiểu gene
P
+
O
-
X
+
Y
+
Z
+
(O
-
hay O
c
= đột biến cơ
định operator). Vì operator bị sai hỏng
nên chất ức chế dù bình thường cũng
không thể nhân biết và bám vào, vì vậy
sự điều hoà sẽ không xảy ra. Operon sẽ
luôn luôn ở trạng thái mở (hoạt động).
2. Các đột biến ở các yếu tố ức chế
Các phân tử ức chế như đã biết có thể
tương tác với tất cả các phân tử DNA
trong một tế bào, không có dính dáng tới

DNA mà từ đó chúng được sinh ra.
Nghĩa là các đột biến tại gene điều hoà
có thể cài hiệu quả của chúng lên tất cả
các DNA trong tế bào; đó là các thể đột
biến trans.
+ Ví dụ 3: Xét hai nòi vi khuẩn có các
operon sau đây:
(1) R
-
P
+
O
+
X
+
Y
+
Z
+

(2) R
+
P
-
O
+
X
+
Y
+

Z
+
/ R
-
P
+
O
-
X
+
Y
+
Z
+

trong đó R
-
là gene điều hoà bị đột biến.
Ta thấy rằng ở nòi 1, tế bào tạo ra chất ức
chế không hoạt động chức năng và nó sẽ
chẳng bao giờ bám được operator. Vì vậy
operon sẽ luôn luôn ở trạng thái mở. Ở
nòi 2 (lưỡng bội một phần), ta hãy xét
riêng từng DNA rồi sau đó xét gộp chung
với nhau. Operon "trên" (trước) sẽ không
bao giờ tạo ra RNA bởi vì promoter bị
sai hỏng. DNA "dưới" (sau) lúc nào cũng
tạo ra RNA vì chất ức chế bị sai hỏng.
Xét chung cho thấy DNA "trên" có thể
tạo ra chất ức chế bình thường có thể

bám vào cả hai operator. Vì vậy, nòi vi
khuẩn này có operon được điều hoà.
+ Ví dụ 4: Bây giờ ta thử xét kiểu hình
của các tế bào lưỡng bội (một phần) đối
với gene lacI qua tình huống sau. Một
nòi E. coli mà lac I được tiếp hợp với các
tế bào E. coli mang một plasmid F' với
đoạn DNA gồm PI lacI DNA trên
episome. Sự biểu hiện của lacZ sẽ được
điều hoà như thế nào trong các tế bào
lưỡng bội và dị hợp tử về gene lacI (lac I
trên episome và lacI trên nhiễm sắc thể vi
khuẩn)? Giải thích.

Rõ ràng là các tế bào này xảy ra kiểu
điều hoà bình thường về sự chuyển hoá
lactose. Vì gene lacI
+
trên episome F' là
trội so với lacI
-
trên nhiễm sắc thể vi
khuẩn. Bạn có thể tự giải thích cơ chế
điều hoà này?
3. Các đột biến xảy ra trong các gene
cấu trúc
Nếu như các tổn thương xảy ra trong các
gene cấu trúc thì chúng chỉ ảnh hưởng
lên DNA bị đột biến mà thôi.
+Ví dụ 5: Xét ba nòi vi khuẩn có các

operon sau đây, với giả thiết các gene Z
và Y cần cho quá trình phân giải đường
lactose.
(1) P
+
O
+
Z
-
Y
+

(2) P
+
O
+
Z
-
Y
+
/ P
+
O
+
Z
+
Y
-

(3) I

+
O
+
Z
+
/ I
+
O
-
Z
-

Ta thấy rằng nòi 1 không thể tổng hợp
được β-galactoside có chức năng bình
thường; dù môi trường có lactose chúng
cũng không thể hấp thụ và phân giải
(kiểu hình đột biến). Nòi 2 có sự bổ sung
bù trừ về sản phẩm của các gene Z
+
và
Y
+
của hai DNA, nên lac operon ở tế bào
này được điều hoà, nghĩa là chỉ hoạt
động khi môi trường có lactose và ngưng
hoạt động khi môi trường vắng mặt
lactose. Ở nòi 3, operon được điều hoà.
+ Ví dụ 6: Một nòi E. coli là F lacZ met
bio được hỗn hợp với nòi E. coli là lacZ
met bio và mang một episome với trình

tự DNA Plac O lacZ trên episome, và
được nuôi cấy trong vài giờ. Sau đó các
tế bào này được tách ra, rửa sạch và cấy
sang môi trường tối thiểu có chứa lactose
như là nguồn đường duy nhất. Một số tế
bào sinh trưởng được trên môi trường tối
thiểu có lactose và hình thành các khuẩn
lạc. Bằng cách nào một số tế bào đó trở
thành lacZ met bio?
Rõ ràng đây là kết quả của một kiểu tiếp
hợp đặc biệt, gọi là chuyển nạp
(sexduction), tức là quá trình mà trong đó
các mẩu DNA tự trị được mang vào một
vi khuẩn F
-
bởi một DNA thuộc nhân tố
F, và đã xảy ra sự tái tổ hợp ở vị trí lacZ
(xem chương 5).
+ Ví dụ 7: Bạn sẽ mô tả cơ chế điều hoà
sự chuyển hoá lactose như thế nào trong
các tế bào vừa được mô tả ở trên (ví dụ
6) khi chúng mọc được trên môi trường
tối thiểu có lactose như là nguồn dinh
dưỡng? Thực chất là ta đang xét sự điều
hoà của gene lacZ trên một episome F'
dựa trên sơ đồ sau đây:
Ở đây, các tế bào này xảy ra kiểu điều
hoà bình thường về chuyển hoá lactose.
Trình tự DNA gồm Plac O
+

lacZ
+
trên
episome được điều hoà bằng chất ức chế
(repressor) và protein hoạt hoá dị hoá
(CAP hay CRP; xem mục V bên dưới)
được mã hoá trên nhiễm sắc thể vi khuẩn.