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

Đi u hoà âm tính c a cácề 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 đ ng di- và polysaccharide (mà viạ ườ
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 l ng) làợ ấ ượ
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 đ ng lactose (m tả ườ ộ
disacharide) thành galactose và glucose.
Nó ch ho t đ ng khi có m t đ ngỉ ạ ộ ặ ườ
lactose, vì v y lactose đ c g i là ch tậ ượ ọ ấ
c m ng và ả ứ lac operon đ c g i làượ ọ
operon c m ngả ứ (inducible) hay operon
d hoáị (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 d i tác d ng c a β-ướ 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 aấ ế ủ
operon lactose.
- Nhóm các gene c u trúcấ 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 huyế 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 tr c, là v tríừ ặ ề ướ ị
t ng tác v i ch t c ch . Nó ch a trìnhươ ớ ấ ứ ế ứ
t 24 c p base đ iự ặ ố x ng xuôi ng c,ứ ượ
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 ngở ộ (lac promotor) là đo nạ
DNA dài ch ng 90 c p base n m tr cừ ặ ằ ướ
và trùm lên lac operator 7 c p base. Nóặ
ch a hai v trí t ng tác v i RNAứ ị ươ ớ
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
tr c vùng kh i đ ng, mã hoá m tướ ở 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 tr ng nuôi c y ườ 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 đ c sinh ra.ả ượ
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 đ c t o ra; t c bi u hi n âmượ ạ ứ ể ệ
tính.

(a) (b)
(a) Ch t c ch bám ch t lac operatorấ ứ ế ặ
gây c ch phiên mã; (b) Mô hình lacứ ế
operator (rìa trái) b bám ch t b iị ặ ở
protein c ch (rìa ph i).ứ ế ả
Ng c l i, n u b sung lactose vào môiượ ạ ế ổ
tr ng thì m t th i gian sau vi khu n sườ ộ 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 đ c sinh ra.ượ
S ki n này đ c lý gi i nh sau: ự ệ ượ ả ư Ch tấ
c m ngả ứ (inducer), đây là allolactose -ở
d ng bi n đ i c a lactose - t ng tácạ ế ổ ủ ươ
v i ớ ch t c chấ 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 đ c phiên mã và các enzymeấ ượ
t ng ng đ c t ng h p, nh v y viươ ứ ượ ổ ợ ờ ậ
khu n có th h p th và phân gi iẩ ể ấ ụ ả
đ ng lactoseườ 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 đ c dùng nhượ ư
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 chấ ả ứ ế ợ ớ ấ ứ ế
và làm bi n đ i hình dáng c a nó; ch tế ổ ủ ấ
c ch vì v y không bám đ c vào lacứ ế ậ ượ
operator. K t qu là các gene c u trúcế ả ấ
c a lac operon đ c phiên mã t o raủ ượ ạ
phân t mRNA polycistron và các enzymeử
t ng ng đ c t ng h p.ươ ứ ượ ổ ợ
Ph ng th c đi u hoà nh th đ c g iươ ứ ề ư ế ượ ọ
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 ng c này mà vi khu n có th thíchệ ượ ẩ ể
ng đ t n t i và phát tri n m t cáchứ ể ồ ạ ể ộ
h p lý.ợ

Ch t c ch m t khi đ c bám đ y đấ ứ ế ộ ượ ầ ủ
b i allolactose thì tách kh i operatorở ỏ
khi n cho s đi u hoà âm tính (s cế ự ề ự ứ
ch ) đ c làm d u b t, tuy nhiên RNAế ượ ị ớ
polymerase v n ch a th t o thành m tẫ ư ể ạ ộ
ph c h p b n v ng v i promoter đ cóứ ợ ề ữ ớ ể
th kh i đ u phiên mã đ c.ể ở ầ ượ
V c b n, c ch "m " c a ề ơ ả ơ ế ở ủ lac operon
đ c trình bày nh trên; nh ng th c raượ ư 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