Điều hoà âm tính của các operon ức chế: trp operon docx

Điều hoà âm tính của các operon ức
chế: trp operon
Đại diện cho tất cả các operon của các loại amino acid và các vitamine là
operon tryptophan (trp operon; trp đọc là"trip") ở E. coli.
Operon tryptophan có chức năng sản sinh các enzyme đồng hoá (anabolic)
tham gia vào quá trình sinh tổng hợp ra amino acid tryptophan cần thiết cho
tế bào tiến hành tổng hợp protein; thiếu amino acid này vi khuẩn không thể
tổng hợp protein được và nó sẽ chết.
Trp operon cũng chịu sự điều hoà âm tính như lac operon; nó chỉ hoạt động
khi môi trường nội bào thiếu hụt amino acid này và không hoạt động (bị ức
chế) khi dư thừa tryptophan, sản phẩm cuối của con đường sinh tổng hợp. Vì
vậy trp operon được gọi là operon ức chế (repressible) hay operon đồng hoá.
1. Cấu trúc của trp operon
trp operon của E. coli có chứa năm gene cấu trúc chính (trpE, trpD, trpC,
trpB và trpA) mã hoá cho các enzyme tham gia vào các con đường sinh tổng
hợp amio acid tryptophan theo một cơ chế rất phức tạp (ở đây chúng ta không
quan tâm các con đường cụ thể này). trp operon có một sso đặc điểm khác
như: trình tự operator nằm lọt trong promoter; gene điều hoà nằm cách xa
operon về phía trước.

(a)
(b) (b)
(a) Cấu trúc phân tử amino acid tryptophan. (b) Cấu trúc lập thể của chất ức
chế operon tryptophan (bên phải mỗi hình) bám vào DNA operator của nó
(bên trái mỗi hình). Chất ức chế này là một dimer gồm hai polypeptide giống
nhau (tượng trưng bằng vạch ngang màu đỏ). Sự bám vào DNA chỉ xảy ra
khi một phân tử tryptophan (các vòng màu đỏ) được bám dính vào mỗi
monomer của chất ức chế này.
2. Cơ chế điều hoà âm tính của trp operon
Khi trong tế bào E. coli dư thừa amino acid tryptophan (sản phẩm cuối cùng
của con đường chuyển hoá) thì trp operon ngừng hoạt động và do đó các

enzyme tương ứng không được sinh ra. Sự kiện này được giải thích như sau:
Chất ức chế bình thường của operon này (trp repressor) tồn tại ở dạng bất
hoạt gọi là aporepressor , không có ái lực đối với trp operator, nhưng khi các
amio acid dư thừa kết hợp vào sẽ tạo ra phức hợp có hoạt tính, nghĩa là có ái
lực với trp operator. Vì thế tryptophan được gọi là chất đồng ức chế
(corepressor). Phức hợp này bám vào yếu tố chỉ huy làm kìm hãm phiên mã
của trp operon .
Ngược lại, khi trong tế bào vắng mặt hay thiếu hụt các amino acid này, tự
thân chất ức chế này ở trạng thái bất hoạt nên không bám được vào yếu tố chỉ
huy (trp operator). Vì vậy các gene cấu trúc xảy ra sự phiên mã và kết quả là
các enzyme tham gia tổng hợp tryptophan được sinh ra . Và một khi hàm
lượng amio acid này được tổng hợp ở mức dư thừa sẽ tác động ngược trở lại,
kìm hãm hoạt động của trp operon.
(a)

(b)

Operon tryptophan bị kìm hãm (a) và hoạt động (b).
Tóm lại, phương thức điều hòa hoạt động gene theo các cơ chế liên hệ ngược
hay phản hồi như thế (feed-back mechanisms) đảm bảo cho bộ gene các vi
khuẩn hoạt động một cách hợp lý và nhờ đó các vi khuẩn thích ứng và phát
triển trước các điều kiện môi trường luôn thay đổi.
* Cần lưu ý rằng, các protein ức chế và đồng ức chế không hẳn là cách duy
nhất các vi khuẩn điều hòa phiên mã gene. Ở nhiều vi khuẩn (và một số
eukaryote), sự điều hòa mức chuyển hóa nào đó cũng có thể được kiểm soát
bởi các riboswitch (tạm dịch là: công tắc ribo). Một riboswitch là một phần
của vùng 5'-không được dịch mã (5'-untranslated region = 5'-UTR) trong
phân tử mRNA, tại đó có một vị trí bám đặc thù cho chất chuyển hóa
(metabolite).
Một số chất chuyển hóa bám vào các riboswitch, như: các purine adenine và

guanine; các amino acid glycine và lysine; mononucleotide flavin (nhóm phụ
của NADH dehydrogenase); S-adenosyl methionine (nhường nhóm methyl
cho nhiều phân tử, kể cả DNA và "chóp" ở đầu 5' của mRNA eukaryote).
Trong mỗi trường hợp, riboswitch kiểm soát các gene liên quan đến sự
chuyển hóa của phân tử đó. Chất chuyển hóa bám vào mRNA đang sinh
trưởng và bao gồm cả sự thay đổi biến cấu (allosteric) mà: (i) đối với một số
gene nó khiến cho sự tổng hợp mRNA hơn nữa để kết thúc trước khi hình
thành một sản phẩm chức năng, và (ii) đối với một số gene khác, nó tăng
cường hoàn chỉnh việc tổng hợp mRNA. Trong cả hai trường hợp, kết quả là
do sự kiểm soát mức độ của chính chất chuyển hóa ấy. Một số riboswitch
kiểm soát sự dịch mã mRNA hơn là phiên mã mRNA. Đã có gợi ý rằng các
cơ chế điều hoà này, vốn không liên quan bất kỳ protein nào; nó là một cơ
chế còn sót lại từ "giới RNA".