Điều hoà ở mức dịch mã docx

Điều hoà ở mức dịch mã

* Trong sự điều hoà operon lactose xảy ra sự dịch mã biệt hoá của các gene
trong mRNA. Tỷ lệ số lượng các bản sao của ba enzyme β-galactosiase,
permease và transacetylase là 1,0 : 0,5 : 0,2. Sự sai khác này là ví dụ cho sự
điều hoà dịch mã, có thể đạt được theo hai cách:
(1) Gene lacZ được dịch mã trước. Vì nó là mRNA polycistron và tại mỗi
codon kết thúc thường có một số ribosome tách khỏi mRNA, cho nên sự tổng
hợp các polypeptide có sự phân hoá từ đầu 5' cho đến đầu 3'. Hiện tượng đó
gọi là tính phân cực của các phân tử mRNA polycistron.
(2) Sự suy thoái của mRNA lac được khởi đầu thường xuyên hơn ở gene lacA
so với lacY và hay xảy ra ở gene lacY hơn là lacZ. Do đó số lượng bản sao
hoàn chỉnh của gene lacZ có được nhiều hơn các gene kia.
Nói cách khác, hiệu suất dịch mã suy giảm từ đầu 5' đến đầu 3' của mRNA
polycistron. Những đặc điểm chịu trách nhiệm cho hiện tượng này là: (i)
Hiệu quả khởi đầu sự dịch mã sai khác nhau; (ii) khoảng cách khác nhau giữa
các codon kết thúc chuỗi và codon mở đầu tiếp theo cho phép ribosome và
mRNA tách rời nhau; và (iii) mức nhạy cảm khác nhau của các vùng khác
nhau của mRNA đối với sự suy thoái. Những hiệu quả này lên sự dịch mã
quyết định số lượng protein tạo ra trong mỗi đơn vị thời gian cho mỗi gene
Tuy nhiên, sự điều hoà dịch mã quan sát được ở một vài loài phage - đó là, sự
ức chế việc dịch mã của một gene cụ thể bằng sản phẩm của một gene khác.
* Hiệu quả của sự khởi đầu dịch mã phụ thuộc trình tự giàu purine ở vùng 5'-
UTR; đó là 6-8 base (thường gặp là AGGAGGU). Nó nằm ngay trước codon
khởi đầu AUG của mRNA. Đoạn này bàm vào tiểu đơn vị ribosome bé và
được J.Shine và L.Dalgarno (Austria) xác định lần đầu tiên năm 1974. Vì vậy
nó được gọi là trình tự Shine-Dalgarno. Các tác giả này cho rằng hầu như có
sự bổ sung chính xác giữa đoạn này (ở đầu 5' của mRNA) và vùng tương ứng
ở đầu 3' của rRNA 16S. Điều này phù hợp với hiện tượng cố định bước đầu
phân tử mRNA trên tiểu đơn vị 30S. Thông thường, ở các mRNA được dịch
mã có hiệu quả nhất thì vùng bám vào ribosome thường nằm cách codon khởi

đầu khoảng 8 nucleotide về phía trước. Nếu các đột biến xảy ra ở vùng này
dẫn tới sự dịch chuyển trình tự Shine-Dalgarno kề sát codon AUG hoặc xa
hơn, có thể làm giảm đột ngột hiệu quả dịch mã trên mRNA đó. Tuy nhiên,
chỉ riêng sự có mặt của trình tự Shine-Dalgarno phân bố chuẩn vẫn chưa đủ
đảm bảo cho sự khởi đầu dịch mã. Trên thực tế, có nhiều trình tự như thế bị
che khuất dưới dạng "kẹp cài tóc", vì vậy nó không thể tham gia tương tác
với vùng tương ứng của rRNA 16S.


Sự tương tác giữa yếu tố Shine-Dalgarno của một mRNA và đoạn trình tự
tương ứng ở đầu 3' của rRNA 16S có mặt trong tiểu đơn vị ribosome bé 30S
(theo M.W.King 1996).
Các số liệu thu được cho thấy hiệu quả của sự sử dụng trình tự Shine-
Dalgarno nhất định có thể "chế tác" các protein mà đến lượt chúng lại bám
vào trình tự đó và ngăn cản nó. Được nghiên cứu chi tiết nhất là các protein
của ribosome ở E. coli. Khi tốc độ tổng hợp các protein này vượt quá mức tạo
rRNA thì xảy ra sự tích luỹ các protein ribosome tự do. Số protein dư thừa
này được gọi là các protein "khoá"; chúng bám vào trình tự Shine-Dalgarno
trong các mRNA tương ứng. Nhờ vậy, tốc độ dịch mã - tổng hợp các protein
ribosome được duy trì ở mức không vượt quá khả năng sử dụng chúng để
kiến tạo các ribosome. Có thể nói, sự điều hoà ở mức dịch mã là sự "cạnh
tranh" giữa rRNA và mRNA của các protein ribosome, gây ra sự kết hợp với
các protein "khoá" này. Khi sự dịch mã mRNA cho các protein ribosome trở
nên không thể tiếp tục được nữa (do sự bám dính bởi các protein "khoá") thì
các mRNA này bị suy thoái nhanh hơn bình thường.
Một ví dụ khác là phage R17 của E. coli chứa RNA thay vì DNA; nhiễm sắc
thể của nó là một phân tử mRNA, vì thế sự biểu hiện của gene chỉ cần duy
nhất sự dịch mã. Phage này tạo ra ba sản phẩm gene - hai protein cấu trúc
(protein A và protein vỏ của phage) và một enzyme tái bản RNA (replicase).
Các phân tử protein vỏ được cần đến nhiều hơn các replicase. Ngoài ra, sự

tổng hợp replicase chỉ cần thiết một lúc sau khi lây nhiễm, trong khi đó để
sản xuất một số lượng các phân tử đủ cho lắp ráp phage thì sự tổng hợp
protein vỏ phải xảy ra trong suốt chu kỳ sống. Sau một lúc lây nhiễm, cả
replicase và các phân tử protein vỏ được dịch mã từ RNA. Phân tử RNA
phage có chứa vị trí bám cho một protein vỏ định khu giữa codon kết thúc
của gene protein vỏ và codon mở đầu AUG của gene replicase. Khi protein
vỏ được tổng hợp, vị trí bám này dần dần được lấp đầy bởi các phân tử
protein và ngăn cản việc dịch mã vùng mã hoá replicase. Bằng cách đó, việc
tổng hợp replicase sẽ dừng lại một lúc ngắn sau khi các protein vỏ bắt đầu.
* Quan hệ giữa hàm lượng các tRNA với tốc độ dịch mã mRNA: Nếu dịch
mã đã bắt đầu thì tốc độ của nó được xác định bởi sự có mặt của các loại
tRNA khác nhau, tương ứng với các codon đặc hiệu trong mRNA. Hàm
lượng tương đối của các tRNA khác nhau trong tế bào về cơ bản là khác
nhau. Ví dụ, methionine và tryptophan là hai loại amino acid chỉ có một
codon đặc hiệu tương ứng, AUG và UGG, thì tương đối ít gặp trong phần lớn
các protein và các tRNA đặc thù của chúng có mặt trong tế bào với số lượng
không nhiều. Hơn nữa, các tRNA thường gặp nhất, về nguyên tắc, tương ứng
với các codon được sử dụng thường xuyên nhất. Như vậy, mRNA nào chứa
nhiều codon "hiếm" thì sự dịch mã điễn ra chậm hơn các mRNA có chứa
nhiều codon thông dụng. Nói cách khác, tốc độ dịch mã mRNA được kiểm
soát một phần bởi hàm lượng các codon mà chúng được nhận biết bởi các
tRNA họ hàng có độ tập trung cao nhất