Điều hoà âm tính của các operon ức chế doc

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)
(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
(trprepressor) 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".