Các thể đột biến của lac operon pptx

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.