Operon Lac và điều hoà dương tính pot

Operon Lac và điều hoà dương tính Khi trong môi trường vừa có đường lactôzơ vừa có đường glucôzơ, thì opêron Lac cũng không thể hoạt động được vì tế bào ưu tiên sử dụng đường glucôzơ trước theo kiểu ' hết nạc mới' vạc đến xương" vì việc phân giải glucôzơ ít tốn kém năng lượng hơn. Vậy làm thế nào tế bào thực hiện được điều này ? Khi tế bào phân giải đường glucôzơ thì chính sản phẩm của quá trình dị hoá đường này ức chế opêron Lac làm cho nó không thể hoạt động được. Sản phẩm của quá trình phân giải đường glucôzơ tác động trực tiếp làm thay đổi nồng độ chất AMP vòng (viết tắt theo tiếng Anh là cAMP). Khi nồng độ glucôzơ trong tế bào tăng thì nồng độ AMP trong tế bào giảm và ngược lại, khi glucôzơ trong tế, bào bị phân giải thì nồng độ CAMP trong tế bào lại cao. Nồng độ CAMP cao trong tế bào là cần thiết để hoạt hoá opêron Lac. cAMP giúp hoạt hoá opêron Lac bằng cách nó liên kết với một chất được gọi là prôtêin hoạt hoá sản phẩm dị hoá (CAP) làm cho cấu hình của CAP được biến đổi và do đó có thể liên kết được với promoter. Phức hợp cAMP-CAP liên kết với một vùng đặc hiệu trên phía đầu promoter của opêron Lac và nhờ đó làm tăng ái lực của enzim ARN pôlimeraza với promoter (liên kết với promoter thường xuyên hơn) và quá trình phiên mã được tăng cường. Vì vậy, CAP chính là một loại chất hoạt hoá gen (hoạt hoá phiên mã). Khi nồng độ gluôzơ trong môi trường tăng lên thì nồng độ cAMP trong tế bào iảm đi và khi không có cAMP lên kết với CAP thì nó không thể liên kết được với promoter của opêron Lac và ơpêron này không thể phiên mã được hoặc phiên mã rất ít, Như vây có thể nói ơpêron Lac vừa chịu sự điều hoà âm tính vừa chịu sự điều hoà dương tính. Opêron Lac chỉ có thể hoạt động khi prôtêin ức chế bị bất hoạt không có khả năng liên kết được với operator tuy nhiên điều này là chưa đủ vì nếu không có CAP liên kết với promoter thì tốc độ phiên mã xảy ra rất thấp. Tốc độ phiên mã chỉ được tăng cường tới mức cần thiết khi prôtêin hoạt hoá liên kết được với promoter. Ta có thể ví prôtêin ức chế khi bị bất hoạt giống như ta bật nút (on/off) chiếc đài radio còn prôtêin hoạt hoá khi liên kết với promoter giống như khi ta vặn tăng nút âm thanh choài (nút volume) Điều hoà trước phiên mã - Sinh vật nhân thực Bình thường phần lớn các gen bên trong tế bào của cơ thể nhân thực đều bị bất hoạt, chỉ khi nào tế bào cần đến loại sản phẩm nào thì các gen tương ứng mới được hoạt động. Điều hoà hoạt động gen sinh vật nhân thực đa bào phức tạp hơn nhiều so với sinh vật nhân sơ. Điều hoà hoạt động gen có thể được thực hiện ở tất cả các mức độ : từ điều hoà trước phiên mã, điều hoà phiên mã, điều hoà sau phiên mã, điều hoà dịch mã và sau dịch mã. Điều hoà trước phiên mã ADN của sinh vật nhân thực được liên kết với rất nhiều loại prôtêin khác nhau tạo nên chất nhiễm sắc (chromatin). Cấu trúc của chất nhiễm sắc có thể được biến đổi theo các mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào các giai đoạn của chu kì tế bào. Khi ở kì trung gian, những vùng nhiễm sắc thể chứa các gen đang hoạt động thì ADN ở vùng đó dãn xoắn tối đa và chất nhiễm sắc tại vùng đó được gọi là nguyên nhiễm sắc (euchromatin). Vùng được gọi là dị nhiễm sắc (heterochromatin) là vùng không chứa gen hoặc chứa các gen ở trạng thái không hoạt động vì ADN ở vùng này bị co xoắn chặt. Các gen của sinh vật nhân thực có thể bị bất hoạt dài hạn khi một số nuclêôtit ở vị trí nhất định bị biến đổi bằng cách gắn thêm nhóm CH 3 vào gốc xitôzin khi ADN được nhân đôi và người ta gọi hiện tượng đó là mêtyl hoá. Khi vùng nhiễm sắc được mêtyl hoá thì ADN bị co xoắn chặt lại và gen không thể phiên mã được. Bằng thực nghiệm, người ta đã chuyển các gen đang hoạt động vào cùng dị nhiễm sắc thì các gen này lại trở nên bất hoạt. Một trong hai nhiễm sắc thể X của nữ giới và của động vật có vú bị bất hoạt cũng bằng cơ chế này. Khi vùng nhiễm sắc thể đã bị mêtyl hoá thì trạng thái này được di truyền từ tế bào này sang tế bào khác. Mêtyl hoá đóng vai trò quan trọng trong quá trình biệt hoá tế bào (ở các mô nhất định, hầu hết các gen trong hệ gen bị đóng và chỉ một số gen nhất định hoạt động vào thời điểm nhất định). Trong quá trình hình thành tế bào tinh trùng và trứng ở người cũng như ở các loài động vật có vú khác, một số gen nhất định ở trứng bị bất hoạt bằng cách mêtyl hoá trong các gen tương ứng trong tinh trùng lại không bị bất hoạt hoặc ngược lại một số gen ở tinh trùng bị bất hoạt trong khi đó các gen tương ứng trong tế bào trứng lại vẫn hoạt động. Cách thức bất hoạt các nhóm gen khác nhau ở tế bào trứng và tế bào tinh trùng của cùng một loài như vậy được gọi in vết hệ gen (genomic tmprinting). Điều này giúp giải thích tại sao hợp tử, ví dụ ở người, chỉ phát triển thành cơ thể bình thường nếu chứa cả nhân của tinh trùng và nhân của trứng. Nếu tế bào trứng chứa 2 bộ nhiễm sắc thể đơn bội của cùng một giới thì hợp tử không phát triển được thành cơ thể. Gen có thể được hoạt hoá hay bất hoạt bằng cách axêtin hoá hoặc khử axêtin : Axêtin hoá là hiện tượng gắn thêm nhóm – COCH 3 vào gốc lizin tại đầu N của prôtêin histôn cấu tạo nên nuclêôxôm. Còn hiện tượng khử axêtin là hiện tượng loại nhóm - COCH 3 ra khỏi prôtêin histôn. Khi COCH 3 được gắn vào gốc lizin sẽ làm trung hoà điện tích dương của nó và do vậy lizin không thể liên kết được với các nuclêôxôm khác làm cho ADN được dãn xoắn và promoter của gen tiếp xúc được với ARN pôlimeraza nên phiên mã có thể được thực hiện. Ở một số tế bào, một số gen nhất định có thể được lặp lại nhiều lần làm tăng số lượng bản sao, do vậy làm tăng sản phẩm của gen để đáp ứng nhu cầu của tế bào. Đối với một số mô, thậm chí toàn bộ hệ gen được nhân lên nhiều lần nhưng không kèm theo phân chia tế bào chất (hiện tượng nội nguyên phân). Ví dụ, ở tế bào tuyến nước bọt của ấu trùng ruồi giấm, hiện tượng nội nguyên phân đã tạo nên bộ nhiễm sắc thể đa sợi hay còn gọi là bộ nhiễm sắc thể khổng lồ với hệ gen lưỡng bội được tăng lên tới 10 lần so với bình thường (2n). . tất cả các mức độ : từ điều hoà trước phiên mã, điều hoà phiên mã, điều hoà sau phiên mã, điều hoà dịch mã và sau dịch mã. Điều hoà trước phiên mã ADN. phiên mã rất ít, Như vây có thể nói ơpêron Lac vừa chịu sự điều hoà âm tính vừa chịu sự điều hoà dương tính. Opêron Lac chỉ có thể hoạt động khi prôtêin ức