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

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

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

(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"