Điều hòa âm tính operon tryptophan Operon tryptophan trp của E.coli chứa các gene cấu trúc mã hóa cho các enzyme tông hợp amino acid tryptophan.. Operon này được điều hòa theo cách sau:
Trang 1Điều hòa âm tính operon tryptophan
Operon tryptophan (trp) của E.coli chứa các gene cấu trúc mã hóa cho các enzyme tông hợp amino acid tryptophan Operon này được điều hòa theo cách sau: khi tryptophan có mặt đầy đủ trong môi trường sinh trưởng, sự phiên mã của operon bị ức chế Khi sự cung cấp tryptophan bị thiếu, sự
phiên mã xảy ra
Sự điều hòa của operon lactose tương tự với operon lactose, vì sự tổng hợp mRNA được điều hòa âm tính nhờ chất ức chế Tuy nhiên, khác với điều hòa ở operon lac, tryptophan hoạt động như chất đồng kìm hãm, kích thích chất ức chế gắn vào operator ngừng sự tổng hợp Operon tryptophan hoạt động theo kiểu ức chế, điều hòa âm tính
Tryptophan được tổng hợp qua 5 giai đoạn, mỗi giai đoạn có sự xúc tác của một enzyme đặc biệt Các gene mã hóa cho các enzyme này nằm kề nhau trên nhiễm sắc thể của E.coli Đó là các gene trpE, trpD, trpC, trpB, trpA Các enzyme được dịch mã từ một phân tử mRNA đa gene Vùng mã hóa gene E được dịch mã trước tiên Phía trước trpE về đầu 5' có promotor, operator và 2 vùng xếp lần lượt là leader (trpL) và đoạn kìm hãm phiên mã attenuator (trpa, không phải là trpA) Gene ức chế trpR nằm xa operon, tổng hợp protein aporepressor, là chất kìm hãm mà riêng nó không có hoạt tính Khi tryptophan dư thừa, nó kết hợp với aporepressor tạo chất kìm hãm có hoạt tính, gắn vào operator của operon tryptophan làm dừng phiên mã các
Trang 2gene cấu trúc Khi nồng độ tryptophan thấp, nó tách khỏi phức hợp kìm hãm
và aporepressor mất hoạt tính Lúc này operator mở ra, RNA
polymerase dịch mã 5 gene cấu trúc để tổng hợp 5 enzyme tạo tryptophan
Điều hòa của operon trp ở E coli
A Protein aporepressor không bám được vào operator, phiên mã xảy ra
B Khi có đủ tryptophan, phức hợp aporepressor và tryptophan làm chất ức chế hoạt động gắn được vào operator, sự phiên mã bị kìm hãm
Trang 3Điều hòa dương tính operon lactose
Chức năng của b-galactosidase trong chuyển hóa lactose để tạo ra glucose bằng cách cắt lactose (một sản phẩm cắt khác là galactose cũng có thể được chuyển thành glucose nhờ enzyme của operon galactose) Nếu cả glucose và lactose có mặt trong môi trường sinh trưởng, không cần hoạt động của operon lac
Trong môi trường có glucose, enzyme b-galactosidase không được tạo thành cho đến khi glucose trong môi trường được sử sụng hết Sự có mặt của
glucose làm mRNA không được tổng hợp, do đó không có sự tổng hợp b-galactosidase, vì sự thêm vào nhân tố cảm ứng làm bất hoạt chất kìm hãm Một yếu tố khác cần cho sự bắt đầu tổng hợp mRNA, hoạt tính của yếu tố này được điều hòa bởi nồng độ glucose
Glucose có ảnh hưởng ức chế gián tiếp lên sự biểu hiện của operon lac
Những phân tử nhỏ adenosine monophosphate vòng (cAMP) phân bố rộng rãi trong mô động vật và trong các cơ thể eukaryote đa bào, có vai trò quan trọng làm chất trung gian hoạt động hormone Chất này cũng có trong tế bào
E coli và nhiều tế bào vi khuẩn khác với chức năng khác nhau cAMP được tổng hợp bởi enzyme adenyl cyclase, và nồng độ của cAMP được điều hòa gián tiếp qua trao đổi chất glucose Khi vi khuẩn sinh trưởng ở môi trường chứa glucose, hàm lượng cAMP rất thấp Trong môi trường chứa glycerol hoặc các nguồn carbon không thể đi vào con đường hóa sinh được sử dụng
để trao đổi chất glucose (con đường glycolytic) hoặc khi vi khuẩn bị
Trang 4đói nguồn năng lượng, nồng độ cAMP cao Hàm lượng glucose giúp điều hòa nồng độ cAMP trong tế bào và cAMP lại điều hòa hoạt tính của operon lac
Cấu trúc của cAMP
E coli chứa protein nhận cAMP hay CRP (cyclic AMP receptor
protein) còn được gọi là protein hoạt hóa dị hóa CAP (catabolite activator protein), được mã hóa bởi gene crp Đột biến ở gene crp và gene
adenyl cyclaselàm ngăn cản sự tổng hợp của mRNA lac Điều này cho thấy chức năng của CRP và cAMP cần thiết cho tổng hợp mRNA lac CRP và cAMP gắn vào một vị trí khác tạo phức hợp cAMP-CRP được biểu hiện Phức hợp này là một yếu tố điều hòa hoạt hóa ở hệ thống lac
Trang 5Bốn trạng thái điều hòa của operon lac
Nhu cầu về cAMP-CRP phụ thuộc vào hệ thống ức chế lac, vì đột biến crp và adenyl cyclase không thể tạo mRNA lacngay cả khi có mặt đột biến ở gene điều hòa (lacI-) và gene chỉ huy (lacO-) Sở dĩ như vậy là vì phức hợp cAMP-CRP phải gắn vào trình tự base trên DNA ở vùng promotor để xảy ra phiên
mã (Hình 11.4) Khác với chất ức chế trong điều hòa âm tính, phức hợp
cAMP-CRP là chất điều hòa dương tính Các thí nghiệm ở điều kiện in
vitrocho thấy: mRNA lacđược tổng hợp chỉ khi có cAMP vòng và không có chất ức chế Khi vắng mặt phức hợp cAMP-CRP, RNA polymerase chỉ bám lỏng lẽo vào promotor Vì vậy hiếm khi dẫn đến phiên mã vì không có
Trang 6sự tương tác đúng giữa RNA polymerase và promotor Nhưng RNA
polymerase được kích thích gắn vào promotor khi cAMP-CRP được gắn vào DNA
Những kết quả này giải thích chức năng lactose và glucose cùng nhau tham gia điều hòa phiên mã operon lacnhư thế nào