Điều hòa hoạt động gene ở prokaryote Ở vi khuẩn và phage, hoạt tính đóng mở gene thường được điều khiển qua phiên mã tổng hợp các mRNA xảy ra khi sản phẩm của gene được cần đến.. Trong
Trang 1Điều hòa hoạt động gene ở
prokaryote
Ở vi khuẩn và phage, hoạt tính đóng mở gene thường được điều khiển qua phiên mã tổng hợp các mRNA xảy ra khi sản phẩm của gene được cần đến
Cơ chế phân tử cho mỗi mô hình điều hòa hoàn toàn khác nhau, nhưng
thường theo một trong hai kiểu chính: điều hòa âm tính và điều hòa dương tính
Trong hệ thống điều hòa âm tính một protei ức chế có mặt trong tế bào, ngăn cản sự phiên mã Trong hệ thống cảm ứng được điều hòa âm tính, protein ức chế hoạt động làm ngăn cản phiên mã Nhân tố cảm ứng kìm hãm chất ức chế, cho phép bắt đầu phiên mã Trong hệ thống ức chế, protein
aporepressor gắn với co-repressor tạo ra chất ức chế có hoạt tính, làm ngăn cản phiên mã Ngược lại trong hệ thống điều hòa dương tính (Hình 11.1B), sự tổng hợp mRNA xảy ra nều protein điều hòa gắn vào một vùng của gene làm hoạt hóa phiên mã Những protein này được xem là những nhân
tố hoạt hóa phiên mã Điều hòa âm tính và dương tính không loại trừ lẫn nhau Một vài hệ thống là cả điều hòa âm tính và dương tính, sử dụng cả 2 hệ thống điều hòa để phản ứng với các điều kiện khác nhau trong tế bào Điều
Trang 2hòa âm tính là phổ biến cho prokaryote, trong khi điều hòa dương tính lại phổ biến cho eukaryote
1 Cấu trúc của operon
Mô hình operon của điều hòa phiên mã
Cơ chế điều hòa di truyền của hệ thống lac(lac system) được giải thích bằng
mô hình operon của Francois Jacob và Jacque Monod (1960)
Hệ thống sử dụng lactose gồm 2 loại thành phần: gene cấu trúc mã hóa
protein cần thiết cho sự vận chuyển và chuyển hóa lactose và các yếu tố điều hòa (gene ức chế lacI, promotor lac P và operator lacO)
Sản phẩm gene cấu trúc được mã hóa bởi một phân tử mRNA đa gene
(polycistronic) Gene Z mã hóa cho enzyme b- galactosidase (thủy phân đường lactose thành galactose và glucose), gene Y mã hóa cho enzyme permease (cần cho vận chuyển lactose qua màng), gene A mã hóa cho enzyme transacetylase (vai trò chuyển hóa lactose chưa rõ) Đột biến promotor (lacP-) làm mất khả năng tổng hợp mRNA
Sản phẩm của gene lacIlà chất ức chế, nó bám vào trình tự các base của DNA cấu tạo operator Chất ức chế bám vào operator, ngăn cản sự khởi đầu phiên
mã mRNA nhờ RNA polymerase Chất cảm ứng (lactose) kích thích sự sinh tổng hợp mRNA bằng cách kết hợp và làm bất hoạt chất ức chế Sự có mặt của chất cảm ứng làm chất ức chế không gắn vào operator, promotor cho phép khởi đầu tổng hợp mRNA
Trang 3Khi môi trường có lactose, lactose được chuyển vào tế bào nhờ
permease Khi vào trong tế bào một số lactose (liên kết b -1,4) được chuyển thành allolactose (liên kết b-1,6) nhờ b-galactosidase Allolactose là chất cảm ứng, nó gắn vào protein kìm hãm, gây biến đổi cấu hình tạo phức hợp allolactose-repressor Phức hợp này mất khả năng gắn vào operator Lúc này operon mở ra, RNA polymerase bắt đầu phiên mã từ gene cấu trúc
Khi môi trường không có lactose, protein ức chế có hoạt tính gắn vào
operator, làm sự phiên mã của tất cả các gene cấu trúc của operon lac bị dừng
Sự điều hòa của operon yêu cầu promotor nằm chồng lên một phần hoặc kề sát bên promotor của gene cấu trúc, vì nó gắn với chất ức chế ngăn cản phiên mã
Trang 4A Bản đồ của operon lac
Trang 5B Sơ đồ của operon lac ở trạng thái bị kìm hãm
C Sơ đồ của operon lac ở trạng thái được kích thích