Điều hoà ở mức dịch mã

Đi u hoà ề ở m c d ch mã ứ ị * Trong s đi u hoà operon lactose x yự ề ả ra s d ch mã bi t hoá c a các gene trongự ị ệ ủ mRNA. T l s l ng các b n sao c aỷ ệ ố ượ ả ủ ba enzyme β-galactosiase, permease và transacetylase là 1,0 : 0,5 : 0,2. S saiự khác này là ví d cho s đi u hoà d chụ ự ề ị mã, có th đ t đ c theo hai cách:ể ạ ượ (1) Gene lacZ đ c d ch mã tr c. Vì nóượ ị ướ là mRNA polycistron và t i m i codonạ ỗ k t thúc th ng có m t s ribosome táchế ườ ộ ố kh i mRNA, cho nên s t ng h p cácỏ ự ổ ợ polypeptide có s phân hoá t đ u 5' choự ừ ầ đ n đ u 3'. Hi n t ng đó g i là ế ầ ệ ượ ọ tính phân c c c a các phân t mRNAự ủ ử polycistron. (2) S suy thoái c a mRNA lac đ cự ủ ượ kh i đ u th ng xuyên h n gene ở ầ ườ ơ ở lacA so v i ớ lacY và hay x y ra gene ả ở lacY h n là ơ lacZ. Do đó s l ng b n saoố ượ ả hoàn ch nh c a gene lacZ có đ c nhi uỉ ủ ượ ề h n các gene kia.ơ Nói cách khác, hi u su t d ch mã suyệ ấ ị gi m t đ u 5' đ n đ u 3' c a mRNAả ừ ầ ế ầ ủ polycistron. Nh ng đ c đi m ch u tráchữ ặ ể ị nhi m cho hi n t ng này là: (i) Hi uệ ệ ượ ệ qu kh i đ u s d ch mã sai khác nhau;ả ở ầ ự ị (ii) kho ng cách khác nhau gi a cácả ữ codon k t thúc chu i và codon m đ uế ỗ ở ầ ti p theo cho phép ribosome và mRNAế tách r i nhau; và (iii) m c nh y c mờ ứ ạ ả khác nhau c a các vùng khác nhau c aủ ủ mRNA đ i v i s suy thoái. Nh ng hi uố ớ ự ữ ệ qu này lên s d ch mã quy t đ nh sả ự ị ế ị ố l ng protein t o ra trong m i đ n vượ ạ ỗ ơ ị th i gian cho m i gene . Tuy nhiên, sờ ỗ ự đi u hoà d ch mã quan sát đ c m tề ị ượ ở ộ vài loài phage - đó là, s c ch vi cự ứ ế ệ d ch mã c a m t gene c th b ng s nị ủ ộ ụ ể ằ ả ph m c a m t gene khác.ẩ ủ ộ * Hi u qu c a s kh i đ u d ch mãệ ả ủ ự ở ầ ị ph thu c trình t giàu purine vùng 5'-ụ ộ ự ở UTR; đó là 6-8 base (th ng g p làườ ặ AGGAGGU). Nó n m ngay tr c codonằ ướ kh i đ u AUG c a mRNA. Đo n nàyở ầ ủ ạ bàm vào ti u đ n v ribosome bé vàể ơ ị đ c J.Shine và L.Dalgarno (Austria) xácượ đ nh l n đ u tiên năm 1974. Vì v y nóị ầ ầ ậ đ c g i là ượ ọ trình t Shine-Dalgarnoự . Các tác gi này cho r ng h u nh có s bả ằ ầ ư ự ổ sung chính xác gi a đo n này ( đ u 5'ữ ạ ở ầ c a mRNA) và vùng t ng ng đ u 3'ủ ươ ứ ở ầ c a rRNA 16S. Đi u này phù h p v iủ ề ợ ớ hi n t ng c đ nh b c đ u phân tệ ượ ố ị ướ ầ ử mRNA trên ti u đ n v 30S. Thôngể ơ ị th ng, các mRNA đ c d ch mã cóườ ở ượ ị hi u qu nh t thì vùng bám vàoệ ả ấ ribosome th ng n m cách codon kh iườ ằ ở đ u kho ng 8 nucleotide v phía tr c.ầ ả ề ướ N u các đ t bi n x y ra vùng này d nế ộ ế ả ở ẫ t i s d ch chuy n trình t Shine-ớ ự ị ể ự Dalgarno k sát codon AUG ho c xaề ặ h n, có th làm gi m đ t ng t hi u quơ ể ả ộ ộ ệ ả d ch mã trên mRNA đó. Tuy nhiên, chị ỉ riêng s có m t c a trình t Shine-ự ặ ủ ự Dalgarno phân b chu n v n ch a đố ẩ ẫ ư ủ đ m b o cho s kh i đ u d ch mã. Trênả ả ự ở ầ ị th c t , có nhi u trình t nh th b cheự ế ề ự ư ế ị khu t d i d ng "k p cài tóc", vì v yấ ướ ạ ẹ ậ nó không th tham giaể t ng tác v iươ ớ vùng t ng ng c a rRNA 16S.ươ ứ ủ S t ng tác gi a y u t Shine-ự ươ ữ ế ố Dalgarno c a m t mRNA và đo n trìnhủ ộ ạ t t ng ng đ u 3' c a rRNA 16S cóự ươ ứ ở ầ ủ m t trong ti u đ n v ribosome bé 30Sặ ể ơ ị (theo M.W.King 1996). Các s li u thu đ c cho th y hi u quố ệ ượ ấ ệ ả c a s s d ng trình t Shine-Dalgarnoủ ự ử ụ ự nh t đ nh có th "ch tác" các protein màấ ị ể ế đ n l t chúng l i bám vào trình t đóế ượ ạ ự và ngăn c n nó. Đ c nghiên c u chiả ượ ứ ti t nh t là các protein c a ribosome ế ấ ủ ở E. coli. Khi t c đ t ng h p các proteinố ộ ổ ợ này v t quá m c t o rRNA thì x y raượ ứ ạ ả s tích lu các protein ribosome t do.ự ỹ ự S protein d th a này đ c g i là cácố ư ừ ượ ọ protein "khoá"; chúng bám vào trình tự Shine-Dalgarno trong các mRNA t ngươ ng. Nh v y, t c đ d ch mã - t ngứ ờ ậ ố ộ ị ổ h p các protein ribosome đ c duy trì ợ ượ ở m c không v t quá kh năng s d ngứ ượ ả ử ụ chúng đ ki n t o các ribosome. Có thể ế ạ ể nói, s đi u hoà m c d ch mã là sự ề ở ứ ị ự "c nh tranh" gi a rRNA và mRNA c aạ ữ ủ các protein ribosome, gây ra s k t h pự ế ợ v i các protein "khoá" này. Khi s d chớ ự ị mã mRNA cho các protein ribosome trở nên không th ti p t c đ c n a (do sể ế ụ ượ ữ ự bám dính b i các protein "khoá") thì cácở mRNA này b suy thoái nhanh h n bìnhị ơ th ng.ườ M t ví d khác là phage R17 c a ộ ụ ủ E. coli ch a RNA thay vì DNA; nhi m s c thứ ễ ắ ể c a nó là m t phân t mRNA, vì th sủ ộ ử ế ự bi u hi n c a gene ch c n duy nh t sể ệ ủ ỉ ầ ấ ự d ch mã. Phage này t o ra ba s n ph mị ạ ả ẩ gene - hai protein c u trúc (protein A vàấ protein v c a phage) và m t enzyme táiỏ ủ ộ b n RNA (replicase). Các phân t proteinả ử v đ c c n đ n nhi u h n cácỏ ượ ầ ế ề ơ replicase. Ngoài ra, s t ng h p replicaseự ổ ợ ch c n thi t m t lúc sau khi lây nhi m,ỉ ầ ế ộ ễ trong khi đó đ s n xu t m t s l ngể ả ấ ộ ố ượ các phân t đ cho l p ráp phage thì sử ủ ắ ự t ng h p protein v ph i x y ra trongổ ợ ỏ ả ả su t chu kỳ s ng. Sau m t lúc lâyố ố ộ nhi m, c replicase và các phân tễ ả ử protein v đ c d ch mã t RNA. Phânỏ ượ ị ừ t RNA phage có ch a v trí bám choử ứ ị m t protein v đ nh khu gi a codon k tộ ỏ ị ữ ế thúc c a gene protein v và codon mủ ỏ ở đ u AUG c a gene replicase. Khi proteinầ ủ v đ c t ng h p, v trí bám này d nỏ ượ ổ ợ ị ầ d n đ c l p đ y b i các phân tầ ượ ấ ầ ở ử protein và ngăn c n vi c d ch mã vùngả ệ ị mã hoá replicase. B ng cách đó, vi cằ ệ t ng h p replicase s d ng l i m t lúcổ ợ ẽ ừ ạ ộ ng n sau khi các protein v b t đ u.ắ ỏ ắ ầ * Quan h gi a hàm l ng các tRNAệ ữ ượ v i t c đ d ch mã mRNAớ ố ộ ị : N u d chế ị mã đã b t đ u thì t c đ c a nó đ cắ ầ ố ộ ủ ượ xác đ nh b i s có m t c a các lo iị ở ự ặ ủ ạ tRNA khác nhau, t ng ng v i cácươ ứ ớ codon đ c hi u trong mRNA. Hàmặ ệ l ng t ng đ i c a các tRNA khácượ ươ ố ủ nhau trong t bào v c b n là khácế ề ơ ả nhau. Ví d , methionine và tryptophan làụ hai lo i amino acid ch có m t codon đ cạ ỉ ộ ặ hi u t ng ng, AUG và UGG, thìệ ươ ứ t ng đ i ít g p trong ph n l n cácươ ố ặ ầ ớ protein và các tRNA đ c thù c a chúngặ ủ có m t trong t bào v i s l ng khôngặ ế ớ ố ượ nhi u. H n n a, các tRNA th ng g pề ơ ữ ườ ặ nh t, v nguyên t c, t ng ng v i cácấ ề ắ ươ ứ ớ codon đ c s d ng th ng xuyên nh t.ượ ử ụ ườ ấ Nh v y, mRNA nào ch a nhi u codonư ậ ứ ề "hi m" thì s d ch mã đi n ra ch m h nế ự ị ễ ậ ơ các mRNA có ch a nhi u codon thôngứ ề d ng. Nói cách khác, t c đ d ch mãụ ố ộ ị mRNA đ c ki m soát m t ph n b iượ ể ộ ầ ở hàm l ng các codon mà chúng đ cượ ượ nh n bi t b i các tRNA h hàng có đậ ế ở ọ ộ t p trung cao nh tậ ấ . Đi u hoà ề ở m c d ch mã ứ ị * Trong s đi u hoà operon lactose x yự ề ả ra s d ch mã bi t hoá c a các gene trongự ị ệ ủ. đ u th ng xuyên h n gene ở ầ ườ ơ ở lacA so v i ớ lacY và hay x y ra gene ả ở lacY h n là ơ lacZ. Do đó s l ng b n saoố ượ ả hoàn ch nh c a gene lacZ có