- Mó di truyền là mó bộ ba (triplet code) Cỏc bộ ba cuả mARN gọi là codon (mó) và bộ ba
2. Điều hoà biểu hiện gen ở prokaryote
2.2. Điều hoà hoạt động của Operon lactose (lac operon)
2.2.1. Điều hoà õm tớnh Operon lactose
động, nghĩa là cỏc enzyme tham gia phõn giải lactose khụng được sinh ra. Nguyờn nhõn là do chất
ức chế bỏm chặt vào yếu tố vận hành gõy ức chế sự phiờn mó của cỏc gen cấu trỳc.
Hỡnh 6.3. Cơ chếđiều hũa õm tớnh của operon Lac. (a) Khi mụi trường vắng mắt lactose, operon rơi vào trạng thỏi bịức chế. (b) Khi mụi trường cú mắt lactose, operon được khửức chế.
Hỡnh 6.4. Chất cảm ứng allolactose (liờn kết β-1,6 glycoside) do lactose (liờn kết β-1,4) biến đổi thành dưới tỏc dụng của enzyme β-galactosidase.
Ngược lại, nếu bổ sung lactose vào mụi trường thỡ một thời gian sau vi khuẩn sẽ bắt đầu hấp thụ và phõn giải nú, nghĩa là cỏc enzyme liờn quan đó được sinh ra. Sự kiện này được lý giải như
sau: Chất cảm ứng (inducer) ởđõy là allolactose (liờn kết β-1,6 glycoside) – một dạng đồng phõn của lactose (liờn kết β-1,4) – tương tỏc với chất ức chế (repressor) và làm biến đổi hỡnh dỏng của chất này. Vỡ vậy chất ức chế mất ỏi lực và khụng thể bỏm vào yếu tố vận hành. Lỳc này cỏc gen cấu trỳc được phiờn mó và tổng hợp cỏc enzyme tương ứng giỳp vi khuẩn hấp thụ và phõn giải đường lactose như một nguồn năng lượng và carbon. Lactose vỡ vậy là tỏc nhõn gõy cảm ứng (hoạt húa) operon.
2.2.2. Điều hoà dương tớnh Operon lactose
Hoạt động của operon-lac cũn chịu sự kiểm soỏt của một protein điều hoà dương tớnh liờn quan với sự cú mặt của glucose.
Hỡnh 6.5. Điều hũa dương tớnh của operon Lac.
Khi trong mụi trường cú mặt đồng thời cả lactose và glucose thỡ operon Lac tạm ngưng hoạt
động gọi là ức chế dị hoỏ tạm thời. Khi glucose cú mặt ở nồng độ cao thỡ hàm lượng AMP vũng (cyclic AMP = cAMP) trong tế bào rất thấp; và ngược lại, khi khụng cú glucose hoặc cú khụng
đỏng kể thỡ hàm lượng cAMP tăng cao. Vỡ vậy, cAMP được xem là chất chỉ thị của sự vắng mặt glucose. Ngoài ra cũn phỏt hiện một loại protein điều hoà dương tớnh cú tờn là protein hoạt hoỏ dị
hoỏ (catabolite activator protein = CAP). Protein CAP gồm hai tiểu đơn vị giống nhau gọi là
homodimer; nú chỉ hoạt động khi mụi trường nội bào cú hàm lượng cAMP cao. Lỳc này cAMP kết hợp với CAP tạo ra phức hợp CAP-cAMP hoạt động; phức hợp này cú khả năng nhận biết và bỏm vào một đoạn 16 cặp bazơ về phớa trước của vựng khởi động, với cỏc đoạn lặp đảo ngược, gọi là vị
trớ CAP. Qua đú ARN polymerase được kớch thớch bỏm vào vị trớ P và bắt đầu phiờn mó ở mức cao. Túm lại, phức hợp CAP-cAMP kớch thớch phiờn mó của operon Lac (lac operon) bằng việc bỏm vào vị trớ kớch hoạt (activator site) nằm sỏt trước promoter và thỳc đẩy ARN polymerase bỏm vào promoter.
Hỡnh 6.6. (a) CAP gồm hai monomer giống nhau, mỗi monomer nhận biết một trỡnh tự ADN nhờ
vựng xoắn alpha; (b) Trỡnh tự đối xứng của vị trớ CAP được xem là cỏc đoạn lặp đảo ngược; (c) Cấu trỳc phõn tử cAMP; (d) Kớch thớch tổng hợp enzyme β-galactosidase
bằng cAMP với kiểu dại và CAP dạng đột biến.
Pastan và cs thớ nghiệm trờn cỏc tế bào vi khuẩn sống tự do để tạo ra β-galactosidase khi cú mặt cAMP với kiểu dại, hoặc một dạng chiết xuất từ cỏc tế bào đột biến cú CAP với ỏi lực giảm sỳt đối với cAMP. Thểđột biến này tạo ra hàm lượng β-galactosidase ớt hơn nhiều, điều đú làm ta kỳ vọng nếu như phức hợp CAP-cAMP là quan trọng trong phiờn mó operon. Tuy nhiờn, khi hàm lượng cAMP tăng cao quỏ hiển nhiờn là nú gõy nhiễu sự tổng hợp β-galactosidase ở tế bào kiểu dại. Điều này khụng khiến ta ngạc nhiờn vỡ cAMP cú nhiểu tỏc dụng, và một số cú thểức chế giỏn tiếp một số bước trong sự biểu hiện in vitro của gen lacZ (Emmer et al, 1970).
Hỡnh 6.7. Vị trớ bỏm của CAP và của ARN polymerase ở vựng khởi động của operon Lac (hỡnh
trờn). Cấu trỳc của phức hợp CAP-cAMP bỏm vào ADN (hỡnh trỏi, dưới) và giả thuyết về
sự kớch hoạt phiờn mó operon Lac bởi phức hợp hay dimer CAP-cAMP (Theo S. Busby và R.H. Ebright 1994).