Các thể đột biến của lac operon: các gene cấu trúc, operator, gene điều hoà và promoter

Các đột biến ở các promoter và operator Nói chung, các đột biến ở các vùng kiểm soát, chẳng hạn các promoter và operator, thường chỉ ảnh hưởng lên DNA mà chúng khu trú; các đột biến này không tác động lên các vùng định khu trên các phân tử DNA khác (khi nòi vi khuẩn xét đến là thể lưỡng bội một phần, merodiploid). Chúng được gọi là các thể đột biến trội cis.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các thể đột biến của lac operon: các gene cấu trúc, operator, gene điều hoà và promoterCác thể đột biến của lac operon:các gene cấu trúc, operator, gene điều hoà và promoter1. Các đột biến ở các promoter vàoperatorNói chung, các đột biến ở các vùngkiểm soát, chẳng hạn các promotervà operator, thường chỉ ảnh hưởnglên DNA mà chúng khu trú; các độtbiến này không tác động lên cácvùng định khu trên các phân tửDNA khác (khi nòi vi khuẩn xétđến là thể lưỡng bội một phần,merodiploid). Chúng được gọi làcác thể đột biến trội cis.Dưới đây ta hãy xem xét một vàitình huống liên quan.+ Ví dụ 1: Một nòi vi khuẩn có kiểu - + + +gene là operon P X Y Z (P =promoter; X, Y, Z = các gene cấutrúc; dấu - chỉ đột biến và dấu+ chỉ chức năng bình thường).Do promoter bị sai hỏng nên RNApolymerase không thể bám vào, vìvậy operon luôn luôn đóng - khôngtạo ra mRNA.+ Ví dụ 2: Một nòi vi khuẩn có kiểugene P+ O- X+ Y+ Z+ (O- hay Oc =đột biến cơ định operator). Vìoperator bị sai hỏng nên chất ứcchế dù bình thường cũng không thểnhân biết và bám vào, vì vậy sựđiều hoà sẽ không xảy ra. Operonsẽ luôn luôn ở trạng thái mở (hoạtđộng).2. Các đột biến ở các yếu tố ứcchếCác phân tử ức chế như đã biết cóthể tương tác với tất cả các phân tửDNA trong một tế bào, không códính dáng tới DNA mà từ đó chúngđược sinh ra. Nghĩa là các đột biếntại gene điều hoà có thể cài hiệuquả của chúng lên tất cả các DNAtrong tế bào; đó là các thể độtbiến trans.+ Ví dụ 3: Xét hai nòi vi khuẩn cócác operon sau đây:(1) R- P+ O+ X+ Y+ Z+(2) R+ P- O+ X+ Y+ Z+/ R- P+ O- + + + X Y Ztrong đó R- là gene điều hoà bị độtbiến. Ta thấy rằng ở nòi 1, tế bàotạo ra chất ức chế không hoạt độngchức năng và nó sẽ chẳng bao giờbám được operator. Vì vậy operonsẽ luôn luôn ở trạng thái mở. Ở nòi2 (lưỡng bội một phần), ta hãy xétriêng từng DNA rồi sau đó xét gộpchung với nhau. Operon trên(trước) sẽ không bao giờ tạo raRNA bởi vì promoter bị sai hỏng.DNA dưới (sau) lúc nào cũng tạora RNA vì chất ức chế bị sai hỏng.Xét chung cho thấy DNA trên cóthể tạo ra chất ức chế bình thườngcó thể bám vào cả hai operator. Vìvậy, nòi vi khuẩn này có operonđược điều hoà.+ Ví dụ 4: Bây giờ ta thử xét kiểuhình của các tế bào lưỡng bội (mộtphần) đối với gene lacI qua tìnhhuống sau. Một nòi E. coli mà lac Iđược tiếp hợp với các tế bào E.coli mang một plasmid F với đoạnDNA gồm PI lacI DNA trênepisome. Sự biểu hiện của lacZ sẽđược điều hoà như thế nào trongcác tế bào lưỡng bội và dị hợp tử vềgene lacI (lac I trên episome và lacItrên nhiễm sắc thể vi khuẩn)? Giảithích.Rõ ràng là các tế bào này xảy rakiểu điều hoà bình thường về sựchuyển hoá lactose. Vì genelacI+ trên episome F là trội so vớilacI- trên nhiễm sắc thể vi khuẩn.Bạn có thể tự giải thích cơ chế điềuhoà này?3. Các đột biến xảy ra trong cácgene cấu trúcNếu như các tổn thương xảy ratrong các gene cấu trúc thì chúngchỉ ảnh hưởng lên DNA bị đột biếnmà thôi.+Ví dụ 5: Xét ba nòi vi khuẩn cócác operon sau đây, với giả thiếtcác gene Z và Y cần cho quá trìnhphân giải đường lactose. + + - +(1) P O Z Y(2) P+ O+ Z- Y+/ P+ O+ Z+ Y-(3) I+ O+ Z+/ I+ O- Z-Ta thấy rằng nòi 1 không thể tổnghợp được β-galactoside có chứcnăng bình thường; dù môi trườngcó lactose chúng cũng không thểhấp thụ và phân giải (kiểu hình độtbiến). Nòi 2 có sự bổ sung bù trừvề sản phẩm của các gene Z+ vàY+ của hai DNA, nên lac operon ởtế bào này được điều hoà, nghĩa làchỉ hoạt động khi môi trường cólactose và ngưng hoạt động khi môitrường vắng mặt lactose. Ở nòi 3,operon được điều hoà.+ Ví dụ 6: Một nòi E. coli là F lacZmet bio được hỗn hợp với nòi E.coli là lacZ met bio và mang mộtepisome với trình tự DNA Plac OlacZ trên episome, và được nuôicấy trong vài giờ. Sau đó các tế bàonày được tách ra, rửa sạch và cấysang môi trường tối thiểu có chứalactose như là nguồn đường duynhất. Một số tế bào sinh trưởngđược trên môi trường tối thiểu cólactose và hình thành các khuẩnlạc. Bằng cách nào một số tế bàođó trở thành lacZ met bio?Rõ ràng đây là kết quả của mộtkiểu tiếp hợp đặc biệt, gọilà chuyển nạp (sexduction), tức làquá trình mà trong đó các mẩuDNA tự trị được mang vào một vikhuẩn F- bởi một DNA thuộc nhântố F, và đã xảy ra sự tái tổ hợp ở vịtrí lacZ (xem chương 5).+ Ví dụ 7: Bạn sẽ mô tả cơ chế điềuhoà sự chuyển hoá lactose như thếnào trong các tế bào vừa được môtả ở trên (ví dụ 6) khi chúng mọcđược trên môi trường tối thiểu cólactose như là nguồn dinh dưỡng?Thực chất là ta đang xét sự điềuhoà của gene lacZ trên mộtepisome F dựa trên sơ đồ sau đây:Ở đây, các tế bào này xảy ra kiểuđiều hoà bình thường về chuyểnhoá lactose. Trình tự DNA gồmPlac O+ lacZ+ trên episome đượcđiều hoà bằng chất ức chế(repressor) và protein hoạt hoá dịhoá (CAP hay CRP; xem mục Vbên dưới) được mã hoá trên nhiễmsắc thể vi khuẩn. ...