Điều hoà âm tính của các operon cảm ứng:

Điều hoà âm tính của các operon cảm ứng: lac operonĐại diện cho tất cả các operon của các loại đường di- và polysaccharide (mà vi khuẩn sử dụng như một nguồn cung cấp các hợp chất carbon và năng lượng) là operon lactose ở E. coli. Operon lactose có chức năng sản sinh các enzyme tham gia vào quá trình hấp thụ và phân giải đường lactose (một disacharide) thành galactose và glucose.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều hoà âm tính của các operon cảm ứng: Điều hoà âm tính của các operon cảm ứng: lac operonĐại diện cho tất cả các operon của các loạiđường di- và polysaccharide (mà vi khuẩn sửdụng như một nguồn cung cấp các hợp chấtcarbon và năng lượng) là operon lactose ở E.coli.Operon lactose có chức năng sản sinh cácenzyme tham gia vào quá trình hấp thụ vàphân giải đường lactose (một disacharide)thành galactose và glucose. Nó chỉ hoạt độngkhi có mặt đường lactose, vì vậy lactose đượcgọi là chất cảm ứng và lac operon được gọilà operon cảm ứng (inducible) hay operon dịhoá (catabolite). Nói đúng ra, chất cảm ứng làallolactose; lactose(liên kết galactosid dạng β-1,4) bị biến đổi thành chất trung gian trong quátrình thuỷ phân lactose dưới tác dụng của β-galactosidase, gọi là allolactose (liên kết β-1,6).1. Cấu trúc của lac operonCác thành phần của lac operon ở E. coli nhưsau :Cấu trúc chi tiết các vùng khác nhau củaoperon lactose.- Nhóm các gene cấu trúc bao gồm bagene: lacZ, lacY và lacA (nói gọn là Z, Y vàA); trong đólacZ mã hoácho b galactosidase (thuỷ phânlactose), lacY mã hoá cho permease (vậnchuyển lactose qua màng) và lacA mãhoá transacetylase (chức năng không rõ ràng;theo ý nghĩa nó không phải là enzyme liênquan trực tiếp đến sự chuyển hoá lactose).- Yếu tố chỉ huy (lac operator) là trình tự DNAdài ~34 cặp base cách gene Z chừng 10 cặpbase về phía trước, là vị trí tương tác với chấtức chế. Nó chứa trình tự 24 cặp base đốixứng xuôi ngược, giúp chất ức chế(lac repressor) có thể nhận biết và bám vàobằng cách khuếch tán dọc theo DNA từ cả haiphía.- Vùng khởi động (lac promotor) là đoạn DNAdài chừng 90 cặp base nằm trước và trùmlên lacoperator 7 cặp base. Nó chứa hai vị trítương tác với RNA polymerase và với proteinhoạt hoá dị hoá (catabolite activator protein =CAP, hoặc CRP - xem mục V). Điểm khởi đầuphiên mã là vị trí gần cuối của lac promoter.- Gene điều hoà (regulatory gene) nằm trướcvùng khởi động, mã hoá một protein ức chếgồm bốn polypeptide giống nhau, gọi là tứphân (tetramer), đều chứa 360 amino acid.2. Cơ chế điều hoà âm tính của lac operonKhi trong môi trường nuôi cấy E. coli vắng mặtlactose (allolactose, chất cảm ứng)thì lacoperon không hoạt động, nghĩa là cácenzyme tham gia hấp thụ và phân giải lactosekhông được sinh ra. Nguyên nhân là do chấtức chế của operon (lac repressor) vốn tự thâncó hoạt tính, bám chặt vào yếu tố chỉ huy(lac operator) và gây kìm hãm sự phiên mãcủa các gene cấu trúc Z, Y và A. Do đó cácsản phẩm enzyme của lac operon không đượctạo ra; tức biểu hiện âm tính.(a) (b)(a) Chất ức chế bám chặt lac operator gây ứcchế phiên mã; (b) Mô hình lac operator (rìatrái) bị bám chặt bởi protein ức chế (rìa phải).Ngược lại, nếu bổ sung lactose vào môitrường thì một thời gian sau vi khuẩn sẽ bắtđầu hấp thụ và phân giải nó, nghĩa là cácenzyme liên quan đã được sinh ra. Sự kiệnnày được lý giải như sau: Chất cảmứng (inducer), ở đây là allolactose - dạng biếnđổi của lactose - tương tác với chất ứcchế (repressor) làm biến đổi cấu hình của chấtnày. Một phân tử allolactose bám vào một tiểuđơn vị của chất ức chế. Vì vậy chất ức chếmất ái lực và không thể bám vào lacoperator;nó tách ra khỏi DNA. Lúc này các gene cấutrúc được phiên mã và các enzyme tương ứngđược tổng hợp, nhờ vậy vi khuẩn có thể hấpthụ và phân giải đường lactose Lactose vì vậylà tác nhân gây cảm ứng (hoạthoá) lac operon. Ngoài ra, ITPG (isopropylthiogalactoside) cũng được dùng như mộtchất cảm ứng nhưng không phải là tác nhânsinh lý.Chất cảm ứng kết hợp với chất ức chế và làmbiến đổi hình dáng của nó; chất ức chế vì vậykhông bám được vào lac operator. Kết quả làcác gene cấu trúc của lac operon được phiênmã tạo ra phân tử mRNA polycistron và cácenzyme tương ứng được tổng hợp.Phương thức điều hoà như thế được gọi làđiều hoà cảm ứng - âm tính, bởi vì chất ứcchế lacoperon một khi bám vào lac operatorsẽ kìm hãm phiên mã, nghĩa là gây hiệu quảâm tính lên sự biểu hiện của các gene; vàhoạt động chức năng của protein này lại phụthuộc vào chất cảm ứng. Nhờ cơ chế điều hoàkiểu liên hệ ngược này mà vi khuẩn có thểthích ứng để tồn tại và phát triển một cáchhợp lý.Chất ức chế một khi được bám đầy đủ bởiallolactose thì tách khỏi operator khiến cho sựđiều hoà âm tính (sự ức chế) được làm dịubớt, tuy nhiên RNA polymerase vẫn chưa thểtạo thành một phức hợp bền vững vớipromoter để có thể khởi đầu phiên mã được.Về cơ bản, cơ chế mở của lac operon đượctrình bày như trên; nhưng thực ra sự hoạtđộng của chất cảm ứng mới chỉ làm dịu bớt(alleviation) sự điều hoà âm tính (sự ức chế)của lacoperon. Trên hình cho thấy ngay cả khichất ức chế đã tách khỏi operator, RNApolymerase vẫn không thể bám ổn định vàopromoter và khởi đầu phiên mã - nó không cóái lực đủ cao đối với promoter để bám vào đủlâu để có thể khởi đầu ...