Điều hoà âm tính của các operon ức chế: trp operon

Đại diện cho tất cả các operon của các loại amino acid và các vitamine là operon tryptophan (trp operon; trp đọc là"trip") ở E. coli. Operon tryptophan có chức năng sản sinh các enzyme đồng hoá (anabolic) tham gia vào quá trình sinh tổng hợp ra amino acid tryptophan cần thiết cho tế bào tiến hành tổng hợp protein; thiếu amino acid này vi khuẩn không thể tổng hợp protein được và nó sẽ chết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều hoà âm tính của các operon ức chế: trp operon Điều hoà âm tính của các operon ức chế: trp operonĐại diện cho tất cả các operon của cácloại amino acid và các vitamine là operontryptophan (trp operon; trp đọc làtrip) ởE. coli.Operon tryptophan có chức năng sản sinhcác enzyme đồng hoá (anabolic) tham giavào quá trình sinh tổng hợp ra amino acidtryptophan cần thiết cho tế bào tiến hànhtổng hợp protein; thiếu amino acid này vikhuẩn không thể tổng hợp protein đượcvà nó sẽ chết.Trp operon cũng chịu sự điều hoà âmtính như lac operon; nó chỉ hoạt động khimôi trường nội bào thiếu hụt amino acidnày và không hoạt động (bị ức chế) khidư thừa tryptophan, sản phẩm cuối củacon đường sinh tổng hợp. Vì vậy trpoperon được gọi là operon ức chế(repressible) hay operon đồng hoá.1. Cấu trúc của trp operontrp operon của E. coli có chứa năm genecấu trúc chính (trpE, trpD, trpC, trpB vàtrpA) mã hoá cho các enzyme tham giavào các con đường sinh tổng hợp amioacid tryptophan theo một cơ chế rấtphức tạp (ở đây chúng ta không quan tâmcác con đường cụ thể này). trp operon cómột sso đặc điểm khác như: trình tựoperator nằm lọt trong promoter; geneđiều hoà nằm cách xa operon về phíatrước.(a) (b)(a) Cấu trúc phân tử amino acidtryptophan. (b) Cấu trúc lập thể củachất ức chế operon tryptophan (bên phảimỗi hình) bám vào DNA operator của nó(bên trái mỗi hình). Chất ức chế này làmột dimer gồm hai polypeptide giốngnhau (tượng trưng bằng vạch ngangmàu đỏ). Sự bám vào DNA chỉ xảy ra khimột phân tử tryptophan (các vòng màuđỏ) được bám dính vào mỗi monomercủa chất ức chế này.2. Cơ chế điều hoà âm tính của trpoperonKhi trong tế bào E. coli dư thừa aminoacid tryptophan (sản phẩm cuối cùngcủa con đường chuyển hoá) thì trpoperon ngừng hoạt động và do đó cácenzyme tương ứng không được sinh ra.Sự kiện này được giải thích như sau:Chất ức chế bình thường của operonnày (trp repressor) tồn tại ở dạng bấthoạt gọi là aporepressor , không có áilực đối với trp operator, nhưng khi cácamio acid dư thừa kết hợp vào sẽ tạo raphức hợp có hoạt tính, nghĩa là có ái lựcvới trp operator. Vì thế tryptophan đượcgọi là chất đồng ức chế (corepressor).Phức hợp này bám vào yếu tố chỉ huylàm kìm hãm phiên mã của trp operon .Ngược lại, khi trong tế bào vắng mặthay thiếu hụt các amino acid này, tự thânchất ức chế này ở trạng thái bất hoạtnên không bám được vào yếu tố chỉ huy(trp operator). Vì vậy các gene cấu trúcxảy ra sự phiên mã và kết quả là cácenzyme tham gia tổng hợp tryptophanđược sinh ra . Và một khi hàm lượngamio acid này được tổng hợp ở mức dưthừa sẽ tác động ngược trở lại, kìm hãmhoạt động của trp operon.(a)(b)Operon tryptophan bị kìm hãm (a) vàhoạt động (b).Tóm lại, phương thức điều hòa hoạtđộng gene theo các cơ chế liên hệngược hay phản hồi như thế (feed-backmechanisms) đảm bảo cho bộ gene cácvi khuẩn hoạt động một cách hợp lý vànhờ đó các vi khuẩn thích ứng và pháttriển trước các điều kiện môi trườngluôn thay đổi.* Cần lưu ý rằng, các protein ức chế vàđồng ức chế không hẳn là cách duy nhấtcác vi khuẩn điều hòa phiên mã gene. Ởnhiều vi khuẩn (và một số eukaryote),sự điều hòa mức chuyển hóa nào đócũng có thể được kiểm soát bởi cácriboswitch (tạm dịch là: công tắc ribo).Một riboswitch là một phần của vùng 5-không được dịch mã (5-untranslatedregion = 5-UTR) trong phân tử mRNA,tại đó có một vị trí bám đặc thù cho chấtchuyển hóa (metabolite).Một số chất chuyển hóa bám vào cácriboswitch, như: các purine adenine vàguanine; các amino acid glycine và lysine;mononucleotide flavin (nhóm phụ củaNADH dehydrogenase); S-adenosylmethionine (nhường nhóm methyl chonhiều phân tử, kể cả DNA và chóp ởđầu 5 của mRNA eukaryote).Trong mỗi trường hợp, riboswitch kiểmsoát các gene liên quan đến sự chuyểnhóa của phân tử đó. Chất chuyển hóabám vào mRNA đang sinh trưởng và baogồm cả sự thay đổi biến cấu (allosteric)mà: (i) đối với một số gene nó khiến chosự tổng hợp mRNA hơn nữa để kết thúctrước khi hình thành một sản phẩm chứcnăng, và (ii) đối với một số gene khác,nó tăng cường hoàn chỉnh việc tổng hợpmRNA. Trong cả hai trường hợp, kếtquả là do sự kiểm soát mức độ củachính chất chuyển hóa ấy. Một sốriboswitch kiểm soát sự dịch mã mRNAhơn là phiên mã mRNA. Đã có gợi ýrằng các cơ chế điều hoà này, vốnkhông liên quan bất kỳ protein nào; nó làmột cơ chế còn sót lại từ giới RNA. ...