Điều hòa hoạt động gene ở prokaryote

Ở vi khuẩn và phage, hoạt tính đóng mở gene thường được điều khiển qua phiên mã tổng hợp các mRNA xảy ra khi sản phẩm của gene được cần đến. Cơ chế phân tử cho mỗi mô hình điều hòa hoàn toàn khác nhau, nhưng thường theo một trong hai kiểu chính: điều hòa âm tính và điều hòa dương tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều hòa hoạt động gene ở prokaryote Điều hòa hoạt động gene ở prokaryoteỞ vi khuẩn và phage, hoạt tính đóng mởgene thường được điều khiển qua phiênmã tổng hợp các mRNA xảy ra khi sảnphẩm của gene được cần đến.Cơ chế phân tử cho mỗi mô hình điềuhòa hoàn toàn khác nhau, nhưng thườngtheo một trong hai kiểu chính: điều hòaâm tính và điều hòa dương tính.Trong hệ thống điều hòa âm tính mộtprotei ức chế có mặt trong tế bào, ngăncản sự phiên mã. Trong hệ thống cảmứng được điều hòa âm tính, protein ứcchế hoạt động làm ngăn cản phiên mã.Nhân tố cảm ứng kìm hãm chất ức chế,cho phép bắt đầu phiên mã. Trong hệthống ức chế, protein aporepressorgắn với co-repressor tạo ra chất ứcchế có hoạt tính, làm ngăn cản phiên mã.Ngược lại trong hệ thống điều hòadương tính (Hình 11.1B), sự tổng hợpmRNA xảy ra nều protein điều hòa gắnvào một vùng của gene làm hoạt hóaphiên mã. Những protein này được xemlà những nhân tố hoạt hóa phiên mã.Điều hòa âm tính và dương tính khôngloại trừ lẫn nhau. Một vài hệ thống làcả điều hòa âm tính và dương tính, sửdụng cả 2 hệ thống điều hòa để phảnứng với các điều kiện khác nhau trong tếbào. Điều hòa âm tính là phổ biến choprokaryote, trong khi điều hòa dươngtính lại phổ biến cho eukaryote.1. Cấu trúc của operonMô hình operon của điều hòa phiên mãCơ chế điều hòa di truyền của hệ thốnglac(lac system) được giải thích bằngmô hình operon của Francois Jacobvà Jacque Monod (1960)Hệ thống sử dụng lactose gồm 2 loạithành phần: gene cấu trúc mã hóaprotein cần thiết cho sự vận chuyểnvà chuyển hóa lactose và các yếu tốđiều hòa (gene ức chế lacI, promotor lacP và operator lacO).Sản phẩm gene cấu trúc được mã hóabởi một phân tử mRNA đa gene(polycistronic). Gene Z mã hóa choenzyme b- galactosidase (thủy phânđường lactose thành galactose vàglucose), gene Y mã hóa cho enzymepermease (cần cho vận chuyểnlactose qua màng), gene A mã hóacho enzyme transacetylase (vai tròchuyển hóa lactose chưa rõ). Đột biếnpromotor (lacP-) làm mất khả năng tổnghợp mRNA.Sản phẩm của gene lacIlà chất ức chế,nó bám vào trình tự các base của DNAcấu tạo operator. Chất ức chế bám vàooperator, ngăn cản sự khởi đầu phiênmã mRNA nhờ RNA polymerase.Chất cảm ứng (lactose) kích thích sựsinh tổng hợp mRNA bằng cách kết hợpvà làm bất hoạt chất ức chế. Sự có mặtcủa chất cảm ứng làm chất ức chếkhông gắn vào operator, promotor chophép khởi đầu tổng hợp mRNA.Khi môi trường có lactose, lactoseđược chuyển vào tế bào nhờpermease. Khi vào trong tế bào một sốlactose (liên kết b -1,4) được chuyểnthành allolactose (liên kết b-1,6) nhờb-galactosidase. Allolactose là chấtcảm ứng, nó gắn vào protein kìm hãm,gây biến đổi cấu hình tạo phức hợpallolactose-repressor. Phức hợp này mấtkhả năng gắn vào operator. Lúc nàyoperon mở ra, RNA polymerase bắt đầuphiên mã từ gene cấu trúc.Khi môi trường không có lactose, proteinức chế có hoạt tính gắn vào operator,làm sự phiên mã của tất cả cácgene cấu trúc của operon lac bị dừng.Sự điều hòa của operon yêu cầupromotor nằm chồng lên một phầnhoặc kề sát bên promotor của gene cấutrúc, vì nó gắn với chất ức chế ngăn cảnphiên mã.A Bản đồ của operon lacB. Sơ đồ của operon lac ở trạng thái bịkìm hãmC. Sơ đồ của operon lac ở trạng tháiđược kích thích