Một số vấn đề của sinh học phân tử part 4

Hình 2.17: Cấu trúc và kiểm soát dịch mã trên operon mã cho protein S10 ở E.coli. Operon này gồm có 11 gen mã cho các protein ribosome. Protein L4 của operon làm nhiệm vụ kiểm soát dịch mã trên phân tử ARNm polycistronic. Khi tế bào có ARNr tự do, 11 protein được tổng hợp đồng bộ đảm bảo cho quá trình hình thành ribosome. Tuy nhiên, khi thiếu vắng ARNr, L4 tương tác với đầu 5 của ARNm, ngăn cản không cho quá trình dịch mã xảy ra (theo Lodish và cs., 2000). ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một số vấn đề của sinh học phân tử part 4 58 Hình 2.17: Cấu trúc và kiểm soát dịch mã trên operon mã cho protein S10 ở E.coli. Operon này gồm có 11 gen mã cho các protein ribosome. Protein L4 của operon làm nhiệm vụ kiểm soát dịch mã trên phân tử ARNm polycistronic. Khi tế bào có ARNr tự do, 11 protein được tổng hợp đồng bộ đảm bảo cho quá trình hình thành ribosome. Tuy nhiên, khi thiếu vắng ARNr, L4 tương tác với đầu 5 của ARNm, ngăn cản không cho quá trình dịch mã xảy ra (theo Lodish và cs., 2000). Hoạt động của một số gen mã cho các enzym liên quan đến một chu trình chuyển hóasinh tổng hợp trong tế bào thường được kiểm soát bởi sản phẩm cuối cùng. Một khi sản phẩmcuối cùng được cung cấp đầy đủ thì chúng thường quay lại ức chế hoạt động của các gen mãcho các protein hoạt động trước trong chu trình đó. Đây chính là sự kìm hãm phản hồi(feedback inhibition). Nhờ đó, sản phẩm cuối cùng luôn được duy trì ở nồng độ tối ưu mà tếbào yêu cầu. Trong cơ chế kiểm soát này, sản phẩm cuối cùng thường có khả năng tương tácvới các sản phẩm hoạt động trước nó. Như vậy, sản phẩm trung gian (thường là các enzym)có chứa đồng thời hai vị trí liên kết với cơ chất và với sản phẩm cuối. Tương tác với sản phẩmcuối khiến cho enzym bị biến đổi cấu hình, do đó ái lực liên kết của enzym với cơ chất bịgiảm. Như vậy mặc dù sản phẩm trung gian được tổng hợp, nhưng chúng không thực hiệnđược chức năng của mình. Bên cạnh ức chế phản hồi, hoạt động của một số gen mã cho enzym được kiểm soát theocon đường hoạt hoá phản hồi (feedback activation). Cấu trúc của các enzym thực hiện chứcnăng này thường có các vị trí tương tác với vài cơ chất hoặc một số phân tử trọng lượng nhỏ.Ngoài ra, một enzym còn có thể tham gia cả hai cơ chế điều khiển ức chế và hoạt hoá phảnhồi. Ví dụ, enzym glutamine synthetase xúc tác cho phản ứng cuối cùng trong quá trình sinhtổng hợp acid amin glutamine. Enzym này có cấu trúc đa phần (multimer) liên quan đến cảhai cơ chế kiểm soát sau dịch mã của 16 sản phẩm trung gian trong quá trình tổng hợp acidamin glutamine ở cả tế bào nhân sơ và tế bào nhân chuẩn. Glutamine synthetase thực hiệnchức năng điều khiển thông qua việc biến đổi cấu hình không gian của các sản phẩm khiếnchúng không có hoạt tính. Trong tế bào prokaryot, quá trình phiên mã, dịch mã và phân hủy ARNm thường bắt đầungay khi ARNm chưa được tổng hợp xong. Như vậy, tại bất kỳ thời điểm nào, mỗi phân tửARNm có thể chịu sự kiểm soát của cả 3 quá trình trên. Cả 3 quá trình có thể xảy ra một cáchđồng thời trên một phân tử ARNm. Đặc biệt tốc độ di chuyển của ribosome cũng như mức độphân hủy xảy ra ở những vùng đặc biệt của ARNm là khác nhau ngay trên một phân tửARNm polycistronic. Ngoài ra, phân tử ARNtm (transfer-messenger RNA) tương tác với 59ARNm có khả năng đánh dấu các protein bị tổng hợp sai bằng việc gắn đoạn peptide ngắnvào các phân tử này để sau đó chúng bị phân hủy.2.4 Biến đổi phân tử ARNm trong tế bào eukaryot Trong tế bào eukaryot, quá trình phiên mã phụ thuộc vào từng loại promoter cũng nhưtừng loại enzym ARN polymerase. Các ARNr được tổng hợp nhờ ARN polymerase I, ARNmđược tổng hợp bởi ARN polymerase II và các ARNt và 5S ARNr được phiên mã nhờ ARNpolymerase III. Promoter cho các ARN polymerase I và II thường nằm trước vùng chứa mã ditruyền trong khi một số promoter cho ARN polymerase III nằm phía sau điểm bắt đầu phiênmã (tức là promoter của ARN polymerase III nằm ngay trong vùng chứa mã di truyền). Cùngvới các ARN polymerase, phản ứng tổng hợp ARN trong tế bào eukaryot chỉ thực hiện đượckhi có sự tham gia của nhiều protein khác. Chúng tạo thuận lợi để enzym khởi động phiên mãtại promoter của các gen eukaryot. Đây là điều khác biệt giữa quá trình phiên mã ở tế bàoprokaryot và eukaryot. Promoter ở prokaryot thường kìm hãm bởi protein ức chế, vì thếchúng được xem là promoter mạnh. Ngược lại, promoter ở eukaryot thường đòi hỏi phải cócác protein hoạt hoá; chúng được xem là promoter yếu. Hình 2.18: Kỹ thuật xác định vị trí +1 sử dụng S1 nuclease. Đoạn ADN chứa vị trí +1 được lai với phân tử ARNm. Phân tử lai dạng kép này được xử lý với S1 nuclease để phân hủy phần nucleotide không lai. Sau đó, phân tử lai được điện di cùng với mẫu xác định trình tự của đoạn ADN ban đầu. Trên Hình 2.12 cho thấy nucleotide A chính là vị trí đầu tiên được phiên mã sang phân tử ARNm. Để xác định vị trí +1, tức là nucleotide đầu tiên được phiên mã sang phân tử ARNm,chúng ta có thể áp dụng kỹ thuật S1 nuclease mapping (xác định vị trí ...