Điều khiển trp operon bằng cơ chế suy giảm

InGP →
Tryptophan. Gen trpR mã hoá tạo protein ức chế q trình tổng hợp, khơng liên kết nằm gần với operon trp. Vùng operator O nằm gọn trong vùng promoter P1. Ngồi ra còn
có thêm một promoter yếu khác p2 nữa nằm khá xa operator gần đầu cuối của gen trpD. Promoter phụ này cũng có tác dụng làm tăng lên mức độ tiếp tục phiên mã của các gen trpC, B
và A. Có 2 trình tự kết thúc phiên mã t và t’ nằm ở phần cuối gen trpA. Vùng gen trpL phiên mã đặc thù tạo ra một trình tự mRNA dài 162 nu, bên trong chứa vùng suy giảm a, tạo ra mức
độ thứ cấp, trong việc điều khiển trp operon. Promoter P1 kéo dài khoảng 18 cặp nu nằm ngay trước gen trpL. Ký hiệu PRA: phosphoribosyl anthranilate, CDRP: carboxyphenylamino-
deoxyribulose phosphate, InGP: indole glycerol phosphate.
- Vùng Operator và promoter nằm ở đầu trên của gen trp E, giữa promoter và operator tồn tại một vùng nhỏ gọi là vùng leader trp L, leader region. Trong vùng trpL có chứa
vị trí att attenuation. Q trình điều hồ trp operon cũng tương tự như đã được trình bầy ở hình 2.8c. Protein điều hoà của operon trp là sản phẩm của gen trp R, gen này
khơng liên kết gÇn với trp operon và một mình nó khơng thể gắn được vào promoter. Protein điều hòa trp operon ng mt mỡnh nú là một chất ức chế không hoạt động
aporepressor. - Khi khơng có mặt tryptophan chất này đóng vai trò là chất đồng ức chế thì enzyme
RNA polymerase sẽ bọc lấy vùng promoter và quá trình phiên mã 5 gen cấu trúc được xẩy ra. Tốc độ phiên mã của trp operon khi khơng có mặt tryptophan sẽ tăng lên 70 lần
cao hơn so với khi có mặt tryptophantrạng thái ức chế. - Ở thể đột biến trpR mất khả năng tạo ra protein ức chế, nếu thêm tryptophan vào môi
trường nuôi cấy sẽ làm tốc độ tổng hợp những enzyme tổng hợp tryptophan giảm đi từ 8 đến 10 lần.

4. Điều khiển trp operon bằng cơ chế suy giảm

- Ngời ta phát hiện thấy
th t bin mt một phần ë vùng leader trp L thì lại làm tăng tốc độ biểu hiện của trp operon, ë c¶ khi có mặt tryptophan và không có
tryptophan. - Điều khiển hiện tợng này có liên quan đến một trình tự nằm ở vùng nội tại trpL, gi
l trình tự suy giảm att, attenuator h×nh 5.8. Sự suy giảm xảy ra bằng cách điều khiển làm kết thúc phiên mã tại vị trí gần với đoạn cuối của trình tự mRNA leader. Quá trình
dừng sớm phiên mã này chỉ xảy ra khi có mặt của tRNA
Tryp,
kết quả thu được một sợi mRNA có trình tự đoạn leader dài 140 nu.
- Vùng suy giảm có trình tự cặp bazơ cần phải tương tự với vùng mang dấu hiệu kết thúc phiên mã. Vùng kết thúc phiên mã này được phát hiện nằm ở đầu tận cùng của hầu
hết các operon vi khuẩn h×nh 6.8. Dấu hiệu kết thúc này chứa một đoạn đọc xuôi
108
ngược giống nhau, giàu GC tiếp sau là cặp bazơ AT. Khi phiên mã dấu hiệu kết thúc này sẽ thu được một sợi RNA mới có khả năng hình thành nên cấu trúc hairpin và sau
hairpin là trình tự một số U hình 6.8a.
Hình 5.8. Trình bầy cấu tạo trình tự các nu mRNA đoạn leader của trp operon gồm: Codon khởi đầu dịch mã AUG và trình tự peptide leader có 14 a.amin trong chứa 2 codon của 2
a.amin Trp, codon kết thúc peptide leader UGA, trình tự attenuation chứa 2 trình tự đoạn cặp đôi đối xứng dyad symmetry, codon khởi đầu dịch mã tạo trp nằm trong gen trp E.
- Khi RNA thơng tin mới được tổng hợp hình thành nờn cu trỳc hairpin, cu trỳc ny tác động làm thay đổi hình thù của RNA polymerase ®ang k t h p phiên mã,
dn n
làm kt thỳc phiờn mã ngay sau vùng DNA-RNA base pair A : Un có liên kết hydro yếu.
Vậy quá trình này được điều khiển như thế nào khi có hoặc vắng mặt tryptophan.
- Đầu tiên chúng ta nhí lại ở sinh vật tiền nhân quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra đồng thời, do vậy, những sự kiện xảy ra trong dịch mã cũng có thể ảnh hưởng đến q
trình phiên mã. - Thứ hai là trình tự leader dài 162 nucleotide n»m trong ph©n tư mRNA cđa trp operon
hình 6.8 có 2 trình tự nu có thể ghép cặp bổ sung để hỡnh thnh nờn cu trỳc hairpin, khi không có mặt và có mặt tryptophan.
- Vựng thứ nhất hình 6.8b,
khi không có mặt tryptophan, ribosome sẽ dịch mã dọc
theo phân tử mRNA tạo nên peptide leader, peptide này làm ribosome dừng lại tại một hoặc cả 2 codon trp, hairpin không kết thúc phiên mã hình thành t nu 74 - 85 v t nu
108 - 119, quá trình phiên mã tiếp tục kéo dài.
109
Hỡnh 6.8. Sơ đồ điu khin trp operon theo cơ chế suy giảm. a : CÊu tróc trình tự kết thúc t; b : Hình thành hairpin không kết thúc phiên mã khi không có tryptophan; c : Hình thành hairpin kết thúc phiên mã tại trình tự
suy giảm khi có mặt tryptophan
- Vùng thứ 2 hình 6.8c, khi có mặt tryptophan
, ribosome dịch mã đi vợt qua codon trp đến tận codon dừng dịch mã UGA của peptide leader. Trong quá trình đó nó phá
vỡ việc ghép cặp base giữa trình tự leader từ 74 – 85 víi nu tõ 108 – 119, thay vào đó hairpin dừng phiên mã đợc hình thành do ghộp cp bazơ gia trỡnh t đoạn leader t
nu 114 – 121 và từ nu 126-134. V× thÕ, khi có mặt tryptophan sự phiên mã thỉnh thoảng bị dừng tại vùng suy giảm, làm giảm lợng mRNA của các gen cấu trúc tạo trp.
110
- iu hũa phiờn mó bằng cơ chế suy giảm không chỉ xảy ra đối với trp operon mà hiện nay người ta cßn xác định được có tất cả 6 operon thực hiện theo cơ chế điều hòa suy
gi¶m đó là: trp, thr, ile, leu, phe và his. Trong đó trp và có thể là phe cũng điều hòa theo cơ chế ức chế. Đối với his operon, trước kia người ta coi là nó thuộc vào cơ chế điều
hòa kìm hãm th× hiện nay nó lại được coi là theo cơ chế điều hòa hồn tồn suy giảm. Mặc dầu có rất ít chi tiết khác nhau giữa các operon được khám phá nhưng đặc điểm
chính của cơ chế suy giảm các operon là giống nhau ở tất cả 6 operon.
III. m« hình điều hòa gen ở Eukaryote

1. Phõn húa t bào ở sinh vật nhân thật