Đi u hoà âm tính c a cácề ủ operon c m ng: lac operon ả ứ Đ i di n cho t t c các operon c a cácạ ệ ấ ả ủ lo i đ ng di- và polysaccharide (mà viạ ườ khu n s d ng nh m t ngu n cung c pẩ ử ụ ư ộ ồ ấ các h p ch t carbon và năng l ng) làợ ấ ượ operon lactose ở E. coli. Operon lactose có ch c năng s n sinh cácứ ả enzyme tham gia vào quá trình h p thấ ụ và phân gi i đ ng lactose (m tả ườ ộ disacharide) thành galactose và glucose. Nó ch ho t đ ng khi có m t đ ngỉ ạ ộ ặ ườ lactose, vì v y lactose đ c g i là ch tậ ượ ọ ấ c m ng và ả ứ lac operon đ c g i làượ ọ operon c m ngả ứ (inducible) hay operon d hoáị (catabolite). Nói đúng ra, ch tấ c m ng là allolactose; ả ứ lactose (liên k tế galactosid d ng β-1,4) b bi n đ i thànhạ ị ế ổ ch t trung gian trong quá trình thu phânấ ỷ lactose d i tác d ng c a β-ướ ụ ủ galactosidase, g i là ọ allolactose (liên k tế β-1,6). 1. C u trúc c a ấ ủ lac operon Các thành ph n c a ầ ủ lac operon ở E. coli nh sau :ư C u trúc chi ti t các vùng khác nhau c aấ ế ủ operon lactose. - Nhóm các gene c u trúcấ bao g m baồ gene: lacZ, lacY và lacA (nói g n là Z, Yọ và A); trong đó lacZ mã hoá cho b galactosidase (thu phân lactose), ỷ lacY mã hoá cho permease (v n chuy nậ ể lactose qua màng) và lacA mã hoá transacetylase (ch c năng không rõ ràng;ứ theo ý nghĩa nó không ph i là enzymeả liên quan tr c ti p đ n s chuy n hoáự ế ế ự ể lactose). - Y u t ch huyế ố ỉ (lac operator) là trình tự DNA dài ~34 c p base cách gene ặ Z ch ng 10 c p base v phía tr c, là v tríừ ặ ề ướ ị t ng tác v i ch t c ch . Nó ch a trìnhươ ớ ấ ứ ế ứ t 24 c p base đ iự ặ ố x ng xuôi ng c,ứ ượ giúp ch t c ch (ấ ứ ế lac repressor) có thể nh n bi t và bám vào b ng cách khu chậ ế ằ ế tán d c theo DNA t c hai phía.ọ ừ ả - Vùng kh i đ ngở ộ (lac promotor) là đo nạ DNA dài ch ng 90 c p base n m tr cừ ặ ằ ướ và trùm lên lac operator 7 c p base. Nóặ ch a hai v trí t ng tác v i RNAứ ị ươ ớ polymerase và v i protein ho t hoá dớ ạ ị hoá (catabolite activator protein = CAP, ho c CRP - xem m c V). Đi m kh iặ ụ ể ở đ u phiên mã là v trí g n cu i c a ầ ị ầ ố ủ lac promoter. - Gene đi u hoà ề (regulatory gene) n mằ tr c vùng kh i đ ng, mã hoá m tướ ở ộ ộ protein c ch g m b n polypeptideứ ế ồ ố gi ng nhau, g i là t phân (tetramer),ố ọ ứ đ u ch a 360 amino acid.ề ứ 2. C ch đi u hoà âm tính c a ơ ế ề ủ lac operon Khi trong môi tr ng nuôi c y ườ ấ E. coli v ng m t lactose (allolactose, ch t c mắ ặ ấ ả ng) thì ứ lac operon không ho t đ ng,ạ ộ nghĩa là các enzyme tham gia h p th vàấ ụ phân gi i lactose không đ c sinh ra.ả ượ Nguyên nhân là do ch t c ch c aấ ứ ế ủ operon (lac repressor) v n t thân cóố ự ho t tính, bám ch t vào y u t ch huyạ ặ ế ố ỉ (lac operator) và gây kìm hãm s phiênự mã c a các gene c u trúc Z, Y và A. Doủ ấ đó các s n ph m enzyme c a ả ẩ ủ lac operon không đ c t o ra; t c bi u hi n âmượ ạ ứ ể ệ tính. (a) (b) (a) Ch t c ch bám ch t lac operatorấ ứ ế ặ gây c ch phiên mã; (b) Mô hình lacứ ế operator (rìa trái) b bám ch t b iị ặ ở protein c ch (rìa ph i).ứ ế ả Ng c l i, n u b sung lactose vào môiượ ạ ế ổ tr ng thì m t th i gian sau vi khu n sườ ộ ờ ẩ ẽ b t đ u h p th và phân gi i nó, nghĩaắ ầ ấ ụ ả là các enzyme liên quan đã đ c sinh ra.ượ S ki n này đ c lý gi i nh sau: ự ệ ượ ả ư Ch tấ c m ngả ứ (inducer), đây là allolactose -ở d ng bi n đ i c a lactose - t ng tácạ ế ổ ủ ươ v i ớ ch t c chấ ứ ế (repressor) làm bi n đ iế ổ c u hình c a ch t này. M t phân tấ ủ ấ ộ ử allolactose bám vào m t ti u đ n v c aộ ể ơ ị ủ ch t c ch . Vì v y ch t c ch m t áiấ ứ ế ậ ấ ứ ế ấ l c và không th bám vào ự ể lac operator; nó tách ra kh i DNA. Lúc này các geneỏ c u trúc đ c phiên mã và các enzymeấ ượ t ng ng đ c t ng h p, nh v y viươ ứ ượ ổ ợ ờ ậ khu n có th h p th và phân gi iẩ ể ấ ụ ả đ ng lactoseườ Lactose vì v y là tác nhânậ gây c m ng (ho t hoá) ả ứ ạ lac operon. Ngoài ra, ITPG (isopropyl thiogalactoside) cũng đ c dùng nhượ ư m t ch t c m ng nh ng không ph i làộ ấ ả ứ ư ả tác nhân sinh lý. Ch t c m ng k t h p v i ch t c chấ ả ứ ế ợ ớ ấ ứ ế và làm bi n đ i hình dáng c a nó; ch tế ổ ủ ấ c ch vì v y không bám đ c vào lacứ ế ậ ượ operator. K t qu là các gene c u trúcế ả ấ c a lac operon đ c phiên mã t o raủ ượ ạ phân t mRNA polycistron và các enzymeử t ng ng đ c t ng h p.ươ ứ ượ ổ ợ Ph ng th c đi u hoà nh th đ c g iươ ứ ề ư ế ượ ọ là đi u hoà c m ng - âm tính, b i vìề ả ứ ở ch t c ch ấ ứ ế lac operon m t khi bám vàoộ lac operator s kìm hãm phiên mã, nghĩaẽ là gây hi u qu âm tính lên s bi u hi nệ ả ự ể ệ c a các gene; và ho t đ ng ch c năngủ ạ ộ ứ c a protein này l i ph thu c vào ch tủ ạ ụ ộ ấ c m ng. Nh c ch đi u hoà ki u liênả ứ ờ ơ ế ề ể h ng c này mà vi khu n có th thíchệ ượ ẩ ể ng đ t n t i và phát tri n m t cáchứ ể ồ ạ ể ộ h p lý.ợ Ch t c ch m t khi đ c bám đ y đấ ứ ế ộ ượ ầ ủ b i allolactose thì tách kh i operatorở ỏ khi n cho s đi u hoà âm tính (s cế ự ề ự ứ ch ) đ c làm d u b t, tuy nhiên RNAế ượ ị ớ polymerase v n ch a th t o thành m tẫ ư ể ạ ộ ph c h p b n v ng v i promoter đ cóứ ợ ề ữ ớ ể th kh i đ u phiên mã đ c.ể ở ầ ượ V c b n, c ch "m " c a ề ơ ả ơ ế ở ủ lac operon đ c trình bày nh trên; nh ng th c raượ ư ư ự s ho t đ ng c a ch t c m ng m i chự ạ ộ ủ ấ ả ứ ớ ỉ làm d u b t (alleviation) s đi u hoà âmị ớ ự ề tính (s c ch ) c a ự ứ ế ủ lac operon. Trên hình cho th y ngay c khi ch t c chấ ả ấ ứ ế đã tách kh i operator, RNA polymeraseỏ v n không th bám n đ nh vào promoterẫ ể ổ ị và kh i đ u phiên mã - nó không có áiở ầ l c đ cao đ i v i promoter đ bám vàoự ủ ố ớ ể đ lâu đ có th kh i đ u t o thành liênủ ể ể ở ầ ạ k t phosphodiester đ u tiên.ế ầ . Đi u hoà âm tính c a các ủ operon c m ng: lac operon ả ứ Đ i di n cho t t c các operon c a các ệ ấ ả ủ lo i đ ng di- và polysaccharide. đi u hoà âm tính c a ơ ế ề ủ lac operon Khi trong môi tr ng nuôi c y ườ ấ E. coli v ng m t lactose (allolactose, ch t c mắ ặ ấ ả ng) thì ứ lac operon