Điều hòa tổng hợp enzyme ở Operon Trp của E.coli

[Tham khảo:

+”Hóa Sinh Y Học”, ĐHYD TPHCM.

+”Essential Cell Biology”, chapter 8, 4th edition]

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Xét Operon Trp ở E.coli:

   Source: https://www.khanacademy.org/science/biology/gene-regulation/gene-regulation-in-bacteria/a/the-trp-operon

Operon này có 5 gen mã hoá các enzyme cần cho tổng hợp tryptophan, được điều hòa bằng 2 cơ chế: kìm hãm (repression) và suy giảm (attenuation)

Chất kìm hãm được mã hóa bởi gen trp R nằm ở nơi khác trên NST (hình trên chưa thể hiện nhưng hình dưới đây thì có). Hình này cho ta thấy cả vị trí điều hòa sự suy giảm (A) mà ta sẽ nói ở phần sau:

Source: http://bio3400.nicerweb.com/Locked/media/ch16/trp_operon.html

Khi Tryptophan dồi dào, nó sẽ đóng vai trò như chất đồng kìm hãm (corepressor) bám vào protein kìm hãm (repressor protein) được mã hóa nhờ đoạn trp R. Phức hợp này gắn lên đoạn tác động (operator), ngăn cản ARN pol gắn vào đoạn khởi động (promoter) từ đó kìm hãm sự biểu hiện của Operon Trp.

Source: https://en.wikipedia.org/wiki/Trp_operon

Khi Operon Trp không còn bị kìm hãm và có thể phiên mã trong biểu hiện gen thì một cơ chế khác tham gia điều hòa lượng enzyme được tổng hợp, đó là cơ chế suy giảm (attenuation). Sự phiên mã vẫn diễn ra, nhưng gần như đồng thời với sự dịch mã có cơ chế điều hòa sự phiên mã tùy theo nồng độ tryptophan.

Ở đoạn dẫn đầu (leader, như chúng ta thấy trên hình) nằm trước trp E, có 4 chuỗi trình tự điều khiển cơ chế này, được đánh dấu 1,2,3 và 4:

Source: https://syntheticduo.wordpress.com/2016/03/17/the-tryptophan-operon-it-trps-people-up/

Trình tự leader có các đặc điểm:
– Một vùng có codon AUG và phía sau là codon kết thúc UGA, mã hóa cho một leading polypeptide chứa 14 amino acid.
– Hai codon tryptophan ở vị trí 10 và 11 trên mRNA của leader polypeptide. Trình tự lặp lại ngắn này có ý nghĩa trong điều hòa, tăng độ nhạy với nồng độ Tryptophan trong môi trường.
– Bốn đoạn của RNA leader là vùng 1, 2, 3 và 4 tạo thành do khả năng kết cặp của các base với nhau.

Các base ở vùng 1 kết cặp với vùng 2, vùng 3 kết cặp với vùng 4. Sự kết cặp vùng 3 và vùng 4 tạo đoạn kết thúc phiên mã (do giàu liên kết G-C, tiếp theo là một loạt U).

Sau khi không còn bị kìm hãm, chuỗi 1 được dịch mã thành 1 peptide có 14 amino acid, tức trong đó có cả 2 tryptophan (do có các ribosome theo sát ARN pol nên việc dịch mã gần như ngay lập tức sau khi được phiên mã). Nồng độ Tryptophan cao kéo theo nồng độ Trp-tARN cũng cao. Như ở trên đã trình bày, sự dịch mã nhạy với nồng độ tryptophan, ribosome nhanh chóng vào chuỗi 2 trước khi chuỗi 3 được tổng hợp. Sự bao trùm lên chuỗi 2 khiến sự kết cặp giữa chuỗi 2 và 3 không xảy ra mà chuỗi 3 kết cặp với chuỗi 4, mà như đã nói ở trên, dẫn đến kết thúc phiên mã.

Ngược lại, khi nồng độ Tryptophan thấp, ribosome bị ức chế sự tham gia tiếp tục dịch mã. Nó bị dừng lại ở chuỗi 1. Chuỗi 2 không bị bao trùm nên có thể liên kết chuỗi 3, khiến bắt cặp giữa chuỗi 3 và 4 bị ức chế, cho phép phiên mã tiếp tục.

Cơ chế suy giảm này rõ ràng là hình thức điều hòa âm tính vô cùng tinh tế nhằm kiểm soát lượng enzyme được tổng hợp tùy theo hàm lượng amino acid trong môi trường. Trong trường hợp này, Tryptophan là chất điều hòa âm đối với sự tổng hợp của chính nó.