Báo cáo môn Sinh học phân tử - Sự điều tiết tổng hợp protein

1.3) Điều hòa suy giảm 2) Sự điều tiết tổng hợp protein ở tế bào chân hạch 3) Sự điều tiết tổng hợp protein ở cấp enzyme  III. Kết luận I. Giới thiệu  Điều tiết tổng hợp protein đang là vấn đề trung tâm của sinh học hiện đại  Tùy nhu cầu của tế bào, tùy từng mô, từng giai đoạn sinh trưởng phát triển mà mỗi tế bào có nhu cầu tổng hợp các loại protein khác nhau  Hoạt động tổng hợp protein được điều tiết theo hướng sao cho có lợi nhất với tế bào II. Nội dung 1) Điều hòa tổng hợp protein ở vi khuẩn 1.1 Điều hòa âm tính a. Cảm ứng b. Ức chế 1.2 Điều hòa dương tính a. Cảm ứng b. Ức chế 1.3 Điều hòa suy giảm 1. Điều tiết tổng hợp protein ở VK  Ở sinh vật nhân sơ, phần lớn điều hòa ở mức độ phiên mã  Cơ chế điều hòa chủ yếu thực hiện thông qua các Operon  Khái niệm về Operon được Jacob và Monod đề xuất, một Operon gồm có các thành phần:  Một gen điều hòa (regulartor gene)  Một vùng khởi động (promoter)  Một vùng chỉ huy (Operator)  Một nhóm gen cấu trúc (Structure gene) Gen điều hòa Promoter Operator Gen X Gen Y Gen Z 1.1 Điều hòa âm tính a. Cảm ứng gen  Là sự hoạt động của mô hình Lac-Operon, bình thường operon này không hoạt động và được hoạt hóa bởi một chất cảm ứng  Lactose vừa là cơ chất vừa là chất cảm ứng trong quá trình điều hòa - Khi môi trường không có Lactose, gen điều hòa sẽ điều tiết tổng hợp chất ức chế. - Chất ức chế gắn vào vùng chỉ huy, ARN polymerase không bám được vào vùng khởi động. Phiên mã bị ngừng lại a. Cảm ứng gen Khi môi trường không có Lactose a. Cảm ứng gen - Khi môi trường có Lactose, chất cảm ứng được tạo ra bất hoạt chất ức chế làm cho chất ức chế không thể gắn vào vùng chỉ huy - ARN polymerase liên kết với vùng khởi động, mở đầu phiên mã các gen cấu trúc, tổng hợp mARN - > Các enzyme cần thiết cho sự biến dưỡng Lactose được tổng hợp a. Cảm ứng gen Khi môi trường có Lactose 1.1 Điều hòa âm tính b. Ức chế gen - Là sự hoạt động của Mô hình Tryp-operon, khác với Lac-operon, bình thường Operon này hoạt động liên tục và sẽ bị đóng bởi một chất đồng ức chế (corepressor) - Protein tryptophan là chất ức chế, chỉ gắn vào vùng chỉ huy khi có sự hiện diện của Tryptophan - Tryptophan là chất đồng ức chế, cũng là sản phẩm cuối cùng của quá trình phiên mã Tryptophan Operon - Khi môi trường có Tryptophan, chất đồng ức chế (Tryptophan), gắn vào protein ức chế đang bất hoạt - Protein ức chế được hoạt hóa gắn vào vùng chỉ huy - ARN polymerase không thể bám vào vùng khởi động Phiên mã bị ngừng lại - Khi nồng độ tryptophan giảm xuống, chất đồng ức chế tách khỏi protein ức chế - Protein ức chế bất hoạt, không gắn thể vào vùng chỉ huy - ARN polymerase gắn vào vùng khởi động mở đầu phiên mã Các enzym cần thiết cho quá trình tổng hợp acid amin Tryptophan được tổng hợp b. Ức chế gen 1.2 Điều hòa dương tính a. Cảm ứng gen - Là sự hoạt động của Arabinose Operon, điều hòa quá trình trao đổi arabinose ở vi khuẩn, cụ thể là E.coli - Operon Ara gồm có 3 gen A, B, D lần lượt mã hóa cho ra các enzyme isomerase, kinase, epimerase giúp chuyển hóa arabinose thành xylulose-5-phosphate - Khi môi trường có mặt Arabinose, hoạt động của Ara-Operon tăng mạnh, tuy nhiên còn cần phải có sự góp mặt của protein hoạt hóa Ara C (được mã hóa bởi gen Ara C nằm gần Operon Ara) 1.2 Điều hòa dương tính 1.2 Điều hòa dương tính 1.2 Điều hòa dương tính b. Ức chế dị hóa - Ức chế dị hóa: khi glucose, lactose, arabinose cùng có mặt trong môi trường, tế bào chỉ sử dụng glucose và kìm hãm hoạt động của operon chuyển hóa đường khác - Khi thiếu glu, chúng sẽ tăng cường tổng hợp nucleotic cyclic adenosine-3,5’-monophosphat(cAMP) - Mặt khác khi thêm cAMP vào môi trường có glu và các đường khác, hoạt động của operon không những không bị ức chế mà ngược lại được hoạt hóa - > cAMP đóng vai trò quan trọng bật mở một số gen ngay cả khi chúng đang bị kìm hãm 1.2 Điều hòa dương tính - Đồng thời, cAMP cần phải có một protein tương tác cùng tồn tại để hoạt hóa các Operon - Protein này được gọi là protein hoạt hóa quá trình dị hóa (Catabolite Activator Protein- CAP) - cAMP liên kết với protein hoạt hóa tạo thành phức chất cAMP-CAP, gây uốn cong sợi ADN - Operon Lac cũng được điều hòa dương tính nhờ phức chất này 1.3 Điều hòa suy giảm - Cơ chế điều hòa suy giảm (Attenuation) là kiểu điều hòa thứ 2 được phát hiện ở hệ Tryptophan, dùng sự dịch mã để điều hòa phiên mã Attenuation tạo ra mARN uốn gập một cách điển hình gọi là cấu trúc vòng lặp (stem-loop) theo sau là trình tự 8 Uridine, có khả năng kết thúc phiên mã Sự điều hòa suy giảm là nguyên nhân gây kết thúc phiên mã sớm ở mARN dưới những điều kiện nhất định Sự suy giảm xảy ra khi cấu trúc thứ cấp đặc biệt được tạo thành trong mARN 1.3 Điều hòa suy giảm - Attenuation có thêm một vùng đặc biệt là vùng Leader, nơi gắn các tín hiệu, được dịch mã ngay khi vừa được tổng hợp - Đóng vai trò là bộ suy giảm, kiểm soát quá trình điều hòa suy giảm ở sinh vật nhân sơ 1.3 Điều hòa suy giảm - Ở giai đoạn mở đầu, sau khi ARN polymerase phiên mã vùng 2, vùng 1 và 2 sẽ ghép đôi với nhau để tạo thành một cấu trúc vòng lặp. - Cấu trúc này được tạo nên để ARN polymerase có thể đuổi kịp sự dịch mã, sau đó phiên mã được diễn ra chặt chẽ và song song với dịch mã Bây giờ quá trình điều hòa suy giảm có thể xảy ra 1.3 Điều hòa suy giảm - Nếu tế bào bị thiếu tryptophan, sau đó số lượng tARNTrp giảm đáng kể. - Dịch mã Leader polypeptide bị dừng lại ở các codon Tryptophan. - Ngăn cản ribosome tiến vào vùng 2, vùng 2 được tự do kết cặp với vùng 3, tạo thành tín hiệu chống kết thúc (antiermination) cản trở sự hình thành tín hiệu kết thúc >>> ARN polymerase tiếp tục phiên mã và dịch mã tổng hợp các enzyme cần thiết cho quá sinh tổng hợp tryptophan 1.3 Điều hòa suy giảm - Trường hợp tế bào cung cấp đầy đủ tryptophan, thì có đủ tARNTrp để tiến hành dịch mã. - Ribosome trượt qua codon Trp và đi vào vùng 2, sự có mặt của ribosome ở vùng 2, ngăn cản vùng 2 kết cặp với vùng 3. Trong trường hợp này, vùng 3 sẽ kết hợp với vùng 4 tạo thành tín hiệu kết thúc phiên mã (tiermination) - > Tín hiệu chính cho sự điều hòa suy giảm là nồng độ tARNTrp trong tế bào 2) Sự kiểm soát ở tế bào chân hạch  Cơ chế điều hòa phức tạp hơn  Hoạt động phiên mã phụ thuộc vào cùng khởi động và các tín hiệu điều hòa  Ngoài ra, hệ gen còn có các gen tăng cường, bất hoạt. 2) Sự kiểm soát ở tế bào chân hạch  Các gen tăng cường tác động lên gen điều hòa  biến đổi cấu trúc nucleoxom của chất nhiễm sắc  Các gen ức chế  ngưng phiên mã khi gây ra sự biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể  Cơ chế điều hòa sau phiên mã: ARN ban đầu Sửa chữa Cắt bỏ Chế biến ARN chính thức Tổng hợp protein 2) Sự kiểm soát ở tế bào chân hạch Sự khác biệt về điều tiết tổng hợp protein ở tế bào sơ hạch và chân hạch Sơ hạch • Phiên mã và dịch mã được tổng hợp ở tế bào chất • Nhiều protein được tổng hợp cùng một lúc Chân hạch • Phiên mã xảy ra trong nhân, dịch mã trong tế bào chất • Điều tiết tổng hợp từng enzyme 3) Kiểm soát ở cấp enzyme  Điều tiết hoạt động của enzyme khi đã được tổng hợp  2 loại phổ biến:  Ức chế ngược: sản phẩm của lộ trình biến dưỡng có tác động như chất ngăn cản hoạt động của enzyme ở đầu lộ trình  Tiền chất kích tác: chất biến dưỡng của lộ trình sinh tổng hợp kích thích hoạt động của enzyme cuối cùng 3) Kiểm soát ở cấp enzyme A B C X Y Z Tiền chất kích tác E1 E2 EX EY HNgăn cản ngược III. Kết luận:  Vấn đề điều tiết tổng hợp protein là một vấn đề quan trọng , sự tồn tại của bất kì cơ thể nào cũng phụ thuộc vào hệ thống điều hòa mềm dẻo, tác động nhịp nhàng.  Tế bào chỉ tổng hợp protein khi nó cần và thay đổi theo nhu cầu của cơ thể. Tài liệu tham khảo  Sinh hóa cơ bản (phần 2) - Nguyễn Đình Huyên, Hà Ái Quốc  Các nguyên lý sinh học – trường ĐH Y Hà Nội  Sinh học phân tử của tế bào – Lê Đức Trình  Sinh học phân tử tế bào – Trần Phước Đường  tong-hop-protein.html