Điều hòa biểu hiện gen trong tế bào prokaryote

Khái niệm cơ bản

• Tế bào phải kiểm soát quá trình phiên mã để tổng hợp protein, được gọi là điều hòa biểu hiện gen.
• Tế bào prokaryote (như vi khuẩn) sử dụng protein liên kết DNA để điều hòa biểu hiện gen, gồm:
  • Repressor: Ngăn chặn phiên mã.
  • Activator: Kích hoạt phiên mã.

Mô hình điều hòa gen prokaryote: Operon

• Operon là đơn vị DNA gồm:
  • Phần điều hòa: Chứa các vị trí kiểm soát (promoter và operator).
  • Phần mã hóa: Mã hóa cho các polypeptide hoặc protein cụ thể.

Chức năng của các vị trí trong Operon

• Promoter: Nơi RNA polymerase bám vào để bắt đầu phiên mã.
• Operator: Nơi repressor bám vào để ngăn chặn phiên mã.
• Gen điều hòa: Mã hóa cho repressor hoặc activator gần operon.

Ví dụ: Operon Lac ở E.coli

• Lac operon: Được E.coli sử dụng để điều hòa phân giải lactose.

• Khi glucose cao:

  • RNA polymerase bám vào promoter của gen điều hòa, tổng hợp protein repressor.
  • Repressor bám vào operator, ngăn chặn phiên mã các gen mã hóa enzyme phân giải lactose.
  • Tế bào dùng glucose làm nguồn năng lượng, không cần phân giải lactose.

• Khi glucose thấp:

  • Nồng độ cyclic AMP (cAMP) tăng, kích thích CAP protein.
  • Lactose chuyển thành allolactose, bất hoạt repressor bằng cách bám vào nó.
  • Khi repressor rời khỏi operator, CAP bám vào cap site, kích hoạt promoter.
  • RNA polymerase bám vào promoter, kích hoạt phiên mã các gen phân giải lactose để tạo glucose và ATP.

Kết luận

• Nồng độ glucose và lactose cùng nồng độ cAMP là các yếu tố điều hòa chính trong operon.
• Điều hòa biểu hiện gen giúp tế bào sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng có sẵn.