Trao đổi Protein
Thủy phân là con đường phân giải protein phổ biến ở thực vật và động vật. Quá trình
thủy phân protein xảy ra tại lysosome, nơi chứa nhiều enzyme thủy phân protein là
protease. Quá trình thủy phân xảy ra qua 2 giai đoạn
- Nhờ peptid-peptido hydrolase, protein bị thủy phân thành các đoạn peptid ngắn.
- Nhờ peptid-hydrolase thủy phân tiếp các peptid thành amino acid.
Chương 11
Trao đổi Protein
11.1. Sự phân giải protein và amino acid
11.1.1. Phân giải protein
Thủy phân là con đường phân giải protein phổ biến ở thực vật và động vật. Quá trình
thủy phân protein xảy ra tại lysosome, nơi chứa nhiều enzyme thủy phân protein là
protease. Quá trình thủy phân xảy ra qua 2 giai đoạn
- Nhờ peptid-peptido hydrolase, protein bị thủy phân thành các đoạn peptid ngắn.
- Nhờ peptid-hydrolase thủy phân tiếp các peptid thành amino acid.
Kết quả chung là
Ở động vật có vú, sự phân giải protein đầu tiên do tác động của pepsin. Tế bào
niêm mạc dạ dày tiết ra pepsinogen. Nhờ pepsin và HCl của dịch dạ dày, pepsinogen biến
đổi thành pepsin họat động và pepsin họat động sẽ thủy phân protein thành amino acid.
11.1.2. Phân giải amino acid
Có nhiều con đường phân giải amino acid.
11.1.2.1. Khử amine
Bằng nhiều con đường khác nhau, các amino acid bị khử nhóm amine tạo ra các sản
phẩm tương ứng.
- Khử amin bằng các enzyme khử. Nhờ enzyme khử xúc tác, amino acid bị khử
thành acid tương ứng và giải phóng NH3.
- Khử amin bằng con đường oxi hóa.
Nhờ amino acid oxydase, amino acid bị oxi hóa để tạo ceto acid tương ứng và NH3
- Khử amine bằng con đường thủy phân.
Nhờ tác dụng của enzyme thủy phân hydrolase, amino acid bị thủy phân tạo oxiacid
tương ứng và NH3
Ngoài các con đường đó ra, aspartic acid còn bị khử amin bằng con đường khử nội
phấn tử nhờ enzyme dezaminase xúc tác
Sản phẩm của con đường khử amine các amino acid là các loại acid tương ứng và
NH3.
11.1.2.2. Khử carboxyl
Sự loại carboxyl của amino acid là cách phân giải amino acid rất phổ biến nhờ
decarboxylase xúc tác
Sản phẩm tạo ra là các amine, đó là các chất có họat tính sinh học cao có vai trò trong
quá trình trao đổi chất, các hoạt động sinh lý của cơ thể như histamine.
11.1.2.3. Chuyển vị amine
Bằng con đường chuyển vị nhóm amine sang cho một cetoacid, amino acid biến đổi
thành ceto acid tương ứng, phản ứng nhờ enzyme vận chuyển nhóm amin xúc tác amino
transferase
Phản ứng này thực hiện 2 chức năng: vừa phân giải 1 amino acid thành ceto acid,
đồng thời tổng hợp mới amino acid khác từ ceto acid tương ứng.
Trừ threonine và lysine, tất cả các amino acid còn lại đều có thể tham gia vận chuyển
nhóm amine để biến đổi thành các ceto acid tương ứng, ví dụ:
11.1.2.4. Sự biến đổi các sản phẩm của quá trình phân giải amino acid
Các đường hướng phân giải amino acid trình bày ở trên đã tạo ra nhiều loại sản
phẩm. Các sản phẩm này tiếp tục được biến đổi để tạo sản phẩm cuối cùng.
- Các chất hữu cơ tiếp tục biến đổi bằng cách oxy hóa như quá trình phân giải acid
béo để tạo acetyl-CoA, từ đó tham gia vào chu trình Krebs để phân giải tiếp.
- Các amine được biến đổi thành các acid tương ứng sau đó tiếp tục biến đổi như các
acid khác
NH3 tiếp tục biến đổi bằng nhiều con đường để giải độc cho cơ thể vì NH 3 tích lũy
nhiều sẽ gây độc.
+ NH3 được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp trở lại amino acid bằng con đường
amine hóa, amide hóa (sẽ trình bày trong phần tổng hợp amino acid).
+ NH3 bị biến đổi thành ure qua chu trình ornithine để thải ra ngoài qua con đường
nước tiểu ở động vật. Chu trình ornithine chia làm 3 giai đoạn
Tổng hợp carbamyl-phosphate
1)
Phản ứng được xúc tác bởi enzyme carbamyl phosphate synthetase.
Tổng hợp arginine.
2)
Từ carbanyl-phosphate và ornithine sẽ tạo thành citrullin bằng một phản ứng ngưng
tụ. Sau đó citrullin kết hợp với aspactic acid nhờ arginino-succinic-synthetase để tạo
arginino-succinic acid. Tiếp theo arginino-succinic acid bị phân giải thành arginine và
fumaric acid nhờ arginino-succinate-ligase.
Arginine bị phân giải nhờ arginase để tạo ornithine và ure. Ure được thải ra
3)
ngoài còn ornithine tiếp tục tham gia vào chu trình mới.
Trên đây là những đường hướng chung của sự phân giải amino acid. Tuy nhiên mỗi
amino acid đều có con đường phân giải riêng. Các amino acid biến đổi theo các đường
hướng trên đều dẫn đến việc tạo nên các sản phẩm tham gia vào chu trình Krebs để phân
giải thành CO2 và H2O.
11.2. Tổng hợp amino acid
11.2.1. Amine hóa
Một số acid béo không no và ceto acid có thể amine hóa để tạo nên amino acid
tương ứng
Về nguyên tắc, mọi amino acid đều có thể được tổng hợp bằng con đường này từ
các acid tương ứng. Nhưng trong tế bào chỉ có 2 enzyme là glutamate dehydrogenase và
pyruvate dehydrogenase có hoạt độ mạnh để thực hiện xúc tác loại phản ứng trên, còn các
enzyme khác không có khả năng xúc tác cho nên trong thực tế chỉ có glutamic acid và
alanin là 2 amino acid được tổng hợp bằng con đường này.
11.2.2. Amide hóa
Từ 2 loại amino acid là aspactic acid và glutamic acid do có 2 nhóm carboxyl nên có
thể được amide hóa để tạo amino acid mới, dạng amide của aspactic acid và glutamic acid
là asparagine và glutamine
11.2.3. Tổng hợp amino acid nhờ ATP
Quá trình tổng hợp amino acid nhờ ATP xảy ra qua 2 giai đoạn
- NH3 + ATP → AMP ~ NH2 + P - P
Đây là phản ứng họat hóa nhóm NH2 nhờ ATP. AMP ~ NH2 thực hiện phản ứng
chuyển vị amine cho ceto acid để tạo amino acid tương ứng
Thực chất đường hướng này cũng là hình thức amine hóa các ceto acid nhưng
không sử dụng các dehydrogenase mà sử dụng ATP.
11.2.4. Chuyển vị amine
Như đã trình bày ở trên (Mục 11.1.2.3) amino acid có thể bị phân giải bằng con
đường chuyển vị amine đồng thời với việc tổng hợp một amino acid khác.
Nhờ quá trình này mà thành phần các amino acid luôn được đổi mới phù hợp với
nhu cầu của cơ thể trong quá trình sống.
11.2.5. Oxim hóa
Ở một số vi sinh vật và thực vật có khả năng cố định Nitơ tự do – quá trình cố định
đạm. Qua quá trình cố định N2, NH2OH được hình thành làm nguyên liệu cho quá trình tổng
hợp amino acid theo cách oxim hóa.
Ngoài ra ở một số vi sinh vật và ở thực vật còn có quá trình khử nitrat (NO3-) thành
ammoniac (NH3). Trong quá trình biến đổi theo đường hướng này NH2OH được tạo thành
trước khi tạo NH3. NH2OH làm nguyên liệu để tổng hợp amino acid bằng cách oxim hóa.
Quá trình oxim hóa xảy ra qua 2 giai đoạn
- Các ceto acid kết hợp với NH2OH tạo nên oxim tương ứng
- Các oxim bị khử để tạo amino acid tương ứng
Ở vi sinh vật và thực vật, đây là con đường tổng hợp amino acid quan trọng.
11.3. Tổng hợp protein
Quá trình tổng hợp protein là vấn đề quan trọng của sinh học phân tử. Quá trình xảy
ra phức tạp với sự tham gia của nhiều thành phần.
11.3.1. Các thành phần tham gia tổng hợp protein
11.3.1.1. Nucleic acid
Tham gia vào quá trình tổng hợp protein có các loại nucleic acid với các chức năng
khác nhau
- DNA: mang thông tin về cấu trúc phân tử protein theo dạng mã hóa. Mỗi protein
được mã hóa trên 1 đoạn DNA, đó là gen.
- RNAm: làm nhiệm vụ truyền thông tin về cấu trúc phân tử protein từ gen sang chuỗi
polypeptide.
- RNAt: làm nhiệm vụ vận chuyển các amino acid từ các vùng trong tế bào đến
ribosome để tiến hành tổng hợp chuỗi polypeptide tại đó. Đồng thời nhận biết vị trí bộ ba
mã hóa amino acid trên RNAm để đặt amino acid vào đúng vị trí của nó trên chuỗi
polypeptide.
- RNAr: cùng với protein, RNAr cấu tạo nên ribosome, nơi thực hiện quá trình tổng
hợp chuỗi polypeptide.
11.3.1.2. Các enzyme
Tham gia xúc tác quá trình tổng hợp protein, có nhiều loại enzyme
- Aminoacyl-adenilat-synthetase là enzyme xúc tác quá trình họat hóa amino acid, phản
ứng gắn amino acid vào RNAt.
- Transpeptidase: xúc tác phản ứng tạo liên kết peptide để nối các amino acid lại
thành chuỗi polypeptide và chuyển dịch chuỗi polypeptide trong ribosome từ vị trí P sang vị
trí A.
- Translocase: là enzyme xúc tác quá trình di chuyển của ribosome trên RNAm.
Ngoài các enzyme chính này còn có enzyme cắt amino acid mở đầu ra khỏi chuỗi
polypeptide, enzyme xúc tác sự tạo các cấu trúc không gian của protein …
11.3.1.3. Năng lượng
Quá trình tổng hợp protein cần năng lượng. Năng lượng cung cấp cho quá trình này là
ATP và GTP.
- ATP cung cấp năng lượng cho giai đoạn họat hóa amino acid.
- GTP cung cấp năng lượng cho giai đoạn tổng hợp chuỗi polypeptide ở ribosome.
11.3.1.4. Nguyên liệu
Nguyên liệu để tổng hợp protein là các amino acid.
Trong số các amino acid có loại amino acid mở đầu là methionine ở Eucariote và
formyl methionine ở Procariote.
11.3.1.5. Ribosome
Ribosome là nơi tiến hành tổng hợp chuỗi polypeptide. Thành phần ribosome gồm
protein và RNAr. Cấu trúc ribosome gồm 2 tiểu thể: tiểu thể lớn và tiểu thể bé. Trong
ribosome có 2 vùng họat động: vùng A là nơi tiếp nhận các amino acid mới còn vùng P là
nơi tạo nên chuỗi polypeptide. Ở tiểu thể bé chứa một loại RNAr, trên phân tử RNAr này
có 1 đoạn có thành phần các nucleotide tương ứng bổ sung với đoạn không mã hóa trên
RNAm. Nhờ đó khi bắt đầu quá trình tổng hợp, RNAm đến gắn vào ribosome và đặt đúng
bộ ba mở đầu của nó vào vị trí P nhờ sự liên kết giữa đoạn không mã hóa trên RNA m với
đoạn bổ sung trên RNAr.
11.3.1.6. Các yếu tố tham gia tổng hợp protein
* Yếu tố mở đầu. Đó là những phân tử protein với chức năng tham gia vào việc
kích thích sự mở đầu trong quá trình tổng hợp chuỗi poplypeptide.
Ở Procariote Ở Eucariote
Yếu Chức năng Yếu tố Chức năng
tố
Kích thích họat động của Gắn với RNAm
IF-1 eIF-1
IF2, IF3
Làm dễ dàng quá trình Làm dễ dàng sự kết
IF-2 eIF-2
kết hợp f.Met-RNAt với hợp Met-RNAt với tiểu
tiểu thể bé 30S thể bé 40S
Gắn với tiểu thể bé 30S, Kết hợp với tiểu thể bé
IF-3 eIF-3
ngăn không để kết hợp 40S
với tiểu thể lớn 50S
Kết hợp với mũ của
CBP-1
RNAm
Kết hợp với RNAm
eIF-4a
Tách rời các yếu tố
eIF-5
khởi đầu khỏi 40S và
kết hợp với 60S
eIF-6 Tách ribosome 80S
thành 2 tiểu thể.
* Yếu tố kéo dài
Tham gia vào giai đoạn kéo dài có các yếu tố:
- EF-Tu giúp cho RNAtAa đến gắn vào vị trí A của ribosome.
- EF-Ts giúp sự giải phóng GDP khỏi phức EF-Tu-GDP.
- EF-G xúc tác sự di chuyển của ribosome trên RNAm theo chiều 5’-3’.
11.3.2. Tổng hợp chuỗi polypeptide tại ribosome
11.3.2.1. Giai đoạn họat hóa amino acid
Để tham gia vào quá trình tổng hợp protein các amino acid phải được họat hóa và gắn
vào RNAt. Quá trình này xảy ra hai phản ứng, được xúc tác bởi enzyme aminoacyl-
adenylat-synthetase
[AMP ~ amino acid] E + P-P
Trong phản ứng thứ nhất này amino acid kết hợp với ATP tạo ra amino acid-AMP và
giải phóng pyrophosphat (P-P). Aminoacid-AMP không ở trạng thái tự do mà gắn với
enzyme tạo phức linh động
RNAt mang amino acid sẽ di chuyển đến ribosome để thực hiện quá trình tổng hợp
chuỗi polypeptide ở đó.
11.3.2.2. Giai đoạn mở đầu
Tham gia vào giai đoạn mở đầu có các yếu tố mở đầu. Ở procariote yếu tố mở đầu
là IF-1, IF-2, IF-3, còn ở Eucariote yếu tố mở đầu là eIF-1, eIF-2, eIF-3. Năng lượng cung
cấp cho giai đoạn mở đầu là GTP. Đặc biệt để thực hiện giai đoạn tổng hợp nên amino
acid mở đầu cần có RNAt mang amino acid mở đầu.
Ở procariote amino acid mở đầu là một loại methionine đã bị biến đổi thành dạng
formyl methionine.
Tham gia vận chuyển formyl methionine và methionine là 2 loại RNAt có cùng bộ ba
đối mã là UAC tương ứng bổ sung với mã mở đầu AUG trên RNA m. Như vậy, RNAt mang
formyl methionine vào để mở đầu quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide, còn việc vận
chuyển methionine để đưa vào thành phần chuỗi polypeptide chỉ xảy ra khi trên RNAm có
bộ ba mã hóa methionine AUG.
Ở Eucariote amino acid mở đầu là methionine nên RNA t vận chuyển methionine vừa làm
nhiệm vụ mở đầu nếu giải mã cho bộ ba mở đầu AUG, vừa làm nhiệm vụ đưa methionine vào
tham gia thành phần chuỗi polypeptide nếu giải mã cho bộ ba AUG nằm ở các vị trí khác vị trí
mở đầu.
Giai đoạn mở đầu được thực hiện bởi sự tách ribosome thành 2 tiểu đơn vị (ở
procariote là 50S và 30S, còn ở Eucariote tương ứng là 60S và 40S). Tiếp theo tiểu đơn vị
bé liên kết với yếu tố mở đầu IF3 tạo phức I (IF3 -30S). Đồng thời RNAt mang amino acid
mở đầu (f.Met hay Met) gắn với GTP, yếu tố mở đầu IF2 tạo phức thứ II là (RNAtGTP-
IF2). Tiếp theo phức I và phức II kết hợp lại với nhau đồng thời RNAm đến gắn vào tiểu
thể bé của tổ hợp trên. Đoạn không mã hóa trên RNAm gắn bổ sung với một đoạn trên
RNAr của tiểu thể bé nhờ đó đặt bộ ba mở đầu của RNAm vào đúng vị trí P của tiểu thể
lớn khi tiểu thể bé đến gắn vào phức trên. Cuối cùng tổ hợp (30S-IF3-RNAt-GTP-IF2-
RNAm) gắn vào tiểu thể lớn, khôi phục lại ribosome và giải phóng các yếu tố mở đầu,
GDP và H3PO4.
Kết quả của giai đoạn này là tạo nên phức mở đầu, trong đó RNAt amino acid mở đầu
gắn vào mã mở đầu của RNAm nằm ở vị trí P của ribosome
Sơ đồ của giai đoạn mở đầu chuỗi polypeptide ở Eucariota
11.3.2.3. Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptide
Sau khi phức mở đầu được tạo nên, quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide bắt đầu
tiến hành. Tham gia giai đoạn kéo dài chuỗi có các yếu tố kéo dài (EF ở procariote, eEF ở
Eucariote) GTP cung cấp năng lượng, các enzyme, các amino acid-RNAt và phức hệ mở
đầu.
Quá trình kéo dài chuỗi polypeptide xảy ra theo trật tự các bộ ba trên RNA m kể từ sau
bộ ba mở đầu, theo chiều 5’-3’. Ứng với các bộ ba đó các RNAt tương ứng mang các
amino acid của nó trong phức hợp aminoacid-RNAt đến gắn đúng vị trí bằng cách nhận
biết giữa bộ ba mã hóa của RNAm với bộ ba đối mã của RNAt theo nguyên lý bổ sung.
Bằng cách đó đặt đúng vị trí các amino acid trên chuỗi polypeptide.
Mở đầu giai đoạn kéo dài chuỗi, amino acid-RNAt mang amino acid đầu tiên đến gắn
vào vị trí A của ribosome đang bỏ trống nhờ tạo liên kết bổ sung giữa bộ ba mã hóa trên
RNAm với bộ ba đối mã của RNAt.
Sau khi phức hợp amino acid-RNAt gắn vào vị trí A của ribosome, amino acid mở đầu
ở vị trí P được tách khỏi RNAt của nó và chuyển sang vị trí A đế liên kết với amino acid ở
đó bằng liên kết peptid. Quá trình đó được xúc tác bởi peptidyl Transferase. Như vậy ở vị
trí P chỉ còn RNAt không mang amino acid còn ở vị trí A có RNAt mang 2 amino acid. Bước
tiếp theo là nhờ locaferase xúc tác ribosome trượt trên RNAm theo chiều 5’-3’ một đoạn 3
nucleotide. Kết quả là tổ hợp RNAt mang 2 amino acid chuyển sang vị trí P còn vị trí A của
ribosome lại bỏ trống như phức hệ mở đầu và kết thúc việc nối dài thêm 1 amino acid vào
chuỗi polypeptide.
Các amino acid tiếp theo vào nối dài chuỗi cũng được tiến hành qua các bước như
với amino acid thứ nhất ở trên. Thứ tự các bộ ba trên RNAm quy định trình tự các amino
acid tương ứng vào tham gia quá trình nối dài chuỗi polypeptide. Như vậy trật tự các bộ ba
trên RNAm quyết định trật tự các amino acid trên chuỗi polypeptide.
Sơ đồ giai đoạn kéo dài chuỗi
11.3.2.4. Giai đoạn kết thúc sự tổng hợp chuỗi polypeptide
Quá trình kéo dài chuỗi sẽ ngừng khi gặp tín hiệu kết thúc. Tín hiệu kết thúc là bộ ba
kết thúc. Khi bộ ba kết thúc của RNAm (trên một RNAm có 1 trong 3 bộ ba UAG, UGA và
UAA) nằm vào vị trí A của ribosome. Sự xuất hiện 1 trong 3 bộ ba trên, quá trình tổng hợp
chuỗi polypeptide được kết thúc do các bộ ba này không mã hóa amino acid nên quá trình
kéo dài chuỗi bị ngắt quãng, chuỗi polypeptide đã được tổng hợp bị tách khỏi RNA t cuối
cùng mà không có RNAt tiếp để gắn vào nên được giải phóng ra khỏi ribosome và kết thúc
quá trình tổng hợp. Tham gia vào quá trình kết thúc có yếu tố giải phóng RF làm nhiệm vụ
nhận biết mã kết thúc và giải phóng chuỗi polypeptide ra khỏi ribosome.
11.3.3. Hoàn thiện phân tử protein
Chuỗi polypeptide được tổng hợp tại ribosome phải qua nhiều biến đổi mới trở
thành phân tử protein hoàn thiện. Trước hết methionine ở đầu chuỗi bị cắt bỏ nhờ
peptidase xúc tác. Sau đó từ các nhóm chức trên các amino acid của chuỗi hình thành các
liên kết nội phân tử tạo nên protein có các mức cấu trúc khác nhau. Trước hết từ chuỗi
polypeptide liên kết hydro được hình thành từ các nhóm CO và NH của các amino acid để
tạo nên cấu trúc bậc II của protein. Từ protein bậc II các liên kết disulfua, liên kết ion, liên
kết kỵ nước tạo ra làm cho phân tử protein có cấu trúc bậc II cuộn xoắn để tạo nên phân
tử protein bậc III. Từ một số phân tử protein bậc III cùng chức năng có thể liên kết với
nhau bằng liên kết hydrogen, tương tác Van der Waals để tạo nên protein có cấu trúc bậc
IV.
Các phân tử protein đã được hoàn thiện sẽ được đưa đến các nơi sử dụng để thực
hiện chức năng của chúng trong tế bào.
11.3.4. Điều hòa tổng hợp protein
Quá trình tổng hợp protein xảy ra trong tế bào được điều hòa phù hợp với nhu cầu
của cơ thể. Khi cơ thể cần loại protein nào thì quá trình điều hòa tự điều chỉnh cho quá
trình tổng hợp protein đó xảy ra, ngược lại khi không cần một loại protein nào đó nữa thì
quá trình tổng hợp protein đó bị ức chế.
Công trình có giá trị đầu tiên về cơ chế điều hòa tổng hợp protein do J.Monod và
Jacob (1956) đề xuất. Các tác giả này đã đưa ra thuyết Operon để giải thích cơ chế điều
hòa tổng hợp protein. Theo thuyết operon phân tử DNA chứa nhiều loại gen:
- Gen cấu trúc-cistron,structural gene (S): gen này mã hóa phân tử protein. Mỗi operon
có thể có nhiều gen cấu trúc mã hóa cho một nhóm protein có chức năng liên quan nhau
như các enzyme xúc tác một chuỗi phản ứng.
- Gen tác động operator (O).
- Gen khởi động promotor (P).
Bên cạnh mỗi operon có gen điều hòa Regulator (R) vai trò điều hòa hoạt động của
operon, quyết định sự đóng hay mở của operon.
Trật tự các gen trong operon như sau
R P O S1 S2 S3 S4
Mỗi operon chịu trách nhiệm điều hòa sự tổng hợp một nhóm protein-enzyme cùng
tham gia xúc tác một chuỗi phản ứng, trong đó mỗi protein-enzyme do một gen cấu trúc
mã hóa.
Có nhiều hình thức điều hòa tổng hợp protein theo operon như điều hòa âm tính, điều
hòa dương tính. Trong mỗi loại trên lại có nhiều hình thức khác nhau như điều hòa bằng
cách cảm ứng, điều hòa bằng cách ức chế.
11.3.4.1. Điều hòa âm tính
Điều hòa âm tính là cơ chế điều hòa mà khi không có phức hệ ức chế bám vào
operon thì operon mở và tổng hợp protein xảy ra. Có 2 hình thức điều hòa theo dạng này là
điều hòa cảm ứng âm tính và điều hòa ức chế âm tính.
* Điều hòa cảm ứng âm tính. Điển hình của dạng điều hòa này là hoạt động điều hòa
của operon lac. Bản chất của dạng điều hòa này là khi trong môi trường có chất cảm ứng
thì operon mở , quá trình tổng hợp protein xảy ra. Chất cảm ứng ở đây là cơ chất của các
enzyme do operon kiểm soát, đó là lactose. Khi trong môi trường có lactose thì operon mở
và quá trình tổng hợp nên các enzyme tham gia phân giải lactose xảy ra. Ngược lại khi
trong môi trường không có lactose thì operon đóng và quá trình tổng hợp protein không xảy
ra. Cơ chế quá trình điều hòa xảy ra như sau: operon lac có gen khởi động, gen tác động và
3 gen cấu trúc Z.Y.A trong đó
- Gen Z: mã hóa enzyme β.galactosidase.
- Gen Y: mã hóa enzyme permease .
- Gen A: mã hóa enzyme transacetylase.
Ba enzyme trên tham gia quá trình phân giải lactose.
Gen điều hòa tổng hợp protein ức chế. Chất ức chế này nếu ở trạng thái tự do sẽ có
ái lực với operon và bám vào operon làm cho operon bị đóng. Còn khi có chất cảm ứng do
chất cảm ứng có ái lực với chất ức chế mạnh hơn operon nên liên kết với chất ức chế tạo
phức không họat động. Phức này không bám được vào operon nên operon mở.
Như vậy trong tế bào có lactose làm chất cảm ứng liên kết với chất ức chế do gen
điều hòa tổng hợp ra làm cho chất ức chế không bám vào operon, gen khởi động họat động
kích hoạt RNA – polymerase. RNA – polymerase sẽ xúc tác cho quá trình sao mã các gen
cấu trúc thành các RNAm, từ các RNAm sẽ tổng hợp ra 3 loại enzyme trên. Ba enzyme đó
xúc tác cho quá trình phân giải lactose.
Khi lactose bị phân giải hết, không còn chất cảm ứng để liên kết với chất ức chế nên
chất ức chế bám vào operon, ức chế hoạt động của RNA – polymerase, RNA – polymerase
không họat động sao mã được nên quá trình tổng hợp protein cũng không xảy ra.
* Điều hòa ức chế âm tính. Điển hình của dạng điều hòa này là họat động điều hòa
của operon Tryp. Bản chất của dạng điều hòa này là khi trong môi trường có chất đồng ức
chế thì operon đóng, quá trình tổng hợp protein không xảy ra. Còn khi không có chất đồng
ức chế thì operon mở, quá trình tổng hợp protein xảy ra. Chất đồng ức chế ở đây là sản
phẩm của các enzyme do operon đó kiểm soát, đó là Tryptophan. Khi trong môi trường
không có Tryptophan, operon mở, quá trình tổng hợp các enzyme tham gia tổng hợp
Tryptophan xảy ra. Ngược lại, khi trong môi trường có Tryptophan, operon đóng, quá trình
tổng hợp các enzyme đó không xảy ra. Cơ chế điều hòa đó xảy ra như sau.
Operon Tryp có 5 gen cấu trúc mã hóa cho 5 enzyme tham gia quá trình tổng hợp
Triptophan trong tế bào: Tryp E, Tryp D, Tryp C, Tryp B và Tryp A.
Gen điều hòa tổng hợp protein ức chế. Khi trong tế bào có Tryptophan đóng vai trò
chất đồng ức chế thì chất ức chế kết hợp với chất đồng ức chế tạo phức họat động. Phức
này có ái lực với operon nên bám vào operon làm cho operon không hoạt động, RNA-
polymerase không sao mã nên không có các RNAm cho quá trình tổng hợp protein, tổng hợp
protein-enzyme không xảy ra.
Khi trong tế bào không có Triptophan, chất ức chế do gen điều hòa tổng hợp ra không
có ái lực với operon nên không bám vào operon, RNA-polymerase không bị ức chế nên xúc
tác cho quá trình sao mã từ các gen cấu trúc tạo ra các RNA m tương ứng. Từ các RNAm tiến
hành quá trình tổng hợp protein để tạo nên các protein-enzyme.
11.3.4.2. Điều hòa dương tính
Điều hòa dương tính là cơ chế điều hòa tổng hợp protein mà khi có phức hệ ức chế
bám vào operon thì operon mở, quá trình tổng hợp protein xảy ra. Khi không có phức hệ ức
chế bám vào operon thì operon đóng, quá trình tổng hợp protein dừng lại. Cơ bản của quá
trình này là có cơ chế điều hòa ngược hình thức điều hòa âm tính đã phân tích ở trên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Trần Thị Ân (chủ biên). 1979. Hóa sinh đại cương (tập I, II). NxB KH&KT. Hà Nội.
2. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng. 2000. Hóa sinh học. Nxb Giáo dục. Hà Nội.
3. Nguyễn Bá Lộc. 1997. Hóa sinh. Nxb Giáo dục. Hà Nội
Tài liệu dịch
1. Musil J.G., Kurz .K., Novakava .O. 1982
Sinh hóa học hiện đại theo sơ đồ. Nxb Y học. Hà Nội.
Tài liệu tiếng nước ngoài
1. Farkas G. 1984. Növényi anyagcsereélettan. Akadémiai Kiadó Budapest.
2. Lehninger A. L., 2004. Principle of Biochemistry, 4th Edition. W.H Freeman.