Chuyên đề Điều hòa biểu hiện gen Sinh học lớp 12

Mục lục:
 Chuyên đề: Điều hòa biểu hiện gen.
I.Tổng quan:
I.1.Vì sao cần điều hòa biểu hiện gen? 
- Mục đích của sự điều hoà biểu hiện gen là nhằm điều chỉnh hệ enzyme cho phù hợp với các nhân tố dinh dưỡng, tác nhân lý hóa và môi trường, tạo số lượng và số loại cần thiết để đảm bảo nhu cầu của tế bào là phát triển và sinh sản.
- Trong bất kì tế bào nào, tất cả các gen đều không hoạt động và biểu hiện đồng thời, bởi vì nhu cầu protein của tế bào thay đổi liên tục. Trong cơ thể sống, không phải loại protein nào cũng được tổng hợp với số lượng như nhau. Có loại được tổng hợp một cách liên tục trong suốt quá trình sống, ví dụ như hemoglobin của máu, có loại chỉ được tổng hợp trong một giai đoạn nhất định nào đó trong chu trình sống, ví dụ như hoocmone sinh trưởng, hoocmone sinh sản, Như vậy, một số gen hoạt động nhiều hơn, thường xuyên hơn, một số khác chỉ hoạt động ở những giai đoạn nhất định hoặc trong những điều kiện nhất định của chu trình sống. Để đáp ứng đầy đủ và đúng số lượng protein cho cơ thể sống, trong cơ thể sống, trong cơ thể sống phải có cơ chế điều hòa sinh tổng hợp protein, làm sao cho lượng protein tạo ra vừa đủ, không thừa và cũng không thiếu. Có như vậy, hoạt động trao đổi chất của cơ thể sống mới đảm bào bình thường, ngược lại sẽ làm rối loạn trao đổi chất, phát sinh bệnh tật hoặc tử vong.
I.1.1.Các hiện tượng điều hòa:
Để duy trì nội cân bằng (homeostasis) và sự phát triển của cơ thể, các sinh vật đã có các cơ chế điều hòa khác nhau. Các kiểu điều hòa đều bắt nguồn từ sự biểu hiện của các gen. 
I.1.2. Điều hòa thích nghi:
Một số amip (ameba) biểu hiện sự thay đổi hình thái và sinh lý đặc biệt để đáp lại các điều kiện môi trường khác nhau. Khi các amip được cho vào nước, chúng chuyển từ dạng amip sang dạng có lông để bơi. Khi môi trường thiếu dinh dưỡng chúng có thể chuyển thành các dạng tương tự như biểu bì. Vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng tối thiểu có khả năng tổng hợp amino acid. Nhưng khi bổ sung amino acid vào môi trường nuôi, vi khuẩn sẽ ngừng tổng hợp amino acid. Lúc nguồn amino acid từ ngoài bổ sung vào đã hết, tế bào vi khuẩn lại tự tổng hợp lại amino acid cho bản thân.
Các biến đổi nêu trên là thuận nghịch, chứng tỏ sự thay đổi chức năng ở đây không phải do biến dị di truyền. Các hiện tượng trên còn cho thấy việc xuất hiện hay biến mất các cấu trúc mới không làm ảnh hưởng đến tiềm năng di truyền sẵn có. Có thể cho rằng, có trường hợp một số gen hoạt động, nhưng cũng có trường hợp một số gen ngừng biểu hiện. Các hiện tượng được đề cập trên đều do cơ chế điều hòa thích nghi (adaptive regulation) chi phối.
I.1.3. Hoạt động nối tiếp của các gen
Khi bacteriophage xâm nhiễm vi khuẩn, ADN của nó lúc đầu sẽ
tái bản, sau đó các protein khác nhau mới được tổng hợp nên để tạo thành vỏ. Như vậy, có các gen “sớm” tạo ra enzyme tái bản ADN và các gen “muộn” xác định các thành phần vỏ protein. Điều đó chứng tỏ có cơ chế điều hòa chức năng của gen diễn ra theo một trình tự nghiêm ngặt. Đây là kiểu điều hòa nối tiếp (sequential regulation). Hoạt động nối tiếp của các gen còn thể 
hiện rõ trong quá trình phát triển cá thể của các sinh vật eukaryote đa bào.
I.1.4. Biệt hóa tế bào: 
Nhiều sinh vật bậc cao như con người chứa nhiều tỷ tế bào bắt nguồn từ một hợp tử do phân chia nguyên nhiễm. Từ một hợp tử ban đầu đến khi trưởng thành, cơ thể người có khoảng 200 loại tế bào khác nhau. Mỗi loại tế bào chỉ biểu hiện một phần thông tin của mình. Quá trình chuyên môn hóa chức năng của tế bào được gọi là sự biệt hóa hay phân hóa (differentiation).
Tuy có sự biệt hóa, nhưng tế bào vẫn giữ nguyên vẹn khả năng di truyền của mình. Một ví dụ rất rõ là nuôi cấy mô tế bào thực vật (plant tisue and cell culture): người ta có thể nuôi cấy một 
phần mô phân sinh trong môi trường dinh dưỡng tổng hợp cho đến khi chúng phát triển thành cây in vitro hoàn chỉnh (plantlet), các cây này sau đó được đưa ra trồng trong điều kiện tự nhiên và đã ra hoa, kết quả.
I.2. Sự điều hòa gen ở sinh vật bậc thấp:
- Ở E.coli có khoảng 107 phân tử protein gồm 3000 loại khác nhau. Nhiều loại protein có đến 500.000 phân tử, tuy nhiên một số loại khác chỉ khoảng 10 phân tử. Như vậy, không phải loại protein nào cũng được tổng hợp với số lượng lớn như nhau và tế bào phải có những cách để điều hòa gen sao cho việc tổng hợp được diễn ra một cách hợp lí và tiết kiệm nhất. 
- Các sinh vật bậc thấp cũng đã có một khả năng thích ứng đặc biệt với môi trường, đối với những biến động bất thường của môi trường. Sự thay đổi này còn phụ thuộc vào khả năng tiếp nhận và đáp ứng những tác động từ môi trường biến đổi. Đó là khả năng “bật”, “tắt” và “điều chỉnh” sự biểu hiện của tập hợp các gen nhằm đáp ứng lại những điều đó. Và sự điều chỉnh này nhằm tồng hợp những protein và enzym cần thiết cho tế bào và tránh hao phí năng lượng một cách vô nghĩa.
I.3. Sự điều hòa gen ở sinh vật bậc cao:
- Sự điều hòa ở sinh vật bậc cao không chỉ dừng lại ở mức đáp ứng lại những yếu tố bất thường mà còn gắn với nhiều hoạt động sống quan trọng khác, như sự “biệt hóa các tế bào” và “quá trình phát triển cơ thể”. Trong tế bào lưỡng bội 2n = 46 ở người, tế bào nào cũng chứa hàm lượng gen như nhau hay có hệ gen giống nhau (trừ một số tế bào hệ tuần hoàn và miễn dịch) . Nhưng mặc dù vậy, không phải tế bào nào cũng hoạt động giống nhau, cho cùng một lượng sản phẩm, cùng một lượng protein như nhau mà có những tế bào ở những hệ cơ quan này sẽ sản xuất nhiều và cơ quan khác lại sản xuất ít hơn, đôi khi khác nhau hoàn toàn. Và chính sự biểu hiện này đã dẫn đến sự phân hóa chức năng của các tế bào. Nói chung, các tế bào sinh vật nhân thực có sự điều hòa giống với tế bào sinh vật nhân sơ ở chỗ diễn ra với nhiều bước, từ trước phiên mã tới sau phiên mã và dịch mã. Nhưng nhìn chung, đơn giản nhất là sự điều hòa trong khời đầu phiên mã.
I.4. Khái niệm:
I.4.1. Gen cơ định (constitutive gene):
Trong hệ gen, cụ thể là trong quá trình chuyển hóa đường glucose, tổng hợp axit amin, cần có các thành phần tham gia như tARN, rARN, protein cấu thành nên riboxom, ADN polimerase, và các enzim tham gia vào quá trình trao đổi chất cơ bản thiết yếu cho sự cần thiết của tế bào. Gen đóng vai trò mã hóa cho các thành phần này hoạt động thường xuyên và liên tục ở hầu hết các tế bào được gọi là gen cơ định.
Các cơ thể có ưu thế chọn lọc cao hơn thường có cơ chế điều hòa sao cho các gen tổng hợp những sản phẩm không được sử dụng thường xuyên hoạt động ít hơn và hầu hết chỉ hoạt động trong thời gian cần thiết của tế bào và trong điều kiện môi trường nhất định để nhằm mục đích không tốn năng lượng của tế bào. Đây cũng là một trong những bằng chứng của tiến hóa sau hàng triệu năm tiến hóa của tế bào.
Các ATP là nguồn năng lượng thiết yếu của tế bào, nó có thể mất một cách nhanh chóng và cũng khó để tổng hợp một cách dễ dàng trong điều kiện tự nhiên khắc nghiệt. Vì vậy, mọi dạng sống hiện nay bao gồm cả vi khuẩn và virus đã biết cách “tiết kiệm” chúng bằng các cơ chế biểu hiện gen rất hiệu quả.
I.4.2. Sự cảm ứng, gen cảm ứng- sự giải nén, gen bị ức chế:
 - Với một chiếc điện thoại thông thường hay smartphone bình thường thì chúng đều ở trạng thái tắt hoặc “ngủ” thực ra thì vẫn xảy ra các quá trình hao tốn pin nhưng các quá trình này là không đáng kể. Khi xảy ra các hoạt động chạm vào màn hình, hay bấm bàn phím dưới một lực tác động chúng có thể hoạt động một cách mạnh mẽ, hoạt động một cách bất bình thường.
Cũng với hành động như vậy, khi vi khuẩn E.coli được chuyển vào môi trường có lactose làm nguồn hidrat carbon, thì chúng nhanh chóng trong vòng 10 phút tồng hợp các enzym chuyển hóa và sử dụng lactose. Đó là kết quả của việc “bật” sự biểu hiện của gen để đáp ứng lại sự có mặt của tín hiệu nào đó trong môi trường được gọi là sự cảm ứng.
- Các gen được điều hòa theo quá trình “bật”, “tắt’ được gọi là gen cảm ứng (inducible genes). Sản phẩm do gen như vậy mã hóa, nếu là enzym thì gọi là các enzym cảm ứng. Nếu là protein được gọi là protein cảm ứng. Các enzym cảm ứng thường là các enzym tham gia vào quá trình dị hóa. 
- Ngược lại, khi sản phẩm tổng hợp một cách dư thừa quá mức hoặc trong môi trường có xảy ra việc dư thừa chất cần thiết cho cơ thể thì tế bào có sự điều hòa ngược lại đó là sự giải nén. Sự giải nén đơn giản là việc “tắt” sự biểu hiện của gen. Các gen được điều hòa theo kiểu này được gọi là các gen bị ức chế (hay gen bị nén). Các enzym tổng hợp từ gen bị ức chế tham gia vào quá trình đồng hóa. 
I.5.Điều hòa dương tính và điều hòa âm tính:
- Điều hòa âm tính và dương tính là hai quá trình đi liền với nhau và không thể thiếu trong quá trình ức chế hay kể cả quá trình kích ứng. Cả hai công việc này đều liên quan đến gen điều hòa. Các gen điều hòa này cho sản phẩm trực tiếp điều hòa hoạt động của các gen khác. Trong cơ chế điều hòa dương tính, sản phầm của gen điều hòa có vai trò làm tăng sự biểu hiện của một hay một số gen cấu trúc. Còn trong quá trình điều hòa âm tính, sản phẩm của gen điều hòa thường ức chế hoặc làm tắt sự biểu hiện của gen cấu trúc.
- Các gen điều hòa hoạt động do có các enzym liên kết vào các protein của chúng (protein điều hòa). Vị trí đó được gọi là vị trí liên kết protein điều hòa (RPBS) thường nằm gần promoter của gen mà nó điều hòa.
- Dựa theo hai cơ chế điều hòa thì cũng có hai loại protein gọi là protein hoạt hóa trong hệ thống điều hòa dương tính và protein ức chế trong hệ thống điều hòa âm tính. Không phải protein điều hòa muốn liên kết vào RPBS là được ngay mà cần phải có một phân tử trung gian liên kết cũng giống như muốn các ốc vít được gắn kết chặt hơn thì cần có các goong ở giữa nhằm các ốc đỡ bị chờn ra ngoài. Các phân tử như vậy được gọi là các phân tử tín hiệu. Cũng như các khái niệm khác thì phân tử tín hiệu cũng có hai loại phù hợp với chức năng của chúng, nếu phân tử làm tăng cường sự biểu hiện của gen thì gọi là phân tử kích ứng, còn nếu hạn chế hay kìm hãm sự biểu hiện gen thì gọi là phân tử dồng ức chế. 
- Các phân tử này gắn kết vào protein điều hòa và làm thay đổi cấu hình của chúng, dẫn đến sự thay đổi hoạt tính hoặc chức năng của các protein. Việc gắn kết và có kết quả như vậy được gọi là sự biến đổi dị hình. Việc này xảy ra là do sự thay đổi ái lực liên kết của chúng vào các vị trí RPBS ở gần promoter của các gen mà chúng điều khiển.
II. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ (prokaryote):
- Các tế bào sinh vật nhân sơ có khả năng bảo tồn các nguồn dinh dưỡng sơ cấp và năng lượng sẽ có ưu thế chọn lọc cao hơn so với các tế bào không có khả năng đó. Vậy là ưu thế tự nhiên đã ủng hộ các tế bào chỉ biểu hiện các gene mà chúng cần. Điển hình là sự tổng hợp tritophan ở vi khuẩn đường ruột E.coli, khi môi trường có sự biến đổi lớn đặc biệt là ruột kết ở người, mà tế bào vi khuẩn lại có đặc trưng kí sinh phụ thuộc vào cơ thể chủ. Khi vật chủ là con người không ăn các thức ăn có chứa thành phần là amino acid trytophan thì tế bào vi khuẩn để tồn tại phải tìm cho mình con đường sống mới đó là việc hoạt hóa con đường chuyển hóa để tổng hợp trytophan từ một tiền chất khác. Còn khi vật chủ đã có trytophan thì tế bào sẽ ức chế ngừng ngay việc tổng hợp này lại và sử dụng trực tiếp trytophan từ vật chủ.
Các quá trình này cần sử dụng tới các enzym, ARN polimerase là loại enzym phổ biến nhất ở vi khuẩn mang yếu tố phiên mã xích ma 70 nhận ra promoter dựa vào ba yếu tố trình tự, gọi là trình tự liên ứng, là ‘-10”, “-35” và “UP”. Các yếu tố này quy định hiệu suất liên kết của ARN polimerase vào promoter và sự khởi đầu phiên mã. Sự điều hòa thì trải khắp từ khởi đầu phiên mã cho tới sau dịch mã nhưng cơ bản nhất là sự điều hòa bước đầu phiên mã. Trong thực tế thì tính linh hoạt trong các cơ chế điều hòa biểu hiên gen là cao hơn, bao gồm các kiểu điều hòa sau khởi đầu phiên mã, như sự ngăn cản kết thúc phiên mã hay điều hòa dịch mã.
II.1. Các nguyên tắc:
II.1.1. Biểu hiện gen được điều khiển bởi các protein điều hòa:
- Sự biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ hay kể cả sinh vật nhân thực đều phụ thuộc vào các yếu tố môi trường, cụ thể là các tín hiệu từ môi trường. Ở vi khuẩn, điển hình là các phân tử có mặt trong môi trường sống. Và các thông tin từ phân tử tín hiệu thì được chuyển tới gen thông qua các protein điều hòa. Như ta đã biết ở quá trình phiên mã, các ARN polimerase liên kết vào promoter và làm cho phức hệ đang “đóng” chuyển thành ‘mở” và dãn xoắn mạch. Sau đó, ARN polimerase tiếp tục quá trình phiên mã. Điều này chứng minh rằng nó phụ thuộc vào promoter và protein điều hòa. 
II.1.2. Nhiều promoter được điều khiển bằng ái lực giữa ARN polimerase với ADN:
- Bình thường, khi promoter liên kết với ARN polimearase chúng có liên kết yếu làm cho việc khởi đầu phiên mã không thế diễn ra một cách bình thường. Nhưng đôi khi quá trình này vẫn xảy ra theo biểu hiện gen kiểu cơ định, nhưng chỉ ở mức tối thiểu. Còn khi có protein điều hòa gắn giữa ARN polimerase và promoter quá trình phiên mã sẽ diễn ra một cách suôn sẻ bởi liên kết cao hơn do được bổ sung các yếu tố của trình tự liên ứng. Đây được gọi là việc giới hạn tốc độ biểu hiện gene.
- Để điều hòa âm tính một promoter cần có một protein ức chế gắn vào một vị trí bên trong hoặc gối lên promoter. Vị trí này gọi là trình tự điều hành (operator). Protein này gắn vào operator, ARN polimearase sẽ không gắn được vào promoter và sự phiên mã khoog được thực hiện. Ngược lại, để điều hòa dương tính, một protein điều hòa sẽ giúp ARN pol dễ dàng liên kết với promoter. Hiện tượng này xảy ra bằng cách protein hoạt hóa dùng một phần phân tử của nó để liên kết với ADN tại vị trí gần promoter, còn phần khác tương tác với ARN pol, nhờ vậy đưa enzym đến gần promoter hơn. Cơ chế này gọi là sự liên hợp ADN/protein. Vai trò của protein chỉ như một chất đính kết gắn ADN và ARN pol hay đưa enzym đến gần promoter hơn. Và quá trình mở có thể dễ dàng xảy ra, dẫn đến sự phiên mã diễn ra.
- Operon lac ở vi khuẩn E.coli là một điển hình hoạt động với một protein họat hóa và một protein ức chế.
II.1.3. Quy tắc dị hình:
Quy tắc dị hình là một trong những quy tắc cơ bản nhất trong điều hòa chức năng và hoạt tính protein. Ví dụ: các protein Cyclin hoạt hóa các enzym Cdk tham gia điều khiển chu trình tế bào. Các Cyclin hoạt hóa được enzym này bằng cách liên kết vào enzym và chuyển chúng từ trang thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động. Ở glnA, chất hoạt hóa (NtrC) tương tác với ARN pol và thúc đẩy phức hệ khởi đầu phiên mã đóng chuyển thành mở. Còn trong trường hợp metT, chất hoạt hóa (MerR) tạo ra hiệu ứng tương tự nhưng bằng sự thay đổi cấu hình ADN (promoter).
Qua đây ta thấy được việc điều hòa phiên mã rất đa dạng và phong phú. Ta có thể kết hợp đồng thời nhiều cơ chế khác nhau hoặc sự ức chế phiên mã không nhất thiết phải trải qua sự ngăn cản liên kết giữa ARN pol và promoter.
II.1.4. Sự biểu hiện gen từ khoảng cách xa và cấu trúc vòng thắt ADN:
- Các protein điều hòa thường liên kết ở vị trí gần promoter của gen, nhưng điều này không phải lúc nào cũng đúng. Đôi khi protein điều hòa liên kết vào ADN ở vị trí cách gen rất xa. Lúc này, để protein điều hòa có thể tương tác được với gen, thường có sự hình thành các vòng thắt trên phân tử ADN. Trong thực tế, protein hoạt hóa phiên mã NtrC hoạt động theo cách này. Vị trí liên kết ADN của nó nằm ngược dòng promoter (về phía đầu 5’ của mạch mã hóa) 150 bp. Protein này thậm chí có thể hoạt hóa gen ngay cả khi nó liên kết ở vị trí xa hơn (1 kb hoặc hơn). Trong việc điều khiển như vậy, vòng thắt có thể dài tới 3 kb. Một cách khác để đưa các ADN đến gần nhau là nhờ các protein liên kết vào đoạn trình tự ở giữa. Đây là hai cách phổ biến ở sinh vật nhân sơ, còn ở sinh vật nhân thực ta còn thấy có nhiều cách phong phú hơn.
II.1.5. Quy tắc dị hình và liên kết ADN – protein:
Sự tương tác giữa các đại phân tử nói chung và giữa ADN và ARN pol nói riêng đã hoạt hóa gen từ đó huy động bộ máy phiên mã tới promoter. Trong những trường hợp khác thì gen lại phiên mã theo quy tắc dị hình. Tức là, môt protein liên kết với enzym ARN pol đã liên kết sẵn với ADN và làm thay đổi cấu hình hoặc của enzym và ADN hoặc của promoter, qua đó sự khởi đầu phiên mã có thể diễn ra.
Cả hai quá trình này đều có những vao trò khác nữa trong điều hòa hoạt động của gen và cách tương tác giữa chúng có thể phức tạp hơn. Ví dụ như hai hay nhiều protein điều hòa cùng tương tác với nhau và với ADN. Qua đó chúng hỗ trợ nhau cùng tăng cường liên kết vào vị trí gen được điều khiển. Kiểu tương tác này tạo nên tác dụng hợp lực và có thể nhanh chóng chuyển một gen từ trạng thái không biểu hiện sang trạng thái biểu hiện tối đa. Sự hợp lực của các protein hoạt hóa còn có vai trò tích hợp tín hiệu. Đó là khi các gen chỉ biểu hiện khi đồng thời có mặt nhiều tín hiệu khác nhau. Sự biểu hiện gen ở phago là một ví dụ điển hình cho kiểu điều hòa này.
II.1.6.Khởi đầu phiên mã không phải là cơ chế điều hòa duy nhất ở các gen:
Sự điều hòa phiên mã không chỉ xảy ra ở bước khởi đầu phiên mã mà còn ở các giai đoạn khác như kéo dài phiên mã, hoàn thiện mARN, dịch mã tổng hợp protein. 
II.2.Sự điều hòa khởi đầu phiên mã ở vi khuẩn:
II.2.1. Operon lac điều khiển bởi protein hoạt hóa và ức chế:
Trước hết ta cần hiểu thế nào là Operon Lac? Operon Lac là một cụm gen trong hệ gen E.coli gồm 3 gen cấu thành (lacZ, lacY và lacA) nằm liền kề nhau. Gọi là operon bởi sự phiên mã của các gen này diễn ra đồng thời do dùng chung một promoter. Promoter của operon lac, nằm gần đầu 5’ của lacZ, điều khiển sự phiên mã tổng hợp một phân tử mARN duy nhất. Nhưng, phân tử mARN này chứa thông tin mã hóa của nhiều hơn một gen, nên được gọi là mARN đa cistron. Phân tử mARN này sau đó được dịch mã cho ba loại protein khác nhau. Gen lacZ mã hóa enzym β-galactosidase. Enzym này xúc tác phản ứng thủy phân lactose thành glucose và galactose, để cung cấp năng lượng cho tế bào. Ngoài ra enzym này còn xúc tác phản ứng chuyển hóa một phần lactose thành một đồng phân là allolactose. Allolactose chính là phân tử kích ứng sự biểu hiện của operon lac. Gen lac mã hóa protein vận chuyển permease. Permease nằm xuyên màng tế bào vi khuẩn và có vai trò vận chuyển chủ động lactose từ môi trường ngoại bào vào trong tế bào. Gen lacA mã hóa enzym thiogalactoside transacetylase, có vai trò giải độc tế bào đối với các hợp chất thiogalactoside cũng được vận chuyển vào tế bào khi permease hoạt động.
Những gen này chỉ được biểu hiện khi trong môi trường có lactose và không có glucose. Có hai protein điều hòa tham gia điều khiển quá trình hoạt động của operon lac, đó là protein hoạt hóa CAP và protein ức chế lacI. LacI được mã hóa bởi gen lacI nằm gần operon lac về phía đầu 5’, và là một gen cơ định.CAP còn có tên là CRP. Gen mã hóa CAP nằm xa operon Lac. Cả hai protein điều hòa CAP và lacI đều là các protein liên kết AND với vị trí liên kết tương ứng ở gần đầu 5’ (với CAP) và 3’ (với lacI; vị trí này được gọi là trình tự điều hành, hay operator) của promoter lac.
Mỗi protein điều hòa “tiếp nhận” một tín hiệu khác nhau từ môi trường và “truyền tin” tới operon Lac. Nếu CAP truyền tín hiệu về việc môi trường không có glucose, thì lacI thông báo trong môi trường có lactose. Hệ thống điều khiển operon Lac hoạt động như sau: LacI chỉ liên kết được vào operator và ức chế operon lac khi môi trường không có lactose. Khi có mặt lactose, lacI bị “bất hoạt” và operon lac được “giải nén” và biểu hiện. Ngược lại, protein CAP khi liên kết vào operon lac lại có vai trò thúc đẩy operon hoạt động. Tuy vậy, CAP chỉ liên kết mạnh khi môi trường không có glucose. Vì vậy, sự phối hợp của hai protein điều hòa CAP và lacI sẽ đảm bảo cho operon chỉ biểu hiện mạnh khi môi trường có lactose, đồng thời không có glucose.
II.2.2. CAP và lacI có ảnh hưởng đối lập đến liên kết promoter- ARN pol:
Ở operon lac, trình tự điều hành O gồm 21 bp với trình tự hai đầu lặp lại đảo chiều, đối xứng qua cặp nu số 11. Cấu trúc đối xứng của operator được nhận biết tương ứng bởi hai tiểu phần của lacI. Do trình tự liên kết của lacI tại operator phủ lên promoter lac một phần, nên khi lacI liên kết vào operator, nó ngăn cản sự liên kết của ARN pol vào promoter. Còn đối với CAP, khi thiếu vắng protein này, AR