Chương 7: Sự Điều hòa Biểu hiện của Gene

Không phải tất cả các gene đều có biểu hiện liên tục. Mức độ biểu hiện của gene khác nhau giữa các tế bào hoặc khác nhau theo giai đoạn trong chu trình tế bào. Chẳng hạn gene mã hóa cho hemoglobin được biểu hiện ở mức độ cao chỉ ở trong tế bào tiền thể (precursor) của tế bào máu. Hoạt tính của gene khác nhau theo chức năng tế bào. Ở động vật có xương sống như chuột, chứa khoảng 200 loại tế bào được phân hóa chức năng khác nhau....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 7: Sự Điều hòa Biểu hiện của Gene 208Chương 7 Sự Điều hòa Biểu hiện của GeneI. Các nguyên lý điều hòa và mức độ kiểm soát phiên mã Không phải tất cả các gene đều có biểu hiện liên tục. Mức độ biểuhiện của gene khác nhau giữa các tế bào hoặc khác nhau theo giai đoạntrong chu trình tế bào. Chẳng hạn gene mã hóa cho hemoglobin được biểuhiện ở mức độ cao chỉ ở trong tế bào tiền thể (precursor) của tế bào máu.Hoạt tính của gene khác nhau theo chức năng tế bào. Ở động vật có xươngsống như chuột, chứa khoảng 200 loại tế bào được phân hóa chức năngkhác nhau. Tất cả các tế bào đều chứa cùng thông tin di truyền, những tếbào khác nhau chỉ ở những gene hoạt động. Trong nhiều trường hợp, hoạttính của gene được điều hòa ở mức độ phiên mã, cả qua những tín hiệu bắtđầu bên trong tế bào và cả phản ứng với những điều kiện bên ngoài. Tuynhiên thông tin di truyền được điều hòa theo những cách khác nhau. Cácbước điều khiển hoạt động gene bao gồm: - Cấu trúc lại DNA, trong đó những thay đổi biểu hiện gene phụthuộc vào vị trí trình tự DNA trong genome. - Điều hòa phiên mã trong tổng hợp bản phiên mã RNA bằng sự điềukhiển sự mở đầu và sự kết thúc - Quá trình chế biến RNA hoặc điều hòa qua quá trình cắt-nối trênRNA (RNA splicing) - Điều hòa dịch mã quá trình tổng hợp chuỗi polypeptid - Sự bền vững của mRNA Có sự khác nhau đáng kể trong sự điều hòa biểu hiện của các gene ởeukaryote và prokaryote. Prokaryote là những cơ thể đơn bào sống tự do,sinh trưởng và phân chia trong điều kiện thích hợp và được cung cấp đầyđủ chất dinh dưỡng. Do đó hoạt động của các gene được điều hòa do nhucầu của tế bào khi cần thiết. Khác với prokaryote, eukaryote là những cơ thể đa bào. Trong cơ thểđang phát triển, một tế bào không chỉ sinh trưởng và phân chia mà tế bàothế hệ sau trải qua những thay đổi quan trọng về hình thái và hóa sinh vàduy trì trạng thái biến đổi của nó. Hơn nữa trong quá trình phát triển phôi,tế bào eukaryote ít chịu ảnh hưởng của môi trường hơn so với vi khuẩn.Cuối cùng, ở cơ thể trưởng thành, sự sinh trưởng và phân chia tế bào củahầu hết các loại tế bào bị ngừng, mỗi tế bào chỉ phải duy trì các tính chấtriêng biệt của nó. 209 A. Điều hòa âm tính Điểm bám của repressor Phiên mã Không phiên mã Protein repressor bám vào B. Điều hòa dương tính Điếm bám của nhân tố hoạt hóa Không phiên mã Phiên mã Protein hoạt hóa phiên mã bám vào Hình 7.1 Mô hình điều hòa âm tính (negative regulation) và điều hòa dương tính (positive regulation).A. Trong điều hòa âm tính, protein ức chế bám vào phân tử DNA, ngăn cảnphiên mãB. Trong điều hòa dương tính, sự bám vào của protein hoạt hóa phiên mã, kíchthích phiên mã.II. Điều hòa hoạt động gene ở prokaryote Ở vi khuẩn và phage, hoạt tính đóng mở gene thường được điều khiểnqua phiên mã tổng hợp các mRNA xảy ra khi sản phẩm của gene được cầnđến. Cơ chế phân tử cho mỗi mô hình điều hòa hoàn toàn khác nhau,nhưng thường theo một trong hai kiểu chính: điều hòa âm tính và điều hòa 210dương tính (Hình 7.1). Trong hệ thống điều hòa âm tính (Hình 7.1A) mộtprotein ức chế có mặt trong tế bào, ngăn cản sự phiên mã. Trong hệ thốngcảm ứng được điều hòa âm tính, protein ức chế hoạt động làm ngăn cảnphiên mã. Nhân tố cảm ứng kìm hãm chất ức chế, cho phép bắt đầu phiênmã. Trong hệ thống ức chế, protein aporepressor gắn với co-repressor tạora chất ức chế có hoạt tính, làm ngăn cản phiên mã. Ngược lại trong hệthống điều hòa dương tính (Hình 7.1B), sự tổng hợp mRNA xảy ra nềuprotein điều hòa gắn vào một vùng của gene làm hoạt hóa phiên mã.Những protein này được xem là những nhân tố hoạt hóa phiên mã. Điềuhòa âm tính và dương tính không loại trừ lẫn nhau. Một vài hệ thống là cảđiều hòa âm tính và dương tính, sử dụng cả 2 hệ thống điều hòa để phảnứng với các điều kiện khác nhau trong tế bào. Điều hòa âm tính là phổbiến cho prokaryote, trong khi điều hòa dương tính lại phổ biến choeukaryote.1. Cấu trúc của operon Mô hình operon của điều hòa phiên mã Cơ chế điều hòa di truyền của hệ thống lac (lac system) được giảithích bằng mô hình operon của Francois Jacob và Jacque Monod (1960)(Hình 7.2). Hệ thống sử dụng lactose gồm 2 loại thành phần: gene cấu trúc mãhóa protein cần thiết cho sự vận chuyển và chuyển hóa lacto ...