Điều hòa sự biểu hiện của gen

tổng quan • Sự biểu hiện gen ở tế bào sơ hạch và tế bào chân hạch thay đổi tùy theo những biến đổi của môi trường. • Ở sinh vật đa bào sự biểu hiện của gen có vai trò trong sự biệt hóa các loại tế bào trong quá trình phát triển. Điều hòa sự biểu hiện gen ở vi khuẩn • Vi khuẩn thường đáp ứng với những thay đổi của môi trường bằng cách điều hòa hoạt động phiên mã
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều hòa sự biểu hiện của gen Điều hòa sự biểu hiện của genTổng quan• Sự biểu hiện gen ở tế bào sơ hạch và tế bàochânhạch thay đổi tùy theo những biến đổi của môitrường.• Ở sinh vật đa bào sự biểu hiện của gen có vaitròtrong sự biệt hóa các loại tế bào trong quá trìnhphát triển.Điều hòa sự biểu hiện gen ở vi khuẩn• Vi khuẩn thường đáp ứng với những thay đổicủamôi trường bằng cách điều hòa hoạt động phiênmã• Chỉ những gen mà sản phẩm của chúng cầnthiếttại một thời điểm nào đó mới được biểu hiện• Tế bào có thể kiểm soát sự tổng hợp enzymebằngmối liên hệ ngược âm tính hoặc bằng sự điềuhòahoạt động của gen• Sự biểu hiện gen ở vi khuẩn được kiểm soátbởimô hình operonCác nguyên lý cơ bản về Operon• Một nhóm gen có quan hệ về chức năng có thểchịu sự kiểm soát đồng thời: cùng “đóng” hoặc“mở”• Sự “đóng” hoặc “mở” cùng lúc của một nhómgendo sự kiểm soát của một đoạn ADN được gọi làvùng vận hành (operator)• Một operon là một đoạn của ADN bao gồmvùngvận hành, vùng khởi động và các gen cấu trúcdochúng kiểm soát• Operon có thể bị “đóng” bởi một protein gọi làchất ức chế (repressor)• Chất ức chế ngăn cản sự phiên mã của genbằngcách gắn vào vùng vận hành, cản trở sự gắncủaARN polymerase vào vùng khởi động• Chất ức chế được điều khiển tổng hợp bởi genđiều hòa (regulatory gene)• Chất ức chế có thể ở dạng hoạt động hoặc bấthoạttùy vào sự có mặt của các phân tử khác• Một chất đồng ức chế (corepressor ) là mộtphântử khi phối hợp với một protein ức chế có thểlàmopron “đóng”Kiểm soát âm tính• Operon cảm ứng (inducible operon):– Bình thường không hoạt động (‘đóng”). Khi cómột phân tử gọi là chất cảm ứng (inducer) làmbất hoạt chất ức chế gen phiên mã (“mở”) – Lac operon là một operon cảm ứng • Operon ức chế (repressible operon): – Bình thường hoạt động (“mở”). Khi chất ức chế gắn vào vùng vận hành gen ngừng phiên mã – Trp operon là một operon ức chế Lac operon • Lac operon là một operon cảm ứng, có chứa các gen mã hóa cho các enzyme tham gia vào việc thủy phân và chuyển hóa đường lactoseMôi trường không có Lactose gen “đóng”• Gen điều hòa protein ức chế (dạng hoạtđộng)• Chất ức chế gắn vào vùng vận hành ARN polymerase không thể gắn vào vùngkhởiđộng Các gen cấu trúc không phiên mãMôi trường có Lactose gen “mở”• Lactose biến đổi allolactose (chất cảmứng)• Allolactose gắn vào chất cảm ứng Chất ức chế gắn bị bất hoạt, không thể gắnvàovùng vận hành ARN polymerase có thể gắn vào vùng khởiđộng Các gen cấu trúc phiên mãTrp operon• Trp operon là một operon ức chế, có các genmã hóacho các enzyme tham gia vào quá trình tổnghợptryptophan từ acid chorismic.Môi trường không có tryptophan → gen “mở”• Bình thường, khi môi trường thiếutryptophan, trpoperon “mở” do protein ức chế (được tổnghợp từgen điều hòa) ở dạng bất hoạt → các gen cấutrúcphiên mãi• Khi có tryptophan, nó sẽ gắn vào protein ứcc hế →protein hoạt động → operon bị “đóng”• Vì chất ức chế chỉ hoạt động khi cótryptophan →trp opẻon bị “đóng” nên tryptophan được gọilàchất đồng ức chế (corepressor)• Các enzyme cảm ứng thường có vai tròtrong conđường dị hóa; sự tổng hợp chúng được cảmứngbởi một tín hiệu hóa học• Các enzyme ức chế thường có vai trò trongconđường đồng hóa; sự tổng hợp chúng bị ứcchế khilượng sản phẩm tạo ra nhiều.• Sự điều hòa của trp và lac operons đều là sựkiểmsoát âm tính của gen vì các operon luôn bị“đóng”khi chất ức chế hoạt độngKiểm soát dương tính• Một số operon được kiểm soát dương tínhnhờ mộtprotein kích hoạt, chẳng hạn như cataboliteactivator protein (CAP), một chất hoạt hóa(activator) của sự phiên mã• Khi glucose (một nguồn thức ăn ưa thích củaE.coli) trong môi trường rất ít, CAP được hoạthóabằng cách gắn với AMP vòng (cyclic AMP)• CAP đã kích hoạt sẽ gắn vào vùng hoạt hóa(phíatrước vùng khởi động) của lac operon và làmtăngái lực của RNA polymerase → tốc độ phiênmã• Khi lượng glucose trong môi trường tăng,CAPtách khỏi lac operon, và tốc độ phiên mã trởlạibình thường• CAP giúp điều hòa các operon khác mã hóachocác enzymes được dùng trong con đường dịhóaĐiều hòa sự biểu hiện gen ở TB chân hạch• Ở sinh vật đa bào, sự biểu hiện gen rất cầncho sựbiệt hóa tế bào.• Tất cả các tế bào trong cơ thể đều có kiểu ditruyềngiống nhau. Sự khác biệt giữa các tế bàochính làdo sự biểu hiện khác nhau.• Những sai sót trong sự biểu hiện gen có thểdẫnđến một số bệnh như ung thư• Sự biểu hiện của gen được điều hòa ở nhiềumức:– Trước phiên mã– Phiên mã– Sau phiên mãĐiều hòa trước phiên mã• Chủ yếu là điều hòa cấu trúc của chất nhiễmsắc(chromatin)• Trong vùng dị nhiễm sắc (heterochromatin)là nơichất nhiễm sắc đóng xoắn chặc, các genthườngkhông biểu hiện• Sự biến đổi hóa học của các histone và ADNcủachromatin có ảnh hưởng đến cấu trúc củachromatin và sự biểu hiện của genSự biến đổi Histone• Acetyl hóa histone (histone acetylation):– nhóm ace ...