Gen điều hòa(p-1)

I. TỔNG QUAN VỀ SỰ ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN Ở mỗi loài sinh vật vào một thời điểm nhất định không phải tất cả các gen đều biểu hiện. Sự điều hòa hoạt động của gen có xu hướng giúp tế bào chỉ tổng hợp các protein và enzym cần thiết cho sự sống của chúng vào từng thời điểm, mà không tổng hợp các sản phẩm không có nhu cầu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Gen điều hòa(p-1) Gen điều hòa(p-1)I. TỔNG QUAN VỀ SỰ ĐIỀU HÒA BIỂUHIỆN GENỞ mỗi loài sinh vật vào một thời điểmnhất định không phải tất cả các gen đềubiểu hiện. Sự điều hòa hoạt động của gencó xu hướng giúp tế bào chỉ tổng hợp cácprotein và enzym cần thiết cho sự sốngcủa chúng vào từng thời điểm, mà khôngtổng hợp các sản phẩm không có nhu cầu.Điều này đảm bảo cho hệ thống sống sửdụng năng lượng một cách có hiệu quả.Ở sinh vật bậc thấp đã có một khả năngthích ứng đặc biệt với các điều kiện củamôi trường thường xuyên biến đổi. Sựthích ứng đó phụ thuộc vào khả năng“bật” và “tắt” và “sự điều chỉnh” sự biểuhiện của tập hợp các gen nhằm đáp ứngcác thay đổi của môi trường.Ở sinh vật bậc cao sự điều hòa hoạt độngcủa gen không chỉ là sự đáp ứng với sựthay đổi của các điều kiện môi trường màcòn gắn với nhiều hoạt động sống quantrọng khác như sự biệt hóa tế bào, sựphát triển của cơ thể. Sự biểu hiện gen ởsinh vật nhân thực được điều khiển bởinhiều mức độ khác nhau từ trước dịch mã,sau dịch mã và dịch mã. Nhưng nhìnchung kiểu điều hòa cơ bản nhất là ở sựkhởi đầu phiên mã.II. KHÁI NIỆM VỀ GEN CƠ ĐỊNH VÀ GENCẢM ỨNGGen mã hóa cho các sản phẩm: ARN,enzym,… thường được biểu hiện thườngxuyên và liên tục ở hầu hết các tế bàođược gọi là gen cơ định. Việc hoạt độngtheo kiểu cơ định đối với các gen là rấtlãng phí về năng lượng.Quá trình bật sự biểu hiện của các gen đểđáp ứng lại sự có mặt của tín hiệu nào đótrong môi trường gọi là sự cảm ứng. Cácgen được điều hòa theo kiểu này được gọilà các gen cảm ứng. Sản phẩm do gennhư vật mã hóa gọi là enzym cảm ứnghoặc protein cảm ứng.Ví dụ khi môi trường chỉ có Lactose lànguồn hydrat cacbon duy nhất. Các tếbào E.coli sẽ tiến hành tổng hợp βgalactosidase và protein permease cầnthiết cho việc sử dụng Lactose làm nguồnnăng lượng.Permease là protein vận chuyển giúp tếbào bơm Lactose vào bên trong, βgalactosidase là enzym phân cắt Lactosethành Glucose và Galactose. Hai proteinnày hầu như không có vai trò gìkhi E.coli được nuôi trong môi trườngkhông có Lactose. Việc tổng hợp haiprotein này cần tiêu tốn năng lượng. Vìvậy cơ chế điều hòa cho phép tế bào chỉtổng hợp mạnh các sản phẩm cần thiếtcho sự chuyển hóa lactose khi môi trườngcó Lactose đồng thời hạn chế sự biểu hiệncủa chúng khi môi trường không cóLactose.III. ĐIỀU HÒA DƯƠNG TÍNH VÀ ĐIỀU HÒAÂM TÍNHSự điều hòa hoạt động của gen dù là cảmứng hay ức chế thì đều thực hiện theo haicơ chế điều hòa dương tính và điều hòaâm tính. Cả hai cơ chế này đều có sựtham gia của protein điều hòa. Các gennày mã hóa cho các sản phẩm trực tiếpđiều hòa sự biểu hiện của các gen khác.Điều hòa dương tính: Sản phẩm của genđiều hòa có vai trò làm tăng sự biểu hiệnucủa một hay một nhóm gen cấu trúc.Điều hòa âm tính: Sản phẩm của gen điềuhòa ức chế hoặc làm tắt sự biểu hiện củagen cấu trúc.Sản phẩm của gen điều hòa gọi là cácprotein điều hòa xuất hiện dưới một tronghai dạng. Protein hoạt hóa trong các hệthống điều hòa dương tính và protein ứcchế trong các hệ thống điều hòa âm tính.Việc protein điều hòa liên kết được vào vịtrí liên kết protein điều hòa(RPBS) hay không phụ thuộc vào sự xuấthiện các phân tử có kích thước nhỏ, nhữngphân tử này gọi là phân tử tínhiệu. Phân tử tín hiệu làm tăng cường sựbiểu hiện của các gen gọi là phân tử kíchứng còn nếu hạn chế hoặc kìm hãm sựbiểu hiện của các gen gọi làphân tử đồngức chế. Các phân tử tín hiệu liên kết vàoprotein điều hòa và làm thay đổi cấu hìnhcủa chúng dẫn đến thay đổi chức nănghoặc hoạt tính của các protein gọi là biếnđổi dị hình.IV. SỰ ĐIỀU HÒA KHỞI ĐẦU PHIÊN MÃ ỞVI KHUẨNOperon Lac được điều khiển đồng thời bởicác protein hoạt hóa và ức chế. OperonLac là một cụm gen trong hệ gencủa E.coli gồm 3 gen cấu trúc (lac Z, lac Yvà lac A) nằm liền kề nhau. Gọi là Operonvì sự phiên mã của 3 gen cấu trúc nàydiễn ra đồng thời do dùng chung mộtPromoter. Promoter cuar Operon Lac(promoter Lac) nằm ở đầu 5’ của lac Zđiều khiển sự phiên mã tổng hợp mộtphân tử mARN duy nhất. Nhưng phân tửmARN này chứa thông tin mã hóa nhiềuhơn một gen nên được gọi là mARN đacistron. Phân tử mARN này sau này dịchmã cho ra 3 loại protein làlac Z => β – galactosidase thủy phânLactose thành Glucose và Galactose.Ngoài ra β – galactosidase còn xúc tácphản ứng chuyển hóa Lactose thànhAllolactose.lac Y => protein Permease là protein vậnchuyển bơm Lactose vào bên trong tế bàolac A => enzym thiogalactosidetransacetylase có vai trò giải độc tế bàođối với các hợp chất thiogalactoside cũngđược vận chuyển vào trong tế bào khiPermease hoạt động.Có hai loại protein điều hòa tham gia điềukhiển hoạt động của Operon Laclà protein hoạt hóa CAP và protien ứcchế Lac I. Lac I được mã hóa bởi gen lacI nằm gần Operon Lac về phía đầu 5’ và làmột gen cơ định. CAP do gen mã hóa nằmxa Operon Lac. Cả hai protein CAP và LacI đều là các protein liên kết ADN với vị tríliên kết tương ứng nằm ở đầu ...