điều hòa hoạt động biểu hiện của gen

L/O/G/O
GV Th.S Trần Hồng Bảo Quyên



Đặc điểm điều hòa biểu hiện gen

Mục đích

Các mức độ biểu hiện gen

Điều hòa âm tính –dương tính
02/23/14 2

•
Sự biểu hiện của gen chịu sự kiểm soát của cơ chế điều
hòa.
•
Đáp lại các biến đổi của môi trường bên trong và ngoài cơ
thể.
•
Thực hiện ở nhiều mức độ khác nhau và liên quan đến
từng giai đoạn phát triển.
•
Gen điều hòa giữ vai trò quan trọng trong việc đóng mở
các gen cấu trúc để có biểu hiện tổng hợp protein đúng lúc,
đúng nơi theo nhu cầu cụ thể của tế bào
02/23/14 3

•
 !"  #$"%&'$ () * +),-./0"1234

'56789":1;6<":678=":>?" ?@"A
•
 !" B"::$"'C?@") D'34 E":F"6 066G6 9
1;'"C(1H'-18+/; #"A
•
0/C(H6 ;I;'?(.6?J62": +)$"%&'$/K":'L
MN" #":8+O'6P"  (Q/K":?J1 R4 (G61S":
:$"A
•
TJ/; #":$"=,I D"18+I;'?(.6/='5 U" 
()$7("A
•
.
02/23/14 4

•
V1P 34?J1 R4/; #":$"W
 !"
#$!%
•
&'#()#)
*+,%
02/23/14 5
XY
1. Điều hòa và biểu hiện bằng thay đổi
cấu trúc NST hay cấu trúc phân tử
DNA
2. Điều hòa ở mức độ phiên mã
3. Cắt bỏ intron, nối exon (Splicing)
4. mARN gắn với một số protein đặc

hiệu xuyên qua lỗ nhân ra bào tương
5. Huỷ các mARN không được dùng
để dịch mã
6. Dịch mã, tổng hợp Protein
7. Biến đổi protein
8. Điều hòa bằng cơ chế phân hủy
Protein
.:41(G"/; #"34:$"H6 ;18+1 R4
=?" ,Z6" O"6 Z6
02/23/14 7
•
Chủ yếu là điều hòa cấu trúc của chất nhiễm sắc
(chromatin)
•
Trong vùng dị nhiễm sắc (heterochromatin) là nơi chất
nhiễm sắc đóng xoắn chặt, các gen thường không biểu
hiện
•
Sự biến đổi hóa học của các histone và DNA của
chromatin có ảnh hưởng đến cấu trúc của chromatin và
sự biểu hiện của gen
[A  R4 ,C /; #" :$" /K": 6 4& 12
\67ET 4&\67E) O"6]
a. Sự Acetyl hóa histone
Nhóm acetyl được gắn vào lysine tích điện
dương trong đuôi histone → chromatin tháo xoắn
→ phiên mã.
b. Sự methyl hóa DNA

Nhóm methyl được gắn vào chromatin. Sự gắn

thêm nhóm phosphate gần các acid amin bị methyl hóa
sẽ làm cho chromatin tháo xoắn.

Trong các sinh vật đa bào, metyl hoá ADN là một
dấu hiệu biểu hiện gen liên quan tới sự biệt hoá của mô
tế bào. Trình tự nhận biết cho sự metyl hoá rất ngắn, ở
động vật thường là CG còn ở thực vật là CNG.
^A R4 (G61S"::$"/K":I;'?(.6) N"'_
-./!0$1
23!4)56W
Một số yếu tố trình tự điều khiển, gọi là các yếu tố điều khiển
gần, nằm ngay gần promoter, còn các yếu tố điều khiển xa nằm
cách promoter một đoạn xa hơn và chúng tập hợp thành một nhóm
được gọi là các trình từ tăng cường (enhancer)
5 U"  (G61S":34$" 4"$7,C.&06L (G6 H4) N"'_
%7#!!89:;)5!<
•
Các yếu tố hoạt hoá ở sinh vật bậc cao như là các
yếu tố hỗ trợ RNA polymerase di chuyển lên phía
trước kể từ vị trí promoter trong quá trình phiên
mã.
•
Các phức protein có khả năng gắn với phần phía
trên của RNA polymerase II do RNA polymerase
có các vị trí đặc hiệu gắn cho các yếu tố này đặc
biệt đối với các yếu tố có khả năng liên kết với
các enhancer.
%7!2!)!4<
Protein hoạt hóa kết hợp với nhau, gắn với trình tự
enhancer và các nhân tố phiên mã, enzyme RNA

polymerase II kích hoạt quá trình phiên mã. Các protein
hoạt hóa gắn càng nhiều trình tự enhancer, phiên mã càng
mạnh, có thể cực đại.
.46,46(7)7(6$":`",-" $" 4"$7
\67E1(G":$"=,a67P.)7(6$"/.'bP"
cATJ`6"L."67(",C$d("
•
Qúa trình này nhờ spliceosome (gồm snRNP và các protein)
•
Hai Nu đầu tiên GU ở đầu 5’ và AG ở đầu 3’ của mỗi intron là
vị trí nhận biết để cắt intron ra khỏi phân tử tiền mARN
Ba bước của cơ chế cắt-nối (splicing) pre-mRNA sinh vật bậc cao
(1) lắp mũ 5’ (xảy ra cùng lúc phiên mã); (2) tách bỏ và gắn đuôi
poly(A); và (3) splicing (xảy ra trong nhân trước khi mRNA đi ra tế
bào chất)
eA'd&N"f4Mg" O"74/C(68h":
mARN gắn với 1 số protein đặc hiệu hnRNP ,nhận diện lỗ nhân
nhờ các thụ thể bên trong màng nhân, xuyên màng nhân ra ngòai
bào tương theo hướng 5’- 3’
ij3&'k"0'I 5":18+ba '_l
•
Nếu mARN không được dịch mã, dưới tác dụng của
ribonuclease sẽ phân hủy phân tử mARN này.
•
Sự thoái hóa mRNA là một cơ chế kiểm soát chủ yếu trong
biểu hiện gen ở sinh vật bậc cao, thời gian tồn tại của
mRNA phụ thuộc vào độ dài trình tự AU ở vùng 3’ không
dịch mã và sự khử đuôi poly A.
=>a '_>62": +))7(6$"
•

a  '_ MC f. 67U"  :@
'_ 6 5": 6" b 67&" 6m
' 1; 6G( 6 C" 
)7(6$"68h":n":
•
:(C ' >6 U ^ " O"
6L f4" 67o": I . 6 4'
:4 f. 67U"  ba  '_ MC
7/5d5' ,C  ,Z"
 &;"
pq0"127(6$"
•
Sau khi được tổng hợp, chuỗi polypeptide còn phải được
biến đổi: acid amin mở đầu, một số đoạn của chuỗi
polypeptid bị cắt bỏ, protein biến đổi cấu hình, gắn thêm
một số chức hóa học như acetat, photphat , lập cầu nối
disulfide hoặc cắt bỏ 1 đọan peptid ở giữa protein…để
thực hiện chức năng của nó.
•
Các protein điều hòa thường được hoạt hóa hoặc bất hoạt
một cách phổ biến tương ứng bằng việc được gắn thêm
nhóm phosphate (phosphoryl hóa) hoặc loại bớt đi nhóm
phosphate (loại phosphoryl hóa), trong khi đó các protein
được chuyển đến bề mặt tế bào động vật thường được gắn
thêm các gốc đường.
•
Các protein bề mặt tế bào và nhiều protein khác phải được
vận chuyển đến đích ở trong tế bào là nơi chúng có thể biểu
hiện chức năng.
•

Sự biểu hiện của gen có thể xuất hiện trong mỗi bước liên
quan đến quá trình hoàn thiện và vận chuyển protein trước
đây.
rA":\))7(6$"1E":1a4 !>"h60
/C(,Ch6 ;F"?]bV":A
9. Sử dụng và phân giải Protein
Để đánh dấu một protein đặc thù cần được phân giải,
theo một cơ chế phổ biến, tế bào gắn vào protein đó một
phân tử protein nhỏ gọi là ubiquitin. Sau đó một phức hệ
protein kích thước “khổng lồ” có tên là thể phân giải
protein (proteosome) sẽ nhận ra các protein được đánh dấu
bằng ubiquitin và phân giải chúng.
;'?(.6O'6P"
·)$7("@'n":k"b/M$()$7("lW
– Bình thường không hoạt động (‘đóng”). Khi có một phân tử
gọi là chất cảm ứng (inducer) làm bất hoạt chất ức chế gen
phiên mã (“mở”).
– Lac operon là một operon cảm ứng.
02/23/14 20
)$7("n 0k7$)7$??/M$()$7("lW

– Bình thường hoạt động (“mở”). Khi chất ức
chế gắn vào vùng vận hành s gen ngừng
phiên mã
– Trp operon là một operon ức chế
02/23/14 21
;'?(.6b8h":6P"
Một số operon được kiểm soát dương tính nhờ một protein kích hoạt,
chẳng hạn như catabolite activator protein (CAP), một \6 (G6 H4
k46,46(7l của sự phiên mã

· Khi glucose (một nguồn thức ăn ưa thích của E.coli) trong môi
trường rất ít, CAP được hoạt hóa bằng cách gắn với,R":
k&Ml
· CAP đã kích hoạt sẽ gắn vào vùng hoạt hóa (phía trước vùng khởi
động) của lac operon và làm tăng ái lực của RNA polymerase → tốc
độ phiên mã
02/23/14 22
•
Khi lượng glucose trong môi trường tăng, CAP
tách khỏi lac operon, và tốc độ phiên mã trở lại
bình thường
•
CAP giúp điều hòa các operon khác mã hóa cho
các enzymes được dùng trong con đường dị hóa
02/23/14 23
02/23/14 24