Điều hoà phiên mã - Điều hòa hoạt động gen ở nhân thật pdf

Điều hoà phiên mã - Điều hòa hoạt động gen ở nhân thật

Bình thường, một mình ARN pôhmeraza không thể liên kết được với
promoter mà chúng phải liên kết với một số prôtêin được gọi là các yếu tố
phiên mã cơ bản.
Khi có phức hợp ARN pôlimeraza - yếu tố phiên mã thì mới liên kết được với
promoter và quá trình phiên mã được diễn ra nhưng ở một mức độ rất thấp.
Người ta gọi là mức độ phiên mã cơ bản. Tuy nhiên, ở sinh vật nhân thực
nhiều khi một số gen cần phiên mã ở mức độ rất cao tạo ra một lượng lớn sản
phẩm để đáp ứng nhu cầu của tế bào cũng như với điều kiện môi trường bên
ngoài. Quá trình phiên mã ở mức độ cao như vậy được gọi là phiên mã được
kích hoạt. Làm thế nào một gen nào đó có thể đạt được trạng thái phiên mã
được.kích hoạt ? Tế bào giải quyết vấn đề này bằng cách tổng hợp ra rất
nhiều loại prôtêin đặc biệt được gọi là các yếu tố phiên mã đặc hiệu hay các
chất hoạt hoá đặc hiệu.
Nằm trước vùng promoter của các gen thường có các trình tự nuclêôtit đặc
biệt được gọi là vùng điều hoà gần kề (proximal control elememets) và các
trình tự nuclêôtit điều hoà nằm ở rất xa gen được gọi là vùng điều hoà tầm xa
(distalcontrol elements). Các trình tự nuclêôtit nằm ở xa thậm chí hàng nghìn
cặp nuclêôtit này được gọi là trình tự enhancer (trình tự tăng cường) hoặc
trình tự nuclêôtit làm nhiệm vụ bất hoạt gen (trình tự bất hoạt- silencer). Khi
những gen cần được phiên mã với tốc độ cao thì tế bào sản sinh ra các yếu tố
phiên mã đặc hiệu bám vào vùng enhancer làm cho vùng này bị uốn cong đi
và tiếp cận được với vùng promoter làm cho tăng ái lực của promoter với
ARN pôlimeraza. Ngược lại, khi một prôtêin bất hoạt nào đó liên kết với
vùng silencer thì ARN pôlimeraza không thể liên kết được với promoter và
trình phiên mã không thể xảy ra.
Làm thế nào tế bào của sinh vật nhân thực có thể đóng mở một số gen cùng
một lúc để thực hiện một chuỗi phản ứng hoá sinh nhất định ? Đối với sinh
vật nhân sơ, việc này được" thực hiện bằng cách các gen cần được phiên mã
cùng lúc được sắp xếp trong cùng một opêron có chung một promoter. Đối

với sinh vật nhân thực, mỗi gen có một promoter riêng nên việc điều phối sự
phiên mã của nhiều gen cùng lúc được thực hiện theo nhiều cách khác nhau.
Dưới đây là một vài cách điều phối phiên mã của các gen mà các nhà khoa
học đã biết :
Các gen cần phiên mã cùng lúc được sắp xếp gần nhau trên cùng một nhiễm
sắc thể. Bằng cách này, vùng nhiễm sắc thể chứa nhóm gen đó có thể được
dãn xoắn hoặc co xoắn cùng lúc khiến ARN pôlimeraza có thể tiếp cận hay
không tiếp cận được với các gen cần phiên mã.
Các gen cần phiên mã cùng nhau có thể được điều hoà phiên mã bởi cùng
một nhóm yếu tố phiên mã đặc hiệu (chất hoạt hoá hoặc chất ức chế đặc
hiệu).
Bằng cách này, các gen có thể nằm rải rác trong cùng một hệ gen vẫn có thề
được phiên mã đồng thời vì các vùng điều hoà của chúng đều được gắn với
các chất điều hoà phiên mã đặc hiệu có trong tế bào. Ví dụ, khi hoocmôn sinh
dục ơstrôgen vào trong tế bào thì nó liên kết với thụ thể đặc hiệu trong tế bào
chất tạo nên phức hợp ơstrôgen - thụ thể hoạt động như chất hoạt hoá gen.
Những gen nào nằm trong tế bào có vùng điều hoà liên kết được với phức
hợp hoocmôn thụ thể này thì gen đó sẽ được phiên mã bất luận chúng nằm ở
đâu trong tế bào. Tương tự, khi các phân tử tín hiệu từ bên ngoài có bản chất
hoá học không thuộc loại steroit thì chúng chỉ có thể liên kết với thụ thể trên
màng của tế bào đích và chúng truyền tín hiệu vào trong tế bào làm hoạt hoá
một số chất hoạt hoá phiên mã đặc hiệu. Sau đó, những gen nào có chung
vùng điều hoà có ái lực với chất hoạt hoá phiên mã này thì chúng đồng thời
được phiên mã.

Mối liên quan giữa đột biến gen với mã di truyền và prôtêin

Các dạng đột biến gen: mất, thêm, thay thế có ảnh hưởng khác nhau tới mã di
truyền, tới sự biến đổi trình tự của các nuclêôtit, từ đó ảnh hưởng tới quá
trình phiên mã và dịch mã, do đó ảnh hưởng tới cấu trúc và chức năng của

prôtêin.

Dạng thay thế một cặp nulêôtit có ảnh hưởng ít hơn tới sự biến đỏi của mã di
truyền. Ví dụ, dạng thay thế cặp nuclêôtit liên quan tới một codon. Tùy theo
những vị trí thay thé của cặp bazơnitric trong bộ ba mà cho ra hiệu quả khác
nhau.
Mã di truyền mang tính thoái hóa, nghĩa là nhiều codon cùng mã hóa một loại
axit amin (từ hai đến sáu bộ ba). Đây là hiện tượng phổ biến cho tất cả các
loại axit amin, trừ mêtiônin và tryptophan. Trong trường hợp này, trí thứ nhất
và thứ hai trong bộ ba thường cùng một loại bazơnitric, còn vị trí thứ ba có
thể là các loại bazơ khác nhau.
Ví dụ, lơxin có 6 codon cùng mã hóa là: UUA, UUG, XUU, XUX, XUA,
XUG. Người ta cho rằng vai trò quan trọng là bazơ ở vị trí thứ hai, như trong
6 bộ ba trên vị trí đó đều có U tiếp theo là bazơ ở vị trí thứ nhất, như trong 6
vị trí thứ nhất có U và X; còn bazơ ở vị trí thứ ba trong codon có vai trò kém
hơn. Từ đó cho thấy nếu đột biến thay thế diễn ra ở vị trí thưa hai trong
codon làm cho mã di truyền thay đổi, axit amin tương ứng sẽ bị thay thế bằng
một loại axit amin khác. Riêng trường hợp với hai bộ ba là AUG (mêtiônin)
và UGG (tryptophan) thì đột biến thay thế cặp nuclêôtit ở vị trí nào trong bộ
ba cũng đều làm cho mã di truyền thay đổi đưa đến sự thay thế axit amin
tương ứng bằng axit amin khác trong chuỗi pôlipeptit.
Hiệu quả của dạng đột biến thay thế cặp nuclêôtit còn tùy thuộc vào vị trí của
axit amin thay thế trong chuỗi polipeptit. Nếu axit amin thay thế nằm ở trung
tâm hoạt động của enzim hoặc gần nó thì có thể làm biến đổi hoạt tính của
enzim của prôtêin bị biến đổi. Còn nếu như axit amin bị thay thế nằm ở phần
khác của enzim thì có thể không ảnh hưởng gì đến hoạt tính của enzim.
Dạng đột biến thay thế cặp nuclêôtit trong gen đưa đến sự thay thế axit amin
trong chuỗi pôlipeptit tương ứng được gọi là đột biến có nghĩa hay nhầm
nghĩa. Còn nếu như dạng đột biến thay thế làm xuất hiện bộ ba vô nghĩa – bộ
ba kết thúc trên mARN dẫn đến mạch pôlipeptit được hình thành sẽ ngắn hơn

mạch bình thường và không hoạt động chức năng. Ví dụ như, do đột biến
thay thế cặp bazơ trong gen đa đưa đến sự biến đổi bộ ba UGX mã hóa
xistêin thành UGA là codon kết thúc do đó chuỗi peptit không được tạo
thành. Dạng đột biến này được gọi là đột biến vô nghĩa.
Dạng đột biến mất hay thêm một cặp nuclêôtit trong gen, nhìn chung có ảnh
hưởng lớn tới trinh tự các nuclêôtit trong gen, làm cho cấu trúc của các codon
bị thay đổi theo kiểu “dồn toa” hay còn gọi là đột biến dịch khung. Đột biến
đó sẽ đưa đến việc tạo ra một mARN mà ở đó khung đọc bị dịch chuyển đi
một nuclêôtit, bắt đầu từ điểm xảy ra đột biến trên mARN, quá trình đọc mã
sẽ đọc các codon khác hẳn bình thường, do đó tạo ra prôtêin có thành phần và
trình tự các axit amin không bình thường trong chuỗi pôlipeptit so với prôtêin
ban đầu và không hoạt động.
Cũng có thể dạng đột biến mất hay thêm cặp bazơ ở vị trí mà sự dịch khung
làm xuất hiện codon kết thúc tạo cho mạch pôlipeptit không được tổng hợp
hay được tổng hợp sẽ ngắn hơn dạng bình thường giống như trường hợp đột
biến thay thế đã đề cập.