Sinh học phân tử - CHƯƠNG VIII.doc

CHNG VIII
S IU HềA BIU HIN CA GEN
I. Điều hoà sự biểu hiện của gen
1. Đặt vấn đ
cỏc chng trờn, chỳng ta ó cp n 3 quỏ trỡnh thit yu ca t bo mc
phõn t l: sao chộp DNA, phiờn mó to ra mRNA v dch mó to ra polypeptide. Ba
quỏ trỡnh ny xy ra trong ni ti mt t bo. Trong chơng này chúng ta sẽ đề cặp đến
quá trình điều hòa biểu hiện của gen ở hai hệ thống sinh vật, trong nội tại một tế bào,
giữa các tế bào, toàn cơ thể và dới tác động của môi trờng ngoài.
Thng thỡ t bo khụng th tn ti mt cỏch c lp v tỏch ri vi mụi trng
xung quanh m thng xuyờn v liờn tc cú s trao i cht gia các t bo vi nhau v
vi mụi trng bên ngoi. õy l một c tớnh c bn ca s sng. i vi t bo sinh
vt tin nhõn, mụi trng ngoài l một tp hp cỏc nhõn t vt lý v húa hc bao quanh
bờn ngoi t bo. Cũn i vi sinh vt nhõn tht a bo, mụi trng ngoi ca mt t
bo l tp hp tt c cỏc t bo bao xung quanh, cỏc ngoi gian bo, cỏc c quan v mụ
khỏc trong ni b mt c th sinh vt thng nht.
Nh vy vn ny sinh l bng cỏch no t bo cú th iu chnh hot ng ca
mỡnh cho phự hp vi cỏc bin i ca mụi trng ngoi tn ti, thớch ng và phát
triển. Quỏ trỡnh iu hũa cú s khỏc nhau cơ bản v c ch v cỏch thc gia 2 h thng
sinh vt, c th c túm tt di õy.
2. So sỏnh s khỏc nhau gia sinh vt tin nhõn v nhõn tht
a. Khỏc nhau v ng c iu hũa biu hin ca gen
Sinh vt tin nhõn Sinh vt nhõn tht
- ể điu chnh h enzyme
cho phự hp vi cỏc tỏc nhõn
mụi trng bờn ngoi nh:
dinh dng, lý húa tớnh t
bo cú th tng trng v sinh
sn c.
- S iu hũa xy ra mt
cỏch linh ng, cú tớnh thun

nghch, tc thi tu thuộc vào
- Do t bo khụng tip xỳc trc tip vi mụi
trng bờn ngoi cho nờn quỏ trỡnh iu hũa khụng
mang tớnh cht th ng vi nhng bin ng ca
ngoi bo.
- Vỡ mi t bo l mt thnh phn ca c th sng
cho nờn chỳng phi tuõn th mt cỏch nghiờm ngt
theo mt chng trỡnh phỏt trin chuyờn bit t khi
c th cũn phụi thai n lỳc trng thnh.
- S iu hũa hot ng ca cỏc gen õy u
100
mụi trng m cỏc gen cú
c biu hin hay khụng.
- Cú th ngng thi im
bt k no trong chu trỡnh t
bo. Mt enzyme cú th c
sinh ra, ngng sinh ra ri li
c sinh ra mt cỏch d
dng. Tt c cỏc quỏ trỡnh ú
c iu khin nhng mc
hot húa khỏc nhau.
- Điều hòa chủ yếu theo mô
hình operon
nhm hng n vic chuyờn bit húa tng loi t
bo thnh tng cu trỳc v chc nng riờng v
khụng mang tớnh thun nghch.
- Khi t bo ó i vo bit húa thỡ s khụng cũn
cú kh nng quay tr li trng thỏi ban u hay
chuyn sang mt hng phõn húa khỏc. Thớ d nh
t bo phụi thai khi chuyn thnh t bo gan thỡ

khụng th quay li thnh t bo phụi thai v cng
khụng tr thnh t bo rut c.
- Mô hình điều hòa rất đa dạng và phức tạp, tùy
từng gen, tế bào, mô, giai đoạn sinh trởng phát
triển và sinh vật.
b. Nguyờn nhõn chớnh dn n s khỏc nhau
- S khỏc bit trong cu trỳc t bo gia 2 loi sinh vt ó dn n s khỏc bit trong
quỏ trỡnh iu hũa s biu hin ca gen. sinh vt tin nhõn, t bo khụng cú mng
nhõn, mRNA va c phiờn mó t DNA thỡ tip xỳc ngay vi b mỏy dch mó, kt qu
l quỏ trỡnh tng hp protein c tin hnh ngay, s phiờn mó v dch mó tin hnh
ng thi. Chớnh vỡ th m s iu hũa biu hin ca gen ch yu din ra giai on
phiờn mó.
- Trong khi ú t bo sinh vật nhõn tht, do tế bào cu to có mng nhõn, phiờn mó
xy ra trong nhõn, dch mó xy ra t bo cht nờn 2 quỏ trỡnh ny xy ra khụng ng
thi dn n quỏ trỡnh iu hũa v biu hin ca gen cng xy ra phc tp hn, phi tin
hnh qua nhiu giai on v cụng on khỏc nhau.
- Sinh vt tin nhõn cú cu to n bo cũn sinh vt nhõn tht cu to a bo, mụ v cỏc
c quan b phn trong cơ thể đợc bit hoỏ và m nhn nhng chc phn khỏc nhau.
c. Cỏc thnh phn tham gia vo quỏ trỡnh biu hin ca gen
Cú 3 thnh phn chớnh tham gia vo quỏ trỡnh biểu hin ca gen:
- Nhng tớn hiu v chỳng phi cú kh nng gõy ra mnh lm thay i v hot húa
biu hin ca gen.
- S iu hũa biu hin ca gen c tin hnh mt trong s cỏc giai on trong chui
cỏc phn ng t quá trình DNA sao chộp sinh ra mRNA chớn n việc dch mó để to
thnh polypeptide chức năng.
- C ch phõn t ca quỏ trỡnh iu hũa biu hin ca gen l c ch cp n quỏ trỡnh
iu hũa v tham gia ca cỏc phõn t thnh phn.
101
II. m« h×nh ®iÒu hßa biÓu hiÖn gen ë Prokaryote
1. Khái niệm

- Tín hiệu điều hòa chủ yếu là các yếu tố, là các hợp chất dinh dưỡng hay yếu tố vật lý,
hãa hoc của môi trường nuôi cấy vi sinh vật. Gen có thể biểu hiện hoặc ngừng biểu hiện
hoặc hoạt động mạnh hay yếu nếu như sản phẩm của gen là cần thiết hay không cần
thiết hoặc cần thiết nhiều hay cần thiết ít cho tế bào sinh trưởng trong môi trường nhất
định. Như vậy nó cho phép sinh vật thích ứng một cách kỳ diệu với môi trường ngoài
luôn biến đổi. Các quá trình thích ứng này cần thiết phải có năng lượng.
Hình 1.8. Tác động của chất
cảm ứng (a) và chất ức chế (b)
đến quá trình tổng hợp enzyme
trong vi khuẩn. a) trong môi
trường không có lactose thì tế
bào tiến hành tổng hợp được
một lượng rất nhỏ enzyme để
sử dụng lactose. Cũng tế bào
đó nếu được chuyển sang môi
trường có lactose thì tốc độ
tổng hợp enzyme tăng mạnh.
b) trong trường hợp ngược lại
đối với cơ chế điều hoà ức chế
®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh tổng hợp
trytophan thì ngược lại. Khi
môi trường không có
tryptophan thì tế bào E.coli lại
tổng hợp rất mạnh enzyme để
sinh tổng hợp tryptophan, nếu
thêm tryptophan vào môi
trường thì tốc độ tổng hợp
enzyme đó giảm rất nhanh theo
thời gian sau đó dừng lại và
duy trì ổn định một lượng nhỏ.

- Cơ chế điều hòa chủ yếu được thực hiện thông qua các operon. Khái niêm operon chỉ
tồn tại ở sinh vật tiền nhân. Mỗi operon lại bao gồm những thành phần như sau: một số
gen cấu trúc là những gen mã hóa tạo thành một polypeptide, các gen cấu trúc này còn
gọi là các cistron và có nhiều cistron nằm kề cận nhau. Các trình tự DNA khác nhau
102
tham gia vào hoạt động điều hòa đó là các trình tự ®iÒu khiÓn nằm ở promoter và
operator.
- Có 2 kiểu operon là operon cảm ứng (induction) và operon ức chế (repression) trình
bày ở h×nh 1.8. Operon cảm ứng có đặc tính liên quan đến quá trình dị hóa tức là quá
trình phân giải các hợp chất phức tạp thành các hợp chất đơn giản thí dụ như hoạt tính
của c¸c enzyme liên quan đến việc sử dụng đường lactose, galactose hay arabinose. Khi
không có lactose trong môi trường nuôi cấy thì enzyme β-galactosidase sẽ không hoặc
được sinh ra mét lîng rất ít. Còn nếu thêm đường lactose vào môi trường nuôi cấy thì
quá trình tổng hợp enzyme này tăng lên một cách đột ngột đến thời điểm nào đó
(khoảng 9 phút) thì tốc độ tổng hợp enzyme này dừng lại và ổn định (hình 1.8a).
- Operon ức chế, thí dụ như enzyme tổng hợp tryptophan. Khi tryptophan không có mặt
trong môi trường thì vi khuẩn E.coli xúc tiến quá trình tổng hợp enzyme rất mạnh để
tổng hợp được axit amin tryptophan cần cho nhu cầu của mình. Nếu khi thêm axit amin
tryptophan vào môi trường thì việc tổng hợp c¸c enzyme để tổng hợp tryptophan bị ức
chế và lượng c¸c enzyme này ®Òu giảm dần theo thời gian đến một lúc nào đó (khoảng
15 phút) thì ổn định như biểu diễn ở đồ thị trong hình 1.8b.
2. Operon cảm ứng mã hoá tạo ra enzyme xúc tác cho quá trình dị hóa
- Quá trình dị hóa là quá trình trong đó các chất hữu cơ phức được biến đổi thành các
thành phần đơn giản nhờ hoạt tính của một số enzyme. Thí dụ như đường lactose sẽ
biến thành đường glucose và galactose. Đây là kiểu operon cảm ứng, tín hiệu điều hòa ở
đây là đường lactose. Khi không có mặt đường lactose trong môi trường nu«i cÊy vi
khuÈn thì các gen mã hóa cho các enzyme xúc tác việc chuyển hóa ®êng lactose không
được biểu hiện. Khi môi trường chỉ có duy nhất đường lactose thì vi khuẩn phải thích
ứng bằng cách sản sinh ra 3 loại enzyme đó là β-galactosidase (gen Z) và β-galactoside
permease (gen Y) và β-galactoside transacetylase (gen A).

- Enzyme β-galactosidase là enzyme xúc tác cho phản ứng phân giải đường phức lactose
thành ra hai hướng: 1/ cắt đường lactose thành 2 đường đơn là glucose và galactose, vi
khuẩn sử dụng đường glucose; 2/ hình thành lên chất cảm ứng lac (Lac inducer) là
allolactose, chất này bọc lấy protein điều hoà làm nó rời khỏi operator. Trong trường
hợp này nó lại kích thích quá trình phiên mã 3 gen cấu trúc, mét trong chóng tạo ra β-
galactosidase (h×nh 3.8). Ba gen cấu trúc này được phiên mã một cách đồng thời ®Ó tạo
ra một mRNA gọi là polycistronic message (h×nh 2.8) để phân giải đường lactose. Cấu
trúc của operon được trình bày ở hình 2.8 gồm promoter (promoter là một vị trí mà men
RNA polymerase bọc lấy để tiến hành phiên mã), operator và các gen cấu trúc Z, Y và
A. Còn promoter cña gen điều hòa sù biÓu hiÖn cña Lac operon th× cã thÓ n»m ë mét vị
trÝ kh¸c không cố định trong genome cña vi khuẩn (h×nh 2.8).
103
- Cơ chế điều hòa đầu tiên là dựa vào sự tương tác giữa protein điều hòa với một trình
tự DNA ở đầu 5’ không mã hóa của các gen cấu trúc gọi là operator.
Hình 2. 8. Cấu trúc và mô hình điều hoà operon biểu hiện của gen. a) thành phần của Operon
gồm từ 1 đến nhiều gen cấu trúc thí dụ có 3 gen cÊu tróc: SG1, SG2 và SG3, operator (O),
promoter (P), gen điều hoà và promoter của nó. PO là nơi enzyme RNA polymerase phải bọc
lấy mới phiên mã các gen cấu trúc được. Còn vị trí operator là nơi bäc cña protein ức chế. b)
Cơ chế điều hoà lac operon, khi có mặt của chất cảm ứng (lactose) trong môi trường (®iÒu hßa
©m tÝnh).
104
Hình 2.8c. Mô hình điều hoà operon theo cơ chế tác động của chất đồng ức chế (®iÒu
hßa d¬ng tÝnh). Cơ chế điều hoà khi có mặt cña chất đồng ức chế (tryptophan) trong môi
trường (trp operon) thì protein ức chế kết hợp với chất đồng ức chế nên có khả năng bọc
được operator (O) lµm quá trình phiên mã dừng, c¸c enzyme không tạo ra.
105
Hỡnh 3.8. Hai hng phn ng xy ra quan trng i vi lactose khi cú tham gia xỳc tỏc
bi enzyme -galactosidase. 1) chuyn ng lactose thnh cht cm ng allolactose. 2)
ct ng lactose to ra 2 ng n l glucose v galactose.
- Protein iu hũa gi l nhõn t kỡm hóm (repressor). Bỡnh thng t bo vi khun luôn

sn sinh ra protein ny mt cỏch u n nhng vi mt lng nh. Protein iu hũa
c to ra t gen iu hũa, gen ny cú th nm bt k v trớ no trong genome của vi
khun.
- Lac promoter cha 2 vị trí bọc đặc thù: v trớ đầu cho phộp RNA polymerase bc vo,
còn v trớ kia tiếp sau cho phộp phức hợp (CAP-cAMP), l ph c h p giữa protein hot
tớnh d húa (CAP, catabolite activator protein) và một phân tử hiệu ứng nhỏ (cyclic
AMP, adenosine 3,5-phosphate có nguồn gốc từ ATP nhờ enzyme adenylcyclase),
bc vo. CAP chỉ bọc đợc vào promoter khi có mặt của cAMP, nồng độ của cAMP
phụ thuộc vào sự có mặt hay không của đờng glucose, đờng glucose tăng thì cAMP
giảm và ngợc lại.
- Phức hợp CAP-cAMP bọc vào promoter sẽ làm tăng hiệu quả bọc của RNA
polymerase vào promoter.
- Khi protein iu hũa bc ly operator s chim ly khong khụng gian khụng cho phép
RNA polymerase bc ly promoter v kt qu l quỏ trỡnh phiờn mó khụng thc hin
c.
- Vic protein iu hũa cú bc c hay khụng vo operator còn ph thuc vo s cú
mt hay khụng có mặt ca mt phõn t hiệu ng (effector molecule) hay cũn gi l cht
cm ng (inducer). Trong trng hp lac operon, cht cm ng l ng lactose. Khi cú
mt ca ng lactose, cht ny kt hp vi protein iu hũa gây bin hỡnh protein iu
hũa, lm cho nú khụng cú kh nng bc vo operator buc nó phi ri ra, nh ú m
106
RNA polymerase cú th bc c vo promoter v quỏ trỡnh phiờn mó 3 gen cu trỳc bt
u. Enzyme -galactosidase c sinh ra, õy c gi l c ch iu hũa õm tớnh.
- Hỡnh 2.8c trỡnh by mụ hỡnh iu ho operon cm ng c ch (repressible operon). C
ch iu ho kiu ny nh sau: protein iu ho cú th bc c operator ch trong
trng hp khi cú mt v kt hp c vi phõn t hiệu ng, cht ny gi l cht ng
c ch (co-repressor). Khi khụng cú mt ca phõn t hiệu ng kt hp thỡ protein iu
ho khụng th bc c vo operator v lm cho operator c t do, ó cho phộp RNA
polymerase bc ly c promoter, kt qu lm quỏ trỡnh phiờn mó c tin hnh, v
to ra c các enzyme. Khi cú mt ca phõn t hiệu ng thờm vo, phõn t phn ng

kt hp vi protein iu ho, to thnh phc hp protein iu ho-cht ng c ch
(repressor-co-repressor). Phc hp ny cú kh nng bc ly operator, lm enzyme RNA
polymerase khụng th bc c promoter, kt qu quỏ trỡnh phiờn mó khụng xy ra,
khụng sinh ra các enzyme. Quỏ trỡnh iu ho nh th gi l c ch iu ho dng
tớnh.
3. Operon kỡm hóm trp (Repressible operon)
- H thng iu ho ny thng liờn quan n quỏ trỡnh ng hoỏ tng hp một cht
hữu cơ. Thớ d nh quỏ trỡnh sinh tng hp tryptophan phc tp t cỏc thnh phn n
gin. Tryptophan operon cú cu to gm 5 gen cu trỳc (tớnh t u 5 th t l trp E, D,
C, B v A) kốm theo nhng trỡnh t iu ho ph cn (hình 4.8).
Hỡnh 4.8. Cu to cỏc gen trp operon ca E.coli. Operon trp di c khong 7000 bp, cha 5
gen cu trỳc, cựng phiờn mó to ra mt mRNA, tng hp nờn cỏc enzyme xỳc tỏc cho quỏ trỡnh
tng hp tryptophan từ chất đầu tiên là acid chorismic anthranitic acid PRA CDRP
107
InGP Tryptophan. Gen trpR mó hoỏ to protein c ch quỏ trỡnh tng hp, khụng liờn kt
(nm gn) vi operon trp. Vựng operator (O) nm gn trong vựng promoter (P1). Ngoi ra cũn
cú thờm mt promoter yu khỏc (p2) na nm khỏ xa operator gn u cui ca gen trpD.
Promoter ph ny cng cú tỏc dng lm tng lờn mc tip tc phiờn mó ca cỏc gen trpC, B
v A. Cú 2 trỡnh t kt thỳc phiờn mó (t v t) nm phn cui gen trpA. Vựng gen trpL phiờn
mó c thự to ra mt trỡnh t mRNA di 162 nu, bờn trong cha vựng suy gim (a), to ra mc
th cp, trong vic iu khin trp operon. Promoter P1 kộo di khong 18 cp nu nm ngay
trc gen trpL. Ký hiu PRA: phosphoribosyl anthranilate, CDRP: carboxyphenylamino-
deoxyribulose phosphate, InGP: indole glycerol phosphate.

- Vựng Operator v promoter nm u trờn ca gen trp E, gia promoter v operator
tn ti mt vựng nh gi l vựng leader (trp L, leader region). Trong vựng trpL cú cha
v trớ att (attenuation). Quỏ trỡnh iu ho trp operon cng tng t nh ó c trỡnh
by hỡnh 2.8c. Protein iu ho ca operon trp l sn phm ca gen trp R, gen ny
khụng liờn kt gần vi trp operon v mt mỡnh nú khụng th gn c vo promoter.
Protein điều hòa trp operon ng mt mỡnh nú l mt cht c ch khụng hot ng

(aporepressor).
- Khi khụng cú mt tryptophan (cht ny úng vai trũ l cht ng c ch) thỡ enzyme
RNA polymerase s bc ly vựng promoter v quỏ trỡnh phiờn mó 5 gen cu trỳc c
xy ra. Tc phiờn mó ca trp operon khi khụng cú mt tryptophan s tng lờn 70 ln
cao hn so vi khi cú mt tryptophan(trng thỏi c ch).
- th t bin trpR mt kh nng to ra protein c ch, nu thờm tryptophan vo mụi
trng nuụi cy s lm tc tng hp nhng enzyme tng hp tryptophan gim i t 8
n 10 ln.
4. iu khin trp operon bng c ch suy gim
- Ngời ta phát hiện thấy th t bin mt một phần ở vựng leader (trp L) thỡ li lm
tng tc biu hin ca trp operon, ở cả khi có mặt tryptophan và không có
tryptophan.
- Điều khiển hiện tợng này có liên quan đến một trình tự nằm ở vùng nội tại trpL, gi
l trình tự suy gim (att, attenuator) hình 5.8. S suy gim xy ra bng cỏch iu khin
lm kt thỳc phiờn mó ti v trớ gn vi on cui ca trỡnh t mRNA leader. Quỏ trỡnh
dng sm phiờn mó ny ch xy ra khi cú mt ca tRNATryp, kt qu thu c mt si
mRNA cú trỡnh t on leader di 140 nu.
- Vựng suy gim cú trỡnh t cp baz cn phi tng t vi vựng mang du hiu kt
thỳc phiờn mó. Vựng kt thỳc phiờn mó ny c phỏt hin nm u tn cựng ca hu
ht cỏc operon vi khun (hình 6.8). Du hiu kt thỳc ny cha mt on c xuụi
108
ngc ging nhau, giu GC tip sau l cp baz AT. Khi phiờn mó du hiu kt thỳc
ny s thu c mt si RNA mi cú kh nng hỡnh thnh nờn cu trỳc hairpin v sau
hairpin l trỡnh t mt s U (hỡnh 6.8a).
Hỡnh 5.8. Trỡnh by cu to trỡnh t cỏc nu mRNA on leader ca trp operon gm: Codon
khi u dch mó (AUG) v trỡnh t peptide leader (cú 14 a.amin) trong cha 2 codon ca 2
a.amin Trp, codon kt thỳc peptide leader UGA, trỡnh t attenuation cha 2 trỡnh t on cp
ụi i xng (dyad symmetry), codon khi u dch mó to trp nm trong gen trp E.
- Khi RNA thụng tin mi c tng hp hỡnh thnh nờn cu trỳc hairpin, cu trỳc ny
tác động làm thay i hỡnh thự ca RNA polymerase đang k t h p phiên mã, dn n

làm kt thỳc phiờn mó ngay sau vựng DNA-RNA base pair (A : U)n cú liờn kt hydro
yu.
* Vy quỏ trỡnh ny c iu khin nh th no khi cú hoc vng mt
tryptophan.
- u tiờn chỳng ta nhớ li sinh vt tin nhõn quỏ trỡnh phiờn mó v dch mó xy ra
ng thi, do vy, nhng s kin xy ra trong dch mó cng cú th nh hng n quỏ
trỡnh phiờn mó.
- Th hai l trỡnh t leader di 162 nucleotide nằm trong phân tử mRNA của trp operon
(hỡnh 6.8) cú 2 trỡnh t nu cú th ghộp cp b sung hỡnh thnh nờn cu trỳc hairpin,
khi không có mặt và có mặt tryptophan.
- Vựng thứ nhất (hình 6.8b), khi không có mặt tryptophan, ribosome sẽ dịch mã dọc
theo phân tử mRNA tạo nên peptide leader, peptide này làm ribosome dừng lại tại một
hoặc cả 2 codon trp, hairpin không kết thúc phiên mã hình thành t nu 74 - 85 v t nu
108 - 119, quá trình phiên mã tiếp tục kéo dài.
109
Hỡnh 6.8. Sơ đồ điu khin trp operon theo c ch suy gim. (a) : Cấu trúc trình tự kết thúc t; (b) : Hình thành
hairpin không kết thúc phiên mã khi không có tryptophan; (c) : Hình thành hairpin kết thúc phiên mã tại trình tự
suy giảm khi có mặt tryptophan
- Vùng thứ 2 (hình 6.8c), khi có mặt tryptophan, ribosome dịch mã đi vợt qua codon
trp đến tận codon dừng dịch mã UGA của peptide leader. Trong quá trình đó nó phá
vỡ việc ghép cặp base giữa trình tự leader từ 74 85 với nu từ 108 119, thay vào
đó hairpin dừng phiên mã đợc hình thành do ghộp cp bazơ gia trỡnh t đoạn leader t
nu 114 121 v t nu 126-134. Vì thế, khi có mặt tryptophan sự phiên mã thỉnh
thoảng bị dừng tại vùng suy giảm, làm giảm lợng mRNA của các gen cấu trúc tạo trp.
110
- iu hũa phiờn mó bng c ch suy gim khụng ch xy ra i vi trp operon m hin
nay ngi ta còn xỏc nh c cú tt c 6 operon thc hin theo c ch iu hũa suy
giảm ú l: trp, thr, ile, leu, phe v his. Trong ú trp v cú th l phe cng iu hũa theo
c ch c ch. i vi his operon, trc kia ngi ta coi l nú thuc vo c ch iu
hũa kỡm hóm thì hin nay nú li c coi l theo c ch iu hũa hon ton suy gim.

Mc du cú rt ớt chi tit khỏc nhau gia cỏc operon c khỏm phỏ nhng c im
chớnh ca c ch suy gim cỏc operon l ging nhau tt c 6 operon.
III. mô hình điều hòa gen ở Eukaryote
1. Phõn húa t bo sinh vt nhõn tht
- Trong quỏ trỡnh phỏt trin ca sinh vt bc cao, t mt t bo hp t ban đầu tri qua
quỏ trỡnh phõn bo nguyờn nhim sẽ to ra rt nhiu kiu nhúm t bo khỏc nhau. Thớ d
ng vt ú l t bo da, thn kinh, ty sng và mỏu. Cỏc nhúm t bo ny rt khỏc
nhau v hỡnh thỏi, cu trỳc, chc nng v chỳng thng cú c tớnh chuyờn húa và thờng
ch tin hnh đợc mt s chc nng trao i cht nht nh. Thớ d t bo hng cu
chuyờn lm nhim v tng hp v d tr protein hemoglobin và trờn 90% số phõn t
protein có trong t bo hng cu đợc tổng hợp trong thi k tế bào có hot ng sinh
tng hp cao nht. T bo thn kinh ch cú kh nng tng hp dõy thn kinh
(neurotransmitter). Vy c ch no ó bin cỏc t bo phõn húa thnh cỏc mụ v c
quan chuyờn húa khỏc nhau. Bng c ch no m gen mã hóa tạo hemoglobin li ch
biu hin c trong t bo hng cu nhng khụng thể hot ng đợc trong cỏc t bo
ca cỏc mụ khỏc. iu ny ch cú th lớ gii l do cú s biu hin ca gen c kim tra
ớt nht mt phn mc hoặc trong quỏ trỡnh phiờn mó. mRNA ca hemoglobinn cú
mt trong t bo hng cu nhng khụng cú mặt trong t bo khỏc khụng tng hp
hemoglobin.
- Phõn húa xy ra nh quỏ trỡnh iu hũa biểu hin ca gen ch khụng phi l do thay
i thnh phn genome. Thớ d i vi ng vt lng c khi dựng nhõn ca nhng t
bo ó c phõn húa cy chuyn vo t bo trng (t bo trng ó mt nhõn) thỡ kt
qu ó iu khin mt cỏch trc tip s phỏt trin ca phụi hon ton bỡnh thng. iu
ú chng t l khụng cú mt thụng tin di truyn no b mt đi trong quỏ trỡnh phõn húa.
Hn th na khi phõn tớch sinh húa DNA t nhõn ca cỏc t bo ó phõn húa khỏc nhau
thỡ thy trong hu ht cỏc trng hp genome ca chỳng u cha mt b trỡnh t cỏc
nu ging nhau ch phỏt hin thy cú mt trng hp ngoi l ú l t bo hng cu ca
ng vt cú vỳ là có sự khác nhau chút ít.
2. c im mụ hỡnh iu hũa sinh vt nhõn tht
111

- Khỏc so vi prokaryote c v tớn hiu cng nh c ch iu hũa.
- Tớn hiu iu ho c th a bo l nhng phõn t do nhng t bo chuyờn bit sn
sinh ra theo th dch ri lu chuyn i khp c th.
- Cỏc phõn t tỏc ng lờn nhúm t bo ớch, iu khiển s biu hin ca cỏc gen trong
t bo ớch theo ỳng chng trỡnh nh sn phự hp vi s phỏt trin ca ton c th.
- Cú hai nhúm nhõn t iu khiển l hocmon v nhõn t tng trng (Growth factors).
- B gen ca sinh vt nhõn tht vi c im là kớch thc ln v phõn t DNA li c
nộn cht nhiễm sắc thể trong nhõn, nên điều hòa còn có liên quan đến làm biến đổi
cấu trúc nhiễm sắc thể ở các vùng khác nhau.
- Cỏc enhancer, silencer iu khin mc biu hin ca nhng gen k cnh.
- S iu hũa biu hin ca gen th hin mi giai on nh giai on phiờn mó, giai
on to tin mRNA, giai on vn chuyn mRNA, giai on to tớnh n nh mRNA,
giai on dch mó v quỏ trỡnh sau dch mó, thm chớ c quỏ trỡnh to kh nng n nh
v chc nng ca enzyme. Tuy nhiờn, c ch iu ho có nh hng ln nht n kiu
hỡnh l mc phiờn mó v tỏi to RNA. Hình 7.8 trỡnh by ng hng điều hòa
phc tp t gen n quỏ trỡnh biu hin kiu hỡnh ca sinh vt bc cao. Hocmon làm
nhiệm vụ kớch ngũi sự biu hin tip theo ca b gen.
Hỡnh 7.8. ng hng tng quan tỏc ng ln nhau, ể quá trình t mt gen cú th biu hin c ra kiu
hỡnh ng, thc vt.
- C ch iu hũa hot ng ca gen cú liờn quan n quỏ trỡnh phõn húa v phỏt trin
ca mụ v c quan.
- C th a bo, tt c cỏc mụ, c quan b phn khỏc nhau rt nhiu về hỡnh thỏi v cu
trỳc, thnh phn húa hc, sinh lý, sinh húa, nhng tt c u xut phỏt t mt t bo hp
t v u mang một lng thụng tin di truyền ging nhau. Nh vậy, chc chn mi mụ
112