Tiểu luận môn Sinh Học Phân Tử ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN

1
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: “ĐIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN”
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
2. Mục đích nghiên cứu.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu.
4. Phương pháp nghiên cứu.
NỘI DUNG
I. Khái quát về sự điều hòa biểu hiện của gen
I.1. Khái niệm
I.2. Ý nghĩa
I.3. Nguyên lý cơ bản của phiên mã và dịch mã
I.4. Các yếu tố điều hòa biểu hiện gen
II. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực
II.1. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ
II.1.1. Cấu trúc operon
II.1.2. Hai loại điều hòa biểu hiện âm tính: Operon cảm ứng và ức chế
2
II.1.2.1. Điều hòa ức chế
II.1.2.2. Điều hòa cảm ứng
II.1.3. Điều hòa biểu hiện dương tính
II.2. Điều hòa hoạt tính gen ở sinh vật nhân chuẩn
II.2.1. Điều hoà cấu trúc chất nhiễm sắc
II.2.2. Điều hoà giai đoạn phiên mã
II.2.3. Điều hoà sau phiên mã
II.2.4. Điều hoà hoạt động biểu hiện gen ở giai đoạn dịch mã và sau dịch
mã.
II.2. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực
III. Sự biệt hóa tế bào
3

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Di truyền học là lĩnh vực nghiên cứu ngày càng được phát triển mạnh mẽ,
mở ra nhiều triển vọng mới cho con người trong việc chữa bệnh và sản xuất vật
nuôi cây trồng đáp ứng nhu cầu của con người. Trong đó lĩnh vực sinh học phân
tử là cơ sở của mọi vấn đề liên quan đến di truyền. Lĩnh vực này không chỉ giúp
cho loài người hiểu được một cách rõ ràng cơ chế truyền đạt các tính trạng, biểu
hiện các tính trạng v.v…mà sinh học phân tử chính là chìa khóa mở ra mọi vấn
đề di truyền, giải đáp mọi thắc mắc trong giới khoa học về các bệnh tật di truyền
và các mối quan hệ liên qua đến gen. Chính vì vậy mà sinh học phân tử cũng như
công nghệ sinh học là các lĩnh vực mũi nhọn trong nghiên cứu khoa học ngày
nay.
Vào năm 2006, hình ảnh của một con hươu con bị bạch tạng đang nô đùa
giữa đàn hươu nâu ở vùng núi cao miền đông nước Đức đã gây nên một làn sóng
phản ứng khác nhau trong cộng đồng. Một tổ chức săn bắt ở địa phương cho
rằng: con hươu bạch tạng mắc bệnh “di truyền” và cần giết bỏ. Một số người
khác thì lại cho rằng con hươu đó cần được bảo vệ bằng cách cho lai với những
con hươu khác để bảo vệ vốn gen của quần thể. Trong khi, những người khác thì
ủng hộ quan điểm cần chuyển con hươu đó vào vườn quốc gia để bảo vệ, vì
trong môi trường sống hoang dại con hươu này dễ bị các loài động vật ăn thịt
phát hiện… Ví dụ về bạch tạng trên chính là hình ảnh minh họa về mối quan hệ
trong dòng thông tin di truyền. Nói cách khác protein là cầu nối giữa kiểu gen và
kiểu hình. Quá trình truyền thông tin di truyền từ gen đến protein như thế nào và
tại sao các đột biến di truyền có thể ảnh hưởng đến cơ thể sinh vật thông qua các
4
protein của chúng. Điều này phụ thuộc vào cơ chế điều hòa biểu hiện của gen.
Đó chính là lí do tôi chọn đề tài tiểu luận: “điều hòa sự biểu hiện của gen”
2. Mục đích nghiên cứu
Phân tích cơ chế quá trình điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ và
sinh vật nhân chuẩn

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
-Thu thập các tài liệu giáo trình, sách chuyên khảo, sách tham khảo và các
công cụ internet để tổng hợp những vấn đề nghiên cứu liên quan đến sự điều hòa
hoạt động gen
-Thu thập các ứng dụng về sự điều hòa biểu hiện gen trong lĩnh vực y học
và khoa học công nghệ
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tổng hợp tài liệu
5
PHẦN: NỘI DUNG
I. Khái niệm về sự điều hòa biểu hiện của gen
I.1. Khái niệm sự điều hòa biểu hiện của gen
Sự biểu hiện của gen là quá trình ở đó AND điều khiển sự tổng hợp
protein (hoặc ARN). Sự biểu hiện của một gen mã hóa protein luôn tồn tại hai
giai đoạn: phiên mã và dịch mã. Sự biểu hiện của gen khác nhau ở sinh vật nhân
sơ (prokaryotae) và sinh vật nhân chuẩn (Eukaryotae). Vệc điều hòa được thực
hiện ở nhiều mức độ khác nhau và liên quan đến từng giai đoạn phát triển. Theo
quan niệm operon, các gen điều hòa giữ vài trò quan trọng trong việc đóng và
mở các gen cấu trúc để có biểu hiện tổng hợp protein đúng lúc, đúng nơi và theo
nhu cầu của tế bào và cơ thể.
Như vậy quá trình điều chỉnh sự biểu hiện của gen thông qua quá trình
điều khiển sự phiên mã và dịch mã cho phù hợp với nhu cầu là quá trình điều
hòa hoạt động của gen.
I.2. Ý nghĩa về sự điều hòa biểu hiện của gen
Trong tế bào, một số gen hoạt động thường xuyên cung cấp sản phẩm liên
tục, một số khác có biểu hiện ở những giai đoạn nhất định trong chu trình sống
và có thể chỉ hoạt động trong điều kiện môi trường không bình thường. Một số
protein cần được tổng hợp với số lượng lớn, một số khác lại chỉ cần một ít phân
tử. Do vậy hoạt tính của mỗi gen điều hòa bởi nhiều cơ chế khác nhau để có hiệu
quả tốt nhất trong tế bào. Nhờ cơ chế điều hòa, cơ thể thực hiện đều đặn và hợp

lí chương trình phát triển cá thể và thích nghi với điều kiện ngoại cảnh.
I.3. Nguyên lý cơ bản của phiên mã và dịch mã
6
Dòng thông tin từ gen đến protein được mô tả như sự truyền tải của các
dạng “ngôn ngữ”. Bởi vì các Acid nuceic cũng như protein đều là các đa phân,
truyền tải thông tin dựa trên cơ sở tính đặc thù của đơn phân. Trong AND và
ARN, các đơn phân là 4 loại nucleotid khác nhau về thành phần base. Các gen
điển hình có chiều dài hàng trăm đến hàng nghìn nucleotid, mỗi gen có một trình
tự base đặc thù. Mỗi chuỗi protein cũng có các đơn phân xếp thành một chuỗi
thẳng hàng có trình tự nhất định, nhưng các đơn phân của nó là acid amin. Như
vậy acid nucleic và protein mang thông tin được viết bằng hai thứ ngôn ngữ hóa
học khác nhau. Sự truyền tải thông tin từ AND đến protein trải qua 2 giai đoạn:
phiên mã và dịch mã.
Phiên mã là quá trình tổng hợp ARN dưới sự chỉ dẫn của AND. Đối
với gen mã hóa protein các ARN thu được là bản phiên mã “trung thực” từ gen,
loại ARN đó goi là mARN (ARN thông tin) bởi vì nó mang thông điệp di truyền
thông tin di truyền từ AND đến bộ máy tổng hợp protein trong tế bào.
Dịch mã là quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide diễn ra dưới sự chỉ
dẫn của mARN. Quá trình dịch mã diễn ra ở ribosome, phức hệ dạng hạt tạo điều
kiện thuận lợi cho sự kết nối các acid amin theo trật tự nhất định để hình thành
nên chuỗi polypeptide.
Có thể thấy rằng dòng thông tin di truyền được thể hiện AND 
mARN  protein. Lần đầu tiên Francis Crick đưa ra nguyên lý này vào 1956 và
được gọi là “nguyên lý trung tâm”.
I.4. Các yếu tố điều hòa biểu hiện gen
Để thực hiện điều hoà biểu hiện gen, đầu tiên, phải có tín hiệu gây điều
hoà, sau đó, thực hiện quá trình điều hoà.
7
Ở tế bào procaryote, tín hiệu gây điều hoà thường là những yếu tố dinh
dưỡng hay những yếu tố vật lý của môi trường. Sự thay đổi các yếu tố dinh

dưỡng hay yếu tố vật lý của môi trường có tác động làm thay đổi hoạt động của
cơ thể sống, nhằm thích nghi với điều kiện mới để phát triển.
Ở tế bào eucaryote, tín hiệu điều hoà là những phần tử do tế bào chuyên
biệt phát sinh. Ví dụ như các hormone được tổng hợp ở các bộ phận chuyên biệt
như tuyến yên, tuyến giáp, đi vào trong máu, đem tín hiệu đến các mô thực
hiện điều hoà biểu hiện gen.
Điều hoà biểu hiện gen có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như
thay đổi cấu trúc của DNA, tác động trực tiếp đến các giai đoạn tổng hợp protein
như phiên mã, dịch mã, , quá trình xảy ra rất phức tạp.
Phần lớn sinh vật procaryote đều ở dạng đơn bào, tế bào chưa có màng
nhân, quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra đồng thời trong tế bào chất, nên sự
điều hoà biểu hiện gen được tiến hành chủ yếu ở giai đoạn phiên mã. Đối với các
sinh vật đơn bào, sự điều hoà là nhanh và nhạy, vì các tín hiệu điều hoà tác động
trực tiếp ngay tế bào. Ngược lại, sinh vật eucaryote là những cơ thể đa bào: Mỗi
tế bào là một thành phần của cơ thể sống, nên phải tuân thủ nghiêm ngặt theo
một chương trình phát triển chung của cơ thể, mỗi bộ phận có một chức năng
riêng biệt, sự điều hoà ở đây mang tính thống nhất cho toàn bộ cơ thể. Thêm vào
đó, tế bào eucaryote có cấu tạo hoàn chỉnh, sự phiên mã xảy ra trong nhân tế
bào, còn sự dịch mã thực hiện ở ngoài tế bào chất, do vậy, sự điều hoà biểu hiện
gen phức tạp hơn nhiều và được tiến hành ở nhiều giai đoạn.
II. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực
II.1. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ
8
Bộ máy di truyền ở sinh vật nhân sơ là một AND vòng tròn chứa một số
lượng gen giới hạn được phiên mã ở trạng thái tiếp xúc trực tiếp với tế bào
chất. Mặt khác do chu kì tế bào ngắn và không có sự biệt hóa tế bào. Do đó hoạt
động của các gen được điều hòa bởi nhu cầu của tế bào khi cần thiết. Tác động
của các nhân tố môi trường làm những gan tương ứng được mở để phiên mã,
dịch mã tổng hợp protein hay có hiệu quả ngược làm dừng lại.
II.1.1. Cấu trúc operon

Bộ gen của vi khuẩn được tổ chức theo operon. Một operon có một vùng
điều khiển và vùng mã hóa. Vùng điều khiển bao gồm gen điều hoà, promoter và
điểm điều hành (operator). Vùng mã hóa bao gồm một số gen cấu trúc nằm kề
nhau, mỗi gen cấu trúc mã hóa cho một polypeptide. Các protein được mã hóa
trong một operon thường có quan hệ mật thiết với nhau trong một quá trình
chuyển hóa sinh hóa nào đó trong tế bào.
Một operon có ít nhất một promoter, tuy nhiên, operon có thể có nhiều
hơn một promoter và ái lực của các promoter này đối với RNA-polymerase là
khác nhau. Operator là trình tự DNA, nơi mà protein ức chế (repressor protein)
gắn vào.
Khái niệm về operon được F. Jacob và các cộng sự của ông nêu ra năm
1961 khi nghiên cứu sự kiểm soát di truyền hấp thụ đường lactose ở E. Coli. Với
sự khám phá ra cơ chế điều hoà biểu hiện gen, ông đã nhận được giải thưởng
Nobel 1965.
II.1.2. Hai loại điều hòa biểu hiện âm tính: Operon cảm ứng và ức chế
9
II.1.2.1. Điều hòa ức chế
Hình ảnh minh họa trên mô tả operon try ở E.coli- Điều hòa tổng hợp các
enzym ức chế. Sự phiên mã thường diễn ra một cách mặc định.
Operon tryptophan cũng có cấu trúc bao gồm gen điều hoà (R), promoter
(P), operator (O) và 5 gen cấu trúc. Mỗi gen cấu trúc mã hóa cho một enzyme,
xúc tác phản ứng tổng hợp tryptophan. Trong tế bào, tryptophan được tổng hợp
bằng một chuỗi 5 phản ứng, mỗi phản ứng được xúc tác bằng một enzyme mã
hóa trong operon. Năm gen cấu trúc mã hóa cho 5 enzyme, lần lượt được ký hiệu
là trpE, trpD, trpC, trpB và trpA. Gen trpE nằm ngay sau vùng điều hoà, được
phiên mã đầu tiên.
10
Ngược lại, khi môi trường dư thừa trytophan, hoạt động của operon
tryptophan bị ức chế do protein kìm hãm- là sản phẩm của gen điều hòa, kết hợp
với chất đồng kìm hãm (corepressor, là các phân tử trytophan), thì sẽ có ái lực

với operator nên dễ dàng gắn vào đó, làm operon đóng (trạng thái ức chế).
Ngược lại khi thiếu trytophan, Hoạt động của operon có thể mô tả như hình trên .
Như vậy, khi lượng tryptophan được tế bào tổng hợp chính là nhân tố điều
chỉnh việc operon liên kết hay không liên kết với các chất ức chế.
II.1.2.2. Điều hòa cảm ứng
Vi khuẩn E. Coli có khả năng sử dụng đường lactose như nguồn cacbon
chính để phát triển. Lactose là một disacarit, nên khi có mặt lactose trong môi
trường, vi khuẩn sản sinh ra enzyme β-galactosidase để thuỷ phân lactose, tạo
thành các phân tử monosacarit là glucose và galactose thuận lợi cho quá trình
chuyển hóa. Ngoài β-galactosidase ra, tế bào vi khuẩn còn tổng hợp enzyme
permease làm nhiệm vụ vận chuyển lactose qua màng tế bào. Khi nghiên cứu sự
kiểm soát di truyền hấp thụ đường lactose, F. Jacob đã phát hiện cơ chế tổng hợp
các enzyme hấp thụ đường lactose. Quá trình thí nghiệm có thể mô tả như sau
- Khi nuôi vi khuẩn E. Coli trên môi trường không có lactose, thì ta thấy
nồng độ enzyme β-galactosidase và permease do vi khuẩn sinh ra rất thấp: khi
đưa đường lactose vào môi trường nuôi thì nồng độ hai enzyme này ở tế bào vi
khuẩn tăng lên rất nhiều. Nhưng nếu nuôi vi khuẩn trên môi trường có đường
glucose và lactose đồng thời thì nồng độ hai enzyme nêu trên trong tế bào thấp
hơn so với trường hợp chỉ có đường lactose. Khi phân tích tổng nồng độ mRNA
có mặt trong tế bào trước và sau khi đưa lactose vào trong môi trường nuôi, thấy
rằng: Khi không có mặt lactose trong môi trường thì không xuất hiện mRNA mã
11
hóa cho β-galactosidase và permease. Khi bổ sung lactose vào môi trường nuôi
thì trong tế bào xuất hiện mRNA mã hóa cho hai enzyme nêu trên. Từ kết quả thí
nghiệm trên, cùng với những kết quả thu được về đột biến gen, F. Jacob và J.
Monod đã đưa ra mô hình điều khiển operon lactose như hình bên dưới
Cấu trúc của operon lactose gồm: gen điều hoà (R), promoter (P), operator
(O) và ba gen cấu trúc là lacZ mã hóa cho enzyme β-galactosidase, lacY mã hóa
cho enzyme permease và lacA mã hóa cho enzyme ansacetylase.
- Khi không có mặt lactose trong môi trường, gen điều hoà thường xuyên

tổng hợp protein ức chế. Protein ức chế có ái lực với điểm điều hành (operator)
nên nó gắn vào điểm điều hành, ngăn cản không cho enzyme RNA- polymerase
thực hiện phiên mã, mRNA không thể tổng hợp được, operon đóng.
Khi có mặt lactose trong môi trường, nhờ enzyme permease có sẵn ở
màng tế bào chuyển một lượng rất ít vào trong tế bào. Khi đã vào trong tế bào,
lactose chuyển thành allolactose (có chứa liên kết β-1,6). Allolactose là chất cảm
ứng, nó liên kết với protein kìm hãm. Phức hợp này không có ái lực với operator,
nên không gắn lên operator được, lúc này, operon mở. RNA- polymerase thực
hiện phiên mã các gen cấu trúc.
Mô hình hoạt động của operon lactose như sau:
12
P
Phần lớn sự tổng hợp các enzyme hoạt động trong các quá trình phân giải
ở tế bào được sự kiểm soát theo cơ chế của operon cảm ứng.
13
Nhìn chung, cách điều hoà biểu hiện gen ở sinh vật procaryote chủ yếu
được thực hiện ở giai đoạn phiên mã.
II.1.3. Điều hòa biểu hiện dương tính
Cơ chế điều hòa dương tính được tìm thấy ở operon arabinose của E. coli.
Arabinose là chất đường, cần ba enzyme (được mã hóa bởi các gen araB, araA
và araD) cho sự biến dưỡng. Hai gen khác nằm xa operon góp phần đưa
arabinose vào tế bào. Gen điều hòa araC nằm gần các gen B, A và D. Sản phẩm
của gen araC là protein kìm hãm của operon khi không có đường arabinose.
Tuy nhiên, khi có đường arabinose trong tế bào, nó gắn với repressor
(protein araC) hình thành nên phức hợp activator (hoạt tố) tạo thuận tiện cho sự
phiên mã của RNA polymerase.
Trên thực tế, các nghiên cứu cho thấy cơ chế điều hòa này rất phức tạp. Ví
dụ: cAMP và protein hoạt hóa thoái dưỡng (catabolite gene activator protein)
còn được gọi là CRP (cyclic AMP receptor protein-protein thể nhận cAMP) đều
tham gia vào sự điều hòa của hệ thống arabinose.

14
Operon arabinose của E. coli
Tế bào Escherichia coli có khoảng 107 phân tử protein gồm 3000 loại
khác nhau, trung bình mổi loci có khoảng 3000 phân tử khác nhau. Nhưng trên
thực tế có lúc trong tế bào có loại phân tử protein đạt khoảng 500.000 còn các
loại khác chỉ khoảng 10 phân tử. Như vậy không phải loại protein nào cũng được
tổng hợp với số lượng bằng nhau, và tế bào phải có những cơ chế điều hoà để
tổng hợp protein tiết kiệm và hợp lý nhất.
Năm 1962, Monod, Tacob và Lwoff đã nêu ra quan niệm về operon để giải thích
sự điều hoà.
Trong tế bào có những enzyme được tổng hợp đều đặn nên gọi là các enzyme cơ
cấu (constitutif), các enzyme khác chỉ xuất hiện khi có mặt chất cần biến đổi nên
gọi là enzyme cảm ứng (inducible). Tương ứng có 2 loại gen được phân biệt :
gen cơ cấu và gen điều hoà (regulator). Các gen cơ cấu được phiên mã liên tục,
các sản phẩm của chúng thường xuyên có mặt trong tế bào. Các gen được điều
hoà hoạt động tuỳ điều kiện cụ thể của môi trường.
II.2. Điều hòa hoạt tính gen ở sinh vật nhân chuẩn
Cấu tạo tế bào eucaryote là hoàn chỉnh, có màng nhân ngăn cách nhân tế
bào với tế bào chất. Bộ máy di truyền tập trung chủ yếu trong nhân tế bào. Quá
trình phiên mã được thực hiện trong nhân, còn dịch mã xảy ra trong tế bào chất.
Hai quá trình này không xảy ra đồng thời như ở tế bào procaryote.
Bộ gen của sinh vật eucaryote có kích thước lớn, cấu trúc phức tạp, phần
lớn các gen đều chứa các đoạn không mã hóa, xen kẽ với đoạn mã hóa. Trong
nhiều trường hợp, phần không mang mã lớn hơn phần mang mã. Do đặc điểm
cấu tạo như vậy nên việc điều hoà biểu hiện gen rất phức tạp. Các gen điều hoà
15
thường có kích thước lớn hơn nhiều so với ở sinh vật procaryote. Các gen điều
hoà thường nằm cách xa promoter. Điều hoà biểu hiện gen có thể được thực hiện
ở nhiều giai đoạn như: điều hoà bằng cách thay đổi cấu trúc của nhiễm sắc chất,
điều hoà trong giai đoạn phiên mã, trong giai đoạn dịch mã và sau dịch mã.

II.2.1. Điều hoà cấu trúc chất nhiễm sắc
Nhiễm sắc chất là cấu trúc liên kết giữa protein histon với DNA. Gen được
phiên mã khi DNA phải giãn xoắn cục bộ, nếu nhiễm sắc chất xoắn chặt lại với
các protein histon thì không xảy ra phiên mã. Kết quả của nhiều nghiên cứu cho
thấy: ở sinh vật eucaryote, nhiều gen hoạt động biểu hiện mạnh, liên tục, thường
được sắp xếp vào một nhiễm sắc thể, như vậy, sẽ thuận lợi cho việc sao chép và
phiên mã. Ví dụ các gen mã hoá cho hemoglobin (4 gen) được sắp xếp gần nhau,
biểu hiện của các gen này được điều chỉnh phù hợp với từng thời kỳ phát triển
của cơ thể.
Sự thay đổi thành phần cấu tạo của các bazơ nitơ trong nhiễm sắc chất
cũng làm thay đổi hoạt động biểu hiện gen. Ví dụ như sự metyl hoá một số bazơ
nitơ ở vùng 5' của gen ở động vật sẽ kìm hãm hoạt động biểu hiện gen hay nhiễm
sắc thể X không hoạt động ở người thuộc loại siêu metyl hoá.
II.2.2. Điều hoà giai đoạn phiên mã
Sự phiên mã được tăng cường hoặc kìm hãm do sự có mặt của một số
nhân tố điều hoà sau
- Sự có mặt của trình tự cis trong phần điều hành của gen và các nhân tố
trans (protein điều hoà)
16
Đoạn DNA tham gia vào quá trình điều hoà biểu hiện gen, có cấu trúc
gồm hai phần đối xứng nhau, được gọi là trình tự cis. Trình tự này nằm ở phần
điều hành, là nơi tiếp nhận các protein điều hoà (nhân tố trans).
Đặc điểm cấu tạo chung của nhân tố trans là chúng bao gồm hai vùng cấu
trúc: vùng chịu trách nhiệm gắn nhân tố trans vào trình tự cis và vùng tác động
lên sự phiên mã. Các vùng cấu trúc chức năng này là độc lập với nhau. Ngoài hai
vùng chính kể trên, nhiều nhân tố trans còn có một số vùng phụ khác. Nhân tố
trans gắn vào trình tự cis của DNA nhờ các liên kết yếu và nó tác động lên sự
phiên mã, làm khởi sự phiên mã và đạt tốc độ cao. Nhân tố trans có thể là một
hormone hay một protein điều hoà.
- Sự có mặt của trình tự khuyếch đại hoặc trình tự dập tắt

Trình tự khuyếch đại là đoạn DNA có tác dụng làm tăng sự phiên mã. Khi
có mặt trình tự khuyếch đại (enhancer) trong gen thì sẽ làm tăng sự biểu hiện
gen. Vị trí của trình tự khuyếch đại trong gen là không cố định, có thể nằm ở đầu
5', đầu 3' hay ngay trong intron của gen.
Ngoài trình tự khuyếch đại, còn có trình tự dập tắt (silence), là đoạn DNA,
mà khi có mặt trong gen thì sẽ có tác dụng ức chế phiên mã.
Như vậy, nếu trong gen có chứa trình tự khuyếch đại thì sự phiên mã sẽ
xảy ra mạnh mẽ, ngược lại, nếu có trình tự dập tắt thì sự phiên mã sẽ không thực
hiện.
- Chọn lựa promoter thích hợp
Đây là kiểu điều hoà dựa vào tương tác cis-trans thường gặp ở sinh vật
eucaryote. Ví dụ điển hình là gen mã hoá cho α-amylase ở động vật bậc cao, gen
17
này có hai promoter, mỗi promoter có hoạt tính phiên mã khác nhau và chịu
trách nhiệm phiên mã cho một loại mRNA nhất định, đặc trưng cho các cơ quan
khác nhau trong cơ thể (tuyến nước bọt và gan, tụy).
Sự lựa chọn promoter hoạt động tuỳ thuộc vào nhân tố trans hiện diện
trong tế bào của các cơ quan có khả năng tổng hợp α-amylase. Nhân tố trans đặc
trưng sẽ tương tác với trình tự cis làm cho sự tổng hợp mRNA được thực hiện,
kết quả là protein được tổng hợp.
II.2.3. Điều hoà sau phiên mã
Ở sinh vật eucaryote, sợi mRNA đầu tiên được tổng hợp (tiền mRNA)
phải trải qua giai đoạn hoàn thiện như tạo mũ chụp, cắt bỏ intron, nối exon, gắn
đuôi poly-A để hình thành sợi mRNA trưởng thành. mRNA đi qua màng nhân,
vào tế bào chất đến ribosome, thực hiện quá trình tổng hợp protein.
Điều hoà hoạt động biểu hiện gen ở giai đoạn sau phiên mã chủ yếu tác
động vào giai đoạn hoàn thiện mRNA. Các kiểu tác động có thể xảy ra như cắt
các intron và nối exon khác nhau, gây đột biến trên mRNA. Ngoài ra, thời gian
tồn tại của mRNA cũng có ảnh hưởng đáng kể đến số lượng protein tổng hợp.
mRNA tồn tại càng lâu thì số lượng protein được tổng hợp càng nhiều.

II.2.4. Điều hoà hoạt động biểu hiện gen ở giai đoạn dịch mã và sau
dịch mã
Ở giai đoạn dịch mã, sự điều hoà biểu hiện gen thường thể hiện ở sự biến
đổi các nhân tố khởi động của quá trình dịch mã.
Điều hoà ở giai đoạn sau dịch mã thường được thể hiện ở sự biến đổi hoạt
tính của phân tử protein. Sau khi được tổng hợp, chuỗi polypeptide phải trải qua
18
một giai đoạn hoàn thiện mới trở thành phân tử protein hoạt động. Trong giai
đoạn sau dịch mã, chuỗi polypeptide có thể được gắn thêm các gốc không có bản
chất protein như đường, phosphat hay một nhóm hữu cơ hoạt động hoặc có sự
sắp xếp, tạo cấu hình không gian, cắt bỏ hoặc gắn thêm đoạn peptit để tạo phân
tử protein hoạt tính.
III. Sự biệt hóa tế bào
Sự điều hòa ở mức phiên mã là nguồn gốc căn bản của các sai khác giữa
những tế bào biệt hóa.
Nếu những sự biệt hóa giữa các kiểu tế bào khác nhau phụ thuộc vào các
gen chuyên biệt mà tế bào biểu hiện, thì sự kiểm soát biểu hiện gen được thực
hiện ở mức độ nào?
1. Các tế bào biệt hóa chứa thông tin di truyền như nhau
Ở các sinh vật bậc cao cũng như ở người, cơ thể trưởng thành gồm nhiều tế bào
khác nhau. Các tế bào này đều bắt nguồn từ một hợp tử ban đầu, nhưng quá trình
biệt hóa để thực hiện các chức năng khác nhau. Tuy nhiên thực nghiệm xác định
rằng số lượng nhiễm sắc thể, số lượng DNA và tỉ số A+G/G+C của các tế bào
thuộc các mô khác nhau của cùng một cơ thể đều giống nhau.
Sử dụng kỹ thuật lai ADN cho thấy ADN từ những tế bào của các mô khác nhau
của cùng một cá thể không bị biến đổi trong quá trình biệt hóa, chúng có thể tự
hồi tính (renaturation) với nhau.
Tóm lại, số lượng ADN của các tế bào biệt hóa về căn bản giống với của hợp tử
ban đầu và chứa nguyên vẹn thông tin di truyền đủ để phát triển thành cá thể
nguyên vẹn.

2. Các tế bào chỉ sử dụng một phần thông tin
19
Phân tích sinh hóa cho thấy các tế bào thuộc các mô khác nhau có hàm lượng
protein và ARN khác nhau rất nhiều.
Nhiều loại tế bào chuyên hóa tổng hợp chủ yếu một protein.Ví dụ :Tế bào cơ
tổng hợp nhiều myosin,một protein quan trọng trong cơ co, hay tế bào biểu bì
(epithalial) tổng hợp nhiều keratine.
Như vậy cùng chứa thông tin di truyền như nhau, nhưng mỗi tế bào biệt hóa chỉ
sử dụng một phần thông tin ; tổng hợp chủ yếu một loại protein, không tổng hợp
các loại khác tuy chúng có thông tin của các loại này
Sự khác nhau giữa mARN của các tế bào biệt hóa khác nhau của cùng một cơ thể
cũng cho thấy thông tin chỉ sử dụng một phần.
3. Hoạt động nối tiếp của các gen trong quá trình phát triển phôi
Các trạng thái biệt hóa của tế bào đạt được nhờ hàng loạt các giai đoạn, mà trong
đó các gen khác nhau hoạt động nối tiếp. Nhiều sự kiện chứng minh hoạt động
nối tiếp của các gen, ví dụ; các chỗ phình (puff) trên nhiễm sắt thể khổng lồ.
Ở mỗi giai đọan phát triển, một số gen mở hoạt động, một số gen khác đóng và
có sự thay đổi hoạt động của các gen trong quá trình phát triển các thể.
Chỗ phình trên nhiễm sắc thể khổng lồ
Design by HTV
4. Sự điều hòa phiên mã là căn bản trong biệt hóa tế bào
Giả thiết được chấp nhận hiện nay là trong các tế bào biệt hoá, một số gen phiên
mã, một số gen khác thì không. Không có sự kiện nào mâu thuẫn với giả thuyết
này và nó giải thích hợp lý hơn cả tình trang biệt hoá của các tế bào .
Việc phát triển các gen điều hoà và các gen đóng hay mở giúp hiểu được sự điều
hoà quá trình phát triển cá thể và biệt hoá tế bào. Tuy nhiên, số lượng gen cấu
trúc ở người chỉ gấp 10 lần so với gen cấu trúc vi khuẩn. Điều đó cho thấy rất
nhiều gen ở người tham gia vào các cơ chế điều hoà.
5. Điều hoà sự phát triển phôi
20

Sự điều hòa ở mức phiên mã giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển phôi.
Ngay lần phân chia đầu tiên của hợp tử, nếu tế bào chất phân bố không đều thì sẽ
có ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa tế bào tiếp theo. Sự phân bố các chất ở phôi
mang và phôi vị không đồng đều dẫn đến sự biệt hóa. Những tín hiệu từ các tế
bào lân cận cũng có ảnh hưởng đến sự biệt hoá các tế bào.
6. Ngoài hoạt động cuả tế bào chất ,ngay trong cấu tạo nhiễm sắt thể của
sinh vật eucaryota cũng có chứa các nhân tố phân tử giữ vai trò điều hoà. Đó là
các protein histone và protein acid không chứa histon. Một hỗn hợp in vitro gồm
DNA, RNA-polymerase và các ribonucleoside triphosphate đang phiên mã tạo
RNA, nếu thêm histon vào quá trình bị ngưng.
Có lẽ histon kìm hãm hoạt động của ADN. Nhưng hỗn hợp đã có chưá histone
nói trên nếu thêm vào các protein acid thì quan sát thấy có tổng hợp ARN.
Tuy nhiên chưa rõ các protein acid là các nhân tố duy nhất xác định hoạt tính các
gen hay chỉ là những yếu tố trung gian trong một chuỗi phức tạp của sự điều hoà.
21
KẾT LUẬN
Trong chu trình tế bào cũng như trong vòng đời phát triển cá thể không
phải tất cả các gen đều hoạt động đồng thời và cường độ không đổi. Sự điều hòa
hoạt động của gen giúp cho hoạt động chuyển hóa vật chất và năng lượng được
điều tiết nhịp nhàng, nhờ đó giúp bộ máy di truyền hoạt động hiệu quả và thích
nghi nhất.
Từ những tài liệu tham khảo, nội dung tiểu luận cũng đã phân tích có hệ
thống quá trình và cơ chế điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật
nhân thực góp phần thấy được điểm chung cũng như sự khác biệt trong điều hòa
hoạt động gen ở hai nhóm sinh vật điển hình.
Ở sinh vật nhân sơ (Prokaryotae), chu trình tế bào ngắn và không có sự
biệt hóa tế bào. Do đó hoạt động của các gen được điều hoà do các nhu cầu của
tế bào khi cần thiết. Tác động của các nhân tố môi trường làm những gen tương
ứng được mở để phiên mã, dịch mã tổng hợp protein hay có hiệu quả ngược làm
dừng lại.

22
Mặt khác ở sinh vật nhân thực (Eukaryotae), nhiễm sắc thể của Eukaryota
có cấu trúc phức tạp hơn. qua nhiều giai đoạn; mỗi tế bào có biểu hiện sống
không phải tự do mà chịu sự biệt hóa theo chức năng chuyên biệt trong mối quan
hệ hài hòa với cơ thể.
Như vậy, cùng chứa thông tin di truyền như nhau, nhưng mỗi loại tế bào
biệt hoá chỉ sử dụng một phần thông tin để tổng hợp chủ yếu một số loại protein.
Tóm lại, mặc dù tất cả các bước trong sự biểu hiện của gen về căn bản được điều
hoà, nhưng đối với phần lớn các gen, việc khởi sự phiên mã là điểm kiểm soát
quan trọng nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Phạm Thành Hổ. 2003. Di truyền học. NXB Giáo dục, Hà Nội.
2. Nguyễn Bá Lộc. 2002. Bài giảng Sinh học phân tử. ĐHSP-Đại học
Huế.
3. Lê Đức Trình. 2001. Sinh học phân tử của tế bào. NXB Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội.
4. Campbell, Reece, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky, Jackon. Tập 3, Di
truyền học. USA.
5. Lê Đình Nhân, Phan Cự Nhân. 2001. Cơ sở di truyền học. NXB Giáo
dục. Hà Nội
6. 1. Ban Từ điển-NXB Khoa học và Kỹ thuật. 2002. Từ điển Bách khoa
Sinh học. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
23
7. Hoàng Trọng Phán. Giáo trình sinh học phân tử. NXB Đại học Quốc gia
Hà Nội. 2003
8. />