ĐIỀU hòa BIỂU HIỆN GEN ở EUKARYOTE

ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN Ở
EUKARYOTE


*Hệ gen của sinh vật eukaryote rất phức tạp,
gồm có gene trong nhân và gene ngoài nhân
Hệ gen nhân gồm các gene nằm trong các
cấu trúc NST
(Mỗi NST của tế bào sinh vật được cấu tạo
từ một phân tử DNA liên kết với các phân tử
protein histon)
=>Sự biểu hiện và điều hòa biểu hiện gene ở
Eukaryote khác và phức tạp hơn so với ở
prokaryote

Tại sao phải có sự điều hòa biểu hiện
gen??????


BIỂU HIỆN GEN
• Là quá trình chuyển đổi thông tin di truyền trong gen thành các loại RNA, protein,
enzyme, nói cách khác là phương thức trả lời tác động của các nhân tố nội bào, ngoại
bào, điều kiện sống, đảm bảo sự tồn tại và thích nghi của cơ thể sinh vật.
• Trong quá trình sinh trưởng phát triển, có một số lượng gen nhất định trong bộ gen
được biểu hiện.
• Số lượng gen, tỷ lệ DNA được biểu hiện, phương thức, mức độ biểu hiện gen khác nhau
ở từng loài và từng giai đoạn phát triển.


Hình thái hoàn toàn khác nhau ở các giai
đoạn của sâu bướm được phát triển từ một

tế bào trứng ban đầu

Ở nấm men trên 75% DNA được phiên
mã, dịch mã


ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN
• Là quá trình điểu khiện hoạt động gen, gồm nhiều
cơ chế kiểm soát hoạt động gen khác nhau.
• Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật eukaryote rất
phức tạp, có nhiều cấp độ khác nhau, qua nhiều
giai đoạn khác nhau
• Nhiều cơ chế biểu hiện liên quan đến sự biểu hiện
của một gen, Sự biểu hiện của gen này liên quan
đến hàng loạt gen khác

Mục đích: nhằm điều chỉnh hệ enzyme cho phù hợp với các nhân tố dinh dưỡng, tác nhân lý
hoá và môi trường, tạo số lượng và số loại cần thiết để đảm bảo nhu cầu của tế bào là phát
triển và sinh sản


1
D
N

3
D
N

Biến đổi cấu trúc nhiễm

sắc thể

Điều hòa ở giai đoạn dịch mã

2 Điều hòa ở giai đoạn phiên mã
D
N • Khởi động phiên mã
• Sau phiên mã

4
D
N

Điều hòa gen bằng tín
hiệu tế bào


1. BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC NHIỄM SẮC THỂ
• Khi nhiễm sắc thể ở trạng thái cấu trúc xoắn hoặc siêu xoắn, gen không được biểu
hiện
• Các nhiễm sắc thể trước tiên phải được giãn xoắn nhờ emzyme topoisomerase,
chuyển sang dạng cấu trúcsợi cơ bản,lộ diện các gen cần thiết được biểu hiện
• Nhờ xúc tác của các enzyme đặc hiệu, thủy phân phân tử his ton trong cấu trúc
nucleoxom cơ bản, gen được lộ diện ở trạng thái DNA trần


BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC NHIỄM SẮC THỂ
• Mỗi phân tử histone có đuôi dài giàu dư lượng lysine (kí hiệu :K), là nơi xảy ra sự
acetyl hóa.
• Quá trình biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, xảy ra do tác động của các enzyme

đặc hiệu như: histon acetyl transferase- HAT, ubiquinase,…
• Nhóm acetyl sẽ gắn vào aa lysin, làm biến đổi điện tích của phân tử his ton từ
dương(NH3+) sang trung tính, dẫn đến sự dãn xoắn DNA


Hình ảnh: Tổ hợp các protein tham gia vào quá trình acetyl hóa histon
Nhiều gốc acetyl được gắn vào các đuôi histone


• Tiếp theo, các enzyme đặc hiệu, protein đăc hiệu(remodeling protein)và
ATP làm cho phân tử histon trong lõi của nucleosom và histon H1 tách
khỏi cấu trúc nucleosom, lộ ra trình tự TATA Box,gen được lộ diện ở trạng
thái trần, có thể được biểu hiện.
• Quá trình khử acetyl hóa histone có thể được thực hiện bởi các chất ức
chế, bao gồm các deacetylase histone (HDAC) và các chất ức chế liên
quan khác, đưa gen về trạng thái ban đầu, gây ra sự im lặng gen.


METYL HÓA CÁC NUCLEOTID TRONG PHÂN TỬ DNA
• Metyl hóa làm cytosine biến
thành 5metylcytosin(5mC)
• Ở sinh vật bậc cao, khi một
số nucleotid của một gen bị
metyl hóa có thể làm mất
khả năng biểu hiện của một
gene
• Tỷ lệ DNA bị metyl hóa
khoảng 3% trên mỗi tb ở
đông vật có vú

KIỂM SOÁT KHỞI ĐỘNG PHIÊN MÃ
• Trong tế bào Eukaryote có rất nhiều gen mã hóa protein được điều hòa
bằng cơ chế kiểm soát phiên mã.
• Tùy từng loại gen, sự biểu hiện một gen thường chịu sự điều hòa của đồng
thời 2 hay nhiều cơ chế kiểm soát ở mức độ phiên mã khác nhau.
• Có nhiều loại protein đặc hiệu tham gia vào quá trình phiên mã của gen:
+Điều hòa phiên mã bằng các trình tự nu đặc hiệu.
+Điều hòa phiên mã bằng lựa chọn promotor.


ĐIỀU HÒA PHIÊN MÃ BẰNG CÁC TRÌNH TỰ NUCLEOTID ĐẶC HIỆU
1.Enhancer(trình tự tăng cường) :là trình tự DNA
điều hòa, khi được liên kết bởi các protein cụ
thể được gọi là các yếu tố phiên mã, sẽ tăng
cường sự phiên mã của một gen lên hàng chục
lần
2. Silencer( Trình tự ức chế): là một trình tự
DNA, khi được liên kết với protein ức chế sẽ làm
giảm cường độ phiên mã hoặc ngừng phiên mã.
Vị trí:Nằm ở vùng mở rộng của
promoter(upstream) hoặc cách xa vùng 5’ của
gen đích


Protein hoạt hóa và ức chế:
• Một số protein hoạt hóa có thể đồng
thời tham gia khởi động phiên mã ở
nhiều gen trong một tế bào hoặc ở
nhiều tế bào khác nhau.

• Tùy theo tính chất và đặc trưng của
các loại Protein hoạt hóa khác nhau
và tùy thuộc độ ở vị trí gắn của
protein hoạt hóa với trình tự
enhancer có thể điều hòa khởi động
phiên mã của các gen khác nhau


Điều hòa phiên mã bằng lựa chọn promoter
• Một số gen của Eukaryote có thể có hai hay nhiều promoter. Các promoter khác nhau của gen điều
khiển hoạt động biểu hiện gen trong những giai đoạn phát triển khác nhau của tế bào hoặc cơ thể.
• Ở gà gen mã hóa albumin có 2 promoter, điều khiển hoạt động biểu hiện gen hai giai đoạn phát
triển khác nhau trong quá trình phát triển từ phôi đến gà trưởng thành. 
        +Promoter 1:  hoạt động ở giai đoạn phôi
        +Promoter 2: hoạt động từ sau khi trứng nở thành gà con đến giai đoạn trưởng thành.

Gen mã hóa ∝ amilase có 2 promoter. Ở các tế
bào khác nhau, promoter điều khiển phiên mã
tạo các mRNA khác nhau, hình thành các ∝
amilase có hoạt tính khác nhau


Điều hòa giai đoạn sau phiên mã
• Tế bào sinh vật bậc cao có nhân điển hình, nhân được ngăn
cách với tế chất bởi màng nhân
• Trong nhân tế bào, các gen mang mã di truyền dược phiên
mã thành các phân tử tiền RNA
• Các phân tử tiền RNA phải trải qua quá trình hoàn thiện để
tạo thành RNA trưởng thành, đưa ra ngoài nhân. mRNA có
thể được dịch mã hoặc không, các phân tử rRNA có thể kết

hợp với protein đặc hiệu để hình thành nên riboxom

Cơ chế 1

Cắt nối itron, exon

Cơ chế 2

Polyadenyl hóa

Cơ chế 3

Thoái hóa mRNA


Cắt intron, nối exon
• Sau khi được phiên mã,các phân tử mRNA được cắt các
intron và nối exon nhờ sự tham gia đặc hiệu của các
enzyme và ATP
• Các trình tự intron không phải là những trình tự cắt bỏ
một cách cố định. Trình tự nucleotid là intron ở tế bào
này nhưng lại là exon ở tế bào khác
• Từ một phân tử tiền mRNA ban đầu được phiên mã từ
cùng một gene, do sự cắt và nối các exon và intron khác
nhau tạo nên các loại mRNA có cấu trúc khác nhau(qua
đó có thể được dịch mã thành các protein có cấu trúc và
chức năng khác nhau)


Cắt nối ở tiền mRNA calcitonin(NST11)

• Ở tế thần kinh, cắt intron và exon 4,
ghép exon 1,2,3,5 tạo mRNA trưởng
thành, sau đó dịch mã tạo peptid
thần kinh cgrp, gây hội chứng đau
nửa đầu
• Ở tế bào tuyến giáp, cắt intron và
exon 5, exon 124 nối tạo mRNA
trưởng thành, tham gia dịch mã tạo
protein calcitonin có vai trò quan
trọng trong điều hòa trao đổi canxi


PolyAdenyl hóa
• Trước khi ra khỏi nhân, các mRNA chưa trưởng thành
được hoàn thiện tạo mRNA trưởng thành bằng quá
trình polyAdenyl hóa: gắn các nu Adenin ở đầu 3’ của
mRNA(tạo đuôi polyA)
• Quá trình này chỉ có ở tế bào nhân thực,với sự tham gia
của nhiều enzyme đặc hiệu
• Sự polyadenin hóa khác nhau tạo nên các mRNA có độ
dài đuôi polyA khác nhau
• Thời gian tồn tại của mRNA trong tế bào tỉ lệ thuận với
độ dài đuôi
• Thời gian tồn tại càng lâu, khả năng được dịch mã càng
lớn
• Sau khi mRNA được chuyển ra tế bào chất, đuôi poly A
bị thoái hóa ngắn lại


Gen TMP1

• nằm trên NST15,l iênquan
đến sự vận động và co cơ
• Sau khi được phiên mã hình
thành phân tử tiền mRNA
• Sự polyadenin hóa khác nhau
tạo nên các đuôi dài ngắn
khác nhau ở từng tế bào nên
thời gian tồn tại khác nhau.


ĐIỀU HÒA GIAI ĐOẠN DỊCH MÃ
1.Kiểm soát tiết mRNA
• Sau phiên mã, các mRNA trường thành có thể đi ra ngoài nhân để tham gia dịch
mã
• Các phân tử không hoàn thiện bị phân hủy ngay trong tế bào
• Do cơ chế kiểm soát tiết,một số phân tử mRNA trưởng thành có thể không được
tiết vào tế bào chất, không được tham gia dịch mã
• Một số là do các spliceosom liên kết vỡi lỗ màng nhân, không cho mRNA ra
ngoài
• Một số do hoạt động của exonuclease, phân hủy đuôi poly A


ĐIỀU HÒA GIAI ĐOẠN DỊCH MÃ
2. Kiểm soát thoái hóa protein
• Phân tử protein có thể bị biến đổi bằng
cách acetyl hóa, glycosyl hóa,..hoặc
thoái hóa ngay sau dịch mã
• Thời gian tồn tại của protein phụ thuộc
vào bản chất, chức năng và đặc trưng
từng loại tế bào

• Trong những điều kiện nhất định, các
phân tử protein bị lỗi cấu trúc mất chức
năng do dịch mã không bình thường, sẽ
bị phân giải


ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE BẰNG TÍN HIỆU TẾ BÀO


ĐIỀU HOÀ BẰNG CÁC PROTEIN ĐẶC HIỆU
• Bản chất quá trình biểu hiện gen ở sinh vật là các phản ứng trả lời các tác động
của tín hiệu môi trường nội bào và ngoại bào.
• Biểu hiện gen ở mỗi loại tế bào động vật và thực vật chịu sự tác động của nhiều
cơ chế khác nhau. Trong đó, Hormon là tín hiệu nội bào phổ biến. Hormon có
vai trò điều hoà hoạt động biểu hiện của nhiều loại gen khác nhau trong tế bào
động vật và thực vật.
• Có nhiều loại hormone khác nhau, mỗi loại hormone là một peptid đặc hiệu, có
thể liên kết với thụ thể nhất định (thụ thể màng hoặc thụ thể nội bào), tham gia
vào con đường dẫn truyền tín hiệu tế bào.


ĐIỀU HOÀ BẰNG CÁC PROTEIN ĐẶC HIỆU