Tài liệu CHƯƠNG 10: ĐIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE pdf

1
CHƯƠNG 10: ĐIỀU HÒA SỰ
BIỂU HIỆN CỦA GENE
PHẦN II: CƠ SỞ DI TRUYỀN HỌC
TS. Nguyễn Hồi Hương
X.1. Các kiểu điều hòa sự biểu hiện gene
1. Sự biểu hòện của gene (gene expression): quá trình một
gene được phiên mã, dòch mã thành sản phẩm có chức năng của tế
bào.
Gene ở cacù động vật đa bào giống
nhau. Mức độ các gene được biểu
hiện không giống nhau.
2. Các kiểu biểu hiện gene
Biểu hiện liên tục hay gene cơ cấu (constitutive gene): gene phiên
mã liên tục tạo protein cần thiết cho đời sống tế bào dưới mọi điều kiện
(ví dụ các enzyme cơ bản của tế bào – constitutive enzyme).
Ví dụ: gene mã hóa enzyme quá trình đường phân,
protein của bộ khung tế bào hay nhiễm sắc thể,
protein của lưới nội chất, bộ Golgi hay màng nhân.
Biểu hiện điều hòa hay gene được điều hòa (regulated gene): chỉ
hoạt động trong một số điều kiện như
-Phụ thuộc vào giai đoạn phát triển
-Biệt hóa tế bào
-Điều kiện môi trường (t
o
, ánh sáng, trọng lực)
-Dinh dưỡng (thức ăn, hóa chất)
-Thời gian trong ngày
-Chu kỳ tế bào
Gene cơ cấu
Gene được điều hòa

Các tế bào khác nhau biểu hiện các gene
khác nhau
2
Gắn chóp ở đầu 5’
Gắn đuôi ở đầu 3’
Splicing
mRNA trưởng thành theo lỗ
nhân ra ngoài tế bào chất
Phiên mã
Dòch mã
Phiên mã
Dòch mã
Quá trình biểu hiện gene
Protein mang
hoạt tính
X. 2. Điều hòa biểu hiện gene ở Prokaryote
Đơn giản, một sợi DNA vòng, số lượng gene giới hạn
Chu trình tb ngắn 20-30 phút
Không có biệt hóa tb
Gene được điều hòa do nhu cầu của tb khi cần thiết
E. coli
S lượng : khoảng 4000 gene
S protein: 10
7
phân tử gồm 3000 loại
1. Các mức điều hòa
a) Điều hòa phiên mã:
Đóng hay mở gene
b) Điều hòa dòch mã
c) Điều hòa hoạt tính protein (enzyme)

Điều hòa quá trình biến đổi thứ cấp để enzyme có hoạt tính
Proenzyme  Enzyme
Điều hòa ngược.
Vi khuẩn biểu hiện những gene khác
nhau khi nguồn dinh dưỡng thay đổi
Phiên mã ở vi khuẩn
(mostly A,G)
(2x α, β, β‘ subunits)
Promoter: nơi RNA polymerase gắn vào một mạch
DNA để khởi sự phiên mã, vò trí điều hòa quan trọng
sigma factor:
TIểu đơn vò của
RNA polymerase
nhận biết promoter
Trình tự base
viết theo hướng
5‘  3‘
3
2. Điều hòa mức phiên mã
Điều hòa âm
Nguyên tắc: chỉ sử dụng năng lượng khi cần.

Điều hòa âm (negative control) =
regulator protein (repressor) kìm hãm tổng hợp mRNA

Hiện tượng
điều hòa
Cảm ứng enzyme
(enzyme induction)
Kìm hãm enzyme

(enzyme repression)
Đònh nghóa
Chất cảm ứng (Inducer): cơ chất
của enzyme có mặt trong môi
trường dẫn đến enzyme được tổng
hợp
Chất kìm hãm (corepressor): chất
có mặt trong môi trường làm
enzyme tổng hợp nó không được
tổng hợp
Effector
Inducer là cơ chất hoặc chất tương
tự cơ chất (analog)
Corepressor là sản phẩm
Regulator
protein
Repressor protein Repressor protein
Mức điều hòa Phiên mã Phiên mã
Cơ chế
Inducer gắn vào repressor protein,
thay đổi cấu trúc không gian của
repressor.
Repressor không gắn được vào
operator, RNA polymerase gắn tự
do vào promoter, bắt đầu phiên mã.
Corepressor gắn vào repressor
protein, thay đổi cấu trúc không
gian của repressor.
Repressor gắn vào operator, ngăn
RNA polymerase gắn vào promoter,

ngừng phiên mã.
Nguyên tắc điều hòa biểu hiện gene ở Prokaryote
Gene điều hòa (regulator gene) đóng/ mở gene cấu trúc (structural
gene).
Gene điều hòa mã hóa protein kìm hãm (repressor protein).
Promotor: nơi RNA polymerase tương tác để khởi sự phiên mã
Operator: trình tự nằm sát cạnh hay nằm trong vùng promotor, có ái lực
với repressor tương ứng.
Khi protein kìm hãm
(repressor protein) gắn
vào operator, RNA
polymerase không gắn
được vào promotor,
ngừng phiên mã
Operon: đơn vò hoàn chỉnh của biểu hiện gene = nhóm các
gene cùng phiên mã và sự biểu hiện của chúng cùng được
điều hòa = promotor + operator + gene cấu trúc.
Lac operon: điều hòa âm, cảm ứng
chứa các gene cần thiết để dò hóa lactose (Glucose là nguồn năng lượng
ưa thích của E.coli), khi thiếu glucose, các gene mã hóa các enzyme dò
hóa lactose được biểu hiện để sử dụng lactose.
Lactose  Galactose + Glucose
Galactose  Glucose
Cần ba enzyme:
β-galactosidase
Permease
Transacetylase
Lac operon: 6kbp (1kbp=1000bp)
Gene mã
hóa

enzyme
Ba gene cấu trúc mã hóa enzyme xúc tác chu trình phân hủy
lactose thành glucose
Promotor:
Operator:
Gene điều hòa (regulator) mã hóa protein kìm hãm (repressor)
Chất cảm ứng (inducer): allolactose (đồng phân của lactose).
4
Điều hòa lac operon (Monod & Jacob
model – giải Nobel 1965)
Không có lactose
trong môi trường dd
Kìm hãm phiên mã
Gene mã hóa
enzyme
Lac repressor gắn vào lac
operator, ngăn RNA-Pol gắn
vào lac promotor.

Stop phiên mã.
Có Lactose trong
môi trường dd
Hoạt hóa phiên mã
Allolactose gắn vào
repressor ngăn không cho
gắn vào operator; RNA-Pol
gắn vào promotor.
 Phiên mã các enzyme
phân hủy lactose.
Gene cấu trúc trpEDCBA mã hóa enzyme sinh tổng hợp Trp

P
trp
: promotor
trpR: gene mã hóa trp repressor (aporepressor)
Trp: corepressor
Holorepressor (Trp + trp repressor) gắn vào operator
 Ngừng phiên mã enzyme
Trp operon: điều hòa âm, kìm hãm
Điều hòa trp operon
a) Không có Trp
RNA-Pol gắn vào promotor  Phiên mã các gene mã
hóa enzyme sinh tổng hợp Trp
b) Trp tích tụ
Corepressor (Trp) gắn vào
aporepressor, gắn vào operator ngăn
cản RNA-Pol.
X.3. Điều hòa biểu hiện gene ở Eukaryote
1. Các mức điều hòa
a) Cấu trúc nhiễm sắc chất
b) Phiên mã
c) Chế biến mRNA
d) Vận chuyển mRNA trưởng thành từ
nhân ra tế bào chất
e) Phân hủy mRNA không bền
f) Dòch mã
g) Biến đổi protein sau dòch mã
(glycosyl hóa, acetyl hóa, gắn đuôi
acid béo, thành lập cầu disulfide…)
h) Vận chuyển protein đến vò trí hoạt
động

i) Độ ổn đònh của protein.