di truyen hoc

I.Khái niệm: - Điều hoà hoạt động của gen chính là điều hoà lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào nhằm đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường c

Điều hòa biểu hiện gen

• Nhóm 5:

Nguyễn Thị Thắm

Nguyễn Phương Hạnh

Hoàng Mạnh Hải

Nguyễn Viết Hải

Lê Thu Trang

Nguyễn THị THúy Lan

I.Khái niệm:

- Điều hoà hoạt động của gen chính là điều hoà lượng

sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào nhằm đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể.

- Ở sinh vật nhân sơ, điều hoà hoạt động gen gen chủ

yếu được tiến hành ở cấp độ phiên mã.

- Ở sinh vật nhân thực, sự điều hoà phức tạp hơn ở nhiều cấp độ từ mức ADN (trước phiên mã), đến mức phiên

mã, dịch mã và sau dịch mã.

II.Nội dung:

Prokaryote:

• Cấu tạo tế bào đơn giản, chưa

có màng nhân ngăn cách giữa nhân với tế bào chất

• bộ máy di truyền là một DNA

vòng, trần, chứa số lượng gen giới hạn và không phân mãnh

Eukaryote :

• cấu trúc phức tạp, có màng nhân ngăn cách giữa nhân với

tế bào chất

• Sự điều hòa biểu hiện gen xãy

ra ở nhiều mức độ khác nhau: phiên mã, biến đổi sau sau phiên mã, dịch mã, biến đổi sau dịch mã

• Eukaryote là những cơ thể đa bào Tế bào eukaryote ít chịu ảnh hưởng của môi trường

Prokaryote và Eukaryote

A.SỰ ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN Ở PROKARYOTE:

• Có 2 đặc điểm:

- Có khả năng nhận biết các điều kiện trong môi trường

- Có khả năng tắt hoặc mở sự phiên mã của mỗi gen chuyên biệt hoặc các nhóm gen

• Cơ chế phân tử cho mỗi mô hình điều hòa hoàn toàn khác nhau, nhưng thường theo một trong hai kiểu chính:

- Điều hòa âm tính:liên kết với protein ức chế ngăn cản quá trình phiên mã

- Điều hòa dương tính: liên kết với protein hoạt hoán khởi động quá trình phiên mã

-> Điều hòa âm tính phổ biến phổ biến cho prokaryote, trong khi điều hòa dương tính lại phổ biến cho eukaryote

Mụ hỡnh điều hũa biểu hiện gen ở prokaryote:

Các gen cấu trúc liên quan về chức n ng thường phân bố liền nhau thành ă

cụm và có chung một cơ chế điều hoà được gọi là Opêron

Nhiễm sắc thể E coli

với vị trớ tương đối của cỏc

operon khỏc nhau

Sơ đồ cấu trúc của operon lac:

Gồm:

- Gen cấu trúc ( Z, Y, A ): tổng hợp enzim để phân giải lactozo

- Vùng vận hành (O): chứa protein ức chế quá trình phiên mã

- Vùng khởi động (P): nơi mARN polymeraza bám vào và khởi động

phiên mã

- Gen điều hòa (R): tạo protein ức chế và liên kết với vùng vận hành

ngăn cản quá trình phiên mã Gen này không nằm trong cấu trúc của operon lac

Gen ®iÒu hoµ Opªron Lac

• (A) bản đồ của

operon lac.

• (B) sơ đồ của operon lac ở trạng thái bị kìm hãm.

• (C) sơ đồ của operon lac ở trạng thái được kích thích.

A.1.Sự điều hòa hoạt động của operon lac:

• Khi môi trường có chứa lactozo: gen điều hòa tổng hợp protein ức chế liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã

• Khi môi trường có lactozo: lactozo liên kết với protein ức chế nên ARN polymeraza liên kết được với vùng khởi động để tiến hành phiên mã

• Trong phiên mã các mARN của các gen cấu trúc tạo ra các enzim phân giải đường lactozo.

A.2.Điều hòa âm ở tryptophane operon:

-Tryptophane trong tế bào được tổng hợp bởi sự tham gia của 5 loại enzyme xúc tác.

- Nếu tế bào được nuôi trong môi trườn có trytophane thì tryptophane trở thành một chất đồng ức chế, gắn vào

repressor khiến cho repressor hoạt động, ngăn cản quá trình phiên mã tạo các enzyme để tổng hợp tryptophane

- Khi trong tế bào thiếu tryptophane thì repressor trở nên bất hoạt, quá trình phiên mã diễn ra, các enzyme xúc tác quá trình tổng hợp tryptophan được tổng hợp.

A.3.Điều hòa dương operon lac:

- Xảy ra khi cả glucose và lactose cùng tồn tại Khi đó việc

tổng hợp enzyme phân hủy lactose bị glucose ức chế Khi

đó cần một cơ chế điều hòa khác.

- Nồng độ glucose điều hòa nồng độ của cAMP(những

phân tử nhỏ adenosine monophosphate vòng, được tổng hợp bởi enzymee adenyl cyclase), và nồng độ cAMP lại điều hòa hoạt tính của lac operon.

- Khi nồng độ glucose cao thì nồng độ của cAMP ở mức thấp Khi nồng độ glucose rất thấp thì nồng độ cAMP tăng cao.

- cAMP được nhận bởi protein CAP(cyclic AMP receptor protein) Phức hợp cAMP-CAP gắn vào vị trí có tên CAP trên operon kích thích RNA-polymerase gắn chặt hơn vào operon và thực hiện phiên mã để tổng

Bốn trạng thái điều hòa của operon lac

– Hai codon tryptophan ở vị trí 10 và 11 trên mRNA của

leader polypeptide Trình tự lặp lại ngắn này có ý nghĩa trọng điều hòa

– Bốn đoạn của RNA leader là vùng 1, 2, 3 và 4 tạo thành do khả năng kết cặp của các base với nhau Các base ở vùng 1 kết cặp với vùng 2, vùng 3 kết cặp với vùng 4

• A Sơ đồ phiên

mã của leader trp.

• B Chi tiết cấu trúc của 2 codon trp ở vòng 1-2

• Attenuation là cơ chế điều hòa tinh tế trên cơ sở điều hòa âm tính: Khi tRNAtrp đến đủ cung cấp cho sự dịch mã leader polypeptide , sự phiên mã bị dừng, các trp enzyme không được tổng hợp Khi nồng

độ tRNAtrp quá thấp, sự phiên mã xảy ra cho đến hết, các trpenzyme được tạo nên

• Điều hòa kiểu attenuation không thể xảy ra ở eukaryote vì ở

eukaryote sự phiên mã và dịch mã không xảy ra đồng thời Sự phiên

mã xảy ra trong nhân, còn sự dịch mã xảy ra ở tế bào chất

• Điều hòa ở operon lac và operon trp là ví dụ về một trong số các cơ chế quan trọng điều hòa hoạt động gene ở mức phiên mã của

prokaryote

B.Sự điều hòa biểu hiện gen ở eukaryote :

• Điều hòa hoạt động gene ở eukaryote phức tạp hơn nhiều so với prokaryote.

• NST xoắn vặn -> tháo xoắn

• Cấu tạo gen phức tạp hơn

• Quá trình điều hòa gồm 6 bước:

- Phiên mã

- Cắt bỏ intron, nối exon ( spling)

- ARN thông tin gắn với một số protein đặc hiệu xuyên qua lỗ nhân

- Chỉ có 1 trong 2 mạch phân tử AND được dùng làm

khuôn để tộng hợp ARN theo nguyên tắc bổ sung A=U, G=X mARN chứa thông tin của một gen.

- ARN-polymerase bám vào AND làm tách mạch và di

chuyển theo hướng 3’-5’ trên mạch khuôn AND, để ARN được tổng hợp theo hướng 5’-3’.

Diễn biến quá trình phiên mã :

Các nhân tố tham gia:

- Enzim: cần nhiều enzim khác

nhau, và các yếu tố trợ giúp

Vai trò chính là của ARN

polimeraza (ARN pol)

- Khuôn: 1 mạch của ADN

Chiều tổng hợp mạch mới từ

5'-3' TFIIE cho phép khởi động

sự phiên mã

- Nguyên liệu: Các riboNu và

nguồn cung cấp năng lượng

(ATP, UTP, GTP )

• Diễn biến

• a Mở đầu:

– ARN pol nhận biết điểm khởi đầu phiên mã

– ADN tháo xoắn, tách mạch tại vị trí khởi đầu phiên mã

– Các riboNu tới vị trí ADN tách mạch, liên kết với ADN mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung, cụ thể:

A (ADN) liên kết với U môi trường (mt)

T (ADN) liên kết với A mt

G (ADN) liên kết với X mt

X (ADN) liên kết với G mt

– Hình thành liên kết photphođieste giữa các riboNu -> tạo mạch

• b Giai đoạn kéo dài:

– ARN pol di chuyển trên mạch gốc theo chiều 3'-5', cứ như thế, các riboNu liên kết tạo thành phân tử ARN

– ARN tách dần khỏi mạch ADN, 2 mạch ADN sau khi ARN pol đi qua lại liên kết trở lại

• c Gian đoạn kết thúc:

– Nhờ tín hiệu kết thúc, ARN pol kết thúc việc tổng hợp ARN, rời khỏi ADN

• d Gắn chóp và thêm đuôi poly A:

- Khi mạch mARN dài độ 20-30 ribonu Đầu 5’ nối thêm chất 7- methylguanylate Chất này giúp

ổn định mARN, bảo vệ chống lại

sự phân hủy và giúp riboxom

nhận biết mARN.

- Khi mạch mARN tách khỏi AND , poly A polymerase (PAP) cắt đứt đoạn ARN nối với các nhân tố, đồng thời gắn thêm vào đầu 3’ chừng 200-250A.

2.Cắt bỏ intron, nối exon Splicing

• Cắt rời các intron và nối các exon lại với nhau nhờ

splicesome (gồm snRNP và các protein).

• Hai nu đầu tiên GU ở đầu 5’ và AG ở đầu 3’ của mỗi

intron là vị trí nhận biết để cắt intron ra khỏi phân tử tiền mARN.

• Có 3 bước cơ bản:

- Cắt tại biên giới exon-intron tại đầu 5’

+ U1, U2 bám vào đầu 5’ của intron, tiếp xúc với A.

+ U4, U5, U6 đến gắn vào tạo thành splicesome, cắt đầu 5’-ribonu 5’G ở đầu intron vừa bị cắt liên kết với 2’ OH của A nằm gần vị trí cắt 3’ khoảng 20-50 ribonu tạo hình thòng lọng.

- Cắt tại biên giới exon-intron tại đầu 3’, intron bị loại ra và

2 exon được nối với nhau.

Ví dụ quá trình splicing khác nhau xảy ra ở tế bào

tuyến nước bọt và tế bào gan của chuột

3.mARN xuyên qua lỗ nhân ra bào tương

mARN gắn với 1 số protein đặc hiệu

hnRNP, nhận diện lỗ nhân nhờ các thụ thể bên trong màng nhân, xuyên màng nhân ra ngoài tương theo hướng 5’-3’.

4.Hủy mARN ( nếu mARN không

được dịch mã)

• Nếu mARN không được dịch mã, tức

không có quá trình tổng hợp protein, thì dưới tác dụng của ribonuclease, sẽ phân hủy phân tử mARN này.

5.Dịch mã, tổng hợp protein (protein

synthesis)

• Dịch mã là quá trình giải mã thông tin di

truyền từ mARN để tạo thành protein

tương ứng.

• Ngoài mARN thì 2 nhân tố quan trọng khác tham gia quá trình dịch mã là riboxom và

ARN vận chuyển.

• Riboxom có 2 đơn vị dưới là đơn vị dưới lớn 60s và đơn

vị dưới bé 40s.

• Trên 2 đơn vị dưới: lớn và bé đều có 3 vị trí ký hiệu là A,

P và E.

A(aminoacyl) là nơi tARN mang acid amin đến.

P(peptidyl) là nơi hình thành liên kết peptid.

E(exit) là nơi tARN rời khỏi riboxom.

• ARN vận chuyển:

+ đầu 3’ có bộ ba CCA + đầu DHU- chứa

Sơ đồ quá trình dịch mã:

Quá trình tổng hợp riboxom

6 Sự trưởng thành của phân tử protein:

• Protein sau khi được

III.Ví dụ một số biểu hiện gen

• Những tế bào cơ và tế bào gan chứa

những gen như nhau, nhưng chức năng của những tế bào này không được quyết định bằng những khác nhau trong hệ gen của chúng mà được quyết định bằng

những mô hình điều hòa biểu hiện gen – chi phối sự phát triển và biệt hóa.

IV Kết luận:

• Hoạt động của một tế bào không chỉ được quyết định bởi

sự có mặt của những gen nó được kế thừa mà còn do sự biểu hiện của những gen đó như thế nào trong tế bào và đối với môi trường sống

• Sự điều hòa biểu hiện gen cho phép các tế bào thích ứng linh hoạt với những thay đổi của môi trường sống và phù hợp với những hoạt động khác nhau của các loại tế bào khác nhau.