Cac kiéu biéu hién gene Biéu hién lién tuc hay gene co cau constitutive gene: gene phién mã liên tục tạo protein cần thiết cho đời sống tế bào dưới mọi điều kiện ví dụ các enzyme cơ bản
Trang 1PHẦN II: CƠ SỞ DI TRUYỀN HỌC
CHUGNG 10: DIEU HOA SỰ
BIEU HIEN CUA GENE
TS Nguyén Hoai Hwong
2 Cac kiéu biéu hién gene
Biéu hién lién tuc hay gene co cau (constitutive gene): gene phién
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 — constitu†ive 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°, Anh sang, trọng lực)
-Dinh dưỡng (thức ăn, hóa chất)
-Thời gian trong ngày
-Chu kỳ tế bào
X.1 Các kiểu điều hòa sự biểu hiện gene
1 Sự biểu hiện của gene (gene expression): quá trình một
gene được phiên mã, dịch mã thành sản phẩm có chức năng của tế bào
geneA gene B _
| DNA
| reanscrrion | TRANSCRIPTION
mmm: RNA poe RNA MES RL
“—=—=-_ `—"
| TRANSLATION TRANSLATION
@@@®@@® (8) A®@O@O®
@A)@@@®@®
@)@(@@@@®
nhau Mức độ các gene được biểu
hiện không giống nhau
tm
Hemoglobin
¬ :
oa A Crystallin
Insulin gene ®
z rRNA
Các tế bào khác nhau biểu hiện các gene
khác nhau
Trang 2Quá trình biểu hiện gene
_
cytoplasm
nucleus introns exons
A
ewan I _ ps] —
— - rhe >>
transcription unit
ee (_ Phên mg
RNA transcript”
RNA cap
Protein mang hoat tinh
folding
N-terminal growing domain polypeptide
protein E=====— chain
` | é
mRNA ribosome
1 Các mức điều hòa
a) Điều hòa phiên mã:
Đóng hay mở gene
b) Điều hòa dịch 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 nguôn dinh dưỡng thay đôi
Genes for enzyuies that break down
Lactose Arabinose gone available Genes for enzymes Genes for enzymes
arabinose ON that break down that break down
lactose ON lactose OFF
`
A A
FT ~=========n TF TT
Lactose
evailable
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
Số lượng : khoảng 4000 gene
Số protein: 107 phân tử gồm 3000 loại
Phiên mã ở vi khuẩn
Tiểu đơn vị của
RNA polymerase
nhận biết promoter
RNA polymerase (core enzyme)
(2x œ, B, B' subunits)
Sigma Transcription
1
l
|‘, mRNA start (mostly A,G)
1
viết theo hướng 53%
Trình tự base ~ t
2
4
5
-35 sequence Pribnow box
Consensus TTGAGA / TATAAT
Promoter sequence
Promoter: noi RNA polymerase gan vao mét mach DNA để khởi sự phiên mã, vị trí điều hòa quan trọng
Trang 32 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) kim ham téng hop mRNA
Hiện tượng Cam ứng enzyme Kìm hãm enzyme
diéu hoa (enzyme induction) (enzyme repression)
Chất cảm ting (Inducer): co chat Chat kim ham (corepressor): chat Định nghĩa của enzyme có mặt trong môi có mặt trong môi trường làm
trường dẫn đến enzyme được tổng _ enzyme tổng hợp nó không được
Inducer là cơ chất hoặc chất tương _ Corepressor là sản phẩm
Effector tu co chat (analog) we
Regulator Repressor protein Repressor protein
protein
Mức điều hủa Phiên mã Phiên mã
Inducer gan vao repressor protein, | Corepressor gan vao repressor thay đổi cấu trúc không gian của protein, thay đổi cấu trúc không repressor ian cia repressor
Co cha Repressor khong gắn được vào P ˆ Z 5 5 Repressor gan vao operator, ngan M 5 x
operator, RNA polymerase gan tu RNA polymerase gan vao promoter,
do vào promoter, bắt đầu phiên mã ngừng phiên mã
Operon: don vi hoan 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 dị hóa lactose (Glucose là nguồn năng lượng
ưa thích của E.cofi), khi thiếu glucose, các gene mã hóa các enzyme dị
hóa lactose được biểu hiện để sử dụng lactose
Lactose > Galactose + Glucose Galactose > Glucose
Cần ba enzyme:
* B -galactosidase
vPermease
¥ Transacetylase
promoter rae
regulator gene
Khi protein kim ham
—— repressor
protein
Nguyên tắc điều hòa biểu hiện gene ở Prokaryote
Gene điều hòa (regulator gene) đóng/ mở gene cấu trúc (structural gene)
ược vào promotor, ES) ngừng phiên mã
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 vdi repressor tuong Ung
Lac operon: 6kbp (1kbp=1000bp)
Gene ma hóa
enzyme
Repressor 0-Galactosidase Permease Transacetylase
mm + 4
Đ đi Hh
Aus Miller-Esterl, Biochemie, © 2004 Elsevier GmbH
3
*Ba gene cấu trúc mã hóa enzyme xúc tác chu trình phân hủy lactose thành glucose
vPromotor:
vObperator:
*Gene điều hòa (regulator) mã hóa protein kim ham (repressor)
¥ Chat cam Ung (inducer): allolactose (déng phan cla lactose)
Trang 4Điều hòa Jac operon (Monod & Jacob Lac repressor gan vao lac
vao lac promotor
Không có lactose ¬ Stop phiên mã
Kìm hãm phiên mã
` Gene mã hóa
enzyme
0-Galactosidase
a
f -@B Transkription
repressor ngan khéng cho gan vao operator; RNA-Pol C6 Lactose trong gan vao promotor
môi trường dd — Phiên mã các enzyme
phân hủy lactose
Permease Transacetylase
Hoạt hóa phiên mã
3
HH
Aus Miller-Ester!, Biochemie, © 2004 Elsevier Ginbet
Diéu hoa trp operon
Pp
Ff
ee — ~ ie Toes
a) Không có Trp đ? Repressor
RNA-Pol gắn vào promotor > Phiên mã các gene mã
hóa enzyme sinh tổng hợp Trp
Par
sec
a>! <> | | | | | J
Corepressor (Trp) gan vao
aporepressor, gan vao operator ngan
can RNA-Pol
Trp operon: diéu hoa am, kim ham
Li I | | I [oe
mRNA ;
Leader polypeptide
Ỳ Anthranilae Indole Tryptophan synthetase glycerolphosphate synthetase
synthetase |
catewed eas
Y Ỳ Chorismic————> anthranilic——> PRA —> CDRP —> lnGP
acid acid
Gene cau tric trpEDCBA ma hoa enzyme sinh tổng hợp Trp Pip: Promotor
trpR: gene ma hóa frp repressor (aporepressor) Trp: corepressor
Holorepressor (Trp + ifp repressor) gan vao operator
— Ngừng phién ma enzyme
X.3 Điều hòa biểu hiện gene ở Eukaryote
histone À 1 Các mức điều hòa
Jy S chromatin , x 5 ,
P
— tz c) Chế biến mRNA YIN ^w⁄ d) Vận chuyển mRNA trưởng thành từ intron (ẾP CRƯANEBRCLBI nhân ra tế bào chất
mo SN 7
è
MRNA transport nuclear nuclear
` pore ~~) 7ARNA degradation f) Dich ma
| eX 1h g) Biến đổi protein sau dịch mã
m=w ge acid béo, thành lap cau disulfide )
động
plasma membrane
“+ “>t
a
functional ‹4
iN
protein
¡) Độ ổn định của protein