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.
•
sự phiên mã và dịch mã xảy ra
đồng thời.
•
Prokaryote là những cơ thể
đơn bào, sống tự do, sinh
trưởng và phân chia trong điều
kiện thích hợp và được cung
cấp đấy đủ chất dinh dưỡng
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 iu hũa biu hin gen prokaryote:
1. Operon cm ng:
- operon lac.
- operon arabinose.
2. Operon kỡm hóm.
operon tryptophan.

operon l gỡ?
Các gen cấu trúc liên quan về chức n ng thờng phân bố liền nhau thành
cụm và có chung một cơ chế điều hoà đợc gọi là Opêron.
Nhim sc th E. coli
vi v trớ tng i ca 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.
P R P 0 Z Y A
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

Phiên mã dở (Attenuation).
•
Kiểu điều hòa thứ hai được phát hiện ở operon tryptophan được gọi
là attenuation.
•
Attenuation là kết quả sự tương tác giữa các trình tự DNA trong
vùng leader của bản phiên mã trp.
•
Trình tự leader có các đặc điểm:
–
Một vùng có codon AUG và phía sau là codon kết thúc UGA, mã
hóa cho một polypeptide chứa 14 amino acid được gọi là leader
polypeptide.
–
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.
•

Lý do dẫn đến sự khác biệt:
–
Ở Eukaryote, TB không tiếp xúc với môi trường 1 cách trực tiếp
–
Cấu trúc TB Eukaryote và TB Prokaryote khác nhau nhiều:
•
Eukaryote có vỏ nhân: có phiên mã, giải mã.
•
NST = ADN + histon.
•
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 ra bào tương.
-
Hủy các mARN không được dùng để dịch mã.
-
Dịch mã, tổng hợp protein.
-
Sự trưởng thành của protein.

1. Phiên mã ( transcription)

•
Định nghĩa:
Phiên mã là quá trình chuyển thông tin di truyền từ
AND sang mARN. AND làm khuôn trực tiếp để tổng hợp
ra protein mà thông qua trung gian là mARN.
•
Đặc điểm:
- 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.