1 LỜI NÓI ĐẦU Mỗi sinh vật đều có hoạt động sống diễn ra bên trong cơ thể Bao gồm các hoạt động sống và tăng sinh tế bào Các hoạt động này phải được điều khiển chính xác thì cơ thể chúng ta mới được khỏe mạnh và phát triển bình thường Bằng các quá trình phiên mã, dịch mã các thông tin duy truyền được biểu hiện thành tính trạng, gen tạo ra các sản phẩm để đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với môi trường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể Như vậy chúng ta cần có một chương t.
LỜI NĨI ĐẦU Mỗi sinh vật có hoạt động sống diễn bên thể Bao gồm hoạt động sống tăng sinh tế bào Các hoạt động phải điều khiển xác thể khỏe mạnh phát triển bình thường Bằng trình phiên mã, dịch mã thơng tin truyền biểu thành tính trạng, gen tạo sản phẩm để đảm bảo cho hoạt động sống tế bào phù hợp với mơi trường phát triển bình thường thể Như cần có chương trình để giúp gen tạo sản phẩm cần thiết, gọi điều hòa hoạt động gen.Giúp hoạt động gen thể điều hịa xác theo thời gian khơng gian Các gen biểu với hiệu khác thời điểm mơi trường khác Ví dụ: Ở động vật có vú gen tổng hợp protein có sữa hoạt động cá thể vào thời điểm mẹ sinh nuôi sữa Để làm rõ chế q trình điều hịa hoạt động gen nhóm có tiểu luận nhỏ gửi đến bạn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC NỘI DUNG I Khái niệm: II Sự điều hòa biểu gen Prokaryote II.1 Đặc điểm biểu gen Prokaryote II.2 Mơ hình điều hịa biểu gen prokaryote: II.3 Operon cảm ứng - Operon Lac II.4 Operon kìm hãm – Operon tryptophan III Sự điều hòa biểu gen Eukaryote III.1 Điều hòa mức chất nhiễm sắc chất gen III.2 Điều hòa mức phiên mã III.3 Điều hòa mức sau phiên mã 10 III.4 Điều hòa mức dịch mã 10 III.5 Điều hòa mức sau dịch mã 11 Tài liệu tham khảo 13 NỘI DUNG I Khái niệm: Điều hòa hoạt động gen điều hòa lượng sản phẩm gen tạo Có thể hiểu đơn giản gen có phiên mã, dịch mã hay khơng Ví dụ: Ở vi khuẩn E.coli gen tổng hợp enzyme chuyển hóa đường lactose hoạt động mơi trường có lactose Các mức độ điều hòa hoạt động gen: - Đối với sinh vật nhân sơ: chủ yếu mức phiên mã - Đối với sinh vật nhân thực: Phiên mã, dịch mã, sau dịch mã II Sự điều hòa biểu gen Prokaryote II.1 Đặc điểm biểu gen Prokaryote Có đặc điểm: - Có khả nhận biết điều kiện mơi trường - Có khả tắt mở phiên mã gen chuyên biệt nhóm gen Cơ chế phân tử cho mơ hình điều hịa hồn tồn khác thường theo hai kiểu chính: - Điều hịa âm tính: liên kết với protein ức chế ngăn cản q trình phiên mã - Điều hịa dương tính: liên kết với protein hoạt hóa khởi động q trình phiên mã Điều hịa âm tính phổ biến cho prokaryote, điều hịa dương tính lại phổ biến cho eukaryote II.2 Mơ hình điều hịa biểu gen prokaryote: Cơ chế điều hòa prokaryote chủ yếu thực thông qua operon cảm ứng( operon Lac), operon kìm hãm( operon tryptophan) II.3 Operon cảm ứng - Operon Lac a) Khái niệm Operon Là gen cấu trúc liên quan chức thường phân bố liền thành cụm có chung chế điều hịa b) Cấu trúc Operon Lac Một operon có vùng điều khiển vùng mã hóa Vùng điều khiển bao gồm gen điều hoà, promoter điểm điều hành (operator) Vùng mã hóa bao gồm số gen cấu trúc nằm kề nhau, gen cấu trúc mã hóa cho polypeptide Các protein mã hóa operon thường có quan hệ mật thiết với trình chuyển hóa sinh hóa tế bào Một operon có promoter, nhiên, operon có nhiều promoter lực promoter RNA-polymerase khác Operator trình tự DNA, nơi mà protein ức chế (repressor protein) gắn vào P (Vùng khởi động) : Chứa trật tự nucleotit đăc thù, giúp xác định vị trí khởi đầu phiên mã (vùng vận hành): Thuộc vùng khởi đầu, nơi gắn chất kìm hãm Gen cấu trúc: Tham gia tổng hợp Marn Gen điều chỉnh (R – Repressor) : Tổng hợp protein có tính chất kìm hãm c) Hoạt động Operon Lac Thí nghiệm F Jacob J Monod - Vi khuẩn E Coli có khả sử dụng đường lactose nguồn cacbon để phát triển Lactose disacarit, nên có mặt lactose mơi trường, vi khuẩn sản sinh enzyme β-galactosidase để thuỷ phân lactose, tạo thành phân tử monosacarit glucose galactose thuận lợi cho q trình chuyển hóa Ngồi β-galactosidase ra, tế bào vi khuẩn tổng hợp enzyme permease làm nhiệm vụ vận chuyển lactose qua màng tế bào - Khi nuôi vi khuẩn E Coli môi trường khơng có lactose, nồng độ enzyme β-galactosidase permease vi khuẩn sinh thấp: đưa đường lactose vào mơi trường ni nồng độ hai enzyme tế bào vi khuẩn tăng lên nhiều Nhưng ni vi khuẩn mơi trường có đường glucose lactose đồng thời nồng độ hai enzyme nêu tế bào thấp so với trường hợp có đường lactose Khi phân tích tổng nồng độ mRNA có mặt tế bào trước sau đưa lactose vào môi trường nuôi, thấy rằng: Khi khơng có mặt lactose mơi trường khơng xuất mRNA mã hóa cho β-galactosidase permease Khi bổ sung lactose vào mơi trường ni tế bào xuất mRNA mã hóa cho hai enzyme nêu Kết Từ kết thí nghiệm trên, với kết thu đột biến gen, F Jacob J Monod đưa mơ hình điều khiển operon lactose hình bên dưới: Cấu trúc operon lactose gồm: gen điều hoà (R), promoter (P), operator (O) ba gen cấu trúc lacZ mã hóa cho enzyme β-galactosidase, lacY mã hóa cho enzyme permease lacA mã hóa cho enzyme ansacetylase Kết luận Khi khơng có mặt lactose mơi trường, gen điều hoà thường xuyên tổng hợp protein ức chế Protein ức chế có lực với điểm điều hành (operator) nên gắn vào điểm điều hành, ngăn cản không cho enzyme RNApolymerase thực phiên mã, mRNA khơng thể tổng hợp được, operon đóng Khi có mặt lactose mơi trường, nhờ enzyme permease có sẵn màng tế bào chuyển lượng vào tế bào Khi vào tế bào, lactose chuyển thành allolactose (có chứa liên kết β-1,6) Allolactose chất cảm ứng, liên kết với protein kìm hãm Phức hợp khơng có lực với operator, nên khơng gắn lên operator được, lúc này, operon mở RNApolymerase thực phiên mã gen cấu trúc II.4 Operon kìm hãm – Operon tryptophan Operon tryptophan có cấu trúc tương tự operon lactose, nghĩa là, bao gồm gen điều hoà (R), promoter (P), operator (O) gen cấu trúc Mỗi gen cấu trúc mã hóa cho enzyme, xúc tác phản ứng tổng hợp tryptophan Trong tế bào, tryptophan tổng hợp chuỗi phản ứng, phản ứng xúc tác enzyme mã hóa operon Năm gen cấu trúc mã hóa cho enzyme, ký hiệu trpE, trpD, trpC, trpB trpA Gen trpE nằm sau vùng điều hoà, phiên mã Hoạt động operon tryptophan khác với operon lactose chỗ protein kìm hãm, thân khơng có lực với operator nên đứng riêng mình, gắn vào điểm điều hành, nên operon mở Ngược lại, protein kìm hãm kết hợp với chất đồng kìm hãm (corepressor), có lực với operator nên dễ dàng gắn vào đó, làm operon đóng Hoạt động operon mơ tả hình Như vậy, lượng tryptophan dư, operon đóng, cịn thiếu tryptophan operon mở Nhìn chung, cách điều hoà biểu gen sinh vật procaryote chủ yếu thực giai đoạn phiên mã III Sự điều hòa biểu gen Eukaryote Nhiễm sắc thể eukaryote có cấu trúc phức tạp có tham gia protein histone (có vai trị điều hịa biểu gene) Đa số Eukaryote có thể đa bào tế bào chịu biệt hóa theo chức chuyên biệt mối quan hệ hài hòa với thể, phải trải qua trình phát triển cá thể với nhiều giai đoạn phức tạp nối tiếp nhau, có gene biểu phôi dừng hẳn Cơ chế điều hòa Phức tạp, thể nhiều mức độ: - Mức độ nhiễm sắc chất gene - Mức độ phiên mã - Mức độ sau phiên mã: kéo dài phiên mã, tính ổn định mRNA, “cắt nối” luân phiên - Mức độ dịch mã - Mức độ sau dịch mã III.1 Điều hòa mức chất nhiễm sắc chất gen Nhiễm sắc chất cấu trúc liên kết protein histone với DNA.Mức độ nén nhiễm sắc chất yếu tố định biểu gene.Gene phiên mã DNA phải giãn xoắn cục , nhiễm sắc chất xoắn chặt lại với protein histone khơng xảy phiên mã Biến đổi cấu trúc nhiễm sắc chất biểu qua Sắp xếp lại gene cần biểu điều chỉnh biểu gene phù hợp cho điều kiện phát triển thể.Sự cắt DNase I số vùng DNA mà gene làm tháo xoắn để gene có biểu Ở eukaryote, nhiều gen hoạt động biểu mạnh, liên tục, xếp vào NST; điều thuận lợi cho việc chép phiên mã Ví dụ gene mã hóa cho hemoglobin xếp lại gần nhau, biểu gene điều chỉnh phù hợp cho thời kỳ phát triển thể(ví dụ nữ giới vào giai đoạn dậy thì, lượng hemoglobin nam giới) DNA Z dạng cấu trúc siêu xoắn, liên quan đến đóng mở gene Sự thay đổi thành phần cấu tạo base nito nhiễm sắc chất làm thay đổi hoạt động biểu gene Ví dụ methyl hóa số base nito vùng 5’ gene động vật kìm hãm hoạt động biểu gene III.2 Điều hòa mức phiên mã Là điều hịa ảnh hưởng trực tiếp đến việc mở đóng gene.Thường gặp điều hòa trao đổi chất q trình biệt hóa.Ở mức độ phiên mã, gene điều hòa lượng sản phẩm mRNA tạo tế bào Phiên mã q trình chuyển thơng tin di truyền từ DNA sang mRNA DNA không làm khuôn trực tiếp tổng hợp protein mà thông qua trung gian mRNA Sự phiên mã tăng cưởng bị kìm hãm có mặt số nhân tố điều hịa: Sự tác động trình tự cis nằm mạch DNA enhancer(đoạn tăng cường) làm tăng phiên mã(cis khơng mã hóa cho protein) Các nhân tố trans(bản chất protein)là nhân tố tham gia q trình biểu gene.Các protein điều hịa gồm hai cấu trúc: vùng chịu trách nhiệm gắn nhân tố trans vào trình tự cis vùng tác động lên phiên mãKhi nhân tố trans gắn vào trình tự cis DNA, tác động lên phiên mã Sự tương tác định loại mRNA phiên mã mơ Sự có mặt trình tự khuếch đại trình tự dập tắt Trình tự khuếch đại(enhancer) đoạn DNA có tác dụng làm tăng phiên mã Vị trí gen khơng cố định, nằm đầu 5’, 3’ intron gen trình tự dập tắt(silence) trình tự có mặt gene làm ức chế phiên mã Chọn lựa promoter thích hợp.Đây kiểu điều hòa dựa vào tương tác cistrans Mỗi gene có promoter riêng chịu trách nhiệm phiên mã tạo mRNA định Nhân tố trans đặc trưng tương tác với trình tự cis làm cho tổng hợp mrna thực hiện, kết protein tổng hợp III.3 Điều hòa mức sau phiên mã Điều hòa hoạt động gene giai đoạn chủ yếu tác động vào giai đoạn hoàn thiện mRNA: Trải qua giai đoạn hoàn thiện cắt bỏ intron, nối exon, gắn polyA để hình thành sợi mRNA trường thành mRNA qua màng nhân, vào tế bào chất đến ribosome, thực trình tổng hợp protein Thời gian tồn cảu mRNA ảnh hưởng đáng kể đến số lượng protein tổng hợp mRNA tồn lâu số lượng protein tồng hợp nhiều III.4 Điều hòa mức dịch mã Sự biến đồi nhân tố khởi IF Giai đoạn khởi đầu Đầu tiên, methionyl-tRNA synthetase (là aminoacyl-tRNA synthetase) gắn phân tử methionyl vào đầu 3' tRNAmet tạo phân tử MettRNAmet Trong tế bào tồn hai loại tRNAmet: Loại thứ chịu trách nhiệm mang phân tử methionyl đến vị trí khởi đầu dịch mã, loại thứ hai mang methionyl đến vị trí có chứa ba AUG nằm phân tử mRNA Với trợ giúp phần tử khởi động IF (initiaion factor), tiểu đơn vị nhỏ ribosome đến gắn vào vị trí chuyên biệt mRNA, vị trí nằm đầu 5', khơng xa trước ba khởi đầu AUG, đồng thời, phân tử Met-tRNAmet định vị vào vị trí có chứa ba khởi đầu, tạo nên phức hợp tiểu đơn vị nhỏ ribosome-mRNA-Met-tRNAmet Ngay sau phức hợp hình thành, tiểu đơn vị lớn ribosome kết hợp vào tiểu đơn vị nhỏ, tạo nên hệ thống dịch mã: ribosome-mRNA-Met-tRNAmet Các nhân tố khởi động sau tách khỏi hệ để tiếp tục khởi động cho trình dịch mã khác.Hiện nay, người ta biết loại nhân tố khởi 10 động procaryote loại eucaryote Năng lượng sử dụng để khởi động dịch mã lấy từ phân tử cao GTP Phân tử mRNA gắn vào tiểu đơn vị nhỏ ribosome môi trường phải có nồng độ Mg+2 định III.5 Điều hịa mức sau dịch mã Có điều hịa hoạt tính protein Glycosylation, phosphorylation: gắn thêm nhóm chất đường, phosphor để protein có hoạt tính Tín hiệu peptide: đoạn gồm 20 amino acid nằm gần phía đầu N polypeptide ribosome có vai trị gắn polypeptide ribosome dạng tổng 11 hợp mạch với lưới nội chất Trong Golgi, polypeptide phóng thích ngồi 12 Tài liệu tham khảo https://www.youtube.com/watch?v=bgIVc2C7zZs https://tailieu.vn/doc/dieu-hoa-bieu-hien-gen-sua-317974.html https://tailieu.vn/doc/chuong-8-dieu-hoa-bieu-hien-gen-1135123.html https://cocheditruyenvabiendi.weebly.com/bagravei-3 -272i7873uhogravea-ho7841t-2737897ng-gen1.html 13 ... ngồi 12 Tài liệu tham khảo https://www.youtube.com/watch?v=bgIVc2C7zZs https://tailieu.vn/doc/dieu-hoa-bieu-hien-gen-sua-317974.html https://tailieu.vn/doc/chuong-8-dieu-hoa-bieu-hien-gen-1135 123 .html... https://tailieu.vn/doc/chuong-8-dieu-hoa-bieu-hien-gen-1135 123 .html https://cocheditruyenvabiendi.weebly.com/bagravei-3 -27 2i7873uhogravea-ho7841t -27 37897ng-gen1.html 13 ... Mg +2 định III.5 Điều hịa mức sau dịch mã Có điều hịa hoạt tính protein Glycosylation, phosphorylation: gắn thêm nhóm chất đường, phosphor để protein có hoạt tính Tín hiệu peptide: đoạn gồm 20