Điều hoà phiên mã - Điều hòa hoạt động gen ở nhân thật Bình thường, một mình ARN pôhmeraza không thể liên kết được với promoter mà chúng phải liên kết với một số prôtêin được gọi là các
Trang 1Điều hoà phiên mã - Điều hòa hoạt động gen ở nhân thật
Bình thường, một mình ARN pôhmeraza không thể liên kết được với promoter mà chúng phải liên kết với một số prôtêin được gọi là các yếu tố phiên mã cơ bản
Khi có phức hợp ARN pôlimeraza - yếu tố phiên mã thì mới liên kết được với promoter và quá trình phiên mã được diễn ra nhưng ở một mức độ rất thấp Người ta gọi là mức độ phiên mã cơ bản Tuy nhiên, ở sinh vật nhân thực nhiều khi một số gen cần phiên mã ở mức độ rất cao tạo ra một lượng lớn sản phẩm để đáp ứng nhu cầu của tế bào cũng như với điều kiện môi trường bên ngoài Quá trình phiên mã ở mức độ cao như vậy được gọi là phiên mã được kích hoạt Làm thế nào một gen nào đó có thể đạt được trạng thái phiên mã được.kích hoạt ? Tế bào giải quyết vấn đề này bằng cách tổng hợp ra rất
nhiều loại prôtêin đặc biệt được gọi là các yếu tố phiên mã đặc hiệu hay các
chất hoạt hoá đặc hiệu
Nằm trước vùng promoter của các gen thường có các trình tự nuclêôtit đặc biệt được gọi là vùng điều hoà gần kề (proximal control elememets) và các trình tự nuclêôtit điều hoà nằm ở rất xa gen được gọi là vùng điều hoà tầm xa (distalcontrol elements) Các trình tự nuclêôtit nằm ở xa thậm chí hàng nghìn cặp nuclêôtit này được gọi là trình tự enhancer (trình tự tăng cường) hoặc trình tự nuclêôtit làm nhiệm vụ bất hoạt gen (trình tự bất hoạt- silencer) Khi những gen cần được phiên mã với tốc độ cao thì tế bào sản sinh ra các yếu tố
Trang 2phiên mã đặc hiệu bám vào vùng enhancer làm cho vùng này bị uốn cong đi
và tiếp cận được với vùng promoter làm cho tăng ái lực của promoter với ARN pôlimeraza Ngược lại, khi một prôtêin bất hoạt nào đó liên kết với vùng silencer thì ARN pôlimeraza không thể liên kết được với promoter và trình phiên mã không thể xảy ra
Làm thế nào tế bào của sinh vật nhân thực có thể đóng mở một số gen cùng một lúc để thực hiện một chuỗi phản ứng hoá sinh nhất định ? Đối với sinh vật nhân sơ, việc này được" thực hiện bằng cách các gen cần được phiên mã
cùng lúc được sắp xếp trong cùng một opêron có chung một promoter Đối
với sinh vật nhân thực, mỗi gen có một promoter riêng nên việc điều phối sự phiên mã của nhiều gen cùng lúc được thực hiện theo nhiều cách khác nhau Dưới đây là một vài cách điều phối phiên mã của các gen mà các nhà khoa học đã biết :
Các gen cần phiên mã cùng lúc được sắp xếp gần nhau trên cùng một nhiễm sắc thể Bằng cách này, vùng nhiễm sắc thể chứa nhóm gen đó có thể được dãn xoắn hoặc co xoắn cùng lúc khiến ARN pôlimeraza có thể tiếp cận hay không tiếp cận được với các gen cần phiên mã
Các gen cần phiên mã cùng nhau có thể được điều hoà phiên mã bởi cùng một nhóm yếu tố phiên mã đặc hiệu (chất hoạt hoá hoặc chất ức chế đặc hiệu)
Bằng cách này, các gen có thể nằm rải rác trong cùng một hệ gen vẫn có thề được phiên mã đồng thời vì các vùng điều hoà của chúng đều được gắn với các chất điều hoà phiên mã đặc hiệu có trong tế bào Ví dụ, khi hoocmôn sinh
Trang 3dục ơstrôgen vào trong tế bào thì nó liên kết với thụ thể đặc hiệu trong tế bào chất tạo nên phức hợp ơstrôgen - thụ thể hoạt động như chất hoạt hoá gen Những gen nào nằm trong tế bào có vùng điều hoà liên kết được với phức hợp hoocmôn thụ thể này thì gen đó sẽ được phiên mã bất luận chúng nằm ở đâu trong tế bào Tương tự, khi các phân tử tín hiệu từ bên ngoài có bản chất hoá học không thuộc loại steroit thì chúng chỉ có thể liên kết với thụ thể trên màng của tế bào đích và chúng truyền tín hiệu vào trong tế bào làm hoạt hoá một số chất hoạt hoá phiên mã đặc hiệu Sau đó, những gen nào có chung vùng điều hoà có ái lực với chất hoạt hoá phiên mã này thì chúng đồng thời được phiên mã
Trang 4Mối liên quan giữa đột biến gen với mã di truyền và prôtêin
Các dạng đột biến gen: mất, thêm, thay thế có ảnh hưởng khác nhau tới mã di truyền, tới sự biến đổi trình tự của các nuclêôtit, từ đó ảnh hưởng tới quá trình phiên mã và dịch mã, do đó ảnh hưởng tới cấu trúc và chức năng của prôtêin
Dạng thay thế một cặp nulêôtit có ảnh hưởng ít hơn tới sự biến đỏi của mã di truyền Ví dụ, dạng thay thế cặp nuclêôtit liên quan tới một codon Tùy theo những vị trí thay thé của cặp bazơnitric trong bộ ba mà cho ra hiệu quả khác nhau
Mã di truyền mang tính thoái hóa, nghĩa là nhiều codon cùng mã hóa một loại axit amin (từ hai đến sáu bộ ba) Đây là hiện tượng phổ biến cho tất cả các loại axit amin, trừ mêtiônin và tryptophan Trong trường hợp này, trí thứ nhất
và thứ hai trong bộ ba thường cùng một loại bazơnitric, còn vị trí thứ ba có thể là các loại bazơ khác nhau
Ví dụ, lơxin có 6 codon cùng mã hóa là: UUA, UUG, XUU, XUX, XUA, XUG Người ta cho rằng vai trò quan trọng là bazơ ở vị trí thứ hai, như trong
6 bộ ba trên vị trí đó đều có U tiếp theo là bazơ ở vị trí thứ nhất, như trong 6
vị trí thứ nhất có U và X; còn bazơ ở vị trí thứ ba trong codon có vai trò kém hơn Từ đó cho thấy nếu đột biến thay thế diễn ra ở vị trí thưa hai trong
Trang 5codon làm cho mã di truyền thay đổi, axit amin tương ứng sẽ bị thay thế bằng một loại axit amin khác Riêng trường hợp với hai bộ ba là AUG (mêtiônin)
và UGG (tryptophan) thì đột biến thay thế cặp nuclêôtit ở vị trí nào trong bộ
ba cũng đều làm cho mã di truyền thay đổi đưa đến sự thay thế axit amin tương ứng bằng axit amin khác trong chuỗi pôlipeptit
Hiệu quả của dạng đột biến thay thế cặp nuclêôtit còn tùy thuộc vào vị trí của axit amin thay thế trong chuỗi polipeptit Nếu axit amin thay thế nằm ở trung tâm hoạt động của enzim hoặc gần nó thì có thể làm biến đổi hoạt tính của enzim của prôtêin bị biến đổi Còn nếu như axit amin bị thay thế nằm ở phần khác của enzim thì có thể không ảnh hưởng gì đến hoạt tính của enzim
Dạng đột biến thay thế cặp nuclêôtit trong gen đưa đến sự thay thế axit amin trong chuỗi pôlipeptit tương ứng được gọi là đột biến có nghĩa hay nhầm nghĩa Còn nếu như dạng đột biến thay thế làm xuất hiện bộ ba vô nghĩa – bộ
ba kết thúc trên mARN dẫn đến mạch pôlipeptit được hình thành sẽ ngắn hơn mạch bình thường và không hoạt động chức năng Ví dụ như, do đột biến thay thế cặp bazơ trong gen đa đưa đến sự biến đổi bộ ba UGX mã hóa xistêin thành UGA là codon kết thúc do đó chuỗi peptit không được tạo thành Dạng đột biến này được gọi là đột biến vô nghĩa
Dạng đột biến mất hay thêm một cặp nuclêôtit trong gen, nhìn chung có ảnh hưởng lớn tới trinh tự các nuclêôtit trong gen, làm cho cấu trúc của các codon
bị thay đổi theo kiểu “dồn toa” hay còn gọi là đột biến dịch khung Đột biến
đó sẽ đưa đến việc tạo ra một mARN mà ở đó khung đọc bị dịch chuyển đi một nuclêôtit, bắt đầu từ điểm xảy ra đột biến trên mARN, quá trình đọc mã
Trang 6sẽ đọc các codon khác hẳn bình thường, do đó tạo ra prôtêin có thành phần và trình tự các axit amin không bình thường trong chuỗi pôlipeptit so với prôtêin ban đầu và không hoạt động
Cũng có thể dạng đột biến mất hay thêm cặp bazơ ở vị trí mà sự dịch khung làm xuất hiện codon kết thúc tạo cho mạch pôlipeptit không được tổng hợp hay được tổng hợp sẽ ngắn hơn dạng bình thường giống như trường hợp đột biến thay thế đã đề cập