Di truyền học (từ cách tiếp cận mới đến vấn đề cải cách giáo dục môn học) phần 2

Phan Ill KIEM SOAT BIEU HIEN CUA GEN Như biết, sinh vật nhân chuẩn, gần tắt tế bào sản phẩm nguyên phân, tức chúng giống hệt mang gen giông Nếu tất gen hoạt động với mức độ hình bóng khác suốt dạng, hình thời gian tồn tất chúng cầu Nhưng thực mơ thẻ, hình dạng, nói ta giống giống tế không diễn Những gen tế bảo khác hoạt động chức với cường độ khác thời gian khác Nói cách khác, gen khơng sản xuất tắt protein chúng vào lúc, việc sản xuất protein chịu diéu khiển Chúng ta thay thể, dù người, động vật hay thực vật, có hàng chục quan (các mơ) khác hình thái chức Đó khác biệt biêu gen Trong trình bày đường từ gen đến tính trạng ánh hưởng yếu tố môi trường người đến tính trạng Phân ba giới thiệu thêm hai chế điều khiển biêu gen I) Cơ chế bật - tắt gen sinh vật nhân sơ vi khn với mơ hình đơn vị chịu điều khiển gọi operon lac (bài 17); 2) Các chế ngoại di truyền (bài 18) Về mặt hóa học, hai chế phức tạp Sự sống vậy, chạm đâu thấy chế hóa học Nhưng góc độ di truyền học, cần biết chế bật - tắt gen ta bật - tắt đèn nhà Bật lên đèn sáng, làm việc Tắt tối không làm việc được, tức gen không hoạt động Cần nhớ thực tế thời điểm có tới 80% gen trạng thái khơng hoạt động Cịn chế ngoại di truyền đặc biệt Nó không chịu ảnh hưởng thông tin di truyền nằm trình tự bazơ nitơ ADN mà thay đổi nhóm phosphat đường pentose gay Bài 17 GEN CÚ THỂ BẬT VÀ TẮT Cac nha nghién ctru Phap (Jacob va Monod, 1961, giai Nobel) lan đâu tiên làm sang to co chế điều hòa hoạt động gen đối tượng vi khuẩn gọi chế biểu hién gen biét hoa (differential gene expression) Đây ché “bat” va “tat” gen Operon = faci điểm bám ee : fac lacZ Ẻ s : lacA : i @ lacY mARN Glucose cao 'acâse thp đ=lactose Biu mức độ thắp (co ban) + Glucose cao ——esSÌ>——Cs25———anne—annn—aunmmnnnnnnnno-cmmnnsmmnmsulirommmnmmmsmEy— # œœ®—- Ì 2CÍOSO CAO @= lactose Biểu mức độ cao (liên tục) ]——————b— —_Ể®_@_,,._ — Gilucose tháp | 2CfOS© CAO -.; Lactose thấp Hình 22 Nguyên lý hoạt động operon Thi nghiệm đỏ sau: Khi có đường lactose mơi trường thi v khuan £ coli bật tồn nhóm gen để chuyển hóa đường Các nha nghiên cứu phát thấy lactose loại bỏ nhân tố ức chế DI TRUYỆN HỌC m 68 khỏi ADN Sự loại bỏ nhân tó ức chế “bật điện” cho gen sản xuất protein Gen tạo nhân tô ức chế gọi gen điều hòa (laci) Phat minh làm thay đổi quan niệm trước phát triển sinh vật bậc cao Các tế bào khơng có chương trình di truyền dùng cho protein cấu trúc ADN chúng mà cịn có ca chương trình kiểm sốt (điều hịa) biểu chương trình nói Các tiết chương trình điều hịa nghiên cứu đoạn /ac operon - đơn vị điểu hòa cua gen bang lactose Sơ đồ nguyên lý hoạt động operon trình bày hinh 22 Các thành phân đơn vị chiu điều khiển (operon) bao gồm gen cẩu trúc (các gen tổng hợp protein /acZ, lacY, lacA), gen diéu hoa laci sản protein ức chè, điểm chi huy O va Promotor P Chat ức chế gen điêu hòa sinh bám vào điểm huy làm cho cụm gen cầu trúc không hoạt động (bị tắt) Nhưng nêu có chất thích hợp xuất mơi trường tương tác với chất ức chê làm cho chất phải nhá điểm huy cụm gen cấu trúc bắt đầu hoạt động Nhờ chế tắt - bật gen mà tat ca tế bào thê củng mang gen giống chứa thông tin di truyền đầy đủ Nhưng khoảng 20% gen biểu thời điểm cụ thể Các protein khác tạo tế bào khác phù hợp với chức tế bào Sự biểu gen kiểm soát điều hịa chặt chẽ Phần lớn sinh vật có thể gồm nhiêu loại tế bào khác chuyên hóa để thực chức khác Chúng gọi tế bào biệt hóa, khác với tế bào gốc Tế bảo gan chẳng hạn, khơng có nhiệm vụ hóa sinh tế bào thần kinh Vì chức hóa sinh xác định enzym (protein) đặc hiệu, nên gen khác phải bật tắt loại tế bảo khác Đó cách tế bào biệt hóa Quan niệm vẻ biểu đặc thủ tế bào gen chứng minh thí nghiệm lai - thí nghiệm có thẻ xác định mARN cé loại tế bảo Ngày nay, phép thử ADN chip gen giúp sàng lọc nhanh chóng tât hoạt động gen sinh vật Phin Ill Kiếm soát biểu gen 69 Tế bào trơn Hình 23 Biệt hóa tế bào Câu hỏi thảo luận I, Operon lac la gi, hoat déng sao? Gen cau tric va gen điều hịa có chức gì? Nếu khơng có hệ thơng điều khiên hoạt động gen điều gØÌ Xay ra? Các tê bào quan biệt hỏa chế nào? š Ý nghĩa cua thí nghiệm lai phân tứ việc xác định m.4ARN đặc thù cho loại mô? Bài 18 NGOẠI DI TRUYEN (Epigenetics) MOT CACH KIEM SOAT BIEU HIEN GEN Ngoại di truyén la linh vực nghiên cứu chế sinh hoc bar va tat gen, nói cách khác, lĩnh vực nghiên cứu /hay đôi biểu gen mà khơng thay đổi trình tự ADN Các chê ngoại di truyền tạo thêm tang kiểm soát phiên mã, cho phép điều khiển cách biểu gen Cơ chế hoạt động then chốt phát triển sinh trưởng bình thường tế bào Các bất thường ngoại di truyền nhân tố gây ung thư, rối loạn di truyền hội chứng nhi khoa Chúng có thê nhân tố góp phần gây bệnh tự miễn dịch lão hóa Bai giới thiệu nguyên lý chế ngoại di truyền góp phần chúng vào chăm sóc sức khỏe người nêu lên hậu lâm sảng sai lệch ngoại di truyền Ở giới thiệu cách tiếp cận ngoại di truyền chẳn đốn điều trị có định hướng bệnh phổ lâm sàng Lĩnh vực ảnh hưởng sâu rộng y học, đặc biệt biến đổi di truyền chức gen mà khơng biến đổi trình tự ADN Lĩnh vực phát triển nhanh tạo hội hập dẫn cho chan don va diéu tri cdc rối loạn lâm sàng phức tạp Nguyên lý bán ngoại truyền tượng /methyl hóa ADN sửa đổi histon Sau hình minh họa hai trình (hành 24) (A) So dé sửa đổi ngoại di truyền Các sợi ADN cuộn gói xung quanh khối bát phân histon, tạo thê nhân (nucleosome), cầu trúc tổ chức thành chromatin - đơn vị vật liệu cấu thành nhiễm sắc thể Quá trình sửa đổi histon đặc hiệu điểm thuận nghịch diễn nhiều điểm thông qua acetyl hóa, methyl hóa phosphoryl hóa Methyl hóa ADN xảy vị trí gốc cytosin phản ứng xúc tác enzym ADN methyltransferase Phần Ill Kiểm soát biểu gen c - 71 (DNMTs) Đồng thời, sưa đôi nảy cung cấp tín hiệu (signature) ngoai di truyền riêng biệt cỏ tác dụng điều khiển câu trúc chromatin va biéu hién gen (B) Sơ đồ thay đối thuận nghịch cau tric chromatin ảnh hưởng, đến biểu gen: gen biểu (bật) chromatin mơ (hoạt động), vả chúng bị bất hoạt (tắt) chromatin bị đặc (câm lặng) Trên hình, châm trắng cytosin khơng methyl hóa, chấm đỏ cytosin methyl hoa Sự thay đổi anh hướng đến câu trúc ADN-histon Do vây, tạo nên chromatin hoat động (mở) chromatin bất hoạt (cô đặc) 5-Methylcytosin Cytosin NH, NH, So | H