Cấu Trúc Và Hoạt Động Của Gen

Gen Gen đơn vị chức nhỏ • Ví dụ: đột biến khả tổng hợp adenine Neurospora crassa liên quan đến loại gen •  Gen không kiểm tra di truyền chu trình tổng hợp adenine, mà đơn vị chức nhỏ nhất, kiểm tra giai đoạn chu trình Gen cấu trúc có vùng: • Vùng điều hòa đầu gen: mang tín hiệu khởi động • Vùng mã hóa: mang thông tin mã hóa amino acid • Vùng kết thúc: nằm cuối gen mang tín hiệu kết thúc phiên mã Mạch mã gốc 3’ Vùng điều hòa Mạch bổ sung 5’ Vùng mã hóa Vùng kết thúc 5’ 3’ Gen Gen cấu trúc có vùng: • Vùng điều hòa: o Vị trí: nằm đầu 3’ mạch mã gốc gen o Gồm có trình tự điều hoà, promoter, operator o Chức năng: nơi để RNA polymerase nhận biết liên kết để khởi động trình phiên mã o Ở vi khuẩn, có loại promoter có loại RNA polymerase o Eukaryote có loại RNA polymerase nên có loại promoter Mạch mã gốc 3’ R P O Vùng mã hóa Mạch bổ sung 5’ Vùng điều hoà R= Trình tự điều hoà P: Promoter O: Operator Vùng kết thúc 5’ 3’ Gen Sinh vật nhân sơ (prokaryote) Mạch mã gốc 3’ Vùng điều hòa Vùng kết thúc Vùng mã hóa Mạch bổ sung 5’ 5’ 3’ Gen không phân mảnh Sinh vật nhân thực (eukaryote) Mạch mã gốc 3’ Vùng điều hòa Vùng kết thúc Vùng mã hóa Mạch bổ sung 5’ Exon Intron Exon Gen phân mảnh Intron Exon 5’ 3’ Gen Gen cấu trúc có vùng: • Vùng mã hóa: o Gen không phân mảnh: gen thực vật nhân sơ có vùng mã hóa liên tục gọi cistron Các cistron xếp thành nhóm chung vùng điều hoà tạo thành operon Kiểu tổ chức di truyền giúp vi khuẩn thích nghi với thay đổi điều kiện ngoại cảnh o Gen phân mảnh: gen thực vật nhân thực có vùng mã hóa không liên tục chứa đoạn không mã hoá (intron) xen kẽ với đoạn mã hoá (exon) số gen intron gen mã hoá cho protein histone Ở nhiều gen, tổng độ dài intron lớn exon gen mã hoá cho albumin, conalbumin Các đoạn intron bị cắt bỏ trình phiên mã Điểm giao tiếp intron exon có dấu hiệu đặc biệt cặp bazo GU AG Điều hòa biểu gen • Quá trình kiểm soát gen Prokaryote đòi hỏi đáp ứng nhanh với thay đổi môi trường • Đối với eukaryote, điều hòa gen hướng đến việc trì cân nội môi • Kiểm soát gen dương – có nghĩa hoạt hóa hoạt động gen, âm – kìm hãm hoạt động gen hai kiÓu ®iÒu hoµ ho¹t ®éng gen ë prokaryote hai kiÓu ®iÒu hoµ ho¹t ®éng gen ë prokaryote Nguyên lý Operon • Một nhóm gen có quan hệ chức chịu kiểm soát đồng thời: “đóng” “mở” • Sự “đóng” “mở” lúc nhóm gen kiểm soát đoạn DNA gọi vùng vận hành (operator) • Một operon đoạn DNA bao gồm vùng vận hành, vùng khởi động gen cấu trúc chúng kiểm soát Nguyên lý Operon • Operon bị “đóng” protein gọi chất ức chế (repressor) • Chất ức chế ngăn cản phiên mã gen cách gắn vào vùng vận hành, cản trở gắn RNA polymerase vào vùng khởi động • Chất ức chế điều khiển tổng hợp gen điều hòa (regulatory gene) Giai đoạn khởi đầu (RNA polymerase II) • Đầu tiên, tác nhân hoạt hóa phiên mã đến gắn vào trình tự đặc hiệu DNA để hấp dẫn RNA polymerase II • Phức hợp trung gian cho phép tác nhân hoạt hóa tác động tốt lên RNA polymerase II yếu tố phiên mã tổng quát • Cuối cùng, phiên mã cần enzyme biến đổi chromatin để giúp máy khởi đầu phiên mã gắn vào DNA chromatin cách dễ dàng Giai đoạn khởi đầu (RNA polymerase II) Giai đoạn kéo dài • Khi RNA polymerase chuyển sang giai đoạn kéo dài yếu tố khởi đầu bị loại bỏ, yếu tố kích thích kéo dài thu hút đến kinase P-TEFb TFIIS • Kinase P-TEFb hoạt động ba cách: – Phosphoryl hóa kích hoạt dư lượng serine vị trí CTD – Phosphoryl hóa hSPT5 protein - yếu tố kéo dài – Kết hợp thêm yếu tố kéo dài khác, TAT-SF1 • TFIIS có hai chức năng: – Làm tăng tốc độ kéo dài – Góp phần sửa chữa trình cách kích hoạt hoạt động RNase RNA polymerase mà loại bỏ ribonucleotides kết hợp sai Quá trình trưởng thành mRNA Quá trình trưởng thành mRNA • Gắn mũ 5’ (1), cắt nối gen (2), gắn đuôi polyA (3) Quá trình trưởng thành mRNA • Sự gắn mũ vào đầu 5’ – RNA 25 nu  đầu 5’ gắn mũ guanine – Phản ứng thực gồm enzyme: • Phosphatase: loại gốc phosphate khỏi đầu 5’ RNA sinh • Guanylyl transferase gắn GTP liên kết đảo ngược • Methyl transferase gắn nhóm methyl vào guanosine Quá trình trưởng thành mRNA • Chức 5'capping: – Điều hòa vận chuyển hạt nhân – Bảo vệ mRNA 5„ kết thúc từ trình tiêu hóa exonuclease – Điều hòa dịch mã – Điều hòa cắt bỏ intron 5‟ Quá trình trưởng thành mRNA • Quá trình cắt nối gen (splicing) – Quá trình loại bỏ intron nối exon lại với – Thực phân tử RNA (dưới 200 nu) gọi snRNA Quá trình trưởng thành mRNA • Các trình cắt nối bao gồm hai giai đoạn: Giai đoạn lắp ráp:  Một loại protein giúp đỡ, U2AF giúp BBP (Protein gắn vị trí phân nhánh) để liên kết với nhánh; U1 snRNP liên kết với đầu 5„  U2 snRNP đến thay BBP  U4/U6, U5 snRNPS tham gia vào phức hợp  U1 thay U6 vị trí cắt nối đầu 5‟ Quá trình trưởng thành mRNA • Các trình cắt nối bao gồm hai giai đoạn: Xúc tác phản ứng este hóa:  U4 giải phóng, cho phép tương tác U6 U2  este hóa bao gồm tương tác vị trí cắt nối đầu 5‟ vị trí phân nhánh, liên kết đồng hóa trị A vị trí phân nhánh đầu 5‟ intron tao cấu trúc thòng lọng  Trong phản ứng thứ hai, đầu 3‟ exon nối với 5‟ exon thòng lọng intron giải phóng Quá trình trưởng thành mRNA Quá trình trưởng thành mRNA • Sự gắn đuôi poly(A) vào đầu 3’ kết thúc phiên mã – Các enzyme cần thiết cho trình tập trung đuôi CTD gồm: • CPSF (yếu tố đặc hiệu tách RNA gắn đuôi polyA) • CstF (yếu tố kích thích tách RNA) Quá trình trưởng thành mRNA • Phản ứng xảy sau: – CPSF liên kết với AAUAAA CstF liên kết với vùng giàu GU chuỗi polyA tiền mRNA Những yếu tố tách tiền mRNA – Sự kết nối CPSF CstF kéo theo protein khác, PAP (poly-A polymerase) mà sau thêm nhiều A dư (khoảng 200 A) vào đầu 3‟ RNA tách • RNA trưởng thành hình thành kết thúc phiên mã Phiên mã ngược • Tổng hợp DNA dựa khuôn mẫu RNA • Chất xúc tác đặc biệt enzyme phiên mã ngược (RT: reverse transcriptase) (lần đầu phát retrovirus) • Cần có primer đặc biệt để tổng hợp DNA • Sự phát enzyme phiên mã ngược có ý nghĩa quan trọng nghiên cứu tiến hóa hệ thống sinh giới • Quá trình phiên mã ngược chia làm 10 bước Phiên mã ngược tRNA tế bào có tính đặc hiệu với retrovirus để khởi phát phiên mã ngược DNA kéo dài từ tRNA có trình tự bổ sung với genome RNA retrovirus Trình tự R đầu 5’ U5 virus bị loại bỏ RNase H Đổi khuôn mẫu lần Một sợi DNA kéo dài từ đầu 3’ Hầu hết RNA virus bị loại bỏ Rnase H Sợi DNA thứ hai kéo dài từ RNA lại virus tRNA phần lại RNA bị loại bỏ RNase H Đổi khuôn mẫu lần 10 Kéo dài sợi DNA [...]... mt phõn t gi l cht cm ng (inducer) lm bt hot cht c ch gen phiờn mó (m) Lac operon l mt operon cm ng, cha cỏc gen mó húa cho cỏc enzyme tham gia vo vic thy phõn v chuyn húa ng lactose Kim soỏt õm tớnh Operon c ch (repressible operon): Bỡnh thng hot ng (m) Khi cht c ch gn vo vựng vn hnh gen ngng phiờn mó Trp operon l mt operon c ch, cú cỏc gen mó húa cho cỏc enzyme tham gia vo quỏ trỡnh tng hp... DNA u cú th lm khuụn Cho mi gen thỡ ch 1 on DNA c s dng lm khuụn Khuụn DNA c xỏch nh da vo v trớ v chiu ca promoter Vớ d: gen a, d, e c phiờn mó t on DNA trờn; gen b, c, f, g c phiờn mó t on DNA di Sinh tng hp RNA (phiờn mó) c im chung Enzyme RNA polymerase Vựng DNA cha gene c m xon cc b, v ch mt si n gi l si cú ngha (sense strand) c dựng lm khuụn (template) cho tng hp RNA din ra theo nguyờn... điều hoà của operon lac theo cơ chế tích cực QU TRèNH PHIấN M Prokaryote Eukaryote Sinh tng hp RNA (phiờn mó) Phiờn mó (transcription): quỏ trỡnh tng hp RNA khỏc nhau t thụng tin di truyn cha ng trong DNA RNA mi tng hp l bn sao s cp gi l preRNA, phi tr thnh RNA trng thnh trc khi tham gia vo sinh tng hp protein ca t bo on DNA no cú th s dng lm khuụn? C hai on DNA u cú th lm khuụn Cho mi gen thỡ... l bn loi ribonucleoside triphosphate: ATP, UTP, GTP v CTP Sn phm ca phiờn mó l cỏc RNA si n (single RNAs) S khi u v kt thỳc phiờn mó ph thuc vo cỏc tớn hiu iu ho l cỏc trỡnh t DNA c thự nm trc v sau gene c phiờn mó Quỏ trỡnh phiờn mó: M u (1) (4) Kộo di (5), (6) Kt thỳc (7) ... Vựng kt thỳc Vựng mó húa Mch b sung Exon Intron Exon Gen phõn mnh Intron Exon Gen Gen cu trỳc cú vựng: Vựng mó húa: o Gen khụng phõn mnh: cỏc gen thc vt nhõn s cú vựng mó húa liờn tc gi l cistron.. .Gen Gen l n v chc nng nh nht Vớ d: s t bin mt kh nng tng hp adenine Neurospora crassa liờn quan n loi gen Gen khụng ch kim tra di truyn c chu trỡnh... iu kin ngoi cnh o Gen phõn mnh: cỏc gen thc vt nhõn thc cú vựng mó húa khụng liờn tc cha on khụng mó hoỏ (intron) xen k vi on mó hoỏ (exon) mt s ớt gen khụng cú intron nh gen mó hoỏ cho protein