Sinh học phân tử là khoa học nghiên cứu các hiện tượng sống ở mức độ phân tử. Phạm vi nghiên cứu của môn học này có phần trùng lặp với một số môn học khác trong sinh học đặc biệt là di truyền học và hóa sinh học. Sinh học phân tử chủ yếu tập trung nghiên cứu mối tương tác giữa các hệ thống cấu trúc khác nhau trong tế bào, bao gồm mối quan hệ qua lại giữa quá trình tổng hợp của DNA, RNA và protein và tìm hiểu cách thức điều hòa các mối tương tác này. Hiện nay, sinh học phân tử và sinh học tế bào được xem là nền tảng quan trọng của công nghệ sinh học. Nhờ phát triển các công cụ cơ bản của sinh học phân tử như các enzyme cắt hạn chế, DNA ligase, các vector tạo dòng, lai phân tử, kỹ thuật PCR... sinh học phân tử ngày càng đạt nhiều thành tựu ứng dụng quan trọng.
Chương Các chế điều hòa biểu gene tế bào Prokaryote • Điều hồ biểu gene & • Điều hồ dịch mã Câu hỏi • • • • • • Gene gì? Tại gene lại biểu hiện? Khi gene biểu hiện? Gene biểu mức độ nào? Tế bào kiểm soát biểu hiện? Tại tế bào khác lại có mơ hình biểu gene khác nhau? • Tại gene biểu tế bào mà tế bào khác? Điều hòa biểu gene Gene RNA Protein Sự biểu hoạt động gene Các q trình điều hịa Các q trình điều hịa Điều hịa biểu gene Prokaryote Ở mức độ phiên mã: 1. Lac operon 2. Trp operon 3. Điều hoà tầng Ở mức độ dịch mã: 1. Khởi đầu dịch mã 2. Kéo dài dịch mã 3. Tốc độ phân rã mRNA • Q trình điều hồ đòi hỏi đáp ứng nhanh với thay đổi mơi trường • Điều hồ dương tính: hoạt hố hoạt động gen • Điều hồ âm tính: ức chế/ kìm hãm hoạt động gen • Sự tự điều hồ: protein tự điều hồ q trình phiên mã Tóm tắt điều hịa phiên mã Prokaryote • Genome: DNA dạng vịng, trần khơng chứa protein histon khơng hình thành cấu trúc NST • Các gene thường tập trung thành cụm chịu kiểm soát operon (VD: gene liên quan đến trình tổng hợp amino acid định) • RNA thường polycistronic: nhiều protein mã transcript • Vùng điều khiển hoạt động phiên mã vùng trình tự (concensus sequence) nằm vị trí khoảng -35 -10 upstream RNA pol nhận ra, bám vào để thực phiên mã -35 (TTGACA) -10 (TATAAT / Pribnow-box) Tóm tắt điều hịa phiên mã Prokaryote • Hoạt tính RNA pol điều hịa q trình tương tác với protein khác (tăng cường giảm (activator repressor) • Trong nhiều trường hợp, khả tiếp cận vùng promoter điều hòa tương tác protein với vùng trình tự gọi operator • Ở hầu hết operon, vùng operator vùng nằm gần với promoter Trong hầu hết trường hợp vùng operator gắn với protein ức chế (repressor) • Có mơ hình điều hịa E.coli điển hình liên quan đến hoạt động protein ức chế • Dạng mơ hình phụ thuộc vào operon tạo sản phẩm gene cần thiết cho việc sử dụng lượng, gọi operon điều hịa trao đổi chất (VD: lac operon) • Dạng mơ hình điều hịa liên quan đến tạo sản phẩm cần thiết cho tổng hợp phân tử nhỏ (amino acid) Sự biểu gene dạng bị giảm (attennuated) trinh tư có mặt phân tử RNA phiên mã (VD: tryp operon) 10 65 A. giai đoạn hoạt hóa cụm gene globin Giai đoạn 1: cấu trúc chromatin bị cải biến, giảm mức độ xoắn lỏng lẻo B Giai đoạn 2: protein điều hịa có mặt gắn vào vị trí cải biến 66 Chức vùng điều khiển locus hoạt hóa chromatin 67 Liên hệ Methyl hóa DNA cấu trúc chromatin • Các protein tham gia vào q trình phiên mã gắn với vùng CpGs methyl hóa • MeCP2 (methyl CP binding protein 2) Khi MeCP2 gắn với CpG methyl hóa dẫn đến ức chế phiên mã • Khi MeCP2 bị phoshoril hóa gắn với DNA với lực thấp (lỏng lẻo) Khả gắn MeCP2 với DNA phụ thuộc vào trạng thái phosphoril hóa Khi MeCP2 bị phosphoril hóa hoạt hóa cấu trúc chromatin phiên mã diễn • Thiếu protein MeCP2 dẫn đến hội chứng Rett syndrome 68 Rett syndrome thường gặp nữ • Rối loạn phát triển thần kính • Chậm chạp, • Trí tuệ chậm phát triển • Giảm khả nói, diễn đạt 69 Cải biến protein histon Sự cải biến protein histon bao gồm • methylation • acetylation, • phosphorylation 70 Cải biến histon • Acetyl hóa histon thường gặp cấu trúc chromatin hoạt động (active) phiên mã thường xuyên xảy vùng histon acetyl hóa • Ngược lại, histon khơng acetyl hóa thường gắn với vùng heterochromatin hoạt động phiên mã khơng xảy 71 72 Deacetyl hóa • Deacetyl hóa dẫn đến ức chế hoạt động gene 73 74 75 Cải biến histon • Phosphoril hóa xảy trước tiên đáp ứng tín hiệu bên ngồi: yếu tố kích thích sinh trưởng, sốc nhiệt, stress • Tầm quan trọng phosphoril hóa histon kiểm soát hoạt động gene thể rõ hội chứng Coffin-Lowry • Bệnh sai hỏng gene RSK2 mã hóa cho enzyme phosphoril hóa histone Coffin-Lowry hội chứng dạng chậm phát triển trí tuệ liên kết với NST X: giảm khả nghe, chậm phát triển, nhận thức chậm chủ yếu ảnh hưởng nam giới 76 77 Tháo xoắn phiên mã • Gene mã hóa cho β-globin người gà Gene gồm cluster, trải rộng khắp 50,000 nucleotide, phiên mã tế bào máu Mỗi gene “bật” giai đoạn phát triển khác quan khác • Một loạt protein điều hòa cần thiết cho việc “bật” gene phải có mặt khơng gian thời gian Toàn cụm gene điều khiển “bật tắt” liên quan đến hoạt hóa chromatin • Bằng chứng: Kiểm tra độ mẫn cảm gene globin với DNase I Ở tế bào gene globin khơng biểu hiện, DNA gene hồn toàn kháng với DNase I chứng tỏ chúng bao bọc chặt cấu trúc chromatin Đối với tế bào biểu globin, toàn cụm gene trở lên nhạy cảm với DNase I 78 Tài liệu tham khảo 79 ... hình biểu gene khác nhau? • Tại gene biểu tế bào mà tế bào khác? Điều hòa biểu gene Gene RNA Protein Sự biểu hoạt động gene Các q trình điều hịa Các q trình điều hòa Điều hòa biểu gene Prokaryote. .. lên từ 20 -50 lần 31 Vai trò cAMP 32 Ứng dụng lac operon thực tiễn 1. lac promoter (đỏ), 2. lac operator (xanh) 3. gene mã hóa cho T7 RNA polymerase (hồng) 4. lac inducer (xanh) 5. Genome...• Điều hoà biểu gene & • Điều hoà dịch mã Câu hỏi • • • • • • Gene gì? Tại gene lại biểu hiện? Khi gene biểu hiện? Gene biểu mức độ nào? Tế bào kiểm soát biểu