Tài liệu CHƯƠNG 10: ĐIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE pdf

1 CHƯƠNG 10: ĐIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE PHẦN II: CƠ SỞ DI TRUYỀN HỌC TS. Nguyễn Hồi Hương X.1. Các kiểu điều hòa sự biểu hiện gene 1. Sự biểu hòện của gene (gene expression): quá trình một gene được phiên mã, dòch mã thành sản phẩm có chức năng của tế bào. Gene ở cacù động vật đa bào giống nhau. Mức độ các gene được biểu hiện không giống nhau. 2. Các kiểu biểu hiện gene Biểu hiện liên tục hay gene cơ cấu (constitutive gene): gene phiên mã liên tục tạo protein cần thiết cho đời sống tế bào dưới mọi điều kiện (ví dụ các enzyme cơ bản của tế bào – constitutive enzyme). Ví dụ: gene mã hóa enzyme quá trình đường phân, protein của bộ khung tế bào hay nhiễm sắc thể, protein của lưới nội chất, bộ Golgi hay màng nhân. Biểu hiện điều hòa hay gene được điều hòa (regulated gene): chỉ hoạt động trong một số điều kiện như -Phụ thuộc vào giai đoạn phát triển -Biệt hóa tế bào -Điều kiện môi trường (t o , ánh sáng, trọng lực) -Dinh dưỡng (thức ăn, hóa chất) -Thời gian trong ngày -Chu kỳ tế bào Gene cơ cấu Gene được điều hòa Các tế bào khác nhau biểu hiện các gene khác nhau 2 Gắn chóp ở đầu 5’ Gắn đuôi ở đầu 3’ Splicing mRNA trưởng thành theo lỗ nhân ra ngoài tế bào chất Phiên mã Dòch mã Phiên mã Dòch mã Quá trình biểu hiện gene Protein mang hoạt tính X. 2. Điều hòa biểu hiện gene ở Prokaryote Đơn giản, một sợi DNA vòng, số lượng gene giới hạn Chu trình tb ngắn 20-30 phút Không có biệt hóa tb Gene được điều hòa do nhu cầu của tb khi cần thiết E. coli S lượng : khoảng 4000 gene S protein: 10 7 phân tử gồm 3000 loại 1. Các mức điều hòa a) Điều hòa phiên mã: Đóng hay mở gene b) Điều hòa dòch mã c) Điều hòa hoạt tính protein (enzyme) Điều hòa quá trình biến đổi thứ cấp để enzyme có hoạt tính Proenzyme  Enzyme Điều hòa ngược. Vi khuẩn biểu hiện những gene khác nhau khi nguồn dinh dưỡng thay đổi Phiên mã ở vi khuẩn (mostly A,G) (2x α, β, β‘ subunits) Promoter: nơi RNA polymerase gắn vào một mạch DNA để khởi sự phiên mã, vò trí điều hòa quan trọng sigma factor: TIểu đơn vò của RNA polymerase nhận biết promoter Trình tự base viết theo hướng 5‘  3‘ 3 2. Điều hòa mức phiên mã Điều hòa âm Nguyên tắc: chỉ sử dụng năng lượng khi cần. Điều hòa âm (negative control) = regulator protein (repressor) kìm hãm tổng hợp mRNA Hiện tượng điều hòa Cảm ứng enzyme (enzyme induction) Kìm hãm enzyme (enzyme repression) Đònh nghóa Chất cảm ứng (Inducer): cơ chất của enzyme có mặt trong môi trường dẫn đến enzyme được tổng hợp Chất kìm hãm (corepressor): chất có mặt trong môi trường làm enzyme tổng hợp nó không được tổng hợp Effector Inducer là cơ chất hoặc chất tương tự cơ chất (analog) Corepressor là sản phẩm Regulator protein Repressor protein Repressor protein Mức điều hòa Phiên mã Phiên mã Cơ chế Inducer gắn vào repressor protein, thay đổi cấu trúc không gian của repressor. Repressor không gắn được vào operator, RNA polymerase gắn tự do vào promoter, bắt đầu phiên mã. Corepressor gắn vào repressor protein, thay đổi cấu trúc không gian của repressor. Repressor gắn vào operator, ngăn RNA polymerase gắn vào promoter, ngừng phiên mã. Nguyên tắc điều hòa biểu hiện gene ở Prokaryote Gene điều hòa (regulator gene) đóng/ mở gene cấu trúc (structural gene). Gene điều hòa mã hóa protein kìm hãm (repressor protein). Promotor: nơi RNA polymerase tương tác để khởi sự phiên mã Operator: trình tự nằm sát cạnh hay nằm trong vùng promotor, có ái lực với repressor tương ứng. Khi protein kìm hãm (repressor protein) gắn vào operator, RNA polymerase không gắn được vào promotor, ngừng phiên mã Operon: đơn vò hoàn chỉnh của biểu hiện gene = nhóm các gene cùng phiên mã và sự biểu hiện của chúng cùng được điều hòa = promotor + operator + gene cấu trúc. Lac operon: điều hòa âm, cảm ứng chứa các gene cần thiết để dò hóa lactose (Glucose là nguồn năng lượng ưa thích của E.coli), khi thiếu glucose, các gene mã hóa các enzyme dò hóa lactose được biểu hiện để sử dụng lactose. Lactose  Galactose + Glucose Galactose  Glucose Cần ba enzyme: β-galactosidase Permease Transacetylase Lac operon: 6kbp (1kbp=1000bp) Gene mã hóa enzyme Ba gene cấu trúc mã hóa enzyme xúc tác chu trình phân hủy lactose thành glucose Promotor: Operator: Gene điều hòa (regulator) mã hóa protein kìm hãm (repressor) Chất cảm ứng (inducer): allolactose (đồng phân của lactose). 4 Điều hòa lac operon (Monod & Jacob model – giải Nobel 1965) Không có lactose trong môi trường dd Kìm hãm phiên mã Gene mã hóa enzyme Lac repressor gắn vào lac operator, ngăn RNA-Pol gắn vào lac promotor.  Stop phiên mã. Có Lactose trong môi trường dd Hoạt hóa phiên mã Allolactose gắn vào repressor ngăn không cho gắn vào operator; RNA-Pol gắn vào promotor.  Phiên mã các enzyme phân hủy lactose. Gene cấu trúc trpEDCBA mã hóa enzyme sinh tổng hợp Trp P trp : promotor trpR: gene mã hóa trp repressor (aporepressor) Trp: corepressor Holorepressor (Trp + trp repressor) gắn vào operator  Ngừng phiên mã enzyme Trp operon: điều hòa âm, kìm hãm Điều hòa trp operon a) Không có Trp RNA-Pol gắn vào promotor  Phiên mã các gene mã hóa enzyme sinh tổng hợp Trp b) Trp tích tụ Corepressor (Trp) gắn vào aporepressor, gắn vào operator ngăn cản RNA-Pol. X.3. Điều hòa biểu hiện gene ở Eukaryote 1. Các mức điều hòa a) Cấu trúc nhiễm sắc chất b) Phiên mã c) Chế biến mRNA d) Vận chuyển mRNA trưởng thành từ nhân ra tế bào chất e) Phân hủy mRNA không bền f) Dòch mã g) Biến đổi protein sau dòch mã (glycosyl hóa, acetyl hóa, gắn đuôi acid béo, thành lập cầu disulfide…) h) Vận chuyển protein đến vò trí hoạt động i) Độ ổn đònh của protein. . 1 CHƯƠNG 10: ĐIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE PHẦN II: CƠ SỞ DI TRUYỀN HỌC TS. Nguyễn Hồi Hương X.1. Các kiểu điều hòa sự biểu hiện gene 1. Sự biểu hòện của. của biểu hiện gene = nhóm các gene cùng phiên mã và sự biểu hiện của chúng cùng được điều hòa = promotor + operator + gene cấu trúc. Lac operon: điều hòa