VI. Điều hòa biểu hiện gen ở Eukaryote
4.Những trình tự tăng cường phiên mã
Các thụ thể của hormone và những protein hoạt hóa phiên mã khắc gắn với trình tự ADN đặc biệt được biết là enhancer. Trình tự enhancer khá ngắn (thường chỉ 20 cặp base) được tìm thấy ở các vị trí khác nhau quanh gene được điều hòa. Hầu hết các enhancer nằm ở phía dưới điểm bắt đầu phiên mã (đôi khi cách xa nhiều kb). Những
enhancer khác là các intron nằm trong vùng mã hóa và một vài enhancer thậm chí nằm ở đầu 3' của gene.
Enhancer là thành phần nhạy cảm của tổ chức gene ở eukaryote vì chúng cho phép gene phiên mã chỉ khi nào có nhân tố hoạt hóa phiên mã đúng. Một vài enhancer phản ứng với các phân tử bên ngoài tế bào, chẳng hạn hormone steroid tạo phức hợp receptor- hormone. Những enhancer khác phản ứng với các phân tử được tạo thành ở bên trong tế bào (chẳng hạn trong suốt quá trình phát triển). Những enhancer này cho phép các gene dưới sự điều khiển của nó tham gia vào biệt hóa tế bào (differentiation) hoặc được biểu hiện theo cách đặc biệt ở trong mô. Nhiều gene ở dưới sự kiểm soát của các enhancer khác nhau, vì vậy chúng có thể phản ứng với nhiều tín hiệu phân tử khác nhau cả bên trong và bên ngoài.
Hình 11: Sơ đồ tổ chức các gen điển hình ở Eukaryote bậc cao.
Qua sơ đồ ở (Hình 11) cho thấy nhiều yếu tố di truyền được tìm thấy ở trong gene của eukaryote điển hình. Phức hợp phiên mã bám vào promotor bắt đầu tổng hợp mARN. Vùng mã hóa của gene (exon) bị gián đoạn bởi một hoặc nhiều trình tự gián đoạn (intron), các trình tự này sẽ bị loại bỏ trong quá trình chế biến ARN. Sự phiên mã được điều hòa bởi các yếu tố enhancer, các yếu tố này phản ứng với các phân tử khác nhau có vai trò là tín hiệu cảm ứng. Enhancer có mặt ở cả phía trên và phía dưới promoter. Một vài enhancer có nhiều bản sao.
Nhiều enhancer kích thích phiên mã bằng cách hình thành vòng ADN (ADN looping), liên quan đến sự tương tác giữa các vùng cách xa nhau có liên quan dọc sợi ADN. Các nhân tố cần thiết cho phiên mã bao gồm protein hoạt hóa phiên mã, nó tương tác với ít nhất một yếu tố protein có trong một hoặc nhiều phức hợp protein lớn, nhiều yếu tố. Yếu tố protein trong phức hợp này được biết như là yếu tố phiên mã chung (general transcription factors), vì chúng gắn liền với sự phiên mã của nhiều gene khác nhau. Nhân tố phiên mã chung ở eukaryote có tính bảo tồn cao trong tiến hóa. Một trong số các phức hợp này là TFIID, gồm protein gắn với hộp TATA (TATA-box-binding protein) TBP gắn với promotor trong vùng TATA box. Ngoài TBP, phức hợp TFIID cũng gồm một số protein khác được gọi là những nhân tố gắn liền với TBP (TBP- associated factors) = TAFs. Chúng hoạt động như các chất trung gian qua đó ảnh hưởng của nhân tố hoạt hóa phiên mã được truyền đi. Sự phiên mã cũng yêu cầu một holoenzyme là ARN polymerase, chứa pol III tổ hợp ít nhất với 9 yếu tố protein khác. Ở nấm men, nhứng yếu tố này chứa nhân tố phiên mã TFIIB, TFIIF và TFIIH cũng như những protein khác.
5. Trình tự bất hoạt gene (gene silencing)
Trình tự bất hoạt gene có thể nằm trước hoặc sau gene được điều hòa khoảng vài trăm cặp base. Chúng làm ngừng quá trình phiên mã bằng cách biến đổi histone và ADN.
6. Promoter chọn lọc (alternative promoter):
Một vài gene eukaryote có hai hoặc nhiều promoter hoạt động trong những tế bào khác nhau. Những promoter khác nhau này dẫn đến những bản phiên mã khác nhau chứa cùng vùng mã hóa protein. Ví dụ ở Drosophila, gene mã hóa cho alcohol dehydrogenase, cấu tạo của nó trong genome có ba vùng mã hóa protein bị gián đoạn bởi hai intron. Sự phiên mã ở ấu trùng sử dụng một promoter khác với sự phiên mã ở ruồi trưởng thành. Bản phiên mã ở ruồi giấm trưởng thành có trình tự dẫn đầu 5' dài hơn. Nhưng hầu hết trình tự này bị loại bỏ trong splicing. Promoter biến đổi làm sự điều hòa phiên mã có thể không phụ thuộc vào ấu trùng hay ruồi giấm trưởng thành.
Cùng promoter được sử dụng để phiên mã một gene, ở các loại tế bào khác nhau có thể tạo sản phẩm có số lượng khác nhau hoặc tạo ra những protein khác nhau. Điều này là do cùng một bản phiên mã có thể có quá trình chế biến ở các loại tế bào là khác nhau.
Hình 12: Sản phẩm các phân tử mRNA amylase khác nhau do quá trình splicing
khác nhau xảy ra ở tế bào tuyến nước bọt và tế bào gan của chuột.
Sự tổng hợp α-amylase ở chuột, những phân tử mARN khác nhau được tạo ra từ cùng một gene vì những phần intron khác nhau bị loại bỏ trong quá trình chế biến ARN. Tuyến nước bọt của chuột tạo nhiều enzyme hơn gan mặc dù cùng một trình tự mã hóa được phiên mã. Ở mỗi loại tế bào, cùng một bản phiên mã sơ cấp (primary transcript) được tổng hợp, nhưng có hai quá trình chế biến khác nhau (Hình 12). Trình tự mã hóa bắt đầu 50 bp bên trong exon 2 được tạo thành nhờ nối với exon 3 và những exon tiếp theo.
Ở tuyến nước bọt bản phiên mã sơ cấp được chế biến để exon S nối với exon 2 (exon L bị loại đi như là intron 1 và 2). Ở gan exon L nối với exon 2, exon S bị loại đi cùng với intron 1. Exon S và exon L trở thành những trình tự 5' biến đổi của amylase mARN và mARN này được dịch mã ở những tỷ lệ khác nhau.
C – Kết luận
Như vậy, sự biểu hiện của các gen chịu sự kiểm soát của các cơ chế điều hòa. Các cơ chế này giữ vai trò rất quan trọng cho các hoạt động sống, đáp lại những biến đổi của môi trường bên trong và bên ngoài cơ thể. Biểu hiện gen của các tế bào prokaryote và eukaryote cũng có sự khác nhau đáng kể. Việc điều hòa được thực hiện ở nhiều mức độ khác nhau và liên quan đến từng giai đoạn phát triển. Với các tế bào prokaryote, theo quan niệm về operon, các gen điều hòa (regulatory gene) giữ vai trò quan trọng trong việc đóng và mở các gen cấu trúc (structural gene) để có thể biểu hiện tổng hợp protein đúng lúc, đúng nơi theo nhu cầu cụ thể của tế bào. Với các tế bào eukaryote, do cấu tạo tế bào cũng như hoạt động sinh lý nên quá trình này diễn ra phức tạp hơn và cơ chế của nó cũng chưa được nghiên cứu kỹ như đối với tế bào prokaryote.
Tài liệu tham khảo Các trang web: http://idoc.vn/tai-lieu/mo-hinh-dieu-hoa-sinh-tong-hop-protein-cua-gen.html http://www.sinhk33.com/2013/01/su-ieu-hoa-tong-hop-protein.html http://old.voer.edu.vn/module/khoa-hoc-va-cong-nghe/dieu-hoa-bieu-hien-gen.html http://old.voer.edu.vn/module/khoa-hoc-va-cong-nghe/bieu-hien-gen.html http://123doc.vn/document/638510-dieu-hoa-bieu-hien-gen.htm http://www.sinhk33.com/2013/01/cac-muc-do-dieu-hoa-hoat-dong-gen.html http://www.thpt-lequydon-quangtri.edu.vn/forum/uploads/22/7- SU_DIEU_HOA_BIEU_HIEN_CUA_GEN.pdf
GS. Lê Đức Trình. Sinh học phân tử của tế bào. NXB Khoa học và Kỹ Thuật. 2001 Hoàng Trọng Phán. Di truyền học Phân tử. Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế. 1995 Nguyễn Như Hiền, Di truyền tế bào, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005
PGS.TS. Nguyễn Hoàng Lộc, TS.Trần Thị Lệ, ThS,Hà Thị Minh Thi, Giáo trình Sinh học phân tử, NXB Đại học Huế, 2007.
Mục lục
A – Mở đầu...3
B – Nội dung...4
I. Mục đích của việc điều hòa biểu hiện gen...4
II. Các hiện tượng điều hòa...4
1. Điều hòa thích nghi...5
2. Hoạt động nối tiếp của các gen...5
3. Biệt hóa tế bào...6
III. Các mức độ điều hòa...6
1. Mức độ chất nhiễm sắt...6
2. Mức độ phiên mã...7 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. Mức độ hậu phiên mã...7
4. Mức độ dịch mã...8
5. Mức độ hậu dịch mã...8
IV. Sơ lược về điều hòa biểu hiện gen ở Prokaryote và Eukaryote...9
V. Điều hòa biểu hiện gen ở Prokaryote...9
1. Sự biểu hiện gen ở Prokaryote...9
2. Điều hòa biểu hiện gen ở Prokaryote...10
2.1. Điều hòa ở giai đoạn phiên mã...10
2.1.1. Sự cảm ứng (ví dụ: operon lactose)...12
2.1.1.1. Cấu trúc operon lactose...12
2.1.1.2. Hoạt động của operon lactose...14
2.1.2.1. Tổng hợp Tryptophan ở vi khuẩn...18
2.1.2.2. Hoạt động của operon Tryptophan...19
2.1.2.3. Phiên mã dở (Attenuation)...21
2.1.3. So sánh giữa sự cảm ứng và kìm hãm...24
2.1.3.1. Sự kìm hãm liên tục...24
2.1.3.2. Sự tổng hợp liên tục...25
2.2. Điều hòa ở giai đoạn hậu phiên mã...25
2.3. Điều hòa ở giai đoạn dịch mã...25
2.3.1. Lợi ích...25
2.3.2. Các protein – r dư thừa làm ngừng sự dịch mã của chính bản thân ARNm...26
2.3.3. Một ví dụ khác là phage R17 của E. coli chứa ARN thay vì AND...27
2.3.4. Quan hệ giữa hàm lượng các tARN với tốc độ dịch mã mARN...27
2.4. Điều hòa ở giai đoạn hậu dịch mã...28
VI. Điều hòa biểu hiện gen ở Eukaryote...28
1. Sự biểu hiện gen ở Eukaryote...28
2. Sự biến đổi AND...30
3. Các promoter...30
4. Những trình tự tăng cường phiên mã...30
5. Trình tự bất hoạt gen (gen silencing)...32 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6. Promoter chọn lọc (alternative promoter)...32
7. Splicing chọn lọc...32
C – Kết luận...34