Với trình độ tiến hoá cao hơn và sự phân hoá vô cùng phong phú đa dạng của nhóm eukaryote, sự điều hoà biểu hiện gen ở các eukaryote phức tạp hơn rất nhiều so với các prokaryote, và ngay trong nhóm eukaryote các phương thức và chiến lược điều hoà cũng rất
phong phú và đa dạng. Biểu hiện của gen ở Eukaryote khác sự biểu hiện ở Prokaryote ở nhiều điểm do có rất nhiều đặc tính về hoạt động và cấu trúc của hệ gen khác với prokaryote:
+ Sự phiên mã, dịch mã được phân biệt về cả không gian và thời gian do sự hiện diện của màng nhân.
+ mARN của eukaryote luôn là monocistron, do đó mỗi gen có một cách điều hoà riêng.
+ Các gen mã hoá protein của eukaryote phần lớn là các gen phân đoạn, sản phẩm mARN của nó đòi hỏi phải xảy ra một quá trình sủa đổi sau phiên mã, kể cả quá trình gắn mũ và thêm đuôi poly(A).
+ Các gen của eukaryote có vị trí khởi đầu phiên mã, promoter, yếu tố tăng cường và yếu tố gây bất hoạt phiên mã ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phiên mã.
+ Các gen nằm kề nhau, kể cả gen mã hoá protein và gen mã hoá các ARN khác thường phân cách nhau bằng một yếu tố AND gọi là yếu tố cách ly, nhờ đó tránh được việc lấn sân và nhầm lẫn các promoter và enhancer hoặc silencer của nhau.
+ Ở sinh vật nhân chuẩn, đặc biệt là ở những cơ thể đa bào, sự điều hoà hoạt động của gen rất phức tạp với quá trình phát triển và phân hoá rất đặc trưng để tạo thành cơ thể đa bào trưởng thành. Mỗi cơ thể đa bào đều bắt đầu từ một tế bào ban đầu duy nhất gọi là hợp tử và hợp tử này sẽ tiến hành nguyên phân. Các tế bào sinh ra được phân hoá thành những dạng chuyên hoá về chức năng bằng cách chỉ biểu hiện một số gen mà không biểu hiện những gen khác. Hệ gen thiết lập một chương trình chi tiết cho quá trình này. Thời gian biểu hiện của các gen dường như theo một trật tự định sẳn (ví dụ như sự phân hoá vùng đặc hiệu sản xuất các globin ở thai và ở thời kỳ trưởng thành).
Những ước tính gần đây cho thấy một tế bào người-tế bào eukaryote-chứa khoảng 25.000 gen mã hoá protein, trong đó:
+ Một số gen được biểu hiện trong tất cả các tế bào vào mọi lúc. Các gen này được gọi là gen giữ nhà (housekeeping gene) chịu trách nhiệm cho các chuyển hoá đều đặc thông thường chung cho tất cả các tế bào.
+ Một số được biểu hiện khi tế bào đi vào một con đường biệt hoá cụ thể.
+ Một số được biểu hiện mọi lúc chỉ trong các tế bào đã được biệt hoá theo một cách thức cụ thể.
+ Một số chỉ được biểu hiện khi các điều kiện xung quanh và trong tế bào thay đổi (VD: Hormone có vai trò kích hoạt hoặc ức chế một số gen nào đó trong tế bào)
Có nhiều cách điều hoà được sử dụng trong các tế bào eukaryote: + Biến đổi tỷ lệ phiên mã của các gen.
+ Điều hoà quá trình phiên mã: Biến đổi tỷ lệ các bản sao ARN được xử lý trong nhân; thay đổi độ ổn định của các phân tử mARN; biến đổi hiệu suất các ribosome dịch mã mARN thành một polypeptide.
II.1. Vùng khởi động (promoter) và vị trí khởi đầu phiên mã
Tế bào eukaryote chứa 3 loại ARN polymerase chịu trách nhiệm phiên mã cho các gen qui định các ARN khác nhau, do đó kỳ vọng sẽ có ít nhất 3 kiểu vùng promoter khác nhau. Sự thât là các polymerase I và II cùng nhận biết một loại promoter, còn polymerase III sử dụng 2 kiểu promoter hoàn toàn khác nhau.
Hầu hết các promoter của eukaryote được nhận biết bởi ARN polymerase II đều có ít nhất một đặc điểm chung: Có một trình tự điều hoà nằm ngay trước vị trí khởi đầu phiên mã (vị trí +1) khoảng 30 bp là hộp TATA. Hầu hết các promoter của polymerase II cũng chứa các trình tự quan trọng khác nhau hộp CAAT và hộp GC. Đồng thời, tự thân các polymerase này không thể tự bám vào promoter tương ứng mà đòi hỏi phải có các nhân tố phiên mã (Transcription factors-TF) là những nhân tố điều hoà tổng hợp mARN eukaryote. Các nhân tố này được chia làm hai nhóm: Các nhân tố phiên mã chung (general transcription factors) và
các nhân tố phiên mã đặc thù-gen (gene-specific transcription factors).
Hình 3.8. Sự kết hợp giữa các nhân tố phiên mã và AND, ARN polymerase II
+ Nhân tố phiên mã IID (TFIID): Là một phức hợp của protein bám TATA (TATA binding protein-TBP) có chức năng nhận biết và bám vào hộp TATA cùng với 14 nhân tố protein khác bám vào TBP và bám vào nhau.
+ Nhân tố phiên mã IIB (TFIIB): Bám cả vào AND và polymerase II.
+ Ngoài ra ARN polymerase II còn được hỗ trợ bởi nhiều loại nhân tố phiên mã khác như TFIIA,B,D,F,H)
II.1.2. Các nhân tố phiên mã đặc thù-gen
Các nhân tố phiên mã đặc thù-gen còn gọi là các yếu tố phiên mã (transcription elements-TE) là các trình tự AND điều hoà gen. Các TE xác định tần số hoặc hiệu suất của phiên mã. Chúng được định khu trước, sau hoặc bên trong của gen và bao gồm các enhancer, silencer, các yếu tố đáp ứng (response element) và các yếu tố cách ly (insulators).
+ Enhancer là các yếu tố trình tự AND đặc thù có thể kích thích mạnh mẽ lên sự phiên mã, làm gia tăng tỷ lệ phiên mã, chúng có thể hoạt động khi ở vị trí cách xa cả ngàn bp so với gen mà chúng kiểm soát do các protein bám enhancer ngoài vị trí bám AND, chúng còn có các vị trí bám vào các nhân tố phiên mã tụ tập ở promoter của gen.
+ Các silencer cũng là yếu tố AND đặc thù có thể định khu và hoạt động ở tầm như các enhancer. Tuy nhiên, khi các nhân tố phiên mã bám vào chúng thì sự biểu hiện của gen do chúng kiểm soát bị kìm hãm.
+ Các yếu tố đáp ứng là các trình tự đích cho các phân tử tín hiệu.
+ Các yếu tố cách ly là những dải AND (khoảng 42bp) định khu giữa các enhancer và promoter hoặc giữa các silencer và promoter của các gen nằm sát cạnh nhau hoặc các cụm gen kề nhau. Chúng có chức năng ngăn cản một gen khỏi bị ảnh hưởng bởi sự hoặc hoá hoặc ức chế của cac gen lân cận.
II.2. Xử lý ARN
Như đã đề cập, tất cả các ARN eukaryote đều phải trải qua quá trình sửa đổi sau phiên mã ở trong nhân với các cơ chế tinh vi để tạo ra các ARN trưởng thành tham gia vào quá trình dịch mã.
* Hiện tượng ghép nối các exon: Do cấu trúc của ADN hệ gen Eukaryote có sự xen kẽ
giữa những trình tự mã hoá và không mã hoá, nên sau quá trình phiên mã, mARN cần được cắt bỏ những đoạn intron để đảm bảo sự chính xác trong quá trình dịch mã. Thông qua quá trình này có thể tạo ra nhiều loại phân tử mARN, các loại mARN khác nhau thì có cách cắt bỏ intron khác nhau. Những intron được cắt bỏ khác nhau sẽ làm cho gen có khả năng mã hoá cho nhiều hơn một loại protein.
* Quá trình gắn mũ và tạo đuôi poly (A): Sản phẩm mARN trưởng thành thường được
gắn mũ và đuôi poly (A), đây là một quá trình cần thiết cho sự biểu hiện chức năng của mARN. Cấu trúc mũ có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mARN khỏi bị phân huỷ do
ADNse tấn công, tăng cường khả năng dịch mã của mARN và vận chuyển mARN từ nhân ra tế bào chất. Tuy chưa được nghiên cứu kỹ, nhưng các nhà khoa học đưa ra giả thuyết là sự thay đổi trong vị trí cắt và bổ sung đuôi poly (A) trên bản phiên mã ARN có thể làm biến đổi đầu C của protein, tăng cường hiệu quả ghép nối của các mARN.
CHƯƠNG IV: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI BIẾN DỊ, ĐỘT BIẾN
Mục tiêu: - Nêu được các khái niệm cơ bản như Biến dị, đột biến, đột biến gen, đột biến NST….
- Phân tích được cơ chế hình thành đột biến gen, đột biến NST. - Mô tả được các cơ chế sữa chữa đột biến.
- Trình bày được những kiến thức cơ bản về yếu tố di truyền vận động - Hiểu được cơ chế gây ra một số bệnh di truyền do đột biến gen và đột biến NST
- Vận dụng lý thuyết để giải được các bài tập liên quan