Điều hòa và biểu hiện gen

TR

ƯỜ

Ệ

̣ ̣

VIÊN CÔNG NGHÊ SINH HOC VA CÔNG NGHÊ TH C PHÂM

NG ĐAI HOC CÔNG NGHI P TP.HCM Ự

̣ ̣ ̣ ̀ ̣ ̉

Đi u hòa và bi u hi n gen

ề

ể

ệ

ầ

ả

ồ

L/O/G/O

GV HD : Th.S Tr n H ng B o Quyên TH

: NHÓM 08

N I DUNG CHÍNH Ộ

ề ể ệ

01/14/13

ng tính Đ c đi m đi u hòa bi u hi n gen ặ ể M c đích ụ Các m c đ bi u hi n gen ệ ứ ộ ể Đi u hòa âm tính –d ươ ề

Đ C ĐI M ĐI U HÒA BI U HI N GEN

Ặ

Ệ

Ể

Ề

Ể

ị

ệ

ủ

ự ể

ng bên

i các bi n đ i c a môi tr

ườ

ổ ủ

ự

ứ

ể

ạ

ữ

ọ ể

ấ

ệ ệ ổ

ể ơ

•S bi u hi n c a gen ch u s ki m soát ự ể c a c ch đi u hòa. ủ ơ ế ề • Đáp l ạ ế trong và ngoài c th . ơ ể • Th c hi n nhi u m c đ khác nhau và ệ ở ộ ề liên quan đ n t ng giai đo n phát tri n. ế ừ •Gen đi u hòa gi vai trò quan tr ng trong ề vi c đóng m các gen c u trúc đ có bi u ở hi n t ng h p protein đúng lúc, đúng n i ợ theo nhu c u c th c a t

bào

ầ ụ ể ủ ế

01/14/13

Ề Ệ Ở

•

ĐI U HÒA BI U HI N GEN Ể PROKARYOTE

Điêu chinh hê enzyme cho phu h p v i cac

̀ ợ ớ

́ biên đôi cua

̀ ̉ ̣ ́ ̉ ̉

môi tr

đê tăng tr

ng, sinh san.

ngườ

ưở

•

̉ ̉

Ch nh ng gen mà s n ph m c a chúng c n thi

t t i

ủ

ữ

ầ

ả

ẩ

ỉ

ế ạ

th i đi m nào đó m i đ

c bi u hi n.

ờ ể

ớ ượ

ể

ệ

•

T bào có th ki m soát s t ng h p enzyme b ng m i ự ổ

ể ể

ố

ợ

ế

ằ

liên h ng

c âm tính ho c b ng s đi u hòa ho t

ệ

ượ

ự ề

ạ

ặ

ằ

đ ng gen.

ộ

•

S bi u hi n gen

vi khu n đ

c ki m soát b i mô

ự ể

ệ

ở

ẩ

ượ

ở

ể

hình operon.

•

01/14/13 .

• Muc đich cua s điêu hoa biêu hiên gen:

EUKARYOTE ĐI U HÒA BI U HI N GEN Ể Ệ Ề Ở

h

ng đên

̉ ự

ướ

̣ ́ ̀ ̀ ̉ ̣ ́

s chuyên biêt hoa t ng loai tê bao vao t ng câu truc va ự

́ ừ

̀ ừ

̣ ̣ ́ ̀ ́ ́ ̀

ch c năng riêng.

ứ

•Do h gen có t

ệ

ổ ứ

ch c đa d ng và ph c t p nên s ự

ứ ạ

ạ

đi u hòa ho t đ ng gen đ

c ti n hành

ạ ộ

ề

ượ ế

ở

nhi u giai ề

đo n.ạ

01/14/13

ằ

ệ

ấ

m c đ phiên mã

ắ

ộ ố nhân ra bào t

1. Đi u hòa và bi u hi n b ng thay ề ể đ i c u trúc NST hay c u trúc phân ổ ấ DNA t ử 2. Đi u hòa ở ứ ộ ề 3. C t b intron, n i exon (Splicing) ố ắ ỏ 4. mARN g n v i m t s protein đ c ặ ớ ng hi u xuyên qua l ươ ỗ c dùng

5. Hu các mARN không đ

ượ

ủ

ế

ằ

ệ ỷ đ d ch mã ể ị 6. D ch mã, t ng h p Protein ị ợ ổ 7. Bi n đ i protein ổ ế 8. Đi u hòa b ng c ch phân h y ề Protein

CÁC M C BI U HI N GEN Ể Ứ Ệ

Các giai đo n bi u hi n c a gen có th đ

ạ

c đi u hòa ề

ể ượ ể sinh v t nhân th t ậ ở

ệ ủ ậ

ề

ổ

ằ

DNA

1. Đi u hòa và bi u hi n gen b ng thay đ i ệ ấ

ể c u trúc NST hay c u trúc phân t ấ

ử

• Ch y u là đi u hòa c u trúc c a ch t nhi m s c ấ ủ ễ ề ấ ắ

ủ ế (chromatin)

ị ắ ễ ơ

• Trong vùng d nhi m s c (heterochromatin) là n i ch t ấ ng không ườ ặ

nhi m s c đóng xo n ch t, các gen th ắ ắ ễ bi u hi n ệ ể ự ế ủ ổ

• S bi n đ i hóa h c c a các histone và DNA c a ủ ng đ n c u trúc c a chromatin ủ ế ấ

01/14/13

ọ chromatin có nh h ưở ả và s bi u hi n c a gen ệ ủ ự ể

a. S Acetyl hóa histone

ự

c g n vào lysine tích đi n

ượ ắ

ệ

ng trong đuôi histone → chromatin tháo xo n

ắ

d ươ → phiên mã.

Nhóm acetyl đ

b. S methyl hóa DNA

ự

 Nhóm methyl đ ự ắ ắ

ượ ầ ị

c g n vào chromatin. S g n thêm nhóm phosphate g n các acid amin b methyl hóa s làm cho chromatin tháo xo n. ẽ ắ

ậ

ế

ự đ ng v t th  Trong các sinh v t đa bào, metyl hoá ADN là m t ộ t hoá c a ủ t cho s metyl hoá r t ấ th c v t là ở ự i s bi ớ ự ệ nh n bi ự ậ ng là CG còn ườ ậ

d u hi u bi u hi n gen liên quan t ệ ể ệ ấ bào. Trình t mô t ế ng n, ậ ở ộ ắ CNG.

ể ằ

tăng c ề ề ạ ộ ể ệ ằ ườ ự

M t s y u t

các y u t

ự ề

ể

trình t ầ

đi u khi n, g i là ộ ố ế ố ọ ể y u t ầ , n m ngay g n promoter, còn các ế ố ề ằ ậ

ộ

ng (enhancer

đi u ế ố ề đi u khi n xa khi n g n ể n m cách promoter m t đo n xa h n và chúng t p h p thành m t ơ ộ ợ ằ tăng c nhóm đ ườ

ạ c g i là các trình t ừ

ượ ọ

2. Đi u hòa ho t đ ng gen b ng ki m soát phiên mã ng a/Đi u hòa bi u hi n b ng các trình t (Enhancer) phiên mã:

)

ho t hóa phiên mã

Mô hình ho t đ ng c a enhancer và các y u t ủ

ạ ộ

ế ố ạ

ậ ậ

ở

ể

ho t hoá sinh v t b c cao nh là ế ố ạ h tr RNA polymerase di chuy n ế ố ỗ ợ v trí promoter trong quá c k t ướ

ể ừ ị

• Các y u t các y u t lên phía tr trình phiên mã. ứ

ắ

ầ

ớ

ủ

ế ố

ặ ệ ố ớ

ả

• Các ph c protein có kh năng g n v i ph n phía ả trên c a RNA polymerase II do RNA polymerase này có các v trí đ c hi u g n cho các y u t ị ắ ệ có kh năng liên k t t đ i v i các y u t đ c bi ế ế ố ặ v i các enhancer. ớ

b.Ph c h trung gian truy n tín hi u t i RNA polymerase: ứ ệ ệ ớ ề

c.Protein ho t hóa (activator protein): ạ

Protein ho t hóa k t h p v i nhau, g n v i trình t ớ ạ ớ

ự

ế ợ ự ắ enhancer và các nhân t phiên mã, enzyme RNA ố polymerase II kích ho t quá trình phiên mã. Các protein ạ enhancer, phiên mã càng ho t hóa g n càng nhi u trình t ề ắ m nh, có th c c đ i. ể ự ạ ạ ạ

ắ ớ

C u trúc đo n gen

Các activator protein g n v i nhi u enhancer ề v trí các protein bám dính ấ

ở ị

ạ

ờ

ồ

ở ầ

ỗ

đ u 3’ c a m i intron là ti n mARN

• Qúa trình này nh spliceosome (g m snRNP và các protein) • Hai Nu đ u tiên GU đ u 5’ và AG ầ t đ c t intron ra kh i phân t ỏ ế ể ắ ậ

v trí nh n bi ị

ủ ử ề

ế ắ ố

ậ ậ ắ

ơ ả

ỏ

c khi mRNA đi ra t

ướ

ả

Ba b c c a c ch c t-n i (splicing) pre-mRNA sinh v t b c cao ướ ủ (1) l p mũ 5’ (x y ra cùng lúc phiên mã); (2) tách b và g n đuôi ắ poly(A); và (3) splicing (x y ra trong nhân tr ế bào ch t) ấ

3. S c t n i các intron và exon ự ắ ố

mARN g n v i 1 s protein đ c hi u hnRNP ,nh n di n l

ắ

ệ ỗ

ệ

ậ

ặ

ố

nhân nh các th th bên trong màng nhân, xuyên màng nhân ra ngòai ờ bào t

ớ ụ ể ng theo h

ng 5’- 3’

ướ

ươ

4. mARN xuyên qua l nhân ra bào t ng ỗ ươ

c d ch mã) 5 - H y mARN (n u mARN không đ ế ủ ượ ị

• N u mARN không đ ị ế i tác d ng c a ụ ủ

ẽ ượ ủ

ự c d ch mã, d ribonuclease s phân h y phân t ử ộ ơ

ể ệ

ướ mARN này. • S thoái hóa mRNA là m t c ch ki m soát ch y u ủ ế ế ể i sinh v t b c cao, th i gian t n t ồ ạ vùng 3’ ờ AU ậ ậ ộ ự ụ ở

trong bi u hi n gen ở c a mRNA ph thu c vào đ dài trình t ộ ủ không d ch mã và s kh đuôi poly A. ự ử ị

6 - D ch mã, t ng h p protein ổ

ợ

ị

• D ch mã là quá trình gi i ả mã thông tin di truy n t ề ừ t o mARN đ thành ạ ể ng ng protein t ươ ứ • Ngoài mARN ,thì 2 nhân t quan tr ng khác tham ọ ố gia quá trình d ch mã là ribôxôm và ARN v n ậ chuy nể

7 – Bi n đ i Protein

ế ổ

ợ

ả ủ

ạ ổ ấ ộ ố ế ị ắ ỏ

ộ ố ư ứ ọ

ở ữ ầ ọ

• Sau khi đ c t ng h p, chu i polypeptide còn ph i ỗ ượ ổ c bi n đ i: acid amin m đ u, m t s đo n c a đ ở ầ ổ ế ượ chu i polypeptid b c t b , protein bi n đ i c u hình, ỗ g n thêm m t s ch c hóa h c nh acetat, photphat , ắ l p c u n i disulfide ho c c t b 1 đ an peptid gi a ặ ắ ỏ ậ protein…đ th c hi n ch c năng c a nó. ứ ệ ố ể ự ủ

ấ

ỉ ơ ế

ạ ạ ề

ộ ệ

ơ ể ầ ử ụ ng đ ứ

ặ

ạ

bào đ ng v t th ng đ ườ ượ ể ậ ộ

ề ặ ế ng.

ả

bào và nhi u protein khác ph i bào là n i chúng có ơ ề trong t ế ậ ở

• S bi u hi n c a gen có th xu t hi n trong m i b

8. Cung c p protein đúng đ a ch , n i t ị bào và c th c n s d ng. • Các protein đi u hòa th c ho t hóa ho c b t ho t ặ ấ ườ ượ c g n thêm m t cách ph bi n t ng ng b ng vi c đ ắ ượ ằ ổ ế ươ nhóm phosphate (phosphoryl hóa) ho c lo i b t đi nhóm ạ ớ phosphate (lo i phosphoryl hóa), trong khi đó các protein c chuy n đ n b m t t c đ ế ượ g n thêm các g c đ ố ườ ắ • Các protein b m t t ặ ế ề c v n chuy n đ n đích ế ể ứ ủ

ỗ ướ ệ ấ

đ ượ th bi u hi n ch c năng. ệ ể ể ệ ự ể ế ể ệ ậ

c ể liên quan đ n quá trình hoàn thi n và v n chuy n protein tr c đây. ướ

i Protein

ả

ử ụ ể

ượ

9. S d ng và phân gi ộ ế

Đ đánh d u m t protein đ c thù c n đ ặ i, theo m t c ch ph bi n, t ả ầ ắ ế

ấ ộ ơ ử ộ

ướ ể ổ

c phân bào g n vào protein ổ ế protein nh g i là ubiquitin. Sau đó m t ỏ ọ c “kh ng l ” có tên là th phân ồ c ộ ứ ệ i protein (proteosome) s nh n ra các protein đ ẽ ả ượ

gi đó m t phân t ph c h protein kích th gi ậ đánh d u b ng ubiquitin và phân gi i chúng. ả ấ ằ

Ki m soát âm tính

ể

ả ứ

ườ

‘đóng”). Khi ng không ho t đ ng ( ạ ộ ử ọ à ch t c m ng (inducer) ấ ả ứ ế gen phiên mã

g i l ấ ứ

· Operon c m ng (inducible operon): – Bình th có m t phân t ộ làm b t ho t ch t c ch ạ ấ (“mở”). – Lac operon là m t operon c m ng. ộ

ả ứ

01/14/13

ế

ứ

ng ho t đ ng (“m ”). Khi ch t

ấ

ườ

ạ ộ

ở

ậ

→ gen ng ngừ

Operon c ch (repressible operon): – Bình th cứ ch g n vào vùng v n hành ế ắ phiên mã – Trp operon là m t operon c ch

ứ

ế

ộ

01/14/13

Ki m soát d

ng tính

ể

ươ

ờ ộ

ể

ươ

ượ

ng tính nh m t protein kích ho t, ạ ộ ch t ho t hóa

ấ

ạ

ộ ố ẳ

ộ

ng r t ít, CAP đ

ứ ạ

ườ

ấ

ằ

ủ E.coli) trong môi ớ AMP vòng

ắ

M t s operon đ c ki m soát d ch ng h n nh catabolite activator protein (CAP), m t ư ạ (activator) c a s phiên mã ủ ự · Khi glucose (m t ngu n th c ăn a thích c a ồ c ho t hóa b ng cách g n v i tr ượ (cyclic AMP)

ạ ẽ ắ

ướ

c vùng kh i ủ lac operon và làm tăng ái l c c a RNA polymerase → t c

ạ ự ủ

ở ố

· CAP đã kích ho t s g n vào vùng ho t hóa (phía tr đ ng) c a ộ đ phiên mã ộ

01/14/13

ng glucose trong môi tr

ượ

i bình th

ở ạ

ườ

ượ

•Khi l ườ tăng, CAP tách kh iỏ lac operon, và t c đ phiên mã tr l ng ố ộ •CAP giúp đi u hòa các operon khác ề c dùng mã hóa cho các enzymes đ trong con đ ườ

ng d hóa ị

01/14/13