Điều hòa biểu hiện gen sửa

Đi u hòa bi u hi n gen ể

ề

ệ

ắ ng H nh

ạ

ế

• Nhóm 5: Nguy n Th Th m ị ễ Nguy n Ph ươ ễ Hoàng M nh H i ả ạ t H i Nguy n Vi ả ễ Lê Thu Trang Nguy n TH THúy Lan ị ễ

I.Khái ni mệ :

ề

ạ ộ

ượ

ề

ẩ

ế

ề

ủ ế ng cũng nh s phát tri n bình th

ng c a

- Đi u hoà ho t đ ng c a gen chính là đi u hoà l ng ủ bào nh m đ m c t o ra trong t ả ằ ượ ạ bào phù h p v i đi u ớ ợ ố ủ ườ

ủ ạ ộ ườ

ư ự

ể

s n ph m c a gen đ ả b o cho ho t đ ng s ng c a t ả ki n môi tr ệ c th . ơ ể

ậ

ạ ộ c p đ phiên mã.

- Ở y u đ ế

sinh v t nhân s , đi u hoà ho t đ ng gen gen ch ủ ộ

ơ ề c ti n hành ở ấ

ượ

ế

-

ậ

ứ ạ

ự

c phiên mã), đ n m c

ơ ở ứ ế

ướ

nhi u c p đ t ấ phiên mã, d ch mã và sau d ch mã.

sinh v t nhân th c, s đi u hoà ph c t p h n ự ề Ở m c ADN (tr ề ị

ộ ừ ứ ị

II.N i dung:

ộ

Eukaryote : • ấ Prokaryote: • C u t o t ấ ạ ế ư ả ơ

ữ ớ

bào ch t . c u trúc ph c t p, có màng ứ ạ nhân ngăn cách gi a nhân v i t ế ấ bào đ n gi n, ch a có màng nhân ngăn cách gi a ữ bào ch t . nhân v i t ớ ế ấ

ệ ộ

.

ề ự ề ở ầ ộ ố ượ • b máy di truy n là m t DNA ề ứ

ế • ả • S đi u hòa bi u hi n gen xãy ể nhi u m c đ khác nhau: ra ứ ộ phiên mã, bi n đ i sau sau ổ ế phiên mã, d ch mã, bi n đ i ổ ị sau d ch mã. ị vòng, tr n, ch a s l ng gen i h n và không phân mãnh. gi ớ ạ s phiên mã và d ch mã x y ra ự ị đ ng th i. ồ ờ

•

ơ ể ữ ữ do, sinh ố ự

ng và phân chia trong đi u

ị ng. nh h • Eukaryote là nh ng c th đa bào. T bào eukaryote ít ch u ng c a môi tr ả ế ưở ườ ủ ượ

Prokaryote là nh ng c th ơ ể đ n bào, s ng t tr ki n thích h p và đ ợ c p đ y đ ch t dinh d ủ ề c cung ưỡ ng ơ ưở ệ ấ ấ ấ

Prokaryote và Eukaryote

A.S ĐI U HÒA BI U HI N GEN

Ự Ề

Ệ

Ể

Ở

PROKARYOTE:

ể

ng. ế t các đi u ki n trong môi tr ệ ườ ề

ậ t ho c m s phiên mã c a m i gen chuyên bi t • Có 2 đ c đi m: ặ - Có kh năng nh n bi ả - Có kh năng t ặ ả ắ ở ự ủ ỗ ệ

ho c các nhóm gen. ặ

cho m i mô hình đi u hòa hoàn toàn khác nhau, ử

ườ ỗ ộ ề ể

- Đi u hòa âm tính: liên k t v i protein c ch ngăn c n quá trình ng theo m t trong hai ki u chính: ế ế ớ ứ ả

• C ch phân t ế ơ nh ng th ư ề phiên mã.

ng tính: liên k t v i protein ho t hoán kh i đ ng quá - Đi u hòa d ề ế ớ ở ộ ạ

ươ trình phiên mã.

-> Đi u hòa âm tính ph bi n ph bi n cho prokaryote, trong khi đi u ổ ế ổ ế ề

ng tính l i ph bi n cho eukaryote. ề hòa d ươ ạ ổ ế

Mô hình đi u hòa bi u hi n gen

: prokaryote

ệ

ể

ề

ở

Operon c m ng: ả ứ

1. - operon lac. - operon arabinose. Operon kìm hãm. 1. operon tryptophan. • operon là gì?

C ¸c gen cÊu tróc liªn quan vÒ  chøc n ng th êng ph© n bè liÒ n

ă ­

­

nhau thµnh côm  vµ cã chung m ét c¬ chÕ  ® iÒ u hoµ ® îc gäi lµ  O pªron.

ắ

ể ng đ i c a các ố ủ ớ ị

Nhi m s c th E. coli ễ v i v trí t ươ operon khác nhau.

S đ c u trúc c a operon lac:

ơ ồ ấ

ủ

i lactozo G m:ồ - Gen c u trúc ( Z, Y, A ): t ng h p enzim đ phân gi ổ ể ấ ợ ả

- Vùng v n hành (O): ch a protein c ch quá trình phiên mã. ứ ứ ế ậ

- Vùng kh i đ ng (P): n i mARN polymeraza bám vào và kh i đ ng ở ộ ở ộ ơ

phiên mã.

ứ ế ạ

ế ớ ằ ậ ấ

O pªron Lac

- Gen đi u hòa (R): t o protein c ch và liên k t v i vùng v n hành ề ngăn c n quá trình phiên mã. Gen này không n m trong c u trúc ả c a operon lac. ủ

G en ® iÒ u  hoµ P

R

P

0

Z

Y

A

ồ ủ

• (A). b n đ c a ả operon lac.

• (B). s đ c a operon ơ ồ ủ tr ng thái b kìm

ở ạ

ị

lac hãm.

• (C). s đ c a operon ơ ồ ủ tr ng thái đ

c

ượ

lac ở ạ kích thích.

:

A.1.S đi u hòa ho t đ ng c a operon lac ạ ộ

ự ề

ủ

ứ ứ ợ ổ

ch liên k t v i vùng v n hành ngăn c n quá trình phiên mã. • Khi môi tr ế ng có ch a lactozo: gen đi u hòa t ng h p protein c ề ả ườ ế ớ ậ

• Khi môi tr ng có lactozo: lactozo liên k t v i protein c ch nên ườ ế ớ ế

c v i vùng kh i đ ng đ ti n hành ở ộ ớ ứ ể ế ế ượ

ARN polymeraza liên k t đ phiên mã.

• Trong phiên mã các mARN c a các gen c u trúc t o ra các enzim ủ ạ ấ

.

phân gi ng lactozo i đ ả ườ

A.2.Đi u hòa âm

tryptophane operon

:

ề

ở

bào đ

c t ng h p b i s tham gia

ế

ượ ổ

ở ự

ợ

-Tryptophane trong t ạ

c a 5 lo i enzyme xúc tác. ủ

- N u t

n có trytophane thì

ế ế

ấ ồ

ế ắ

ộ

bào đ ượ ở ế

ả

c nuôi trong môi tr tryptophane tr thành m t ch t đ ng c ch , g n vào repressor khi n cho repressor ho t đ ng, ngăn c n quá trình phiên mã t o các enzyme đ t ng h p tryptophane.

ườ ứ ạ ộ ể ổ

ạ

ợ

- Khi trong t

ế

ế

ở

ấ

ạ

c t ng h p.

bào thi u tryptophane thì repressor tr nên b t ho t, quá trình phiên mã di n ra, các enzyme xúc tác ễ quá trình t ng h p tryptophan đ ượ ổ ợ

ợ

ổ

ng operon lac:

A.3.Đi u hòa d ề

ươ

- X y ra khi c glucose và lactose cùng t n t

ả

ứ

ợ

i. Khi đó ồ ạ vi c t ng h p enzyme phân h y lactose b glucose c ị ch . Khi đó c n m t c ch đi u hòa khác. ộ ơ

ả ệ ổ ế

ủ ế ề

ầ

- N ng đ glucose đi u hòa n ng đ c a cAMP(nh ng

ộ ủ

ề

ồ

ộ nh adenosine monophosphate vòng, đ

ồ

ồ ữ c phân t ử ượ t ng h p b i enzymee adenyl cyclase), và n ng đ ợ ộ ổ i đi u hòa ho t tính c a lac operon. cAMP l ạ

ỏ ở ề

ủ

ạ

- Khi n ng đ glucose cao thì n ng đ c a cAMP

m c

ồ

ồ

ộ

ấ

ộ ồ

ộ ủ ồ

ấ

ấ

ộ

ở

ậ ợ

ắ

ặ ơ

ở ứ th p. Khi n ng đ glucose r t th p thì n ng đ cAMP tăng cao. c nh n b i protein CAP(cyclic AMP receptor - cAMP đ ượ protein). Ph c h p cAMP-CAP g n vào v trí có tên CAP ị ứ trên operon kích thích RNA-polymerase g n ch t h n ắ vào operon và th c hi n phiên mã đ t ng ệ

ể ổ

ự

B n tr ng thái đi u hòa c a operon lac

ủ

ề

ạ

ố

Phiên mã d (Attenuation).

ở

• Ki u đi u hòa th hai đ c phát hi n operon tryptophan đ ể ứ ượ ệ ở ượ c g i ọ

ề là attenuation.

• Attenuation là k t qu s t ng tác gi a các trình t DNA trong ả ự ươ ế ự

ữ vùng leader c a b n phiên mã trp. ả ủ

ặ ể leader có các đ c đi m:

• Trình t ự ộ

– M t vùng có codon AUG và phía sau là codon k t thúc UGA, mã c g i là leader ế ượ ứ ọ

hóa cho m t polypeptide ch a 14 amino acid đ ộ polypeptide.

– Hai codon tryptophan ở ị

v trí 10 và 11 trên mRNA c a i ng n này có ý nghĩa tr ng l p l ự ặ ạ ủ ọ ắ

leader polypeptide. Trình t đi u hòa.

ủ ề ố

– B n đo n c a RNA leader là vùng 1, 2, 3 và 4 t o thành do kh ả vùng 1 k t c p ế ặ ạ ế ặ ủ

ạ năng k t c p c a các base v i nhau. Các base ở v i vùng 2, vùng 3 k t c p v i vùng 4 ế ặ ớ ớ ớ

• A. S đ phiên ơ ồ mã c a leader ủ trp.

t c u

ế ấ

• B. Chi ti trúc c a 2 codon ủ vòng 1-2 trp

ở

trên c s đi u hòa âm tính: • Attenuation là c ch đi u hòa tinh t ơ ơ ở ề

ế ề ủ ế ự ị

ượ

ế ự ồ ự ả ộ

Khi tRNAtrp đ n đ cung c p cho s d ch mã leader ấ c polypeptide , s phiên mã b d ng, các trp enzyme không đ ị ừ t ng h p. Khi n ng đ tRNAtrp quá th p, s phiên mã x y ra cho ổ ấ c t o nên. đ n h t, các trpenzyme đ ế ượ ạ ợ ế

ề ể ả ở

• Đi u hòa ki u attenuation không th x y ra ở ả ị

eukaryote vì eukaryote s phiên mã và d ch mã không x y ra đ ng th i. S ờ ự ồ bào ch t. phiên mã x y ra trong nhân, còn s d ch mã x y ra ể ự ả t ở ế ự ị ấ ả

ở

• Đi u hòa ề ế ụ ề ộ m c phiên mã c a ở ứ ố ủ ạ ộ ề

operon lac và operon trp là ví d v m t trong s các c ơ ch quan tr ng đi u hòa ho t đ ng gene ọ prokaryote.

B.S đi u hòa bi u hi n gen

ự ề

ể

ệ

ở

: eukaryote eukaryote ph c t p h n nhi u ề

ứ ạ ơ • Đi u hòa ho t đ ng gene ạ ề ở

ộ . ớ

• Lý do d n đ n s khác bi t: so v i prokaryote ự ẫ ế

– ệ Eukaryote, TB không ti p xúc v i môi tr ng 1 cách tr c ti p ườ Ở ế ớ ế

ự ề – C u trúc TB Eukaryote và TB Prokaryote khác nhau nhi u:

i mã. ỏ ả

ắ

ấ • Eukaryote có v nhân: có phiên mã, gi • NST = ADN + histon. • NST xo n v n -> tháo xo n. ắ ặ • C u t o gen ph c t p h n. ấ ạ ứ ạ ơ

c: ồ ướ

• Quá trình đi u hòa g m 6 b ề - Phiên mã. - C t b intron, n i exon ( spling). ắ ỏ - ARN thông tin g n v i m t s protein đ c hi u xuyên qua l ộ ố ệ ặ ớ ỗ

ố ắ ng. nhân ra bào t ươ

c dùng đ d ch mã. ể ị

ợ

- H y các mARN không đ ủ ượ - D ch mã, t ng h p protein. ị ổ - S tr ự ưở ng thành c a protein ủ .

1. Phiên mã ( transcription)

:

ị

• Đ nh nghĩa Phiên mã là quá trình chuy n thông tin di truy n t

ể

ể ổ

ự

ế

ề ừ ợ

AND sang mARN. AND làm khuôn tr c ti p đ t ng h p ra protein mà thông qua trung gian là mARN.

ặ

ể :

• Đ c đi m - Ch có 1 trong 2 m ch phân t ỉ

ạ

ử

ể ộ

AND đ ượ ắ

c dùng làm ổ

khuôn đ t ng h p ARN theo nguyên t c b sung A=U, G=X. mARN ch a thông tin c a m t gen.

ợ ứ

ủ

ộ

- ARN-polymerase bám vào AND làm tách m ch và di

ạ

ng 3’-5’ trên m ch khuôn AND, đ ARN

ướ

ể

ạ ng 5’-3’.

chuy n theo h ể c t ng h p theo h đ ợ ượ ổ

ướ

: Di n bi n quá trình phiên mã

ế

ễ

ề ế ố ợ

Các nhân t tham gia: ố - Enzim: c n nhi u enzim khác ầ nhau, và các y u t tr giúp. Vai trò chính là c a ARN ủ polimeraza (ARN pol) - Khuôn: 1 m ch c a ADN. ạ

ớ ừ ề ổ ủ ạ

ộ ự

Chi u t ng h p m ch m i t ợ 5'-3'. TFIIE cho phép kh i ở đ ng s phiên mã. ệ

ượ ấ ồ

- Nguyên li u: Các riboNu và ng ngu n cung c p năng l (ATP, UTP, GTP...)

• Di n bi n ễ • a. M đ u:

ế ở ầ

ể ế

i v trí kh i đ u phiên mã. ạ

– ARN pol nh n bi ậ – ADN tháo xo n, tách m ch t ắ – Các riboNu t ớ ị t đi m kh i đ u phiên mã. ở ầ ở ầ ạ ị ạ ế ớ ạ

ổ

khuôn theo nguyên t c b sung, c th : ắ A (ADN) liên k t v i U môi tr i v trí ADN tách m ch, liên k t v i ADN m ch ụ ể ng (mt) ế ớ ườ

T (ADN) liên k t v i A mt ế ớ

G (ADN) liên k t v i X mt ế ớ

X (ADN) liên k t v i G mt

– Hình thành liên k t photphođieste gi a các riboNu -> t o m ch. ế ớ ế ữ ạ ạ

• b. Giai đo n kéo dài: ạ

– ARN pol di chuy n trên m ch g c theo chi u 3'-5', c nh th , ư ế ứ ạ ố

ề ARN.

– ARN tách d n kh i m ch ADN, 2 m ch ADN sau khi ARN pol đi ử ạ

ế ế

qua l ể các riboNu liên k t t o thành phân t ế ạ ầ ỏ i liên k t tr l ế ở ạ ạ

– Nh tín hi u k t thúc, ARN pol k t thúc vi c t ng h p ARN, r i ờ ệ ổ ế ợ

ạ i. • c. Gian đo n k t thúc: ạ ệ kh i ADN. ờ ỏ

• d. G n chóp và thêm đuôi poly

ắ

A:

ộ

ạ

ầ

ấ

ấ

ệ

ố

ế

- Khi m ch mARN dài đ 20-30 ribonu. Đ u 5’ n i thêm ch t 7- ố methylguanylate. Ch t này giúp n đ nh mARN, b o v ch ng ả ị ổ i s phân h y và giúp riboxom l ạ ự nh n bi ậ ạ

ủ t mARN. - Khi m ch mARN tách kh i ỏ

ố ớ

, đ ng th i g n thêm vào

ờ ắ

AND , poly A polymerase (PAP) c t đ t đo n ARN n i v i các ắ ứ nhân t đ u 3’ ch ng 200-250A.

ạ ố ồ ừ

ầ

ắ ỏ

ố

• C t r i các intron và n i các exon l

2.C t b intron, n i exon Splicing i v i nhau nh ờ ắ ờ

ố

ồ

ạ ớ splicesome (g m snRNP và các protein). ở ầ

• Hai nu đ u tiên GU ầ

ở ầ

ủ

ti n

t đ c t intron ra kh i phân t

đ u 5’ và AG ế ể ắ

đ u 3’ c a m i ỗ ử ề

ỏ

ậ

ướ i biên gi

c c b n: ơ ả ớ

ạ ầ

i đ u 5’ ế

ớ

ầ ắ

intron là v trí nh n bi ị mARN. • Có 3 b i exon-intron t - C t t ắ ạ + U1, U2 bám vào đ u 5’ c a intron, ti p xúc v i A. ủ + U4, U5, U6 đ n g n vào t o thành splicesome, c t đ u ạ ừ

ế ớ

ắ ầ đ u intron v a b c t liên k t v i 2’ OH ị ắ ả

ắ

ạ

i đ u 3’, intron b lo i ra

- C t t

ạ ầ

ắ ạ

ị ạ

và 2 exon đ

ế 5’-ribonu 5’G ở ầ c a A n m g n v trí c t 3’ kho ng 20-50 ribonu t o ị ầ ằ ủ hình thòng l ng.ọ i biên gi i exon-intron t ớ c n i v i nhau. ượ

ố ớ

bào

Ví d ụ quá trình splicing khác nhau x y ra

ả

ủ

tuy n n ế

ướ

c b t và t ọ

ế

t ở ế ộ bào gan c a chu t

3.mARN xuyên qua l

nhân ra bào t

ng

ỗ

ươ

ặ

ắ ậ

ể

mARN g n v i 1 s protein đ c hi u ệ ố ớ nhân nh các th hnRNP, nh n di n l ụ ờ ệ ỗ th bên trong màng nhân, xuyên màng nhân ra ngoài t

ng theo h

ng 5’-3’.

ươ

ướ

ủ

đ

( n u mARN không c d ch mã)

4.H y mARN ượ

c d ch mã, t c

ứ

ế

ị ợ

i tác d ng c a ribonuclease, s phân

ủ

ẽ

mARN này.

ế ị • N u mARN không đ ượ không có quá trình t ng h p protein, thì ổ d ụ h y phân t ử

ướ ủ

ị

5.D ch mã, t ng h p protein (protein ợ ổ synthesis)

i mã thông tin di

ị

ả mARN đ t o thành protein

• D ch mã là quá trình gi ể ạ

truy n t ề ừ ng ng. t ứ ươ

• Ngoài mARN thì 2 nhân t

quan tr ng

ố ị

ọ khác tham gia quá trình d ch mã là riboxom và ARN v n chuy n.

ể

ậ

i l n 60s và đ n

ơ

ị ướ

i là đ n v d ơ

ị ướ ớ

ơ

• Riboxom có 2 đ n v d i bé 40s.

v d ị ướ

• Trên 2 đ n v d

i: l n và bé đ u có 3 v trí ký hi u là A,

ơ

ị ướ ớ

ệ

ề

ị

P và E.

ế

ơ

A(aminoacyl) là n i tARN mang acid amin đ n. ơ P(peptidyl) là n i hình thành liên k t peptid. ế E(exit) là n i tARN r i kh i riboxom.

ỏ

ờ

ơ

ể

ộ

+ đ u 5’ đ

c

+ đ u TpsiC ch a b ba

ứ

ộ

• ARN v n chuy n: ậ + đ u 3’ có b ba CCA. ầ + đ u DHU- ch a ứ ầ dihydrouridine. ầ ượ phosphorine hóa. ầ T-Psi-C.

ứ

ộ

ệ

ố

+ anticodon ch a b ba đ i mã, đ c hi u cho ặ acid amin nó mang.

: S đ quá trình d ch mã

ơ ồ

ị

Quá trình t ng h p riboxom

ợ

ổ

6. S tr

ng thành c a phân t

protein

:

ự ưở

ủ

ử

ọ

ạ

• Protein sau khi đ c ượ t ng h p s đ c g n ợ ắ ẽ ượ ổ thêm m t s ch c hóa ứ ộ ố h c nh acetat, ư photphat, l p c u n i ầ ố ậ disulfide ho c c t b ỏ ắ ặ gi a 1 đo n peptit ở ữ protein.

III.Ví d m t s bi u hi n gen

ụ ộ ố ể

ệ

bào gan ch a

ế

ế

ứ

ư

• Nh ng t ữ ữ

ế

ứ ượ

ằ

ữ

bào c và t ơ nh ng gen nh nhau, nh ng ch c năng ư c quy t bào này không đ c a nh ng t ế ữ ủ đ nh b ng nh ng khác nhau trong h gen ệ ữ ằ ị c a chúng mà đ c quy t đ nh b ng ế ị ủ nh ng mô hình đi u hòa bi u hi n gen – ệ ể t hóa. chi ph i s phát tri n và bi ệ

ượ ề ể

ố ự

ậ : IV. K t lu n ế

•

bào không ch đ

ạ ộ

ế ị

ở ự

ộ ế ữ

ế ừ

ượ

ự ể

Ho t đ ng c a m t t c quy t đ nh ỉ ượ ủ c k th a mà còn b i s có m t c a nh ng gen nó đ ặ ủ do s bi u hi n c a nh ng gen đó nh th nào trong t ế ư ế ữ ủ ệ bào và đ i v i môi tr ng s ng. ố ố ớ

ườ

ự ề ế ng linh ho t v i nh ng thay đ i c a môi tr

• S đi u hòa bi u hi n gen cho phép các t ệ ữ

ổ ủ

bào thích ng s ng ố ườ ủ

ể ạ ớ ớ

ữ

ợ bào khác nhau.

ứ và phù h p v i nh ng ho t đ ng khác nhau c a các lo i ạ ạ ộ t ế