Bài 3. Điều hoà hoạt động gen

ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN
I. Khái quát về điều hòa hoạt động gen
1. Ví dụ
2. Khái niệm: là điều hòa lượng sản phẩm do gen tạo ra (nói cách khác là gen có được phiên mã và dịch mã hay không).
3. Tín hiệu điều hòa:
SNVS: THĐH là các tác nhân dinh dưỡng, các điều kiện lí hóa của môi trường.
SVNT: THĐH là các hoocmon, các nhân tố tăng trưởng – là những phân tử do các TB chuyên biệt sản sinh, theo thể dịch lưu chuyển khắp cơ thể. Các phân tử này tác động lên những nhóm tế bào đích điều chỉnh biểu hiện gen của các nhóm TB này theo đúng chương trình đã định sẵn cho phù hợp với sự phát triển của toàn bộ cơ thể.
I. Khái quát về điều hòa hoạt động gen
3. Các cấp độ điều hòa
SVNS: do không có màng nhân, mARN sau khi được tổng hợp thì tiếp xúc ngay với ribôxôm để tiến hành dịch mãquá trình phiên mã và dịch mã diễn ra đồng thờiở SVNS chủ yếu điều hòa ở giai đoạn phiên mã.
SVNT: bộ gen lớn, ADN được nén chặt trong nhânquá trình điều hòa diễn ra phức tạp ở nhiều cấp độ khác nhau: trước phiên mã, phiên mã, trước dịch mã, sau dịch mã.
4. Mục đích của việc điều hòa:
SNVS: điều chỉnh hệ enzim phù hợp với tác nhân dinh dưỡng
SVNT: biệt hóa cấu tạo và chức năng của từng loại tế bào trong cơ thể.
II. Điều hòa hoạt động gen ở SVNS
Mô hình cấu trúc của Operon Lac:
Do hai nhà khoa học người Pháp là F.Jacop và J.Mono đã phát hiện ra cơ chế điều hòa hoạt động gen của VK đường ruột E.coli qua cấu trúc gọi là Operon.
a. Khái niệm Operon: các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố liền nhau thành 1 cụm và có chung một cơ chế điều hòa.
b. Cấu tạo của Operon Lac:
b. Cấu tạo của Operon Lac:
Nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A) : nằm kề nhau, có liên quan với nhau về chức năng - tổng hợp các enzim tham gia phân giải đường lactose trong môi trường để cung cấp năng lượng cho TB.
Vùng vận hành (Operator - O): là trình tự nu đặc biệt, là nơi tương tác với prôtêin ức chế ngăn cản sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc.
Vùng khởi động (Promoter - P) : là nơi enzim ARN-pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã. Nhờ P, mà ARN-pôlimeraza nhận ra mạch nào là mạch khuôn.
Gen điều hòa R (không nằm trong cấu trúc Operon): tổng hợp prôtêin ức chế. Prôtêin này liên kết với vùng vận hành để ngăn cản quá trình phiên mã.




Khi môi trường không có lactose
mRNA
DNA
DNA
mRNA 5’
Prôtêin ức chế
ARN pol
Gen điều hòa R
Vùng khởi động P
Vùng vận hành O
mRNA
5’
3’
Chất ức chế bị bất hoạt
Allolactose
(chất cảm ứng )
5’
3’
ARN không được tạo ra
Permease
Transacetylase
Operon Lac
Β-Galactosidase
lacY
lacZ
lacA
lacI
lacI
lacZ
Khi môi trường có lactose
ARN pol
Prôtêin ức chế
II. Điều hòa hoạt động gen ở SVNS
2. Sự điều hòa hoạt động của Operon Lac
Khi môi trường không có Lactôzơ:  Protein ức chế do gen điều hòa tổng hợp sẽ liên kết vào vùng vận hành làm ngăn cản quá trình phiên mã của gen cấu trúc.
Khi môi trường có Lactôzơ: Một số phân tử lactôzơ liên kết với protein ức chế  làm biến đổi cấu hình không gian của protein ức chế  protein ức chế bị bất hoạt và không liên kết được với vùng vận hành.
Enzim ARN polimeraza có thể liên kết vào vùng khởi động để tiến hành quá trình phiên mã. Các phân tử mARN tiếp tục dịch mã tổng hợp các enzim thủy phân lactôzơ.
Khi đường lactôzơ bị phân giải hết, protein ức chế lại liên kết với vùng vận hành và quá trình phiên mã dừng lại.


Tóm lại, điều hòa hoạt động gen ở SVNS chủ yếu diễn ra ở giai đoạn phiên mã dựa vào sự tương tác giữa prôtêin ức chế với vùng vận hành  giúp sinh vật đáp ứng tốt với điều kiện môi trường thay đổi.