Khi nào một gen được mở ra để thực hiện chức năng tự sao chép hay sao mã

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA-THỰC PHẨM
---&&&---
ĐỀ TÀI
Khi nào một gen được mở ra để thực hiện chức năng tự sao chép hay sao mã ?

GVHD: ThS. Lê Hồng Phú
Nhóm thực hiện:11-07TP113
Thành viên nhóm 11-07TP113
1.Lương Thị Bích Tiền
2.Lê Thị Thu Trà
3.Đặng Thị Thùy Trang
4.Lâm Thị Thùy Trang
5.Trương Tấn Trung
6.Huỳnh Chí Trung
7.Lê Thị Tư
Mục lục

Lời mở đầu
Tổng quan về gen
Khái niệm gen
Cấu trúc gen
Chức năng gen
Yếu tố ảnh đến quá trình gen mở
Cơ chế đóng mở của gen
Điều hòa gen
Khái niệm gen điều hòa
Điều hòa gen ở sinh vật nhân sơ
Điều hòa gen ở sinh vật nhân thật
Quá trình phiên mã
Khái niệm phiên mã (sao chép)
Cơ chế
Quá trình dịch mã
Tổng kết
Tài liệu tham khảo
Lời mở đầu
- Trong vài năm gần đây, những thành công về phát hiện ra gen mới hay một khám phá mới trong y học đã giúp cho những nhà khoa học sẽ có phương tiện phân tích gen để chuẩn đoán chính xác ( mắc bệnh hay không mắc bệnh ) trong tương lai.

- Việc ứng dụng gen vào tiên đoán và chuẩn đoán bệnh đạt được một số thành công, nhất là đối với những bệnh chỉ do một gen gây ra. Xét nghiệm gen có thể tiên đoán chính xác những bệnh như bệnh thần kinh có tên là Huntington, bệnh xơ nang ( cystic fibrosis ), bệnh thiếu máu ( sickle-cell disease ), ung thư nội tiết loại 2 ( multiple endocrine neoplasia type II ),….Tiên đoán bệnh này còn kéo dài tuổi thọ cho bệnh nhân.

- Phần lớn các bệnh mãn tính và phổ biến như : Đái tháo đường, ung thư, bệnh tim, bệnh tai biến, loãng xương…thì do nhiều gen gây nên.Đối với những bệnh này khó xác định gen gây bệnh.

- Việc hiểu rõ cơ chế khi nào gen mở để thực hiện việc sao chép sẽ giúp cho các nhà khoa học khống chế những gen xấu để hạn chế các bệnh nguy hiểm..
I-Tổng quan về gen
1-Khái niệm về gen

- Gen là một đoạn chuỗi xoắn kép của phân tử DNA chứa thông tin quy định cấu trúc của một loại phân tử protein, còn gọi là thông tin di truyền được mã hóa bằng thứ trị Nucleotic trong mạch gốc của gen. Mã di truyền là mã bộ ba, ba Nucleotic kế tiếp trong mạch gốc của gen mã hóa một Acid Amin trong phân tử Protein do gen điều khiển tổng hợp.

- Gen được đặc trưng bởi thành phần, số lượng,
thứ tự Nucleotic trên mạch gốc của gen

- Gen còn là bảng mã gốc, điều khiển quá trình
tái sinh sao mã ( tự sao chép ) và giải mã

- Gen có thể là gen sản xuất chứa thông tin di truyền, điều khiển, tổng hợp phân tử Protein quy định tính trạng, cũng có thể là gen điều hòa, gen khởi động, giữ vai trò điều tiết quá trình giải mã.

- Gen có thể nằm trong tế bào chất hoặc nằm trong nhân trên NST thường hoặc NST giới tính

I-Tổng quan về gen
2-Cấu trúc của gen

Một gen có cấu trúc điển hình gồm ba vùng
+ Vùng điều khiển
+ Vùng mang mã di truyền
+ Vùng kết thúc

- Vùng điều khiển: Có một số trình tự đặc biệt điều khiển hoạt động của gen

- Vùng mang mã di truyền: Được phiên mã sang RNA thông tin (mRNA), gen cấu trúc có thể được dịch mã tạo ra sản phẩm Protein

- Vùng kết thúc: Mang các trình tự phân biệt giữa các gen và trình tự kết thúc quá trình phiên mã, cấu trúc gen còn bao gồm một số cấu trúc đặc thù nằm ở phía sau hoặc trong gen như các trình tự điều hòa.
II-Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đóng mở gen
Yếu tố


Protein ức chế Enzyme Các hoocmôn


-Protein ức chế : được sản sinh ra từ khuôn mẩu của gen điều hòa có tác dụng đóng hoặc mở gen chỉ huy.

- Enzyme
+ Enzyme DNA-polymeraza xúc tác cơ chế tái sinh DNA.
+ Enzyme RNA-polymeraza liên kết hyđro trên gen bị cắt.
+ Một số các Enzyme khác tham gia quá trình giải mã.

- Hoocmôn :

II-Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đóng mở gen
Enzyme
hoạt hóa
Đổi mã
Triptophan
gắn vào tRNA
tRNA gắn vào mã UGG của mRNA
Hoạt hóa của ezym "đọc" và mã gen
II-Cơ chế đóng mở của gen
- Quá trình đóng mở của gen được biết đến như điều hòa gen (Gene regulation). Điều hòa gen là một phần quan trọng của sự phát triển bình thường. Gen đóng mở theo nhiều phương thức khác nhau trong suốt quá trình phát triển. Điều hòa gen còn cho phép tế bào phản ứng nhanh lẹ với những thay đổi của môi trường xung quanh.

- Điều hòa gen có thể xảy ra ở bất kì thời điểm nào trong suốt quá trình biểu hiện gen, nhưng thông thường thì xảy ra ở mức độ phiên mã ( khi thông tin trên gen của DNA được chuyển sang cho mRNA ).

- Những tín hiệu đến từ môi trường hay các tế bào khác kích hoạt các protein gọi là nhân tố phiên mã ( transcription factor ). Những protein này bám vào vùng điều hòa của gen và làm gia tăng hoặc làm giảm mức độ phiên mã, quá trình này có thể xác định số lượng sản phẩm protein hình thành bởi gen tại bất kì thời điểm bắt đầu nào.
III-Điều hòa gen
Khái niệm gen điều hòa : là gen nhận tín hiệu từ môi trường nội bào, kích thích hay ức chế các gen khởi động, từ đó kích thích hay ức chế các gen sản xuất.

1-Điều hòa gen ở sinh vật nhân sơ

- Dựa vào tương tác của protein điều hòa với gen O (gen vận hành). Protein điều hòa được gọi là yếu tố kìm hãm hay ức chế được gen điều hòa I tổng hợp.

- Khi môi trường không có lactoz, yếu tố kìm hãm gắn vào O, ngăn cản sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc vì enzym phiên mã không hoạt động được.

- Khi môi trường có lactoz, được gọi là nhân tố cảm ứng của O, tác nhân này sẽ gắn vào yếu tố ức chế làm thay đổi cấu hình không gian của nó do đó nó không gắn được vào gen O. Nhờ đó enzyme phiên mã mới phiên mã được nhóm gen cấu trúc để tổng hợp enzyme phân giải lactoz.

III-Điều hòa gen
2-Điều hòa gen ở sinh vật nhân thật

- Cơ chế điều hòa khá phức tạp do cấu trúc phức tạp của DNA và NST.

- DNA nằm trong NST có cấu trúc bệnh xoắn nên trước khi phiên mã, NST phải tháo xoắn. Sự điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực qua nhiều mức điều hòa khác nhau.

- NST tháo xoắn, phiên mã, biến đổi sau phiên mã, dịch mã và biến đổi sau dịch mã. Các gen điều hòa ở sinh vật nhân chuẩn có thể nằm cách gen được điều hòa.
IV-Quá trình phiên mã
1-Khái niệm phiên mã (sao chép)

- Phiên mã (hay sao mã) là quá trình sao chép thông tin di truyền được mã hóa dưới dạng trình tự các nucleotide trên gen thành trình tự ribonuclotide trên RNA thông tin (mRNA) nhờ đó mà tổng hợp những protein đặc thù cho gene.

- Sao mã là quá trình dùng mạch mang nghĩa của gen làm mẫu để tổng hợp thành mộ RNA (dạng mạch đơn). Enzym tham gia làm xú tác cho quá trình phản ứng có tên là RNA polymeraza.

- Với sinh vật nhân chuẩn, có 3 loại RNA polymeraza, mỗi loại sẽ sao mã ra một nhóm RNA khác nhau. RNA polymeraza I thì dùng để tổng hợp ra rRNA, RNA polymeraza II dùng để tổng hợp ra mọi RNAm (là các protein để mã hóa RNA) và RNA polymeraza III dùng để tổng hợp ra tRNA và một số RNA ổn định nhỏ khác. RNA polymeraza II là quan trọng nhất.



IV-Quá trình phiên mã
Sợi mới
Sợi khuôn
Điểm khởi đầu sao chép
Sợi DNA xoắn kép bố mẹ
Hai sợi xoắn kép con
Các điểm khởi đầu sao chép
V-Quá trình phiên mã
2-Cơ chế

Khi một gen cấu trúc được kích hoạt
vùng mã hóa này sẽ tiến hóa thành
phiên mã (tạo thành mRNA chứa thông tin của gen).
RNA này sau đó sẽ hướng dẫn cho quá trình tổng
hợp protein thông qua mã di truyền. Ngoài ra, các
gen loại khác có thể mã hóa cho những RNA không
tổng hợp protein. Ví dụ: tRNA vận chuyển các amino
acid, rRNA là thành phần của ribosome.
Sơ đồ phiên mã : AND phiên mã cho mARN từ đó dịch mã để tạo thành protein
IV-Quá trình phiên mã
Sợi muộn
Sợi sớm
DNA polymeraz III
RNA mồi
Hoạt động của DNA polymeraz III trong quá trình sao chép
VI-Quá trình dịch mã
Dịch mã hay còn gọi là giải mã được thực hiện ở ngoài tế bào chất, giúp tế bào tổng hợp nên các loại protein khác nhau tham gia vào chức năng và cấu trúc tế bào.

Giai đoạn 1: Tổng hợp ARN để chuyển thông tin di truyền từ gen sang sản phẩm prôtêin.

Giai đoạn 2: Tổng hợp prôtêin ở tế bào chất gồm 4 bước cơ bản

Bước 1: Hoạt hoá axit amin. Các axit amin tự do có trong bào chất được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất giàu năng lượng ađenôzintriphôtphat (ATP) dưới tác dụng của một số loại enzim. Sau đó, nhờ một loại enzim đặc hiệu khác, axit amin đã được hoạt hoá lại liên kết với tARN tương ứng để tạo nên phức hợp axit amin – tARN (aa – tARN).
VI-Quá trình dịch mã
+ Bước 2: Mở đầu chuỗi pôlipeptit có sự tham gia của ribôxôm , bộ ba mở đầu AUG(GUG ở sinh vật nhân sơ), tARN axit amin mở đầu tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu trên mARN theo NTBS. Kết thúc giai đoạn mở đầu

+ Bước 3: Kéo dài chuỗi pôlipeptit, tARN vận chuyển axit amin thứ nhất tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu của mARN theo nguyên tắc bổ sung. aa1 – tARN tới vị trí bên cạnh, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ nhất trên mARN theo nguyên tắc bổ sung. Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và axit amin thứ nhất. Ribôxôm dịch chuyển đi một bộ ba trên mARN (sự chuyển vị) làm cho tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm. Tiếp đó, aa2 – tARN tiến vào ribôxôm, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ hai trên mARN theo nguyên tắc bổ sung.Liên kết peptit giữa aa1 và aa2 được tạo thành. Sự chuyển vị lại xảy ra, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với bộ ba tiếp giáp với bộ ba kết thúc phân tử chuỗi polipeptit lúc này có cấu trúc aaMĐ – aa1 – aa­2 ... aan vẫn còn gắn với tARN axit amin thứ n.

+ Bước 4: Kết thúc chuỗi pôlipeptit, Ribôxôm chuyển dịch sang bộ ba kết thúc lúc này ngừng quá trình dịch mã 2 tiểu phần của ribôxôm tách nhau ra tARN, axit amin cuối cùng được tách khỏi chuỗi polipeptit. Một enzim khác loại bỏ axit amin mở đầu giải phóng chuỗi pôlipeptit.
VI- Quá trình dịch mã
Yếu tố giải phóng
Chuỗi polypetic giải phóng
Đơn vi
ribosom
nhỏ
Đơn vi
ribosom
lớn
Vị trí
P
Vị trí
E
Vị trí
A
Sự dịch mã của sinh vật nhân thật
Tổng kết
- Gen được mở ra để thực hiện chức năng tự sao chép hay sao mã để tổng hợp nên phân tử mRNA và qua quá trình giải mã để tổng hợp prôtein…

- DNA là bản mã gốc chứa thông tin di truyền, mRNA là bản mã sao, tRNA giải mã tổng hợp prôtein.



Sao mã
Giải mã
DNA
RNA
Protein
Tài liệu tham khảo
1. Cẩm nang ôn luyện Sinh học của Lê Đình Trung-Trịnh Nguyên Giao NXB ĐH Quốc gia Hà Nội

2. Sinh học đại cương của Lê Trọng Sơn NXB ĐH Huế

3. Sinh học phân tử PGS.Ts Nguyễn Hoàng Lộc ( chủ biên) NXB ĐH Huế
Cảm ơn thầy và các bạn theo dõi
The End…Thank you…!