Điều hòa hoạt động gen

ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN

I. Khái quát về điều hòa hoạt động gen

1. Khái niệm

- Điều hòa hoạt động của gen là điều hòa lượng sản phẩm do gen tạo ra hay điều hòa các quá trình nhân đôi ADN, phiên mã tạo ARN và quá trình tổng hợp protein (được hiểu là quá trình phiên mã và dịch mã có xảy ra hay không).

 - Điều hòa hoạt động của gen liên quan tới các chất cảm ứng hay tín hiệu.

Ví dụ: Ở vi khuẩn E.Coli: gen quy định tổng hợp enzim phân giải đường lactozo chỉ hoạt động khi trong môi trường có lactozo ⇒ Đường lactozo là chất cảm ứng (tín hiệu).

2. Ý nghĩa

- Đảm bảo hoạt động sống của tế bào luôn hài hòa, bào thích ứng với điều kiện môi trường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể.

- Tùy theo nhu cầu tế bào, tùy từng bộ phận, từng giai đoạn phát triển, mỗi tế bào có nhu cầu tổng hợp các loại protein khác nhau, tránh tổng hợp lãng phí.

- Các protein được tổng hợp vẫn thường xuyên chịu cơ chế kiểm soát để lúc không cần thiết, các protein đó sẽ bị phân hủy. 

3. Các mức độ điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật

Điều hòa hoạt động gen có nhiều mức độ:

  • Điều hòa phiên mã: điều hòa số lượng mARN được tổng hợp trong tế bào.
  • Điều hòa dịch mã: điều hòa lượng protein được tạo ra.
  • Điều hòa sau dịch mã: làm biến đổi protein  sau khi được tổng hợp để có thể thực hiện được chức năng nhất định.

Lưu ý: Quá trình điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân chuẩn rất phức tạp, còn ở sinh vật nhân sơ chủ yếu ở mức độ phiên mã.

II. Điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ

- F. Jacob và J. Mônô (người Pháp) đã phát hiện ra cơ chế điều hòa hoạt động gen ở vi khuẩn E. coli (sinh vật nhân sơ). Ví dụ điển hình cho cơ chế điều hòa này là operon Lac.

1. Đặc điểm điều hòa

- Bộ gen nhân sơ: Đơn giản, mạch kép dạng vòng, chứa số lượng gen ít.

- Quá trình phiên mã xảy ra đồng thời với quá trình dịch mã.

- Mục đích của điều hòa: Đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển.

- Thời gian: Giai đoạn phiên mã.

2. Mô hình điều hòa (Mô hình Operon lactozo)

- Phần lớn gen của sinh vật nhân sơ được tổ chức thành những đơn vị cấu trúc hoạt động chức năng ⇒ OPERON (Operon là các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường phân bố theo cụm có chung một cơ chế điều hòa).

- Operon Lac là các gen cấu trúc quy định tổng hợp các enzim thủy phân Lactozo được phân bố thành cụm trên ADN và có chung một cơ chế điều hòa.

- OPERON LAC gồm các gen sau:

  • Nhóm gen P (Khởi động): Nằm trước vùng vận hành O, là nơi enzim ARN polymeraza bám vào để thực hiện quá trình phiên mã.
  • Nhóm gen O (Vận hành): là đoạn mang trình tự nu đặc biệt, là nơi tương tác với protein ức chế (do gen R tổng hợp) để ngăn cản sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc.
  • Nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A): nằm kề nhau, có liên quan với nhau về chức năng, làm khuôn thực hiện quá trình phiên mã giải mã tổng hợp phân giải lactozo.

- Gen R: Không thuộc thành phần của OPERON, nhưng có vai trò qua trọng trong điều hòa hoạt động của các gen Operon. Gen R có chức năng tổng hợp protein ức chế tương tác với vùng vận hành (O).

3. Cơ chế điều hòa của sinh vật nhân sơ (Điều hòa âm tính)

a. Trạng thái ức chế (operon bất hoạt): khi môi trường không có lactose

- Trong điều kiện bình thường, môi trường không có lactose: Gen điều hòa R tổng hợp protein ức chế => Protein này liên kết với vùng vận hành O => ức chế nhóm gen cấu trúc, ngăn cản quá trình phiên mã => không xảy ra phiên mã, dịch mã => không tổng hợp enzim.

b. Trạng thái cảm ứng (operon hoạt động): khi môi trường có lactose (chất cảm ứng)

- Trong điều kiện môi trường có lactozo:

  1. Gen R tổng hợp protein ức chế, protein ức chế sẽ liên kết với lactozo => biến đổi cấu hình không gian của nó, làm protein ức chế không thể liên kết với vùng vận hành O, Operon hoạt động
  2. Vùng vận hành (O) được giải phóng, kích hoạt nhóm gen khởi động (P) và nhóm gen cấu trúc thực hiện phiên mã và dịch mã thành các protein Z, Y, A → tổng hợp enzim phân giải lactozo.
  3. Khi lactozo phân giải hết ⇒ quá trình tổng hợp enzim dừng lại.

III. Điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực

Điều hòa hoạt động gen nhân thực có một số khác biệt so với nhân sơ:

+ Hệ gen của sinh vật nhân thực lớn hơn, phức tạp. Quá trình phiên mã và dịch mã không xảy ra đồng thời → Điều hòa hoạt động gen nhân thực phức tạp.

+ Mục đích: Hướng tới sự biệt hóa.

+ Tín hiệu điều hòa: Hoocmon.

+ Thời điểm: Từ trước phiên mã cho đến sau dịch mã.

Hỏi đáp

Hỏi đáp, trao đổi bài Gửi câu hỏi cho chủ đề này
Luyện trắc nghiệm Trao đổi bài

Tài trợ


Tính năng này đang được xây dựng...