Nội dung lý thuyết
Các phiên bản khácĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN
- 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).
- 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.
Điều hòa hoạt động gen có nhiều mức độ:
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.
- 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.
- 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.
- 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:
- 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).
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:
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.