Bài giảng Tổng quan về di truyền học - Bài 4: Kiểm soát biểu hiện Gene

KIỂM SOÁT BIỂU HIỆN GENE 1. Operon lac 2. Operon trp 3. Điều hòa dịch mã ở tiền hạch 4. Kiểm soát biểu hiện gene chân hạch 5. Sự nhận biết protein-DNA 6. Ý nghĩa của sự biểu hiện gene 1. Operon lac Khi ta uống sữa (có lactose), E. coli nhanh chóng tạo bộ ba enzyme dùng lactose, do lactose cảm ứng sự mở của operon lac. Operon = nhóm gene với các chức năng liên hệ + các vùng điều hòa (promoter + operator). • Các vùng của operon lac • - 3 gene cấu trúc: lacZ (-galactosidase), lacY (permease) và lacA (?) • - Plac đánh dấu nơi khởi đầu sao chép cho cả 3 gene • - O quyết định RNA pol dính Plac hay không • Các trình tự bổ sung • - CAP cho phép RNA pol dính Plac hay không • - I (với promoter riêng) mã hóa protein repressor Tổ chức của operon lac • Cơ chế hoạt động của operon lac: • Operon lac chỉ mở [được cảm ứng, “mở”, sao mã] khi nồng độ glucose thấp và có lactose • ● Glucose thấp  cAMP cao  cAMP-CAP dính vào vị trí-CAP  làm cong DNA  RNA pol có thể vào Plac • ● Có lactose  lactose dính vào R  R-lactose không dính vào O  RNA pol có thể vào Plac Tóm tắt OFF OFF OFF ON 2. Operon trp : Repressor trp hoạt động khi dính trp (thức ăn là sữa hay thịt)  ngừng sao mã • 3. Điều hòa dịch mã ở tiền hạch • Điều hòa ở mức dịch mã sự sản xuất ribosome (rRNA & r-protein): khi r-protein vượt quá, chúng cố định trên mRNA để cản sự dịch mã. 4. Kiểm soát biểu hiện gene chân hạch Cấu trúc gene chân hạch (2 vùng): - vùng ghi mã = chuỗi exon – intron - vùng điều hòa ở 5’ gồm các trình tự điều hòa cis (6-8 nucleotide) = enhancer & các promoter • ° Kiểm soát ở mức sao mã [điều hòa cis – trans] • Yếu tố (trình tự) điều hòa cis (DNA) là nơi cố định yếu tố điều hòa trans (protein)  tăng sao mã Điều hòa cis-trans bởi hormone • - Hormone hòa tan trong lipid (thyroxine) qua màng • - Hormone hòa tan trong nước (adrenaline) cố định trên protein màng & truyền cAMP vào tế bào • ° Kiểm soát ở mức sau-sao mã • Thông thưòng nhất là ráp nối luân phiên + biên tập  sai biệt giữa gene và protein • Sự ráp nối luân phiên: • Biên tập: Ví dụ thêm U • GAG AGG AGA GG • Glu Arg Arg Gly • GAU GUU UUA UGU GUU AUG UAU UUG UGU • Asp Val Leu Cys Val Met Tyr Leu Cys • ° Kiểm soát ở mức dịch mã • - Các yếu tố kéo dài thuộc họ các protein G •  Kiểm soát sau-dịch mã • Ví dụ: sự cắt polypeptide để cho các sản phẩm hoạt động sau cùng (insulin) • 5. Sự nhận biết protein-DNA • Liên kết protein-DNA là vấn đề căn bản của sự điều hòa gene. • Cấu trúc protein: 4 bốn mức độ + motif & domain • Motif: “cấu trúc siêu bậc hai” = vùng nhiều yếu tố có cấu trúc bậc hai • Domain: đơn vị chức năng có cấu trúc bậc ba = một đoạn protein do exon mã hóa và cuộn thành một đơn vị chức năng độc lập Bằng cách nào protein (ngôn ngữ acid amin) nhận biết DNA (ngôn ngữ nucleotide)? Protein điều hòa dính vào trình tự điều hòa ở mặt ngoài xoắn kép (không cần tháo cuộn), nhờ “nhìn thấy” rãnh lớn của DNA. Rãnh lớn là nơi các base nhô ra với nhóm CH3, H, O và N. Khi motif dính DNA, 1 đoạn xoắn khớp rãnh lớn, 1 đoạn xoắn ở ngoài DNA để giữ vững sự khớp. Phần lớn protein điều hòa chứa các motif, như motif helix-turn-helix [2 đoạn xoắn- + 1đoạn cong ở giữa]. • Repressor tryp (protein điều hòa kiểu helix- turn-helix) dính vào operator, nhờ khớp vào 2 rãnh lớn, sau khi dính 2 phân tử tryptophan. 6. Ý nghĩa của sự biểu hiện gene ° Tiền hạch: nhanh chóng [mức sao mã, operon] để khai thác tối đa nguồn thực phẩm tạm thời. • ° Chân hạch: ở nhiều mức (nhiều cơ hội), chủ yếu cho yêu cầu phát triển