Điều hòa biểu hiện gen

Nội dung text: Điều hòa biểu hiện gen

1. Điều hũa biểu hiện gen • Nhúm 5: Nguyễn Thị Thắm Nguyễn Phương Hạnh Hoàng Mạnh Hải Nguyễn Viết Hải Lờ Thu Trang Nguyễn THị THỳy Lan
2. I.Khỏi niệm: - Điều hoà hoạt động của gen chớnh là điều hoà lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào nhằm đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phự hợp với điều kiện mụi trường cũng như sự phỏt triển bỡnh thường của cơ thể. - Ở sinh vật nhõn sơ, điều hoà hoạt động gen gen chủ yếu được tiến hành ở cấp độ phiờn mó. - Ở sinh vật nhõn thực, sự điều hoà phức tạp hơn ở nhiều cấp độ từ mức ADN (trước phiờn mó), đến mức phiờn mó, dịch mó và sau dịch mó.
3. II.Nội dung: Prokaryote: Eukaryote : • Cấu tạo tế bào đơn giản, chưa • cấu trỳc phức tạp, cú màng cú màng nhõn ngăn cỏch giữa nhõn ngăn cỏch giữa nhõn với nhõn với tế bào chất . tế bào chất . • bộ mỏy di truyền là một DNA • Sự điều hũa biểu hiện gen xóy vũng, trần, chứa số lượng gen ra ở nhiều mức độ khỏc nhau: . giới hạn và khụng phõn mónh. phiờn mó, biến đổi sau sau phiờn mó, dịch mó, biến đổi • sự phiờn mó và dịch mó xảy ra sau dịch mó. đồng thời. • Prokaryote là những cơ thể đơn bào, sống tự do, sinh • Eukaryote là những cơ thể đa trưởng và phõn chia trong điều bào. Tế bào eukaryote ớt chịu kiện thớch hợp và được cung ảnh hưởng của mụi trường. cấp đấy đủ chất dinh dưỡng
4. Prokaryote và Eukaryote
5. A.SỰ ĐIỀU HềA BIỂU HIỆN GEN Ở PROKARYOTE: • Cú 2 đặc điểm: - Cú khả năng nhận biết cỏc điều kiện trong mụi trường. - Cú khả năng tắt hoặc mở sự phiờn mó của mỗi gen chuyờn biệt hoặc cỏc nhúm gen. • Cơ chế phõn tử cho mỗi mụ hỡnh điều hũa hoàn toàn khỏc nhau, nhưng thường theo một trong hai kiểu chớnh: - Điều hũa õm tớnh:liờn kết với protein ức chế ngăn cản quỏ trỡnh phiờn mó. - Điều hũa dương tớnh: liờn kết với protein hoạt hoỏn khởi động quỏ trỡnh phiờn mó. -> Điều hũa õm tớnh phổ biến phổ biến cho prokaryote, trong khi điều hũa dương tớnh lại phổ biến cho eukaryote.
6. Mụ hỡnh điều hũa biểu hiện gen ở prokaryote: 1. Operon cảm ứng: - operon lac. - operon arabinose. 2. Operon kỡm hóm. operon tryptophan. • operon là gỡ? Các gen cấu trúc liên quan về chức năng thờng phân bố liền nhau thành cụm và có chung một cơ chế điều hoà đợc gọi là Opêron. Nhiễm sắc thể E. coli với vị trớ tương đối của cỏc operon khỏc nhau.
7. Sơ đồ cấu trỳc của operon lac: Gồm: - Gen cấu trỳc ( Z, Y, A ): tổng hợp enzim để phõn giải lactozo - Vựng vận hành (O): chứa protein ức chế quỏ trỡnh phiờn mó. - Vựng khởi động (P): nơi mARN polymeraza bỏm vào và khởi động phiờn mó. - Gen điều hũa (R): tạo protein ức chế và liờn kết với vựng vận hành ngăn cản quỏ trỡnh phiờn mó. Gen này khụng nằm trong cấu trỳc của operon lac. Gen điều hoà Opêron Lac P R P 0 Z Y A
8. • (A). bản đồ của operon lac. • (B). sơ đồ của operon lac ở trạng thỏi bị kỡm hóm. • (C). sơ đồ của operon lac ở trạng thỏi được kớch thớch.
9. A.1.Sự điều hũa hoạt động của operon lac: • Khi mụi trường cú chứa lactozo: gen điều hũa tổng hợp protein ức chế liờn kết với vựng vận hành ngăn cản quỏ trỡnh phiờn mó. • Khi mụi trường cú lactozo: lactozo liờn kết với protein ức chế nờn ARN polymeraza liờn kết được với vựng khởi động để tiến hành phiờn mó. • Trong phiờn mó cỏc mARN của cỏc gen cấu trỳc tạo ra cỏc enzim phõn giải đường lactozo.
10. A.2.Điều hũa õm ở tryptophane operon: -Tryptophane trong tế bào được tổng hợp bởi sự tham gia của 5 loại enzyme xỳc tỏc. - Nếu tế bào được nuụi trong mụi trườn cú trytophane thỡ tryptophane trở thành một chất đồng ức chế, gắn vào repressor khiến cho repressor hoạt động, ngăn cản quỏ trỡnh phiờn mó tạo cỏc enzyme để tổng hợp tryptophane. - Khi trong tế bào thiếu tryptophane thỡ repressor trở nờn bất hoạt, quỏ trỡnh phiờn mó diễn ra, cỏc enzyme xỳc tỏc quỏ trỡnh tổng hợp tryptophan được tổng hợp.
11. A.3.Điều hũa dương operon lac: - Xảy ra khi cả glucose và lactose cựng tồn tại. Khi đú việc tổng hợp enzyme phõn hủy lactose bị glucose ức chế. Khi đú cần một cơ chế điều hũa khỏc. - Nồng độ glucose điều hũa nồng độ của cAMP(những phõn tử nhỏ adenosine monophosphate vũng, được tổng hợp bởi enzymee adenyl cyclase), và nồng độ cAMP lại điều hũa hoạt tớnh của lac operon. - Khi nồng độ glucose cao thỡ nồng độ của cAMP ở mức thấp. Khi nồng độ glucose rất thấp thỡ nồng độ cAMP tăng cao. - cAMP được nhận bởi protein CAP(cyclic AMP receptor protein). Phức hợp cAMP-CAP gắn vào vị trớ cú tờn CAP trờn operon kớch thớch RNA-polymerase gắn chặt hơn vào operon và thực hiện phiờn mó để tổng
12. Bốn trạng thỏi điều hũa của operon lac
13. Phiờn mó dở (Attenuation). • Kiểu điều hũa thứ hai được phỏt hiện ở operon tryptophan được gọi là attenuation. • Attenuation là kết quả sự tương tỏc giữa cỏc trỡnh tự DNA trong vựng leader của bản phiờn mó trp. • Trỡnh tự leader cú cỏc đặc điểm: – Một vựng cú codon AUG và phớa sau là codon kết thỳc UGA, mó húa cho một polypeptide chứa 14 amino acid được gọi là leader polypeptide. – Hai codon tryptophan ở vị trớ 10 và 11 trờn mRNA của lea der polypeptide. Trỡnh tự lặp lại ngắn này cú ý nghĩa trọng điều hũa. – Bốn đoạn của RNA leader là vựng 1, 2, 3 và 4 tạo thành do khả năng kết cặp của cỏc base với nhau. Cỏc base ở vựng 1 kết cặp với vựng 2, vựng 3 kết cặp với vựng 4
14. • A. Sơ đồ phiờn mó của leader trp. • B. Chi tiết cấu trỳc của 2 codon trp ở vũng 1-2
15. • Attenuation là cơ chế điều hũa tinh tế trờn cơ sở điều hũa õm tớnh: Khi tRNAtrp đến đủ cung cấp cho sự dịch mó leader polypeptide , sự phiờn mó bị dừng, cỏc trp enzyme khụng được tổng hợp. Khi nồng độ tRNAtrp quỏ thấp, sự phiờn mó xảy ra cho đến hết, cỏc trpenzyme được tạo nờn. • Điều hũa kiểu attenuation khụng thể xảy ra ở eukaryote vỡ ở eukaryote sự phiờn mó và dịch mó khụng xảy ra đồng thời. Sự phiờn mó xảy ra trong nhõn, cũn sự dịch mó xảy ra ở tế bào chất. • Điều hũa ở operon lac và operon trp là vớ dụ về một trong số cỏc cơ chế quan trọng điều hũa hoạt động gene ở mức phiờn mó của prokaryote.
16. B.Sự điều hũa biểu hiện gen ở eukaryote: • Điều hũa hoạt động gene ở eukaryote phức tạp hơn nhiều so với prokaryote. • Lý do dẫn đến sự khỏc biệt: – Ở Eukaryote, TB khụng tiếp xỳc với mụi trường 1 cỏch trực tiếp – Cấu trỳc TB Eukaryote và TB Prokaryote khỏc nhau nhiều: • Eukaryote cú vỏ nhõn: cú phiờn mó, giải mó. • NST = ADN + histon. • NST xoắn vặn -> thỏo xoắn. • Cấu tạo gen phức tạp hơn. • Quỏ trỡnh điều hũa gồm 6 bước: - Phiờn mó. - Cắt bỏ intron, nối exon ( spling). - ARN thụng tin gắn với một số protein đặc hiệu xuyờn qua lỗ nhõn ra bào tương. - Hủy cỏc mARN khụng được dựng để dịch mó. - Dịch mó, tổng hợp protein. - Sự trưởng thành của protein.
17. 1. Phiờn mó ( transcription) • Định nghĩa: Phiờn mó là quỏ trỡnh chuyển thụng tin di truyền từ AND sang mARN. AND làm khuụn trực tiếp để tổng hợp ra protein mà thụng qua trung gian là mARN. • Đặc điểm: - Chỉ cú 1 trong 2 mạch phõn tử AND được dựng làm khuụn để tộng hợp ARN theo nguyờn tắc bổ sung A=U, G=X. mARN chứa thụng tin của một gen. - ARN-polymerase bỏm vào AND làm tỏch mạch và di chuyển theo hướng 3’-5’ trờn mạch khuụn AND, để ARN được tổng hợp theo hướng 5’-3’.
18. Diễn biến quỏ trỡnh phiờn mó: Cỏc nhõn tố tham gia: - Enzim: cần nhiều enzim khỏc nhau, và cỏc yếu tố trợ giỳp. Vai trũ chớnh là của ARN polimeraza (ARN pol) - Khuụn: 1 mạch của ADN. Chiều tổng hợp mạch mới từ 5'-3'. TFIIE cho phộp khởi động sự phiờn mó. - Nguyờn liệu: Cỏc riboNu và nguồn cung cấp năng lượng (ATP, UTP, GTP )
19. • Diễn biến • a. Mở đầu: – ARN pol nhận biết điểm khởi đầu phiờn mó. – ADN thỏo xoắn, tỏch mạch tại vị trớ khởi đầu phiờn mó. – Cỏc riboNu tới vị trớ ADN tỏch mạch, liờn kết với ADN mạch khuụn theo nguyờn tắc bổ sung, cụ thể: A (ADN) liờn kết với U mụi trường (mt) T (ADN) liờn kết với A mt G (ADN) liờn kết với X mt X (ADN) liờn kết với G mt – Hỡnh thành liờn kết photphođieste giữa cỏc riboNu -> tạo mạch.
20. • b. Giai đoạn kộo dài: – ARN pol di chuyển trờn mạch gốc theo chiều 3'-5', cứ như thế, cỏc riboNu liờn kết tạo thành phõn tử ARN. – ARN tỏch dần khỏi mạch ADN, 2 mạch ADN sau khi ARN pol đi qua lại liờn kết trở lại. • c. Gian đoạn kết thỳc: – Nhờ tớn hiệu kết thỳc, ARN pol kết thỳc việc tổng hợp ARN, rời khỏi ADN.
21. • d. Gắn chúp và thờm đuụi poly A: - Khi mạch mARN dài độ 20-30 ribonu. Đầu 5’ nối thờm chất 7- methylguanylate. Chất này giỳp ổn định mARN, bảo vệ chống lại sự phõn hủy và giỳp riboxom nhận biết mARN. - Khi mạch mARN tỏch khỏi AND , poly A polymerase (PAP) cắt đứt đoạn ARN nối với cỏc nhõn tố, đồng thời gắn thờm vào đầu 3’ chừng 200-250A.
22. 2.Cắt bỏ intron, nối exon Splicing • Cắt rời cỏc intron và nối cỏc exon lại với nhau nhờ splicesome (gồm snRNP và cỏc protein). • Hai nu đầu tiờn GU ở đầu 5’ và AG ở đầu 3’ của mỗi intron là vị trớ nhận biết để cắt intron ra khỏi phõn tử tiền mARN. • Cú 3 bước cơ bản: - Cắt tại biờn giới exon-intron tại đầu 5’ + U1, U2 bỏm vào đầu 5’ của intron, tiếp xỳc với A. + U4, U5, U6 đến gắn vào tạo thành splicesome, cắt đầu 5’-ribonu 5’G ở đầu intron vừa bị cắt liờn kết với 2’ OH của A nằm gần vị trớ cắt 3’ khoảng 20-50 ribonu tạo hỡnh thũng lọng. - Cắt tại biờn giới exon-intron tại đầu 3’, intron bị loại ra và 2 exon được nối với nhau.
23. Vớ dụ quỏ trỡnh splicing khỏc nhau xảy ra ở tế bào tuyến nước bọt và tế bào gan của chuột
24. 3.mARN xuyờn qua lỗ nhõn ra bào tương mARN gắn với 1 số protein đặc hiệu hnRNP, nhận diện lỗ nhõn nhờ cỏc thụ thể bờn trong màng nhõn, xuyờn màng nhõn ra ngoài tương theo hướng 5’-3’.
25. 4.Hủy mARN ( nếu mARN khụng được dịch mó) • Nếu mARN khụng được dịch mó, tức khụng cú quỏ trỡnh tổng hợp protein, thỡ dưới tỏc dụng của ribonuclease, sẽ phõn hủy phõn tử mARN này.
26. 5.Dịch mó, tổng hợp protein (protein synthesis) • Dịch mó là quỏ trỡnh giải mó thụng tin di truyền từ mARN để tạo thành protein tương ứng. • Ngoài mARN thỡ 2 nhõn tố quan trọng khỏc tham gia quỏ trỡnh dịch mó là riboxom và ARN vận chuyển.
27. • Riboxom cú 2 đơn vị dưới là đơn vị dưới lớn 60s và đơn vị dưới bộ 40s. • Trờn 2 đơn vị dưới: lớn và bộ đều cú 3 vị trớ ký hiệu là A, P và E. A(aminoacyl) là nơi tARN mang acid amin đến. P(peptidyl) là nơi hỡnh thành liờn kết peptid. E(exit) là nơi tARN rời khỏi riboxom.
28. • ARN vận chuyển: + đầu 3’ cú bộ ba CCA. + đầu DHU- chứa dihydrouridine. + đầu 5’ được phosphorine húa. + đầu TpsiC chứa bộ ba T-Psi-C. + anticodon chứa bộ ba đối mó, đặc hiệu cho acid amin nú mang.
29. Sơ đồ quỏ trỡnh dịch mó:
30. Quỏ trỡnh tổng hợp riboxom
31. 6. Sự trưởng thành của phõn tử protein: • Protein sau khi được tổng hợp sẽ được gắn thờm một số chức húa học như acetat, photphat, lập cầu nối disulfide hoặc cắt bỏ 1 đoạn peptit ở giữa protein.
32. III.Vớ dụ một số biểu hiện gen • Những tế bào cơ và tế bào gan chứa những gen như nhau, nhưng chức năng của những tế bào này khụng được quyết định bằng những khỏc nhau trong hệ gen của chỳng mà được quyết định bằng những mụ hỡnh điều hũa biểu hiện gen – chi phối sự phỏt triển và biệt húa.
33. IV. Kết luận: • Hoạt động của một tế bào khụng chỉ được quyết định bởi sự cú mặt của những gen nú được kế thừa mà cũn do sự biểu hiện của những gen đú như thế nào trong tế bào và đối với mụi trường sống. • Sự điều hũa biểu hiện gen cho phộp cỏc tế bào thớch ứng linh hoạt với những thay đổi của mụi trường sống và phự hợp với những hoạt động khỏc nhau của cỏc loại tế bào khỏc nhau.