Kiểm soát phiên mã
Kiểm soát dương, âm
Cảm ứng, ức chế
Ví dụ về kiểm soát phiên mã
Lac operon
Tryptophan operon
Arabinose operon
Kiểm soát hậu dịch mã
48 trang |
Chia sẻ: nguyenlam99 | Lượt xem: 1468 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Sinh học - Điều hòa gen, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐIỀU HÒA GEN
GV: Nguyễn Thị Ngọc Yến
Mục tiêu
Điều hòa gen là gì?
Kiểm soát phiên mã
Kiểm soát cảm ứng âm: lac operon
Kiểm soát ức chế âm: hệ tryptophan
Kiểm soát cảm ứng dương: operon arabinose
Kiểm soát hậu dịch mã
Hoạt động gen
Sao chép
Phiên mã
Dịch mã protein
Điều hòa gen
Điều hoà trao đổi chất, là điều khiển tốc độ của các
quá trình sinh hoá bằng cách thay đổi thuận nghịch
các chất có bản chất protein tham gia vào các quá
trình này, hoặc điều hòa hoạt tính của chúng
Điều hòa sinh tổng hợp protein
Sao chép
Phiên mã
Dịch mã
Điều hoà hoạt tính protein
Hoạt động gen
Điều hòa sao chép
Điều hòa sao chép
15 locus (Dna) di truyền kiểm soát sao chép
Mỗi locus mã hóa cho 1 protein cần thiết cho quá
trình sao chép
DnaA cần cho tổng hợp primer
DnaC cần cho việc gắn primer và tham gia phức hệ
kéo dài
Điều hòa sao chép
SAO CHÉP ADN
KIỂM SOÁT DƢƠNG
Sự tích lũy chất hoạt hóa cho
đến ngƣỡng đủ để khởi động
một chu trình sao chép mới
KIỂM SOÁT ÂM
Tổng hợp chất kiềm hãm một
cách giới hạn ngay khi bắt đầu
chu trình sao chép
PROTEIN
ĐIỀU HÒA
Một số thuật ngữ
mARN
Protein - Enzyme
Protein cơ cấu
PROTEIN ĐIỀU HÒA
Gen điều hòa mARN
Gen cấu
trúc
Gắn vào
OPERATOR
KIỂM SOÁT GEN ĐẶC
HIỆU
( kiểm soát sự phiên mã)
Một số thuật ngữ
Protein điều hòa gồm có
Protein ức chế
= Repressor
Gắn operator ngăn cản phiên mã
Thường gặp trong phản ứng đồng hóa
Protein hoạt hóa
= Activator
Gắn promoter/ enhancer cần thiết cho sự biểu hiện
operon (kích thích sự phiên mã gen cấu trúc)
Thường gặp trong phản ứng dị hóa
Một số thuật ngữ
Promoter: trình tự khởi động
Operator: trình tự trên ADN để protein điều hòa
(thường là protein ức chế) gắn vào
Enhancer: trình tự tăng cường trên ADN để protein
hoạt hóa gắn vào. Protein này cũng có thể gắn lên
promoter
Promoter Operator Gene 1 Gene 2 Gene 3
5' 3'
ARN polymerase Repressor
Một số thuật ngữ
Operator có thể nằm cạnh promoter hoặc phủ lên 1
phần hoặc toàn bộ promoter
TTGACA TTTTACCTCTGGCGGT TATAAT GGTTGC ATGTA
5’ 3' Vùng-35 Vùng-10
Promoter
(hôp Pribnow)
Operator
mARN
Vi tri khơi đâu tông hơp mARN
Một số thuật ngữ
1 gen cấu trúc (1 nhóm gen) đứng sau trình tự
promoter. ARN pol nhận diện promoter sẽ phiên mã
sợi có nghĩa thành mARN
Operon: đơn vị phiên mã gồm >= 1 promoter, các
gen mã hóa mARN, >= 1 operator
Operon vi khuẩn
Operon nhân thật
Operon TB nhân nguyên thủy
Điều hòa phiên mã
Hoạt động phiên mã của gen có thể không được điều
hòa nếu sản phẩm của chúng không liên quan tới điều
kiện môi trường: những sản phẩm không phụ thuộc vào
môi trường như vậy được tổng hợp liên tục
Số lượng của những sản phẩm "không được điều hòa"
vẫn có thể thay đổi phụ thuộc vào ái lực tương đối của
ARN polymerase với promoter. Các promoter có ái lực
cao sẽ tạo nhiều sản phẩm của gen hơn là có ái lực thấp
Điều hòa phiên mã
Điều hòa âm: gen bị điều hòa bởi pro ức chế (repressor)
Điều hòa dương: gen bị điều hòa bởi pro hoạt hóa
(activator)
Điều hòa phiên mã
Chất “mở” gen, làm cho gen phiên mã được: chất
cảm ứng
Chất “đóng” sự phiên mã: chất ức chế
Có 4 loại điều hòa cơ bản:
Cảm ứng âm
Ức chế âm
Cảm ứng dương
Ức chế dương
Điều hòa phiên mã
Cảm ứng âm (giải ức chế): Repressor đang cản trở
phiên mã. Chất cảm ứng sẽ bất hoạt repressor, thúc
đẩy phiên mã
Ức chế âm: gen đang phiên mã. Chất ức chế hoạt
hóa repressor phức hợp đồng ức chế ngăn cản
phiên mã
Cảm ứng dương: gen không phiên mã. Chất cảm
ứng hoạt hóa activator phức hợp hoạt hóa thúc
đẩy phiên mã
Ức chế dương: Activator gắn vào gen phiên mã.
Chất ức chế bất hoạt activator cản trở phiên mã
Cảm ứng âm – lac operon
Thường gặp trong phản ứng đồng hóa
Operon bị kiểm soát bởi protein ức chế được cảm
ứng để giải ức chế
Cảm ứng âm
Gen bị điều hòa bởi
repressor (âm)
Chất cảm ứng
Gen đang bị đóngChất mở gen +
Giải ức chế
Cảm ứng âm – lac operon
"Hệ lactose" hoang dại:
Gen điều hoà (I+): repressor
“Lac” operon
Promoter (P+)
Operator (O+)
3 gen cấu trúc: β – galatosidase (Z+), permease
(Y+) và transacetylase (A+)
Cảm ứng âm – lac operon
Cảm ứng âm – lac operon
β-galactosidase
Phân giải lactose thành glucose và galactose
Biến đổi liên kết 1-4 glycosid trong đường lactose
thành liên kết 1-6 trong đường allolactose: chất cảm
ứng hệ lac operon
Khi lactose thiếu hụt trong môi trường thì enzym này
không nhiều lắm. Ngay sau khi thêm lactose vào môi
trường, nhưng không có glucose, enzym này lập tức
được sản sinh
Permease: vận chuyển lactose qua màng vào tb
Transacetylase: chưa rõ
Cảm ứng âm – lac operon
Gen điều hòa thường xuyên tạo ra protein điều hòa
Khi thiếu lactose, repressor gắn operon làm ARN
pol không gắn vào promoter nên không phiên mã
Khi có lactose, không có glucose: một vài phân tử
lactose được permease chuyển qua màng, bị β-
galactosidase chuyển thành allolactose.
Allolactose gắn vào repressor gây biến hình dị lập
thể, rời ADN. ARN pol bám vào phiên mã
Protein ức chế có 2 tâm đặc thù: (1) gắn với
operator và (2) gắn chất cảm ứng
Cảm ứng âm – lac operon
Không có lactose
Cảm ứng âm – lac operon
Khi có lactose, không có glucose: chất cảm ứng gắn
repressor biến hình dị lập thể, bất hoạt repressor
Cảm ứng âm – lac operon
(a) protein ức chế gắn vào operator và phong bế sự hoạt động của ARN
polymerase; (b) chất cảm ứng gắn vào protein ức chế và bất hoạt nó.
ARN polymerase tiến hành phiên mã các gen 1,2,3 trong operon
Promoter Operator Gene 1 Gene 2 Gene 3
5' 3'
ARN polymerase Repressor
Sư phiên ma bi phong bê
Promoter Operator Gene 1 Gene 2 Gene 3
5' 3'
ARN polymerase
Repressor
Inducer mARN mARN mARN
Ức chế âm – hệ tryptophan
Sự tổng hợp enzym bị ức chế bởi chính bản thân
sản phẩm mà nó xúc tác
Thường xảy ra đối với phản ứng đồng hóa
Ức chế âm
Gen điều hòa bởi repressor
không hoạt tính (âm)
Chất ức chế
Ức chế gốc Chất đồng ức chế +
Phức hợp ức chế chức năng
Ức chế âm – hệ tryptophan
Hệ tryptophan:
Gen điều hòa: repressor (chất ức chế gốc) tạo ra
liên tục nhưng không gắn được operator, cần 1 chất
đồng ức chế mới hoạt động được
Operon tryptophan:
Promoter
Operator
5 gen cấu trúc mã hóa 5 enzym tham gia quá
trình tổng hợp tryptophan
Ức chế âm – hệ tryptophan
Repressor
không hoạt tính Enzym tổng hợp tryptophan
Ức chế âm – hệ tryptophan
Promoter và operator phủ lên nhau
Khi nồng độ tryptophan tăng lên:
Tryptophan (chất đồng ức chế = Co-repressor) +
repressor (ức chế gốc không hoạt tính) = Phức hợp
ức chế chức năng gắn operator ức chế phiên mã
Khi tryptophan giảm: tryp tách khỏi repressor,
repressor rời operator, ARN pol bám vào phiên mã
Ức chế âm – hệ tryptophan
Không có tryptophan
Ức chế âm – hệ tryptophan
Khi có tryptophan
Điều hòa suy giảm - Tryptophan
Trình tự dẫn đóng vai trò bộ suy giảm. Theo sau là
operon mã hóa enzym tổng hợp protein
XX Tryp operon
Phân mã hóa 7-uracyl
Ma hoa cho
vi tri găn
ribosom Vi tri tam ngưng
phiên ma
A
B C D
Bô suy
giam
3'
Trinh tư
kêt thuc
Trinh tư dân
Sắp xếp các vùng nucleotid trong trình tự dẫn
Điều hòa suy giảm - Tryptophan
Trong điều kiện thừa tryptophan thì ribosom dịch mã ra
sợi peptid dẫn, do đó vùng B và C của mARN không tạo
nút được. Nhờ đó, vùng C và D bắt cặp được với nhau
tạo thành nút kẹp tóc, phong bế ARN polymerase. Khi
đó Tryptophan operon không hoạt động
Nếu môi trường thiếu tryptophan thì ribosom sẽ dừng lại
ở các codon tryptophan của vùng A. Vì ribosom phủ lên
A, nên B bắt cặp với C, do vậy C không thể bắt cặp với
D nên không hình thành được kẹp tóc ngừng. Nhờ đó,
ARN polymerase tiếp tục phiên mã các gen cấu trúc của
tryptophan operon tạo nên mARN tổng hợp các enzym
cho tryptophan
Điều hòa suy giảm - Tryptophan
A B
mARN
Phiên ma ngưng
D
C
5
’
7u
ARN polymerase
5
’
3
’
AD
N
(a)
A
mARN
Trình t? d?n
5
’
G
en
e ca
á
u
tru
ù
c
t
r
y
pt
o
ph
a
n
5
’
3
’
A
D
N
D
C
B
Hương dich ma
H?
?
ù
ng
p
h
i
e
?
n
m
a
?
(b)
Mô hình phiên mã suy giảm của operon tryptophan E. coli
(a)Thừa tryptophan: ngừng; (b)Thiếu tryptophan: không ngừng
Cảm ứng dƣơng - arabinose
Hệ arabinose: mã hóa các enzym tham gia chuyển
hóa đường arabinose
Gen điều hòa araC: repressor
Operon
Promoter (araI): có thể được hoạt hóa nhờ cAMP
qua trung gian CAP/ CRP, ARN pol gắn vào được
Operator (araO)
3 gen cấu trúc cần cho sự chuyển hóa (dị hóa)
đường arabinose (araB, araA, araD) viết tắt BAD
araC Promoter araB araA araD
Cảm ứng dƣơng - arabinose
Điều hòa âm tính và dương tính
Cơ chất: arabinose là chất cảm ứng của Ara operon
Môi trường thiếu arabinose điều hòa âm tính:
repressor bám vào araO làm ADN có dạng loop nên
ARN pol không bám vào được
Môi trường thừa arabinose điều hòa dương tính:
arabinose bám vào repressor thành “phức hợp hoạt
hóa” rời araO, bám vào araI khởi động phiên mã
Cảm ứng dƣơng - arabinose
Không có arabinose: Repressor gắn operator làm ADN ở
dạng loop ARN pol ko gắn vào được để phiên mã
các enzym dị hóa arabinose chỉ có 1 lượng nhỏ
Cảm ứng dƣơng - arabinose
Khi có arabinose, không có glucose:
Arabinose + repressor = activator
(phức hợp hoạt hóa ) rời khỏi
operator ARN pol gắn promoter
phiên mã
Cảm ứng dƣơng - arabinose
Promoter: có thể được hoạt hóa nhờ cAMP qua
trung gian CAP/ CRP, ARN pol gắn vào được
Promoter
ARN polymerase AMP + CAP
Promoter Promoter
ARN polymerase
AMP + CAP
Đa kiểm soát
Một locus di truyền có thể được kiểm soát bởi nhiều
cơ chế khác nhau: Khi có glucose, không cần phân
giải đường khác gen mã hóa các enzym phân giải
đường khác bị đóng lại
Ví dụ:
Không glucose, có lactose: lac operon được cảm ứng
Khi có glucose: lac operon bị đóng
Hiệu ứng glucose hay Ức chế dị hóa.
Phức hệ 2 chất hoạt hóa hệ này là cAMP và CAP.
Glucose tăng: cAMP giảm, operon không được hoạt
hóa và ngược lại.
Đa kiểm soát
Với lac operon: có vị trí gắn phức hệ cAMP-CAP.
ARN pol chỉ gắn có hiệu quả vào promoter nếu
phức hợp cAMP-CAP cũng được gắn vào vị trí này.
cAMP không gắn được promoter mà cần liên kết
CAP điều hòa cảm ứng dương tính
Khi mức glucose tăng lên trong tế bào, thì lượng
cAMP giảm xuống và sẽ có ít phức hệ cAMP-CAP
hơn có thể dùng để hoạt hóa lac operon
AMP + CAP
Promoter
ARN polymerase
Kiểm soát hậu dịch mã
Sự biểu hiện gen được điều hoà sau khi protein hình
thành
Sự kìm hãm ngược: sự ức chế bởi sản phẩm cuối
Sản phẩm cuối liên kết với enzym đầu tiên
phong bế vị trí xúc tác của enzym ngăn sản xuất
quá độ sản phẩm cuối
Sản phẩm cuối liên kết vị trí gần chất kìm hãm (vị trí
điều hòa) của enzym làm biến hình dị lập thể enzym
Sơ đồ kìm hãm ngƣợc trong E. coli
(e = enzym; g = gen; 1,2,3,4,5 = các chất trung gian)
isoleucin có nồng độ cao sẽ ức chế enzym e1 (threonin
deaminase) kìm hãm toàn bộ con đường tổng hợp isoleucin
1 = threonin 2 = -ketobutyrate
Sư dư thưa gây
kim ham ngươc
e1 = threonin deaminase
isoleucine
4 5
3
e3
e4
e5
g5
g4
g3
g2 g1
e2
Tê bao
sư dung
Tóm tắt
Kiểm soát phiên mã
Kiểm soát dương, âm
Cảm ứng, ức chế
Ví dụ về kiểm soát phiên mã
Lac operon
Tryptophan operon
Arabinose operon
Kiểm soát hậu dịch mã
Hết!
Trang web cập nhật điểm các học phần do bộ
môn Vi – ký sinh – khoa Dược chịu trách nhiệm:
https://sites.google.com/site/bomonvikysinh/
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 8_dieu_hoa_gen_1922.pdf