I. Sơ đồ tư duy: Điều hòa hoạt động gen
II. Điều hòa hoạt động gen
1. Khái quát về điều hòa hoạt động gen
Điều hòa hoạt động của gen là điều hòa lượng sản phẩm do gen tạo ra (ARN và protein) hay điều hòa các quá trình nhân đôi ADN, phiên mã tạo ARN và quá trình tổng hợp protein
Ý nghĩa:
- Tế bào chỉ tổng hợp protein cần thiết vào thời điểm thích hợp với một lượng cần thiết.
- Đảm bảo các hoạt động sống của tế bào thích ứng với điều kiện môi trường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể
Các mức độ điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật: Phiên mã, Dịch mã, Sau dịch mã.
Điều hòa hoạt động gen của tế bào nhân sơ xảy ra chủ yếu ở mức độ phiên mã.
2. Diều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ
2.1. Mô hình cấu trúc của operon Lac
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 Operon quy định tổng hợp các enzim thủy phân Lactozo.
2.2. Cấu trúc opêron Lac ở E. coli:
- Nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A): nằm kề nhau, có liên quan với nhau về chức năng
- Vùng vận hành (O): là đoạn mang trình tự nuclêôtit đặc biệt, là nơi bám của prôtêin ức chế ngăn cản sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc.
- Vùng khởi động (P): nơi bám của enzim ARN-polimeraza khởi đầu sao mã.
Gen điều hòa (R): không thuộc thành phần của opêron nhưng đóng vai trò quan trọng trong điều hoà hoạt động các gen của opêron qua việc sản xuất prôtêin ức chế.
2.3. Sự điều hòa hoạt động của operon Lac
Khi môi trường không có Lactozo: Protêin ức chế do gen điều hòa tổng hợp sẽ liên kết vào vùng vận hành làm ngăn cản quá trình phiên mã của gen cấu trúc
Khi môi trường có Lactozo: Lactozo (đóng vai trò như chất cảm ứng) đã liên kết với protein ức chế làm biến đổi cấu hình không gian nên protein ức chế bất hoạt và không gắn với vùng vận hành Enzim ARN polimeraza có thể liên kết vào vùng khởi động để tiến hành quá trình phiên mã. Các phân tử mARN tiếp tục dịch mã tổng hợp các enzim thủy phân Lactozo.
3. Điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực
- Sự điều hòa biểu hiện gen ở nhân thực phải qua nhiều mức điều hòa phức tạp hơn so với nhân sơ và qua nhiều giai đoạn như: nhiễm sắc thể tháo xoắn, phiên mã, biến đổi hậu phiên mã, mRNA rời nhân ra tế bào chất, dịch mã và biến đổi sau dịch mã.
- Đa số nhân thực có cơ thể đa bào và mỗi tế bào có biểu hiện sống không phải tự do, mà chịu sự biệt hóa theo các chức năng chuyên biệt trong mối quan hệ hài hòa với cơ thể.
- Ngoài sự biệt hóa tế bào, các cơ thể nhân thực đa bào còn trải qua quá trình phát triển cá thể với nhiều giai đoạn phức tạp nối tiếp nhau, trong đó có những gen chỉ biểu hiện ở phôi và sau đó thì dừng hẳn.
