Tổng hợp lý thuyết lý thuyết trọng tâm điều hòa hoạt động gen sinh học lớp 12

LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN

1.     Điều hòa hoạt động gen là gì

Điều hòa hoạt động của gen là điều hòa lượng sản phẩm do gen tạo ra.

– Trong mỗi tế bào số lượng gen rất lớn nhưng chỉ có một số ít gen hoạt động, phần lớn các gen còn lại hoạt động rất yếu hoặc không hoạt động.

LƯU Ý Điều hòa hoạt động gen đảm bảo hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường và sự phát triển bình thường của cơ thể. Ngoài ra, điều hòa hoạt động gen còn giúp nhận biết thời điểm gen hoạt động, lượng sản phẩm do gen tạo ra.

2.     Các đặc điểm của điều hòa hoạt động gen:

Phức tạp, nhiều mức độ khác nhau. Điều hòa trước phiên mã: là điều hòa số lượng gen qui định tính trạng nào đó trong tế bào. Điều hòa phiên mã là điều hòa việc tạo ra số lượng mARN Điều hòa dịch mã là điều hòa lượng prôtêin được tạo ra bằng cách điều khiển thời gian tồn tại của mARN, thời gian dịch mã hoặc số lượng ribôxôm tham gia dịch mã. Điều hòa sau dịch mã: làm biến đổi protein sau tổng hợp để có thể thực hiện chức năng nhất định.

Sinh vật nhân sơ: Chủ yếu diễn ra điều hòa phiên mã.

Sinh vật nhân thực: Điều hòa ở nhiều mức độ (Từ trước phiên mã đến sau dịch mã).

3.     Cơ chế điều hòa hoạt động gen của sinh vật nhân sơ

Trên phân tử ADN của vi khuẩn, các gen có liên quan về chức năng thường phân bố liền nhau thành từng cụm, có chung một cơ chế điều hòa gọi là Opêron.

a. Cấu trúc Operon Lac:

Vùng khởi động P (promoter): Nơi mà ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.

Vùng vận hành O (operator): Có trình tự Nu đặc biệt để prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã.

Nhóm gen cấu trúc Z, Y, A quy định tổng hợp các enzym tham gia phản ứng phân giải đường lactôzơ trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào.

 

 

 

P – vùng khởi động của operon

O – vùng vận hành

Z, Y, A – Các gen cấu trúc quy định tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactose có trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào

LƯU Ý Trước mỗi opêron (nằm ngoài opêron) có gen điều hoà R. Khi gen điều hòa R hoạt động sẽ tổng hợp nên prôtêin ức chế. Prôtêin này có khả năng liên kết với vùng vận hành (O) dẫn đến ngăn cản quá trình phiên mã. R không phải là thành phần của Opêron.

b. Cơ chế điều hòa hoạt động gen của sinh vật nhân sơ

LƯU Ý Lactaza được tiết ra sẽ làm nhiệm vụ phân giải lactose trong môi trường. Khi đường lactose bị phân giải hết thì protein ức chế lại liên kết với vùng vận hành và quá trình phiên mã dừng lại. Khi môi trường không có lactose: Bình thường, gen điều hòa (R) tổng hợp một loại prôtêin ức chế gắn vào gen chỉ huy (O), do đó gen cấu trúc ở trạng thái bị ức chế nên không hoạt động. Z, Y, A sẽ không thực hiện được phiên mã và dịch mã. Vì vậy, sản phẩm của cụm gen là lactaza không được tạo thành. Khi môi trường có lactose:  Lactose đóng vai trò là chất cảm ứng. Chất cảm ứng sẽ liên kết với prôtêin ức chế làm prôtêin ức chế thay đổi cấu hình không gian ba chiều và trở nên bất hoạt (không hoạt động). Prôtêin ức chế không thể bám vào vùng vận hành và do vậy ARN poliemraza có thể liên kết với vùng khởi động để tiến hành phiên mã. Sau đó, các phân tử mARN của gen cấu trúc Z, Y, A được dịch mã tạo ra các enzim phân giải đường lactose.

 

 

4. Cơ chế điều hòa hoạt động gen của sinh vật nhân thực

– 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.

– Các vi khuẩn thường phản ứng trực tiếp với môi trường và biểu hiện gen thuận nghịch, như có đường lactose thì mở operon để phân hủy, khi hết đường thì operon đóng lại. Trong khi đó, các tế bào nhân thực có những con đường biệt hóa khác nhau và sự chuyển hóa là ổn định thường xuyên trong đời sống cá thể. – Tất cả những điểm nêu trên cho thấy sự điều hòa biểu hiện của gen nhân thực phức tạp hơn nhiều, mà hiện nay lại được biết ít hơn nhân sơ.

Lưu ý: Khác với nhân sơ, nhiễm sắc thể của nhân thực có cấu trúc phức tạp. Ngay trên cấu trúc nhiễm sắc thể có sự tham gia của các protein, histone có vai trò điều hòa biểu hiện của gen. 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, mARN rời nhân ra tế bào chất, dịch mã và biến đổi sau dịch mã.