Bài 3: Điều hoà hoạt động gen

I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN

- Khái niệm điều hòa hoạt động gen: là điều hòa lượng sản phẩm do gen tạo ra.

- Quá trình điều hòa hoạt động gen có thể xảy ra ở nhiều mức độ khác nhau:

• Điều hòa phiên mã: điều hòa số lượng mARN được tổng hợp trong tế bào.
• Điều hòa dịch mã: điều hòa lượng protein được tạo ra.
• Điều hòa sau dịch mã: làm biến đổi protein sau khi được tổng hợp để có thể thực hiện được chức năng nhất định.

- Điều hòa hoạt động gen ở tế bào nhân sơ xảy ra chủ yếu ở mức độ phiên mã.

II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ

1. Mô hình cấu trúc operon Lac

Operon Lac bao gồm

- P (Promoter): Vùng khởi động, nơi ARN polymeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.

- O (Operator): Vùng vận hành là trình tự nucleotit đặc biệt, tại đó protein ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã.

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

Gen điều hòa R không nằm trong thành phần của operon Lac, song đóng vai trò tổng hợp protein ức chế. Protein ức chế có khả năng liên kết với vùng vận hành dẫn đến ngăn cản quá trình phiên mã.

2. Sự điều hòa hoạt động của operon Lac

- Khi môi trường không có lactozo: Gen điều hòa quy định tổng hợp protein ức chế, protein này liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã.

- Khi môi trường có lactozo: Một số phân tử lactozo liên kết với protein ức chế làm biến đổi cấu hình không gian ba chiều của nó, protein ức chế không thể liên kết được với vùng vận hành, ARN polymeraza có thể liên kết với vùng khởi động để tiến hành phiên mã. Các phân tử mARN của các gen cấu trúc Z, Y, A được dịch mã tạo ra các enzym phân giải đường lactozo. Khi đường lactozo bị phân giai hết thì protein ức chế lại liên kết với vùng vận hành khiến quá trình phiên mã bị dừng lại.

1. Điều hòa hoạt động gen là quá trình điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể.

2. Gen có thể hoạt động được khi mỗi gen hoặc ít nhất một nhóm gen (operon) phải có vùng điều hòa, tại đó các enzym ARN polymeraza và protein điều hòa bám vào để tổng hợp hoặc ức chế tổng hợp mARN.

3. Điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ chủ yếu diễn ra ở giai đoạn phiên mã, dựa vào sự tương tác của protein điều hòa với trình tự đặc biệt trong vùng điều hòa của gen.