Rối Loạn Tổng Hợp Protein Do Gen Cấu Trúc Và Gen Điều Hòa

--- Bài mới hơn ---

  • Phương Pháp Giải Dạng Bài Tập Tính Số Liên Kết Hóa Học Trong Cấu Trúc Của Gen Sinh Học 12
  • Thiền Giúp Thay Đổi Cấu Trúc Gen Gây Đau Nhức
  • Sinh Học 12/điều Hòa Hoạt Động Gen
  • Sinh Học 12/gen, Mã Di Truyền Và Quá Trình Nhân Đôi Adn
  • Xét Nghiệm Gen Và Những Ý Nghĩa Quan Trọng Trong Y Học
  • Công trình nghiên cứu về vai trò của acid nucleic trong sinh tổng hợp protid của Watson và crick: khái niệm về đơn vị operon của Jacob và monod tr5ong điều hòa tổng hợp protid đã làm sang tỏ 2 đặc trưng cơ bản của mỗi protid

    Đặc trưng về cấu trúc:Mỗi phân tử protid của cơ thể có 1 số lượng và trình tự các acid amin nhất định trong phân tử polypeptide do gen cấu trúc đảm nhiệm. Nếu có sai sót ở một điểm( hoặc một đoạn gen nào đó) trong gen cấu trúc thì lập tức thứ tự các acid amin trong phân tử polypeptid sẽ bị sai lạc, thậm chí đảo lộn. Phân tử polypeptide mới này có thể mất chức năng cũ, hoặc có them chức năng mới( hầu hết có hại đôi khi có lợi) cho cơ thể. Đây là cách chọn lọc tiến hóa của sinh giới nhưng cũng gây ra nhiều vấn đề cho y học.

    ĐẶc trưng về số lượng: mỗi loại protid của cơ thể đều có một lượng nhất định do gen điều hòa quy định. Nếu chức năng này có sai sót sẽ dẫn đến việc tổng hợp quá dư thừa hoặc thiếu một protid nào đó.

    Rối loạn sinh tổng hợp protein do gen cấu trúc và gen điều hòa

    Rối loạn gen cấu trúc:

    Bệnh lý do gen cấu trúc thường bẩm sinh. Bệnh sai sót cấu trúc protein được phát hiện đầu tiên là những bệnh của Hb:

    Các bệnh rối loạn cấu trúc Hb:

    + bệnh thiếu máu hồng cầu hình lưỡi liềm:

    + bệnh thiếu máu HC hình bia:

    Bệnh do thiếu enzyme trong chuỗi chuyển hóa:

    + bệnh bạch tạng:

    +bệnh ứ đọng glycogen ở gan:

    +bệnh oxalat niệu:

    Do thiếu Glycintransaminase

    +bệnh alkapton niệu:

    Do thiếu homogentisicase

    Bệnh bẩm sinh thiếu γ globulin, thiếu các yếu tố đông máu.

    Rối loạn gen điều hòa

    Gen điều hòa ức chế (hay cho phép) gen cấu trúc tổng hợp 1 lượng protid thích hợp, ở thời điểm thích hợp, phù hợp với nhu cầu cơ thể.

    Bệnh HST F (Thalassemia):

    Nếu HbF vẫn tồn tại với lượng lớn ở người trưởng thành là bệnh lý (bệnh Cooley): gen điều hòa không kìm hãm nổi gen cấu trúc của chuỗi γ.

    Bệnh HST Bart:

    4 chuỗi peptid của HST đều là γ (γ4)

    Bệnh HST H:

    4 chuỗi đều là β (β4)

    Bệnh có nhiều porphyrin trong phân và nước tiểu:

    copy ghi nguồn : daihocduochanoi.com

    Link tại : Rối loạn sinh tổng hợp protein do gen cấu trúc và gen điều hòa

    --- Bài cũ hơn ---

  • Bai 1 : Gen,mã Di Truyền ,nhân Đôi Adn Bai1 Ppt
  • Một Gen Cấu Trúc Có 4050 Liên Kết Hydro, Hiệu Số Giữa Nu Loại G Với Loại Nu Khác Chiếm 20%. Sau Đột Biến Chiều Dài Gen K?
  • Chức Năng Và Cấu Trúc Của Gen
  • 26 Câu Đột Biến Gen Sinh Học 12 Bài 4 Có Đáp Án File Word
  • Trường Hợp Gen Cấu Trúc Bị Đột Biến Thay Thế 1 Cặp G
  • Điều Hòa Biểu Hiện Gen

    --- Bài mới hơn ---

  • Hệ Gen Ty Thể Và Những Khám Phá Mới — Idna
  • Hiểu Về Adn Ti Thể
  • Đã Tìm Thấy Đáp Án Cho Câu Hỏi: Tại Sao Chúng Ta Chỉ Lấy Dna Ty Thể Từ Mẹ
  • Hướng Dẫn Sử Dụng Cấu Trúc If…..else
  • Cấu Trúc Điều Khiển If Else Trong Php
  • Như chúng ta đã biết ba quá trình thiết yếu cho sự tồn tại của tế bào, đó là: tái bản, phiên mã và dịch mã. Tuy nhiên, tế bào không thể tồn tại độc lập với môi trường chung quanh. Như vậy, sẽ nảy sinh một vấn đề quan trọng: tế bào sẽ điều chỉnh hoạt động của mình như thế nào cho phù hợp với các biến đổi của môi trường bên ngoài để có thể tồn tại thích ứng? Chương này sẽ đề cập đến các phương thức điều chỉnh đó, tức là các cơ chế điều hòa sự biểu hiện của gen ở các sinh vật prokaryote và eukaryote.

    Trong mọi tế bào, tất cả các gen đều không hoạt động đồng thời. Ví dụ: tế bào E. coli có khoảng 107 phân tử protein gồm 3.000 loại khác nhau. Nhiều loại protein có đến 500.000 phân tử, tuy nhiên một số loại khác chỉ khoảng 10 phân tử. Như vậy, không phải loại protein nào cũng được tổng hợp với số lượng lớn như nhau và tế bào phải có những cơ chất để tổng hợp protein một cách tiết kiệm và hợp lý nhất.

    Một số gen hoạt động thường xuyên cung cấp sản phẩm liên tục, một số khác chỉ biểu hiện ở những giai đoạn nhất định trong chu trình sống và có thể chỉ hoạt động trong điều kiện môi trường không bình thường. Một số protein cần được tổng hợp với số lượng lớn, một số khác chỉ cần có một phân tử. Do vậy, hoạt tính của gen được điều hòa bởi nhiều cơ chế khác nhau để có hiệu quả tốt nhất trong việc sử dụng nguồn năng lượng của tế bào.

    I. Các hiện tượng điều hòa

    Để duy trì nội cân bằng (homeostasis) và sự phát triển của cơ thể, các sinh vật đã có các cơ chế điều hòa khác nhau. Các kiểu điều hòa đều bắt nguồn từ sự biểu hiện của các gen.

    1. Điều hòa thích nghi

    Một số amip (ameba) biểu hiện sự thay đổi hình thái và sinh lý đặc biệt để đáp lại các điều kiện môi trường khác nhau. Khi các amip được cho vào nước, chúng chuyển từ dạng amip sang dạng có lông để bơi. Khi môi trường thiếu dinh dưỡng chúng có thể chuyển thành các dạng tương tự như biểu bì.

    Vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng tối thiểu có khả năng tổng hợp amino acid. Nhưng khi bổ sung amino acid vào môi trường nuôi, vi khuẩn sẽ ngừng tổng hợp amino acid. Lúc nguồn amino acid từ ngoài bổ sung vào đã hết, tế bào vi khuẩn lại tự tổng hợp lại amino acid cho bản thân.

    Các biến đổi nêu trên là thuận nghịch, chứng tỏ sự thay đổi chức năng ở đây không phải do biến dị di truyền. Các hiện tượng trên còn cho thấy việc xuất hiện hay biến mất các cấu trúc mới không làm ảnh hưởng đến tiềm năng di truyền sẵn có. Có thể cho rằng, có trường hợp một số gen hoạt động, nhưng cũng có trường hợp một số gen ngừng biểu hiện. Các hiện tượng được đề cập trên đều do cơ chế điều hòa thích nghi (adaptive regulation) chi phối.

    2.

    Hoạt động nối tiếp của các gen

    Khi bacteriophage xâm nhiễm vi khuẩn, DNA của nó lúc đầu sẽ tái bản, sau đó các protein khác nhau mới được tổng hợp nên để tạo thành vỏ. Như vậy, có các gen “sớm” tạo ra enzyme tái bản DNA và các gen “muộn” xác định các thành phần vỏ protein. Điều đó chứng tỏ có cơ chế điều hòa chức năng của gen diễn ra theo một trình tự nghiêm ngặt. Đây là kiểu điều hòa nối tiếp (sequential regulation). Hoạt động nối tiếp của các gen còn thể hiện rõ trong quá trình phát triển cá thể của các sinh vật eukaryote đa bào.

    3.

    Biệt hóa tế bào

    Nhiều sinh vật bậc cao như con người chứa nhiều tỷ tế bào bắt nguồn từ một hợp tử do phân chia nguyên nhiễm. Từ một hợp tử ban đầu đến khi trưởng thành, cơ thể người có khoảng 200 loại tế bào khác nhau. Mỗi loại tế bào chỉ biểu hiện một phần thông tin của mình. Quá trình chuyên môn hóa chức năng của tế bào được gọi là sự biệt hóa hay phân hóa (differentiation).

    Tuy có sự biệt hóa, nhưng tế bào vẫn giữ nguyên vẹn khả năng di truyền của mình. Một ví dụ rất rõ là nuôi cấy mô tế bào thực vật (plant tisue and cell culture): người ta có thể nuôi cấy một phần mô phân sinh trong môi trường dinh dưỡng tổng hợp cho đến khi chúng phát triển thành cây in vitro hoàn chỉnh (plantlet), các cây này sau đó được đưa ra trồng trong điều kiện tự nhiên và đã ra hoa kết quả.

    4. Khái quát về điều hòa ở prokaryote và eukaryote

    Có sự khác nhau đáng kể giữa prokaryote và eukaryote trong điều hòa biểu hiện của gen. Các tế bào eukaryote có cấu tạo phức tạp hơn nhiều nên cơ chế điều hòa cũng phức tạp hơn prokaryote.

    Ở prokaryote, mục đích của sự điều hòa biểu hiện gen là nhằm điều chỉnh hệ enzyme cho phù hợp với các tác nhân dinh dưỡng và lý hóa của môi trường, đảm bảo được hai yêu cầu chính của tế bào là sinh trưởng và sinh sản. Sự điều hòa ở đây rất linh động và có tính thuận nghịch. Ở eukaryote, do tế bào không tiếp xúc trực tiếp với môi trường, nên sự điều hòa ở đây không còn nhằm mục đích đối phó với các biến động ở ngoại bào. Sự điều hòa ở eukaryote hướng đến việc chuyên biệt hóa từng loại tế bào vào từng cấu trúc và chức năng riêng và vì thế không mang tính thuận nghịch.

    Ba thành phần chính của sự điều hòa biểu hiện gen là: 1) Tín hiệu gây ra đáp ứng làm thay đổi biểu hiện gen; 2) Giai đoạn được thực hiện sự điều hòa trong quá trình từ tái bản đến dịch mã; và 3) Cơ chế phân tử của sự điều hòa biểu hiện gen.

    4.1. Sự biểu hiện của gen ở prokaryote

    Bộ máy di truyền của sinh vật prokaryote là một DNA mạch vòng chứa một số lượng gen giới hạn được phiên mã ở trạng thái tiếp xúc trực tiếp với tế bào chất (Hình 8.1).

    Chu trình tế bào ngắn và không có sự biệt hóa tế bào. Vì thế, hoạt động của các gen được điều hòa do các nhu cầu của tế bào khi cần thiết. Tác động của các nhân tố môi trường làm những gen tương ứng được mở để phiên mã, dịch mã tổng hợp protein hay có hiệu quả ngược làm dừng lại.

    Hình 8.1. Sự biểu hiện gen ở prokaryote

    4.2. Sự biểu hiện của gen ở eukaryote

    Khác với prokaryote, nhiễm sắc thể của eukaryote 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 eukaryote phải qua nhiều mức điều hòa phức tạp hơn so với prokaryote 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 hậu dịch mã (Hình 8.2).

    Ngoài ra, đa số eukaryote 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 eukaryote có những con đường biệt hóa khác nhau và sự chuyên hóa là ổn định thường xuyên trong đời sống cá thể. Ngoài sự biệt hóa tế bào, các cơ thể eukaryote 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.

    Tất cả những điểm nêu trên cho thấy sự điều hòa biểu hiện của gen eukaryote phức tạp hơn nhiều, mà hiện nay lại được biết ít hơn prokaryote.

    Hình 8.2. Sự biểu hiện gen ở eukaryote

    II. Các mức độ điều hòa

    Các cơ chế điều hòa sự biểu hiện của gen có thể tác động ở một hay nhiều mức độ khác nhau. Sự điều hòa có thể xảy ra ở mức độ gen bằng sự kiểm soát thời gian và tốc độ phiên mã. Các cơ chế khác có thể hoạt động lúc dịch mã hoặc sau dịch mã.

    1. Mức độ chất nhiễm sắc

    Ngay trên chất nhiễm sắc có thể thực hiện các kiểu sau:

    DNase cắt một số vùng trên genome làm tháo xoắn để các gen biểu hiện. Hai vùng được lưu ý đó là các vùng nhạy cảm (sensible) và siêu nhạy cảm (hypersensible).

    Methyl hóa các base. Ở các prokaryote sự methyl hóa có thể thực hiện đối với A và C, còn ở eukaryote sự methyl hóa chỉ thực hiện với C vị trí thứ 5. Methyl hóa làm gen ngừng hoạt động. Ví dụ: nhiễm sắc thể X bất hoạt ở người thuộc loại siêu methyl hóa. Nói chung, sự thay đổi cấu hình (reconfiguration) có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen.

    2. Mức độ phiên mã

    Đây là sự điều hòa ảnh hưởng trực tiếp đến việc mở hoặc đóng của gen. Kiểu điều hòa này thường gặp trong điều hòa trao đổi chất, cũng như các quá trình biệt hóa tế bào.

    Sự tác động của các trình tự cis (gần kề, liền kề) nằm trên cùng mạch DNA như enhancer (vùng tăng cường) làm tăng sự phiên mã.

    Điều hòa bởi các nhân tố trans (cách quãng, từ xa) do các nhân tố không nằm cùng trên một mạch DNA.

    Chọn lựa promoter thích hợp.

    Sự suy yếu/suy thoái.

    3.

    Mức độ hậu phiên mã

    Splicing khác nhau.

    Điểm polyadenine hóa khác nhau (polyadenylation). – Đột biến trên phân tử mRNA.

    Bán chu kỳ phân hủy của mRNA. – Sự bảo tồn các RNA trong tế bào.

    4.

    Mức độ dịch mã

    Sự biến đổi của các nhân tố khởi đầu IF (inititation factor). Là các protein kết hợp với tiểu đơn vị của ribosome vào giai đoạn khởi động của quá trình dịch mã.

    5.

    Mức độ hậu dịch mã

    Ở đây có sự điều hòa hoạt tính của protein. Sau khi mạch polypeptide được tổng hợp, các protein nhiều khi phải trải qua các biến đổi thứ cấp trước khi biểu hiện hoạt tính (chức năng). Ví dụ: trypsin là enzyme phân giải protein trong dạ dày chỉ có được hoạt tính sau khi chất tiền thân của nó (pro-enzyme không có hoạt tính) bị cắt mất một đoạn polypeptide.

    Các protein có thể chịu những biến đổi lập thể như sự kết hợp các enzyme với một số sản phẩm đặc biệt có thể làm thay đổi cấu trúc không gian của chúng dẫn đến mất hoạt

    tính.

    Các quá trình glycosylation, phosphorylation… tức là gắn thêm các nhóm chất như đường, phosphor… để protein có hoạt tính/chức năng sinh học.

    Peptide tín hiệu là đoạn gồm khoảng 20 amino acid nằm gần phía đầu N của polypeptide, có vai trò gắn polypeptide và ribosome đang tổng hợp mạch này với mạng lưới nội sinh chất. Trong bộ máy Golgi, polypeptide được phóng thích ra ngoài.

    Sự phóng thích ra protein có chức năng sinh học từ một phức hợp, như từ proinsulin thành insulin.

    III. Điều hòa biểu hiện gen ở prokaryote

    Các gen được phiên mã tạo RNA, được gọi là các gen cấu trúc. Các protein được dịch mã từ mRNA có thể là enzyme hoặc không phải enzyme. Trong số các protein không phải enzyme có các protein điều hòa (regulatory protein), chúng tương tác với các trình tự DNA đặc hiệu để kiểm soát hoạt tính phiên mã của các gen cấu trúc. Các gen tổng hợp các protein điều hòa được gọi là các gen điều hòa (regulatory gen). Phía trước mỗi gen cấu trúc (hoặc một nhóm gen) có một trình tự promoter, nơi RNA polymerase nhận biết (Hình 8.3). Cơ chế điều hòa ở prokaryote chủ yếu được thực hiện thông qua operon. Đây là khái niệm chỉ tồn tại ở prokaryote.

    Hình 8.3. Phương thức chung điều hòa biểu hiện gen ở prokaryote

    1.

    Cấu trúc của promoter

    Thực chất của khởi sự phiên mã là quan hệ trực tiếp giữa RNA polymerase và promoter. Khi RNA polymerase gắn vào promoter, nó sẽ phiên mã tạo phân tử RNA.

    Phần lớn promoter ở E. coli về căn bản có cùng cấu trúc:

    Nếu base đầu tiên được phiên mã thành mRNA (luôn là purine, thường là adenine) được đánh số +1, thì tất cả các base phía 5’ hay “phía trước” so với nó không được phiên mã là số trừ (-). Ngay phía trước +1 có 6 base thường với trình tự TATAAT ở xung quanh -10, và trình tự TTGACA (trình tự liên ứng-consensus sequence) ở xung quanh -35. Cả hai trình tự phối hợp nhau cho phép RNA polymerase gắn vào và khởi sự dịch mã, trình tự -35 tạo điều kiện đầu tiên cho việc gắn vào.

    2.

    Cấu trúc của operon

    Operon là đơn vị phiên mã gồm ít nhất một promoter và mRNA ở bước tiếp theo để mã hóa cho các trình tự của một hay nhiều chuỗi polypeptide. Tuy nhiên, operon có thể có một hay nhiều điểm điều hòa khác với promoter. Các gen không chịu sự điều hòa do tác động môi trường, tạo sản phẩm thường xuyên, được gọi là các gen cấu trúc. Số lượng sản phẩm của các gen này có thể dao động phụ thuộc vào ái lực tương đối của các promoter của chúng đối với RNA polymerase. Các promoter có ái lực mạnh (strong promoter) tạo ra nhiều sản phẩm của gen hơn các promoter có ái lực yếu. Các gen mà sản phẩm protein của chúng được tổng hợp đáp lại với các nhân tố môi trường, thường được điều khiển bởi một hay nhiều protein điều hòa. Trình tự DNA bên trong operon, nơi mà protein ức chế gắn vào, được gọi là operator (điểm điều hành). Việc gắn protein ức chế lên operator ngăn cản sự phiên mã của tất cả các gen cấu trúc trên cùng một operon. Sự kiểm soát như vậy đối với với gen gọi là kiểm soát âm. Các operon của vi khuẩn thường tạo ra các mRNA đa gen, nhưng mRNA của eukaryote chỉ một gen.

    Các protein cần thiết cho biểu hiện gen được gọi là chất hoạt hóa. Chúng có thể gắn với các điểm khởi sự nằm bên trong của promoter của operon hay điểm tăng cường hoặc có thể gắn ở những trình tự xa operon. Việc gắn của protein điều hòa vào điểm khởi đầu (initiator) hay enhancer, kích thích sự phiên mã của các gen cấu trúc, được gọi là cơ chế kiểm soát dương. Sự kích thích để các gen điều hòa phản ứng có thể là từ các phân tử tương đối nhỏ như đường, amino acid đến các phân tử lớn hơn như các phức hợp hormone steroid và các protein thụ thể (receptor). Chất làm cho gen phiên mã được gọi là chất cảm ứng, có tác động ngược với chất kìm hãm. Các gen cảm ứng thường tham gia vào các phản ứng thoái dưỡng (catabolic reaction), như phân hủy các polysaccharide thành đường đơn. Các gen ức chế thường tham gia vào các phản ứng biến dưỡng thực hiện việc tổng hợp các chất như amino acid từ các tiền chất đơn giản hơn.

    3.

    Điều hòa thoái dưỡng: Kiểm soát âm-cảm ứng

    Trong thoái dưỡng, các chất thức ăn được phân hủy dễ dàng tạo năng lượng hoặc các chất cần thiết cho quá trình tổng hợp. Cơ chế điều hòa ở đây là sự có mặt của cơ chất (ví dụ lactose) dẫn tới tổng hợp các enzyme phân hủy.

    Ví dụ điển hình cho trường hợp này là operon lactose của E. coli. 

    β

    -galactosidase là enzyme có chức năng đôi. Chức năng đầu tiên của nó là thoái dưỡng lactose thành glucose và galactose. Chức năng thứ hai của nó là chuyển liên kết 1-4 của glucose và galactose thành liên kết 1-5 của allolactose. Bình thường enzyme này không hiện diện ở nồng độ cao trong tế bào, khi vắng mặt lactose trong môi trường. Ngay sau khi cho lactose vào môi trường nuôi khi không có glucose, enzyme này bắt đầu được tạo ra. Sự vận chuyển lactose xuyên qua màng tế bào có hiệu quả nhờ protein vận chuyển galactoside permease. Protein cũng xuất hiện với nồng độ cao khi có lactose trong môi trường.

    Sự điều hòa của operon lactose còn phụ thuộc vào nồng độ glucose trong môi trường. Nồng độ glucose này lại kiểm soát nồng độ bên trong tế bào của phân tử nhỏ cAMP (cyclic adenosine monophosphate), là chất bắt nguồn từ ATP và làm tín hiệu báo động cho tế bào. Tế bào có xu hướng sử dụng glucose hơn là lactose để làm nguồn carbon vì glucose được biến dưỡng trực tiếp cung cấp carbon và tạo năng lượng. Các enzyme biến dưỡng glucose thuộc loại cấu trúc và tế bào tăng trưởng tối đa với nguồn glucose. Khi nguồn glucose cạn, tế bào phản ứng lại bằng cách tạo ra c-AMP. Việc tăng nồng độ c-AMP trong tế bào gây nên hàng loạt sự kiện, trong sự hiện diện của lactose, dẫn đến sự phiên mã các gen cấu trúc của operon lactose.

    3.1.

    Cấu trúc của operon lactose 

    Hệ thống lactose (lactose system) bình thường (Hình 8.4) gồm có gen điều hòa (i hoặc R) và operon mang trình tự promoter (P) locus operator (O) và ba gen cấu trúc cho 

    β

    -galactosidase (Z), permease (Y) và transacetylase (A). Nhiều đột biến ở các locus này đã được phát hiện.

     3.2.

    Hoạt động của hệ thống

    Điều kiện cảm ứng (có lactose). Lactose được chuyển vào tế bào rất yếu vì chỉ có vài phân tử permease làm việc. Khi vào trong tế bào, một số lactose (liên kết 

    β

    -1,4) được chuyển thành allolactose (liên kết 

    β

    -1,6) nhờ 

    β

    -galactosidase. Allolactose là chất cảm ứng, nó gắn vào protein kìm hãm và gây biến đổi cấu hình tạo phức hợp allolactoserepssor. Phức hợp này mất khả năng gắn operator. Lúc này operon được mở, RNA polymerase bắt đầu phiên mã các gen cấu trúc. Toàn bộ sự kiện diễn ra như trên hình 8.4b.

    Điều kiện không cảm ứng (không có lactose). Gen điều hòa của operon thường xuyên tổng hợp protein kìm hãm (repssor protein) ở mức độ thấp, vì nó có promoter ít hiệu quả. Sự tổng hợp các protein này bị tác động do nồng độ lactose trong tế bào. Ngược lại, promoter bình thường của operon lac gắn với RNA polymerase rất có hiệu quả. Khi không có đường lactose, protein điều hòa hoạt động (active regulator protein) cò

    n gọi là protein kìm hãm gắn vào promoter hay “đọc” trình tự operator vì protein kìm hãm chiếm đoạn này. Như vậy, sự phiên mã của tất cả các gen cấu trúc của operon lac bị dừng (Hình 8.4a).

    Do số lượng permease tăng, nên lactose vào tế bào với số lượng lớn và được phân hủy bởi -galactosidase. Khi lactose được sử dụng hết, các protein kìm hãm gắn trở lại vào operator làm operon bị đóng; sự phiên mã các gen cấu trúc bị dừng.

    Bản thân gen điều hòa lacI chỉ có một promoter (Pi) và gen cấu trúc của protein kìm hãm. Promoter này yếu, khi các protein kìm hãm có số lượng lớn, nó bị các protein này gắn vào làm dừng phiên mã.

    Hình 8.4. Operon lactose và hoạt động của nó

    4.

    Điều hòa biến dưỡng: Kiểm soát âm-ức chế

    Biến dưỡng (anabolism) là quá trình tổng hợp nên các chất cần thiết cho tế bào. Ví dụ tổng hợp các amino acid.

    Quá trình tổng hợp tryptophan bắt đầu từ tiền chất tryptophan là chorismic acid, trải qua 5 giai đoạn kế tiếp do enzyme xúc tác. Hệ thống tổng hợp amino acid tryptophan ở E.

    coli là ví dụ điển hình về operon bị kìm hãm do sự kiểm soát âm.

    4.1.

    Cấu trúc và hoạt động

    Hệ thống tryptophan cũng có cấu trúc tương tự hệ thống lactose gồm gen điều hòa trpR và operon tryptophan (promoter, operator và 5 gen cấu trúc). Các gen cấu trúc xác định 5 enzyme được xếp theo thứ tự tương ứng với chức năng xúc tác theo trình tự các phản ứng của chuỗi biến dưỡng tryptophan (Hình 8.5).

    Hình 8.5. Operon tryptophan

    Sự khác nhau căn bản với hệ thống lactose là ở gen điều hòa. Gen điều hòa của hệ thống tryptophan tổng hợp thường xuyên aporepssor protein, là chất kìm hãm mà riêng nó không có hoạt tính. Khi tryptophan dư thừa nó trở thành chất corepssor (đồng kìm hãm) và kết hợp với aporepssor thành phức hợp kìm hãm (holorepssor) có hoạt tính. Phức hợp này gắn vào operator của operon tryptophan (trp) làm dừng phiên mã các gen cấu trúc. Khi nồng độ tryptophan thấp, nó tách khỏi phức hợp kìm hãm và aporepssor mất hoạt tính. Lúc này các operator lại được mở và RNA polymerase dịch mã 5 gen cấu trúc để tổng hợp 5 enzyme tạo tryptophan (Hình 8.5). Sự điều hòa kiểu này còn gọi là điều hòa ức chế ngược (retro-inhibition) do sản phẩm cuối cùng có mối liên hệ ngược (feed-back).

    Như vậy, hoạt động của hệ thống này ngược lại với hệ thống lactose: khi có tryptophan thì operon bị đóng, thiếu tryptophan thì gen được mở.

    4.2. Sự suy yếu (attenuation)

    Kiểu điều hòa thứ hai được phát hiện ở operon tryptophan được gọi là sự suy yếu. Ở đầu 5’ của mRNA đa gen (polycistronic) của operon này có 5 enzyme. Đoạn này được gọi là trình tự leader (trình tự chỉ huy). Một phần của trình tự này được phiên mã tạo leader peptide gồm 14 amino acid, mà chức năng đến nay chưa rõ.

    Cơ chế kiểm tra mà ở đó sự tổng hợp mRNA được bắt đầu nhưng kết thúc sớm với chiều dài mRNA ngắn hơn được gọi là sự suy yếu. Ví dụ: các tế bào E. coli đang tăng trưởng trong môi trường thiếu một amino acid nào đó, nhưng chưa đủ các enzyme cần có cho sự tổng hợp của tất cả 20 amino acid cần thiết để tạo ra protein. Khi thêm một amino acid (tryptophan) vào môi trường sẽ làm giảm đáng kể sự tổng hợp của các enzyme cần cho sự tạo amino acid đó. Phản ứng này có tính thích ứng và duy trì các nguồn enzyme không còn cần nữa khi sản phẩm cuối cùng của chuỗi sinh tổng hợp (tryptophan) đang có trong tế bào (ức chế ngược).

    Operon tryptophan có phương thức điều hòa hoạt động gen thứ hai, hoàn toàn độc lập với hệ thống repssor-operator (chất kìm hãm đoạn điều hành). Ở operon tryptophan, sự tổng hợp mRNA bắt đầu từ 161 base trước codon khởi sự của trpE, enzyme cấu trúc đầu tiên được phiên mã. Đột biến do mất đoạn DNA ngay phía trước trpE, giải phóng trpE khỏi sự kìm hãm của phức hợp repsser-operator. Các đột biến này làm tăng mức độ biểu hiện của cả operon lên gấp sáu lần. Tinh sạch các DNA được phiên mã in vitro cho thấy phần lớn mRNA kết thúc ở ngay base 139 và không bao giờ đạt tới trpE. Ở đây, có sự kìm hãm phiên mã ngay trước gen cấu trúc và khi mất nó sự biểu hiện của gen có hiệu quả hơn. Đoạn dài của mRNA nằm trước trpE được gọi là leader (trpL) và đoạn kìm hãm phiên mã được gọi là attenuator (trpa, chứ không phải trpA). Cuối cùng, quan sát cho thấy sự suy yếu dao động theo nồng độ của tryptophan thấp, nhiều phân tử mRNA được tạo ra hơn qua attenuator và toàn bộ operon được phiên mã. Sự suy yếu là một phương thức khác để kiểm soát sự biểu hiện của gen.

    Hình 8.6. Sự suy yếu xảy ra khi cấu trúc thứ cấp đặc biệt tạo thành trong mRNA. mRNA được trình bày ở đây là từ trình tự leader của operon trp. Nếu tryptophan trong tế bào phong phú và trình tự leader được phiên dịch nhanh, thì mRNA sẽ tạo thành cấu trúc thân và quai (stem-andloop) hoạt động như là một tín hiệu kết thúc phiên mã.

    Attenuator có chức năng như điểm kết thúc chỉ khi tryptophan hiện diện. Sự phiên mã dừng khi trình tự leader đạt attenuator. Nếu có đủ trytophan trong tế bào, sự dịch mã của các codon được thực hiện, và cả phiên mã và dịch mã được thực hiện hoàn chỉnh cho đến lúc RNA polymerase đạt tới điểm attenuator, nơi kết thúc sự phiên mã. Khi không có trytophan, dịch mã dừng và phần leader của mRNA cuộn lại sao cho attenuator không thực hiện chức năng, trong trường hợp này sự tổng hợp của mRNA toàn vẹn cho operon tryptophan được tạo ra. Với sự hiện diện của các enzyme đó, trytophan được tích lũy với số lượng lớn trong tế bào. Attenuator là dạng tinh tế của sự ức chế, điều hòa hoạt động gen, tạo đặc hiệu cho sự tổng hợp amino acid trong tế bào.

    Cơ chế repssor điều hòa thô hệ thống tryptophan, trong khi đó hệ thống cơ chế attenuation kiểm soát nồng độ tryptophan một cách tinh tế. Sự suy yếu của operon Trp cũng nhạy cảm với nồng độ của một số amino acid như histidine và leucine.

    5. Kiểm soát dương và cảm ứng

    Cơ chế điều hòa dương, cảm ứng được tìm thấy ở operon arabinose của E. coli. Arabinose là chất đường, cần ba enzyme (được mã hóa bởi các gen araB, araA và araD) cho sự biến dưỡng. Hai gen khác nằm xa operon góp phần đưa arabinose vào tế bào. Gen điều hòa araC nằm gần các gen B, A và D. Sản phẩm của gen araC là protein kìm hãm của operon khi không có đường arabinose.

    Tuy nhiên, khi có đường arabinose trong tế bào, nó gắn với repssor (protein araC) hình thành nên phức hợp activator (hoạt tố) tạo thuận tiện cho sự phiên mã của RNA polymerase.

    Trên thực tế, các nghiên cứu cho thấy cơ chế điều hòa này rất phức tạp. Ví dụ: cAMP và protein hoạt hóa thoái dưỡng (catabolite gene activator protein) còn được gọi là CRP (cyclic AMP receptor protein-protein thể nhận cAMP) đều tham gia vào sự điều hòa của hệ thống arabinose.

    Hình 8.7. Operon arabinose của E. coli

    IV. Điều hòa hoạt tính của eukaryote

    Các cơ chế điều hòa ở eukaryote có thể xảy ra ở 5-6 mức độ khác nhau (xem mục II). Trong phần này chỉ nhấn mạnh thêm một số đặc điểm của điều hòa hoạt động gen ở eukaryote:

    Ở các operon của prokaryote, các gen điều hòa và các promoter thường nằm gần nhau, nhưng ở eukaryote các gen điều hòa ít khi nằm gần các promoter do chúng kiểm

    soát.

    Các enhancer là những trình tự cùng nằm trên một phân tử với các promoter có thể có hàng trăm cặp base ở phía trước hoặc phía sau promoter mà chúng kích thích.

    Trình tự điều hòa 5’ ở phía trước có promoter ở eukaryote thường rất dài, có khi hàng chục kilobase (kb).

    Có nhiều kiểu điều hòa ở dạng các nhân tố có tác động từ xa (trans) là các protein.

    Sự phiên mã có thể được kích thích bởi các tín hiệu khác nhau. Sự điều hòa hoạt động gen ở prokaryote phần lớn đáp ứng lại các tín hiệu bên trong.

    1. Các promoter

    Tương tự như ở vi khuẩn, các promoter của eukaryote cùng nằm phía trước điểm xuất phát của mRNA và có những trình tự được bảo tồn trong tiến hóa. Hộp TATA, định hướng cho RNA polymerase bắt đầu phiên mã, nằm khoảng dưới 30 basepair (bp) ở động vật có vú, và 60-120 ở nấm men. Hộp TATA hoạt động có hiệu quả cùng với hai trình tự tương ứng phía trước khoảng 40 bp là CCAAT và 110 bp là trình tự giàu GC.

    Sự thay đổi hộp TATA làm giảm tốc độ phiên mã. Hiệu quả của tốc độ phiên mã được đo bằng sự thay đổi của từng base trong promoter, các thay đổi base ngoài hộp TATA và các trình tự phía trước không gây hiệu quả đối với tốc độ phiên mã, trong khi đó các thay đổi ở những yếu tố được nêu trên làm giảm đáng kể tốc độ phiên mã. Khác với promoter của prokaryote, các promoter của eukaryote khó đảm bảo nhận biết các tín hiêu một cách đầy đủ để RNA polymerase khởi sự phiên mã in vitro. Hộp TATA và các trình tự phía trước phải được nhận biết bởi các protein điều hòa, và chính các protein này gắn với các điểm nhất định trên chúng và hoạt hóa sự phiên mã.

    2. Các enhancer

    Enhancer là các trình tự có tác động cis (liền kề), chúng tăng tốc độ phiên mã đáng kể từ các promoter nằm ngay trên cùng một phân tử DNA. Tính độc đáo của các enhancer là ở chỗ chúng có khả năng thực hiện một cách hiệu quả khi ở một khoảng cách rất xa, có khi đến vài nghìn cặp base. Ngoài ra, chúng có hoạt động chức năng ở bất kỳ hướng nào, dù ở phía trước hay phía sau promoter.

    Xét trên một góc độ nào đó, các enhancer tương tự promoter. Cụ thể, chúng được tổ chức gồm một dãy các trình tự có tác động cis để nhận biết các nhân tố tác động từ xa (trans) (Hình 8.8).

    3. Các protein là nhân tố có tác động trans

    Một vài protein, nhận biết hộp CCAAT, đã được xác định ở tế bào động vật có vú. Các nhân tố này có thể được phân biệt giữa các đơn vị của các phân tử CCAAT. Các hộp GC được nhận biết bởi các nhân tố phụ. Các ví dụ về các tác động trans (trans-acting factor) đã tìm thấy ở nấm men và động vật có vú. Các nhân tố trans có đặc điểm chung là gồm hai vùng cấu trúc và chức năng chính:

    Vùng gắn nhân tố trans vào DNA.

    Vùng tác động lên sự phiên mã.

    Đồng thời các nhân tố trans có bốn kiểu tác động như:

    “ngón tay kẽm” (zinc-finger)

    “xoắn-vòng-xoắn” (helix-turn-helix)

    “xoắn-nút-xoắn” (helix-loop-helix)

    “dây kéo leucine” (leucine-zipper) (Hình 8.9).

    Hình 8.8. Enhancer của DNA eukaryote

    Đặc tính chung của các cấu trúc vừa kể là chúng luôn luôn gắn lên các trình tự cis dưới dạng dimer (gồm hai dimer).

    Trình tự cis và nhân tố trans thường có các tương tác đặc hiệu do những liên kết yếu hình thành giữa các phân tử của nhân tố trans với các base của trình tự cis. Ví dụ, trường hợp tương tác giữa các hormone steroid với các enhancer.

    Nhiều protein có tác động trans tham gia vào tiến trình phát triển của cơ thể ruồi giấm, chúng có vai trò đặc biệt trong xác định sự sắp xếp các đoạn thân của ruồi.

    Như vậy, các gen eukaryote được hoạt hóa bởi hai trình tự DNA có tác động cis là promoter và enhancer, chúng nhận biết được các nhân tố protein có tác động trans, các nhân tố trans cho phép RNA polymerase khởi sự phiên mã và đạt tốc độ phiên mã tối đa.

    Hình 8.9. Các kiểu tác động của nhân tố trans

    4. Hormone

    Ví dụ rõ nhất về các chất điều hòa nội tại của hoạt tính gen là hormone. Đó là những chất tạo ra do một loạt tế bào có hiệu quả đến các tế bào khác. Các hormone thường được vận chuyển đến các phần của cơ thể nhưng chỉ tác động đến các tế bào có các receptor tương ứng.

    Sự tương tác giữa hormone với receptor gây ra tín hiệu tác động đến các vùng đặc trưng của DNA, gây hoạt hóa gen hoặc một nhóm gen tương ứng.

    Các hormone có thể kích thích phiên mã bởi một trong các cơ chế sau:

    Hormone có thể làm cho DNA tách khỏi histone và tạo điều kiện cho RNA polymerase bắt đầu phiên mã.

    Có thể làm chất cảm ứng (inducer) gây bất hoạt phân tử receptor.

    Có thể gắn trực tiếp với đoạn DNA đặc hiệu tạo thuận lợi cho việc gắn RNA polymerase hoặc protein là nhân tố phiên mã (protein transcription factor).

    Có thể hoạt hóa effector protein làm thành phức hợp gắn DNA và kích thích gắn RNA polymerase.

    Có thể gắn với protein tạo phức hợp hoạt hóa kích thích gắn RNA polymerase.

    5.

    Kiểm soát các chất thường gặp trong nhân

    Một số nhóm phân tử hiện diện rất nhiều trong mỗi tế bào eukaryote, như các histone, các chất của bộ máy dịch mã, các cấu phần của màng… Vài chương trình khác nhau được thực hiện để duy trì số lượng đủ lớn của chúng trong tế bào. Các chương trình đó gồm:

    Sự phiên mã liên tục và lặp lại trong tế bào.

    Sự lặp lại các gen.

    Sự khuếch đại ngoài nhiễm sắc thể các trình tự gen đặc hiệu.

    5.1.

    Sự phong phú 

    Các gen mã hóa cho rRNA và tRNA đã được nghiên cứu kỹ. Phản ứng lai đơn giản DNA-RNA cho thấy nhiễm sắc thể của Xenopus có vùng tổ chức hạch nhân (nucleolus organizer) chứa 450 bản sao của DNA mã hóa cho 18S và 28S rRNA. Ngược lại, trong mỗi nhân có 20.000 bản sao của các gen mã hóa cho 5S rRNA và các gen này không nằm ở vùng tổ chức hạch nhân.

    Các gen mã hóa cho histone cũng có với nhiều bản sao được lặp lại hàng trăm lần.

    Sự phong phú của các gen nêu trên đảm bảo đủ số lượng cần thiết cho dịch mã khi phải tổng hợp hàng triệu phân tử protein vào lúc cần thiết.

    5.2.

    Sự khuếch đại gen

    Một ví dụ về sự khuếch đại gen trong nhân là các chỗ phình (puff) của nhiễm sắc thể khổng lồ hay đa sợi (polytene chromosome) ở tuyến nước bọt của ruồi giấm. Ở các chỗ phình này, DNA nguyên nhiễm sắc (euchromatic) được khuếch đại khoảng vài nghìn lần.

    Trong nhân tế bào trứng của Xenopus, có hàng trăm nhân con ngoài nhiễm sắc thể (extrachromosome nucleoli) với kích thước khác nhau, mỗi nhân con chứa các vòng tròn rDNA kích thước khác nhau, mà vai trò đến nay chưa rõ. Các DNA vòng tròn này sản sinh nhiều rRNA ở mức hợp lý.

    V. Sự biệt hóa tế bào

    1.

    Các tế bào biệt hóa mang thông tin giống nhau

    Ở các sinh vật bậc cao cũng như ở người, cơ thể trưởng thành gồm nhiều loại tế bào khác nhau. Các tế bào này đều bắt nguồn từ một hợp tử ban đầu, nhưng đã qua quá trình biệt hóa trở thành các tế bào có các chức năng khác nhau. Tuy nhiên, thực nghiệm xác định rằng số lượng nhiễm sắc thể, số lượng DNA và cả tỷ lệ (A+T)/(G+C) của các tế bào thuộc các mô khác nhau của cùng một cơ thể đều giống nhau. Sử dụng kỹ thuật lai DNA cho thấy DNA từ những tế bào của các mô khác nhau của cùng một cơ thể không bị biến đổi trong quá trình biệt hóa, chúng có thể tự hồi tính (renaturation) với nhau.

    Thí nghiệm ghép nhân tế bào ruột ếch vào tế bào trứng bị hỏng nhân (do chiếu tia tử ngoại) cho thấy 1% tế bào ghép nhân phát triển thành ếch trưởng thành. Điều này chứng tỏ tế bào ruột tuy đã biệt hóa vẫn giữ nguyên vẹn thông tin di truyền để tạo ra ếch trưởng thành.

    Tóm lại, số lượng DNA của các tế bào biệt hóa về căn bản giống với các hợp tử ban đầu và chứa nguyên vẹn thông tin di truyền đủ để phát triển thành cá thể nguyên vẹn.

    2.

    Các tế bào biệt hóa tổng hợp các nhóm protein khác nhau

    Để hiểu được sự khác nhau giữa các tế bào biệt hóa, cần xét nhiều vấn đề sau:

    Thứ nhất, nhiều quá trình là chung cho tất cả các tế bào nên có nhiều protein giống nhau. Những protein này gồm số lượng nhiều, dễ phân tích như phần lớn các protein cấu trúc của thành tế bào và nhiễm sắc thể; một số protein căn bản của các bào quan (lưới nội sinh chất, bộ máy Golgi, các ribosome…). Nhiều protein có số lượng không nhiều như các enzyme khác nhau, tham gia vào các phản ứng trung tâm của quá trình trao đổi chất, đều hiện diện như nhau ở tất cả các kiểu tế bào.

    Thứ hai, một số protein có số lượng phong phú ở một số tế bào chuyên hóa mà việc phát hiện chúng cần có thử nghiệm riêng. Ví dụ, hemoglobin chỉ có thể phát hiện ở

    tế bào máu.

    Thứ ba, nếu như hơn 2.000 loại protein có số lượng dồi dào được so sánh giữa các kiểu tế bào biệt hóa của cùng một vi sinh vật với nhau bằng điện di hai chiều polyacrylamide, thì một số khác biệt đáng kể sẽ được tìm thấy. Dù sự so sánh giữa hai dòng tế bào nuôi cấy (như các dòng tế bào cơ và thần kinh) hay giữa các tế bào của cùng một mô của chuột (như gan và phổi), đại đa số các protein được phát hiện đều được tổng hợp ở cả hai loại tế bào và với tốc độ tổng hợp có thể khác nhau đến 105; chỉ có vài trăm protein hiện diện với số lượng khác nhau đáng kể ở hai kiểu tế bào.

    Các nghiên cứu cho thấy các tế bào eukaryote bậc cao tổng hợp từ 10.000-20.000 protein khác nhau. Phần lớn chúng có số lượng rất ít và khó phát hiện. Nếu các protein hiếm (minor protein) này khác nhau giữa các tế bào với mức độ tương tự các protein dồi dào, thì chỉ một số lượng nhỏ của chúng cũng đủ tạo nên nhiều khác biệt chuyên hóa lớn về hình thái và sinh lý của tế bào.

    Tế bào có thể thay đổi sự biểu hiện gen của chúng đáp lại tín hiệu bên ngoài.

    Phần lớn các tế bào chuyên hóa của sinh vật đa bào có khả năng thay đổi phương thức biểu hiện của gen để đáp lại tác động bên ngoài. Ví dụ: nếu tế bào bị tác động bởi glucocorticoid hormone, thì sự tổng hợp một số protein chuyên biệt được tăng vọt (Hình 8.10). Glucocorticoid được phóng thích ra khi bị đói bụng hay hoạt động mạnh và báo hiệu cho gan tăng cường tạo glucose từ amino acid hay các phân tử nhỏ khác nhau. Các protein, được tạo ra do các enzyme cảm ứng như tyrosine aminotransferase hỗ trợ biến tyrosine thành glucose. Khi hormone không còn nữa, sự tổng hợp các protein này giảm xuống mức bình thường.

    Các loại tế bào khác nhau phản ứng với glucocorticoid bằng nhiều cách khác nhau. Ví dụ ở tế bào mỡ, sự tổng hợp tyrosine transferase giảm, trong khi đó một số loại tế bào khác hoàn toàn không có phản ứng với glucocorticoid. Các ví dụ này minh họa cho tính chất chung của biệt hóa là các kiểu tế bào biệt hóa khác nhau thường phản ứng lại cùng một tín hiệu bên ngoài bằng nhiều cách khác nhau. Trên cơ sở đó, mỗi kiểu tế bào biệt hóa có một đặc tính ổn định thường xuyên. Các tính chất đó phản ánh sự biểu hiện lâu bền của các nhóm gen khác nhau.

    Hình 8.10. Tác dụng của glucocortcoid làm tăng mức độ biểu hiện của gen

    Như vậy, các tế bào biệt hóa chỉ sử dụng một phần thông tin. Nhiều loại tế bào chuyên hóa tổng hợp chủ yếu một số protein, ngoài các protein cấu trúc và protein cơ bản sử dụng cho các quá trình sinh lý bình thường. Ví dụ: tế bào cơ tổng hợp nhiều myosin, một protein quan trọng trong co cơ, hay tế bào biểu bì (epithelial) tổng hợp nhiều keratine. Như vậy, cũng như chứa thông tin di truyền giống nhau, nhưng mỗi loại tế bào biệt hóa chỉ sử dụng một phần thông tin: tổng hợp chủ yếu một số loại protein .

    3. Sự điều hòa ở mức phiên mã là nguồn gốc căn bản của các sai khác giữa những tế bào biệt hóa

    Nếu những sự biệt hóa giữa các kiểu tế bào khác nhau phụ thuộc vào các gen chuyên biệt mà tế bào biểu hiện, thì sự kiểm soát biểu hiện gen được thực hiện ở mức độ

    nào?

    Giả thuyết được chấp nhận hiện nay là trong các tế bào biệt hóa một số gen phiên mã, còn có các gen khác thì không. Không có sự kiện nào mâu thuẫn với giả thuyết này và nó giải thích hợp lý hơn cả tình trạng biệt hóa của các tế bào. Đối với phần lớn gen, sự kiểm soát phiên mã có tầm quan trọng hàng đầu, vì chỉ nó mới đảm bảo cho sự tổng hợp không dư thừa các chất trung gian.

    Việc phát hiện các gen điều hòa và các gen đóng hay mở giúp hiểu được sự điều hòa quá trình phát triển cá thể và biệt hóa tế bào. Genome đơn bội của tế bào người có số lượng DNA nhiều hơn gấp 1.000 lần so với genome của vi khuẩn. Tuy nhiên, số lượng gen cấu trúc ở người chỉ lớn hơn 10 lần số gen cấu trúc vi khuẩn. Điều đó cho thấy nhiều gen ở người tham gia vào các cơ chế điều hòa.

    Tóm lại, genome của tế bào chứa các trình tự nucleotide của DNA thông tin để tạo ra hàng nghìn các protein và phân tử RNA khác nhau. Tế bào chỉ biểu hiện điển hình một nhóm gen của nó và các kiểu tế bào biệt hóa khác nhau ở sinh vật đa bào được sản sinh ra do các nhóm gen khác nhau có sự biểu hiện không giống nhau. Hơn thế nữa, các tế bào có thể thay đổi phương thức biểu hiện các gen của chúng để đáp lại những thay đổi của môi trường, các tín hiệu đó từ các tế bào khác. Mặc dù tất cả các bước trong sự biểu hiện của gen về căn bản đều được điều hòa, nhưng đối với phần lớn các gen việc khởi sự phiên mã là điểm kiểm soát quan trọng nhất.

    1.

    Phạm Thành Hổ. 2003. Di truyền học. NXB Giáo dục, Hà Nội.

    2.

    Lê Đức Trình. 2001. Sinh học phân tử của tế bào. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

    3.

    Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K and Watson JD. 2002. Molecular Biology of the Cell. 3rd ed. Garland Publishing, Inc. New York, USA.

    4.

    Karp G. 2002. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc. New York, USA.

    5.

    Lewin B. 2000. Gene VII. Oxford University Press, Oxford, UK.

    6.

    Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP,Zipursky SL and Darnell J. 2004. Molecular Cell Biology. 5th ed. Freeman and Company, New York, USA.

    7.

    Walker JM and Rapley R. 2000. Molecular Biology and Biotechnology. Chapman & Hall Limited, London, UK.

    8.

    Watson JD, Hopkins NH, Roberts JW and Weiner AM. 2004. Molecular Biology of the Gene. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. California, USA.

    9.

    Weaver RF. 2003. Molecular Biology. 2nd ed. McGraw-Hill Company, New

    York, USA

    Nguồn: Giáo trình Sinh học phân tử – Nguyễn Hoàng Lộc (chủ biên)

    --- Bài cũ hơn ---

  • Thay Thế Các Gen Kiềm Chế Khối U Trong Ung Thư
  • Bộ Gen Người Có Đặc Điểm, Tính Chất Gì?
  • Tìm Hiểu Về Gen Di Truyền – Vì Sao Giải Pháp Gen Là Lựa Chọn Ưu Việt?
  • Có Những Loại Đột Biến Gen Nào?
  • Đột Biến Gen Là Gì?
  • Điều Hòa Hoạt Động Của Gen

    --- Bài mới hơn ---

  • Luận Văn Màng Tế Bào, Mối Tương Quan Giữa Cấu Trúc Và Chức Năng Của Nó Trong Hoạt Động Sống Của Tế Bào
  • Cấu Trúc Và Chức Năng Của Tế Bào
  • Đặc Điểm Sinh Lý Của Tế Bào Thần Kinh
  • Tế Bào Thần Kinh Purkinje Chức Năng Và Đặc Điểm Của Họ / Khoa Học Thần Kinh
  • Cấu Trúc Của Cổ Họng Của Con Người Và Tính Năng Của Nó
  • Gen hoạt động không đều và không giống nhau. Hoạt động của gen bị kiểm soát bởi cơ chế điều hòa. Điều hòa hoạt động của gen là 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 từng giai đoạn sống.

    Ở sinh vật nhân sơ, điều hòa hoạt động của gen chủ yếu diễn ra ở cấp phiên mã theo mô hình điều hòa giống như của Operon Lac. Ở sinh vật nhân thực, sự điều hòa diễn ra rất phức tạp và theo nhiều cấp độ khác nhau.

    Ví dụ Operon Lac ở vi khuẩn chúng tôi được F. Jacôp và J. Mônô phát hiện năm 1961 có chưc năng điều hòa tổng hợp enzim giúp chúng sử dụng lactôzơ.

    – Một nhóm gen cấu trúc Z, Y, A quy định sự tổng hợp các enzim tham gia phân giải đường lactoôơ.

    – Vùng vận hành O (Operator): đứng trước nhóm gen cấu trúc, là vị trí tương tác với protein ức chế làm ngăn cản sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc.

    – Vùng khởi động P (promotor): đứng trước gen vận hành, là nơi enzim ARN-polimeraza bám vào để khởi đầu phiên mã.

    Ngoài ra cón có gen điều hòa R (regulator) tuy không nằm trong thành phần của operon, song có vai trò quan trọng trong điều hòa hoạt động các gen của operon. * Khi môi trường dinh dưỡng không có đường lactôzơ

    Gen điều hòa điều khiển tổng hợp protêin ức chế (repssor), prôtêin này kết hợp với vùng vận hành (O) ngăn cản quá trình phiên mã làm cho các gen cấu trúc Z, Y, A không hoạt động.

    * Khi môi trường dinh dưỡng có đường lactôzơ (chất cảm ứng)

    – Một số phân tử lactôzơ tác dụng với prôtêin ức chế làm biến đổi cấu trúc của prôtên này nên không liên kết được với vùng vận hành, do vậy ARN-polimeraza liên kết được với vùng khởi động (P) làm quá trình phiên mã của các gen cấu trúc được thực hiện.

    – Khi lactôzơ bị phân giải hết thì thì prôtêin ức chế lại liên kết với vùng vận hành (O) và quá trình phiên mã dừng lại.

    Vậy sự kiểm soát hoạt động của gen được thực hiện ở khâu phiên mã (tổng hợp mARN).

    Do sự khác biệt trong cấu trúc hệ gen, cấu trúc NST và cấu trúc tế bào nên sự điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực cũng phức tạp hơn so với sinh vật nhân sơ. Có 5 mức độ điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực.

    – Điều hòa trước phiên mã.

    --- Bài cũ hơn ---

  • Bài 3. Điều Hòa Hoạt Động Của Gen
  • Cấu Trúc Của Tế Bào
  • Hình Thái Và Cấu Trúc Của Tế Bào Vi Khuẩn
  • Cấu Trúc Và Chức Năng Các Bộ Phận Chính Của Tế Bào Vi Khuẩn? Câu Hỏi 187529
  • Chương Ii: Cấu Trúc Của Tế Bào
  • Sinh Học 12: Gen Và Cấu Trúc Của Gen

    --- Bài mới hơn ---

  • Phôi Cá Mút Đá Tái Cấu Trúc Hệ Gen
  • 1 Gen Quy Định Cấu Trúc Của Một Polipeptit
  • Gen, Mã Di Truyền Và Quá Trình Nhân Đôi Adn, Trắc Nghiệm Hóa Học Lớp 12
  • Cấu Trúc P53 (Protein), Chức Năng, Chu Kỳ Tế Bào Và Bệnh Tật / Sinh Học
  • Phát Hiện Gen P53 Kiềm Chế Sự Phát Triển Của Các Tế Bào Ung Thư
  • Nêu khái niệm và cấu trúc của gen

    Gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm xác định (chuỗi pôlipeptit hoặc ARN)

    – Ở một số chủng virut, gen có cấu trúc mạch đơn ADN hoặc ARN mạch đơn.

    – Ở sinh vật nhân thực, gen có cấu trúc xoắn kép được cấu tạo từ 4 loại nuclêôtit theo nguyên tắc bổ sung.

    – Các gen khác nhau có số lượng và trình tự các nuclêôtit khác nhau.

    – Mỗi gen mã hóa cho prôtêin điển hình gồm 3 vùng trình tự nuclêôtit. Vùng điều hòa nằm ở đầu 3′ mạch mã gốc của gen mang tín hiệu khởi động và kiểm soát phiên mã. Tiếp theo là vùng mã hóa mang thông tin mã hóa cho các axit amin. Vùng kết thúc nằm ở đầu 5′ mạch mã gốc của gen, mang tín hiệu kết thúc phiên mã.

    – Vùng mã hóa có cấu trúc phân mảnh hoặc không phân mảnh tùy thuộc vào sinh vật. Các gen của sinh vật nhân sơ có vùng mã hóa liên tục. Phần lớn các gen của sinh vật nhân thực có vùng mã hóa không liên tục. Xen kẽ giữa các đoạn mã hóa axit amin (exon) là các đoạn không mã hóa axit amin (intron). Các gen như vậy gọi là gen phân mảnh. Số lượng exon và intron của các gen khác nhau là khác nhau.

    – Ví dụ ovalbumin của gè có tới 7 intron xen kẻ giữa 8 exon, còn gen beta-globulin lại có 2 intron xen kẽ 3 exon.

    Phân biệt gen của nhân sơ và nhân thực, gen trong nhân và ngoài nhân.

    – ADN xoắn kép, mạch vòng, trần

    – Có gen ngoài nhân là các plasmit.

    – ADN xoắn kép, mạch thẳng, liên kết với prôtêin loại histon

    – Gen phân mảnh, xen giữa các đoạn exon là đoạn intron

    – Gen ngoài nhân là gen trong ti thể và lạp thể. Chỉ mới phát hiện một loại nấm men có plasmit.

    Gen trong ti thể và lục lạp của sinh vật nhân thực giống cấu trúc gen của sinh vật nhân sơ.

    Plasmit của sinh vật nhân sơ có số lượng lớn, dạng vòng, kích thước nhỏ

    --- Bài cũ hơn ---

  • Bài 21. Đột Biến Gen
  • Đột Biến Gen, Trắc Nghiệm Hóa Học Lớp 12
  • Cấu Trúc Và Bộ Gen Của Hiv
  • Giải Vở Bài Tập Sinh Học 9
  • Bài Tập Cấu Trúc Adn (Gen)
  • Bài 3. Điều Hòa Hoạt Động Của Gen

    --- Bài mới hơn ---

  • Điều Hòa Hoạt Động Của Gen
  • Luận Văn Màng Tế Bào, Mối Tương Quan Giữa Cấu Trúc Và Chức Năng Của Nó Trong Hoạt Động Sống Của Tế Bào
  • Cấu Trúc Và Chức Năng Của Tế Bào
  • Đặc Điểm Sinh Lý Của Tế Bào Thần Kinh
  • Tế Bào Thần Kinh Purkinje Chức Năng Và Đặc Điểm Của Họ / Khoa Học Thần Kinh
  • I- KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HOÀ HOẠT ĐỘNG GEN

    II-ĐIỀU HOÀ HOẠT ĐỘNG Ở SINH VẬT NHÂN SƠ

    1- Mô hình cấu trúc của Opêron Lac

    2- Sự điều hoà hoạt động của Opêron Lac

    Khi môi trường không có Lactôzơ

    Khi môi trường có Lactôzơ

    GV : Nguyễn Thanh Vàng THPT Vị Thanh Hậu Giang

    I- Khái quát về điều hoà hoạt động gen :

    Điều hoà hoạt động gen chính là điều hoà lượng sản phẩm của gen tạo ra giúp tế bào điều chỉnh sự tổng hợp Prôtêin cần thiết lúc cơ thể cần thiết .

    Trong cơ thể việc điều hoà hoạt đông gen có thể xảy ra ở nhiều cấp độ : Cấp ADN,cấp phiên mã,cấp dịch mã,cấp sau dịch mã

    – Vùng khởi động P ( Prômotor): nằm trướcvùng vận hành của gen, là nơi mà ARN polymeraza bám vào để khởi đầu phiên mã

    III- CƠ CHẾ ĐIỀU HOÀ HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN THỰC

    Tại sao điều hoà hoạt động ở sinh vật nhân thực phức tạp hơn ở sinh vật nhân sơ ?

    – Điều hoà hoạt động gen ở SV nhân thực phức tạp hơn SV nhân sơ là vì:

    + Do cấu trúc của ADN trong NST,khối lượng ADN lớn ,NST chứa nhiều gen, số gen hoạt động ít , phần lớn gen ở trạng thái không hoạt động

    -Khi nào gen tổng hợp Prôtêin ? Mức độ tổng hợp có giống nhau không ?

    -Khi có nhu cầu của tế bào mà quá trình tổng hợp Prôtêin nhiều hay ít tuỳ theo từng giai đoạn

    -Ở sv nhân thực có những mức độ điều hoà nào ?

    -Có nhiều mức độ điều hoà qua nhiều giai đoạn : tháo xoắn,điều hoà phiên mã và sau phiên mã, điều hoà dịch mã và sau dịch mã .

    Ở sinh vật nhân thực bên cạnh vùng khởi động và kết thúc phiên mã còn có các gen tăng cường và gen gây bất hoạt .

    – Gen tăng cường tác động lên gen điều hoà tăng cường phiên mã, gen bất hoạt gây ngừng phiên mã

    * Củng cố :

    1- Thế nào là điều hoà hoạt động gen?

    2-Trình bày cơ chế điều hoà hoạt động của gen Vi khuẩn chúng tôi theo Jacôp và Cônô ở trạng thái ức chế và hoạt động

    3-Điều hoà hoạt động gen ở SV nhân thực có những điểm gì khác với SV nhân sơ ?

    4- Hãy chọn phương án đúng nhất : Thành phần cấu tạo của Opêron gồm :

    A – Vùng vận động O và 1 nhóm gen cấu trúc

    B-Vùng khởi động P và một nhóm gen cấu trúc

    C- Vùng khởi động P,vùng vận hành và một nhóm gen cấu trúc.

    D. Vùng khởi động P,vùng vận hành và một nhóm gen cấu trúc.và gen điều hoà R

    Đ

    5- Trong cơ chế điều hoà hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ vai trò của gen điều hoà là gì :

    A- Nơi tiếp xúc với enzim ARN polymeraza

    B-Mang thông tin quy định Prôtêin ức chế

    C- Mang thông tin quy định enzim ARN polymeraza

    D- Nơi tiếp xúc với Prôtêin điều hoà

    Đ

    Đáp án câu 2 : Cơ chế điều hoà phức tạp, đa dạng thể hiện ở mọi giai đoạn từ giai đoạn trước phiên đến sau dịch mã .

    Thành phần tham gia đa dạng gồm : Các gen cấu trúc, vùng khởi động,vùng kết thúc,gen tăng cường, gen bất hoạt, và các yếu tố khác

    Có nhiều mức độ điều hoà khác nhau : NST tháo xoắn, điều hoà phiên mã và sau phiên mã ,dịch mã và sau dịch mã .

    * Dặn dò : Các em về nhà học bài và chuẩn bị mới ( Bài 4 : ĐỘT BIẾN GEN )

    --- Bài cũ hơn ---

  • Cấu Trúc Của Tế Bào
  • Hình Thái Và Cấu Trúc Của Tế Bào Vi Khuẩn
  • Cấu Trúc Và Chức Năng Các Bộ Phận Chính Của Tế Bào Vi Khuẩn? Câu Hỏi 187529
  • Chương Ii: Cấu Trúc Của Tế Bào
  • Hình Dạng Tế Bào Và Kích Thước Tế Bào, Cấu Trúc Chung Và Các Đặc Tính Của Tế Bào
  • Sinh Học 12/điều Hòa Hoạt Động Gen

    --- Bài mới hơn ---

  • Sinh Học 12/gen, Mã Di Truyền Và Quá Trình Nhân Đôi Adn
  • Xét Nghiệm Gen Và Những Ý Nghĩa Quan Trọng Trong Y Học
  • Xét Nghiệm Gen Là Gì, Tác Dụng, Phân Loại, Chi Phí Hết Bao Nhiêu
  • Bài 11. Khí Quyển. Sự Phân Bố Nhiệt Độ Không Khí Trên Trái Đất
  • Tầng Khí Quyển Gồm Mấy Tầng?
    • Điều hoà hoạt động gen chính là điều hoà lượng sản phẩm của gen được tạo ra. Trong mỗi tế bào của cơ thể, ví dụ tế bào người có khoảng 25000 gen, song ở mỗi thời điểm, để phù hợp với giai đoạn phát triển của cơ thể hay thích ứng với c điều kiện môi trường, chỉ có một số gen hoạt động còn phần lớn các gen ở trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu. Tế bào chỉ tổng hợp prôtêin cần thiết vào lúc thích hợp với một lượng cần thiết.
    • Quá trình điều hoà hoạt động gen ở sinh vật rất phức tạp, có thể xảy ra ở nhiều mức độ khác nhau như điều hoà phiên mã (điều hoà số lượng mARN được tổng hợp trong tế bào), điều hoà dịch mã (điều hoà lượng protein được tạo ra) và thậm chí điều hoà sau dịch mã (làm biến đổi prôtêin sau khi được tổng hợp để có thể thực hiện được chức năng nhất định). Tuy nhiên, điều hoà hoạt động gen ở tế bào nhân sơ xảy ra chủ yếu ở mức độ phiên mã nên SGK chỉ tập trung tìm hiểu cơ chế điều hoà phiên mã ở sinh vật nhân sơ.

    Hai nhà khoa học Pháp là F, Jacộp và J. Mình đã phát hiện ra cơ chế điều hoà qua opêron ở vi khuẩn đường ruột (E. coli) và đã nhận được giải thưởng Noben về công trình này. Để điều hoà được quá trình phiên mã thì mỗi gen ngoài vùng mã hoá luôn cần có các vùng điều hoà. Trong vùng điều hoà thường chứa một trật tự nuclêôtit đặc thù được gọi là vùng khởi động (promoter). Nhờ trình tự này mà enzim ARN polimeraza có thể nhận biết ra mạch nào là mạch mang mã gốc để tổng hợp mARN và quá trình phiên mã được bắt đầu từ đâu. Ngoài ra, trong vùng điều hoà còn có trình tự nuclêôtit đặc biệt được gọi là vùng vận hành (operator). Nhờ có trình tự nuclêôtit này mà prôtêin điều hoà có thể bám vào để ngăn cản quá trình phiên mã (hình 3.1).

    Opêron Lac bao gồm:

    • Z, Y, A: Các gen cấu trúc quy định tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactôzơ có trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào.
    • 0 (operator): Vùng vận hành là trình tự nuclêôtit đặc biệt, tại đó prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã.
    • P (promoter): Vùng khởi động, nơi mà ARN polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.

    Một gen khác tuy không nằm trong thành phần của opêron, song đóng vai trò quan trọng trong điều hoà hoạt động các gen của opêron là gen điều hoà R.

    Gen điều hoà R khi hoạt động sẽ tổng hợp nên prôtêin ức chế. Prôtêin này có khả năng liên kết với vùng vận hành dẫn đến ngăn cản quá trình phiên mã.

    – Khi môi trường không có lactôzơ:

    Gen điều hoà quy định tổng hợp prôtêin ức chế. Prôtêin này liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã làm cho các gen cấu trúc không hoạt động.

    – Khi môi trường có lactôzơ:

    Khi môi trường có lactôzơ, một số phân tử lactôzơ liên kết với prôtêin ức chế làm biến đổi cấu hình không gian ba chiều của nó làm cho prôtêin ức chế không thể liên kết được với vùng vận hành và do vậy ARN polimeraza có thể liên kết được với vùng khởi động để tiến hành phiên mã. Sau đó, các phân tử mARN của các gen cấu trúc Z, Y, A được dịch mã tạo ra các enzim phân giải đường lactôzơ. Khi đường lactôzơ bị phân giải hết thì prôtêin ức chế lại liên kết với vùng vận hành và quá trình phiên mã bị dừng lại.

    – Điều hoà hoạt động gen là quá trình điều hoà 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 với sự phát triển bình thường của cơ thể.

    – Gen có thể hoạt động được khi mỗi gen hoặc ít nhất một nhóm

    gen (opêron) phải có vùng điều hoà, tại đó các enzim ARN polimeraza và prôtêin điều hoà bám vào để tổng hợp hoặc ức chế tổng hợp mARN. Điều hoà hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ chủ yếu diễn ra ở giai đoạn phiên mã, dựa vào sự tương tác của prôtêin điều hoà với trình tự đặc biệt trong vùng điều hoà của gen.

      SGK Sinh học 12, NXB Giáo dục Việt Nam, trang 15 – 17.

    --- Bài cũ hơn ---

  • Thiền Giúp Thay Đổi Cấu Trúc Gen Gây Đau Nhức
  • Phương Pháp Giải Dạng Bài Tập Tính Số Liên Kết Hóa Học Trong Cấu Trúc Của Gen Sinh Học 12
  • Rối Loạn Tổng Hợp Protein Do Gen Cấu Trúc Và Gen Điều Hòa
  • Bai 1 : Gen,mã Di Truyền ,nhân Đôi Adn Bai1 Ppt
  • Một Gen Cấu Trúc Có 4050 Liên Kết Hydro, Hiệu Số Giữa Nu Loại G Với Loại Nu Khác Chiếm 20%. Sau Đột Biến Chiều Dài Gen K?
  • Cấu Trúc Và Bộ Gen Của Hiv

    --- Bài mới hơn ---

  • Đột Biến Gen, Trắc Nghiệm Hóa Học Lớp 12
  • Bài 21. Đột Biến Gen
  • Sinh Học 12: Gen Và Cấu Trúc Của Gen
  • Phôi Cá Mút Đá Tái Cấu Trúc Hệ Gen
  • 1 Gen Quy Định Cấu Trúc Của Một Polipeptit
  • Cấu trúc

    Chuỗi hoàn chỉnh của bộ gen HIV-1, được chiết xuất từ virion truyền nhiễm, đã được giải quyết thành phân giải nucleotide đơn.

    HIV có cấu trúc khác với các retrovirus khác. Virion HIV có đường kính ~ 100 nm. Vùng trong cùng của nó bao gồm một lõi hình nón bao gồm hai bản sao của bộ gen ssRNA (cảm giác tích cực), enzyme phiên mã ngược, integrase và protease, một số protein nhỏ và protein lõi chính.

    HIV-1 bao gồm hai bản sao RNA đơn chuỗi không liên kết, không ghép nối, ý nghĩa dương được bao bọc bởi một capsid hình nón bao gồm protein p24 của virus, điển hình của lentivirus. Thành phần RNA dài 9749 nucleotide và có nắp 5 ‘ (Gppp), đuôi 3’ poly (A) và nhiều khung đọc mở (ORF). Nucleocapsid liên kết với RNA genomic (một phân tử trên hexamer) và bảo vệ RNA khỏi bị các nuclease tiêu hóa. Cũng nằm trong hạt virion là Vif, Vpr, Nef và protease virus. Một ma trận bao gồm sự liên kết của protein virut p17 bao quanh capsid, đảm bảo tính toàn vẹn của hạt virion. Điều này lần lượt được bao quanh bởi một phong bì có nguồn gốc tế bào chủ. Màng bọc được hình thành khi capsid chồi ra từ tế bào chủ, và lấy đi một số màng tế bào chủ. Màng bọc bao gồm glycoprotein gp120 và gp41, chịu trách nhiệm liên kết và xâm nhập vào tế bào chủ.

    Là protein duy nhất trên bề mặt của virus, glycoprotein bao (gp120 và gp41) là mục tiêu chính cho các nỗ lực chế tạo vắc-xin HIV. Việc xử lý bất thường và mật độ cao này có nghĩa là hầu như tất cả các kháng thể trung hòa rộng rãi đã được xác định cho đến nay (từ một tập hợp bệnh nhân đã bị nhiễm bệnh trong nhiều tháng đến nhiều năm) liên kết với hoặc được điều chỉnh để đối phó với các glycan bao này. và kính hiển vi điện tử cryo. Cái gọi là trimers SOSIP không chỉ tái tạo các đặc tính kháng nguyên của đột biến virus bản địa mà còn hiển thị cùng mức độ glycans chưa trưởng thành như được trình bày trên virus bản địa.

    Tham khảo

    1. Gallo RC, Sarin PS, Gelmann EP, Robert-Guroff M, Richardson E, Kalyanaraman VS, Mann D, Sidhu GD, Stahl RE, Zolla-Pazner S, Leibowitch J, Popovic M (tháng 5 năm 1983). “Isolation of human T-cell leukemia virus in acquired immune deficiency syndrome (AIDS)”. ^ Science 220 (4599): 865-7. Bibcode:1983Sci…220..865G. PMID 6601823. doi:10.1126/science.6601823.
    2. Churi, C.; Ross, M. W. (2015). Whelehan, P., biên tập. ^ The international encyclopedia of human sexuality. Wiley. ISBN 9781405190060. OCLC 949701914.
    3. Centers for Disease Control (tháng 6 năm 1981). “Pneumocystis pneumonia–Los Angeles”. ^ MMWR. Morbidity and Mortality Weekly Report 30 (21): 250-2. PMID 6265753.
    4. Centers for Disease Control (CDC) (tháng 7 năm 1981). ^ “Kaposi’s sarcoma and Pneumocystis pneumonia among homosexual men–New York City and California” (PDF). MMWR. Morbidity and Mortality Weekly Report 30 (25): 305-8. PMID 6789108. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 22 tháng 10 năm 2012.
    5. ^ a ă
    6. Singleton, P.; Sainsbury, D. biên tập (2006). ^ “Hiv”. Dictionary of microbiology & molecular biology (ấn bản 3). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 9780470035450. OCLC 71223221.
    7. ^ Montagnier, Luc (1999). “Human Immunodeficiency Viruses (Retroviridae)”. a ă Encyclopedia of Virology (ấn bản 2). tr. 763-774.
    8. Wain-Hobson S, Sonigo P, Danos O, Cole S, Alizon M (tháng 1 năm 1985). “Nucleotide sequence of the AIDS virus, LAV”. ^ Cell 40 (1): 9-17. PMID 2981635. doi:10.1016/0092-8674(85)90303-4.
    9. Ratner L, Haseltine W, Patarca R, Livak KJ, Starcich B, Josephs SF, Doran ER, Rafalski JA, Whitehorn EA, Baumeister K (1985). “Complete nucleotide sequence of the AIDS virus, HTLV-III”. ^ Nature 313 (6000): 277-84. Bibcode:1985Natur.313..277R. PMID 2578615. doi:10.1038/313277a0.
    10. “HIV (Human Immunodeficiency Virus)”. ^ Encyclopedia of Cancer 2 (ấn bản 2). 2002. tr. 407-415.
    11. ^ “Crystal structure of key HIV protein reveals new pvention, treatment targets” (Thông cáo báo chí). Ngày 17 tháng 6 năm 1998. Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 2 năm 2006.

    --- Bài cũ hơn ---

  • Giải Vở Bài Tập Sinh Học 9
  • Bài Tập Cấu Trúc Adn (Gen)
  • Câu So Sánh Trong Tiếng Trung: Cấu Trúc, Mẫu Câu Và Cách Dùng Chuẩn Nhất ⇒By Tiếng Trung Chinese
  • Ngữ Pháp Tiếng Trung Quyển 2: Giáo Trình Hán Ngữ Nâng Cao ⇒By Tiếng Trung Chinese
  • Các Lỗi Khi Lập Báo Cáo Thuế Trên Phần Mềm Htkk Và Cách Xử Lý
  • Cấu Trúc Và Chức Năng Của Gen

    --- Bài mới hơn ---

  • Ankadien Tính Chất Hóa Học, Tính Chất Vật Lý Và Công Thức Cấu Tạo Của Ankadien
  • Tính Chất Hóa Học, Công Thức Cấu Tạo Của Ankan Và Bài Tập
  • Cấu Trúc Phân Tử, Đồng Đẳng, Đồng Phân, Liên Kết Đơn, Liên Kết Đôi Trong Hợp Chất Hữu Cơ
  • Từ Và Cấu Tạo Của Từ Tiếng Việt
  • Thế Nào Là Chủ Ngữ, Vị Ngữ, Trạng Ngữ, Bổ Ngữ, Định Ngữ
  • Chúng ta có thể điểm qua những mốc chính trong lịch sử nghiên cứu về gen như sau:

    Mendel (1865) là người đầu tiên đưa ra khái niệm nhân tố di truyền. Johansen (1909) đã đề xuất thuật ngữ gen (từ genos, nghĩa là sản sinh, nguồn gốc) để chỉ nhân tố di truyền xác định một tính trạng nào đó. Sau đó, Morgan trong những năm 1920 đã cụ thể hóa khái niệm về gen, khẳng định nó nằm trên nhiễm sắc thể và chiếm một locus nhất định, gen là đơn vị chức năng xác định một tính trạng.

    Vào những năm 1940, Beadle và Tatum đã chứng minh gen kiểm tra các phản ứng hóa sinh và nêu giả thuyết một gen-một enzyme. Tuy nhiên, trường hợp hemoglobin là một protein nhưng lại gồm hai chuỗi polypeptide do hai gen xác định, do đó giả thuyết trên buộc phải điều chỉnh lại là một gen-một polypeptide.

    Vào những năm 1950, DNA (deoxyribonucleic acid) được chứng minh là vật chất di truyền. Mô hình cấu trúc DNA của Watson và Crick được đưa ra và lý thuyết trung tâm (central dogma) ra đời. Gen được xem là một đoạn DNA trên nhiễm sắc thể mã hóa cho một polypeptide hay RNA.

    Cuối những năm 1970, việc phát hiện ra gen gián đoạn ở sinh vật eukaryote cho thấy có những đoạn DNA không mã hóa cho các amino acid trên phân tử protein. Vì thế, khái niệm về gen lại được chỉnh lý một lần nữa: Gen là một đoạn DNA đảm bảo cho việc tạo ra một polypeptide, nó bao gồm cả phần phía trước là vùng 5′ không dịch mã (5′ untranslation) hay còn gọi là vùng ngược hướng (upstream) và phía sau là vùng 3′ không dịch mã (3′ untranslation) hay còn gọi là vùng cùng hướng (downstream) của vùng mã hóa cho protein, và bao gồm cả những đoạn không mã hóa (intron) xen giữa các đoạn mã hóa (exon).

    Hiện nay, có thể định nghĩa gen một cách tổng quát như sau: Gen là đơn vị chức năng cơ sở của bộ máy di truyền chiếm một locus nhất định trên nhiễm sắc thể và xác định một tính trạng nhất định. Các gen là những đoạn vật chất di truyền mã hóa cho những sản phẩm riêng lẻ như các mRNA được sử dụng trực tiếp cho tổng hợp các enzyme, các protein cấu trúc hay các chuỗi polypeptide để gắn lại tạo ra protein có hoạt tính sinh học. Ngoài ra, gen còn mã hóa cho các tRNA, rRNA và snRNA…

    Cấu trúc không gian của chuỗi polypeptide được xác định bởi trình tự sắp xếp của các amino acid tức cấu trúc bậc một. Như vậy, mặc dù có nhiều mức độ cấu trúc không gian khác nhau, nhưng cấu trúc bậc một tức trình tự sắp xếp các amino acid chi phối toàn bộ các mức độ cấu trúc khác. Việc xác định di truyền phân tử protein ở trạng thái tự nhiên có đầy đủ hoạt tính sinh học chỉ quy tụ lại chủ yếu ở xác định cấu trúc bậc một là đủ.

    2. Các enzyme mất hoạt tính do đột biến

    Nhiều nghiên cứu cho thấy, việc mất hoạt tính enzyme nhiều khi không phải do vắng mặt của enzyme, mà chỉ do các biến đổi trên phân tử (modification). Có trường hợp đột biến dẫn đến những thay đổi tinh vi, enzyme vẫn có hoạt tính nhưng sẽ biểu hiện khác nếu thay đổi điều kiện. Chẳng hạn:

    Ở nấm mốc Neurospora crassa, enzyme tyrosinase do gen T xác định, xúc tác cho phản ứng chuyển hóa tyrosine thành dihydroxyphenylalanine. Alelle T+ của dòng hoang dại sản xuất tyrosinase có hoạt tính ở nhiệt độ bình thường và cả ở 60oC. Một đột biến TS sản xuất tyrosine có hoạt tính ở nhiệt độ bình thường, nhưng lại mất hoạt tính ở 60oC

    Như vậy, trong đa số trường hợp, đột biến của một gen không làm biến mất enzyme mà chỉ biến đổi cấu trúc dẫn đến thay đổi hoạt tính. Các đột biến của cùng một gen có thể gây ra những biến đổi khác nhau trên enzyme. Các hiện tượng đó chứng tỏ rằng cấu trúc của enzyme chịu sự kiểm soát trực tiếp của gen.

    3. Bản chất các biến đổi di truyền của protein

    Bản chất đó chính là quan hệ một gen-một polypeptide. Như đã nêu trên, người ta khám phá ở người có những gen tạo ra hemoglobin (Hb) khi biến dị sẽ tạo ra những hemoglobin bất thường do sai hỏng ở các chuỗi polypeptide α hoặc β (Bảng 3.2 và 3.3) và gây ra các bệnh di truyền.

    Đột biến được biểu hiện bởi sự thay thế vị trí của một amino acid này bằng một amino acid khác.

    4. Sự tương quan đồng tuyến tính gen-polypeptide

    4.1. Đột biến tryptophan synthetase-sự đồng tuyến tính giữa gen và chuỗi polypeptide

    Nghiên cứu trên enzyme tryptophan synthetase xúc tác cho phản ứng tổng hợp tryptophan của E. coli người ta nhận thấy có nhiều đột biến xảy ra trên cùng một gen mã hóa cho tryptophan synthetase.

    Thực hiện tái tổ hợp trong gen (nguyên tắc là gen ở các vị trí càng xa nhau trên nhiễm sắc thể càng dễ tái tổ hợp), người ta đã nhận được các dạng biến dị có tính chất khác nhau, và tính được khoảng cách tương đối giữa những điểm khác nhau của đột biến đã được xác định. Vị trí biến dị trên thể nhiễm sắc tương ứng với vị trí của amino acid trên chuỗi polypeptide. Như vậy, có thể cho rằng có sự đồng tuyến tính giữa gen và chuỗi polypeptide (Hình 3.1).

    Nhiều dạng đột biến của tryptophan synthethase đã được tạo ra. Bằng cơ chế tái tổ hợp, những khoảng cách tương đối giữa những điểm khác nhau của đột biến đã được xác định. Sản phẩm protein của mỗi dạng đột biến đã được phân tích, và những thay đổi các amino acid khác cũng được xác định. Người ta đã tìm thấy mối tương quan hoàn toàn giữa những khoảng cách của các đột biến được tìm thấy trên gen với khoảng cách của amino acid bị thay đổi trong phân tử protein.

    4.2. Đột biến

    4.2.1. Khái niệm

    Một gen (DNA) có 4 loại base và một phân tử protein có 20 loại amino acid1, nhưng giữa chúng có mối tương quan như thế nào. Đầu tiên, người ta cho rằng một base qui định một amino acid, nhưng những tính toán cho thấy không hợp lý. Vì chỉ có 4 base trong DNA và 20 amino acid trong protein, cho nên mỗi codon phải chứa ít nhất 3 base. Hai base cũng không thể làm thành một codon bởi vì chỉ có 42 = 16 cặp hợp lý của 4 base. Nhưng 3 base thì có thể bởi vì sẽ có 43 = 64 bộ ba hợp lý. Vì số lượng bộ ba hợp lý lớn hơn 20, cho nên sẽ có trường hợp một vài codon chỉ định cùng một amino acid. Ví dụ: UCU, UCC, UCA, UCG, AGU và AGC đều cùng mã hóa cho serine.

    Từ đó, người ta đưa ra khái niệm mã di truyền (tín hiệu di truyền). Mã di truyền cho phép đọc thứ tự trên DNA để biết thứ tự trên chuỗi polypeptide. Mã di truyền không mơ hồ, có nghĩa với một trình tự chẳng hạn ATA ta biết nó ghi mã cho một amino acid gì, và cũng thấy rằng có nhiều mã di truyền xác định cho một amino acid (Bảng 3.4).

    4.2.2. Đột biến điểm

    Là đột biến chỉ tác động một vị trí, nói rõ hơn đó là một base. Khi thay đổi một base trên DNA sẽ tạo ra sự thay đổi một amino acid (Hình 3.2).

    Đột biến dĩ nhiên xảy ra trên DNA và được sao lại trên mRNA trong phiên mã, rồi trên protein trong dịch mã.

    Bảng 3.4. Mã di truyền chung

    Những đơn vị mã (codon) được đọc theo chiều 5’→3′.

    STOP: codon kết thúc (còn gọi là vô nghĩa).

    Đột biến điểm có các dạng sau:

    – Đột biến sai nghĩa. Thay đổi một amino acid trong protein, có thể dẫn đến một trong ba kết quả sau:

    + Không hậu quả nào cả, vì amino acid không nằm trong vị trí hoạt động hoặc không có vai trò trong cấu trúc enzyme

    + Có biến đổi nhẹ ở chuỗi polypeptide sẽ tạo ra tính mẫn cảm yếu với nhiệt, làm giảm sự ổn định chuỗi polypeptide

    + Mất hẳn hoạt tính enzyme nếu đúng ngay vị trí hoạt động của enzyme đó.

    – Đột biến vô nghĩa. Thay đổi một base. Nếu đó là một codon vô nghĩa sẽ làm ngừng kéo dài (tổng hợp) chuỗi polypeptide ở vị trí amino acid này. Tức là nếu codon này nằm ở đầu sẽ không có chuỗi polypeptide hoạt động.

    – Đột biến acridine hoặc đột biến dịch khung. Đột biến này do chất acridine màu da cam tạo ra (hoặc còn gọi là đột biến dịch khung, frameshift, do thêm vào hoặc bớt đi một base) (Hình 3.2 E và D). Như vậy, một đột biến trên khung đọc khi thêm vào (C) hoặc mất đi (A) thường sẽ dẫn đến xuất hiện một codon stop làm ngừng chuỗi polypeptide và enzyme sẽ không có hoạt tính.

    4.2.3. Đột biến kìm hãm

    Đến nay, người ta nhận thấy mọi sai lệch trong việc tổng hợp protein nếu có đều xảy ra từ DNA, còn quá trình diễn ra từ RNA đến polypeptide luôn luôn đúng. Nghiên cứu một vài kiểu protein đột biến ta thấy:

    – Đột biến sai nghĩa. Làm xuất hiện một bất thường trong trình tự amino acid. Kết quả protein mất hoạt tính. Hoạt tính này có thể được phục hồi, hoặc do một đột biến ngược để cho lại protein cấu trúc ban đầu.

    – Đột biến vô nghĩa. Làm mất đi một phần chuỗi polypeptide, phần còn lại không có hoạt tính, và hoạt tính này có thể có lại được nhờ đột biến trong một codon đã bị đột biến.

    Thông thường, những gen kìm hãm đột biến vô nghĩa không nằm ở gần vị trí của đột biến ấy. Đó là những gen làm biến đổi hệ thống dịch mã khi tổng hợp protein.

    5. Lý thuyết trung tâm của sinh học phân tử

    Tổng hợp protein trong tế bào có các đặc điểm sau:

    – Các phân tử thông tin như nucleic acid và protein được tổng hợp theo khuôn. Tổng hợp theo khuôn vừa chính xác vừa ít tốn enzyme. Tuy nhiên, căn cứ vào hàng loạt tính chất hóa học các protein không thể làm khuôn mẫu cho sự tổng hợp của chính chúng. Vì vậy, khuôn mẫu để tổng hợp nên protein không phải là protein.

    – Sinh tổng hợp protein tách rời về không gian với chỗ chứa DNA. Nhiều nghiên cứu cho thấy tổng hợp protein có thể xảy ra khi không có mặt DNA. Sự kiện này thể hiện rõ ràng nhất ở những tế bào eukaryote. Trong những tế bào này, hầu như toàn bộ DNA tập trung ở nhiễm sắc thể trong nhân, còn tổng hợp protein chủ yếu diễn ra ở tế bào chất. Tảo xanh đơn bào Acetabularia khi bị cắt mất phần chứa nhân vẫn tổng hợp được protein và sống vài tháng nhưng mất khả năng sinh sản. Rõ ràng, nơi chứa DNA mang thông tin di truyền và chỗ sinh tổng hợp protein tách rời nhau về không gian.

    Hình 3.2. Các dạng đột biến điểm

    – DNA không phải là khuôn mẫu trực tiếp để tổng hợp protein, do đó phải có chất trung gian chuyển thông tin từ DNA ra tế bào chất và làm khuôn để tổng hợp protein. Chất đó phải có cả trong nhân và tế bào chất với số lượng phụ thuộc vào mức độ tổng hợp protein.

    – Chất trung gian đó được xem chính là RNA nhờ các đặc điểm sau:

    + RNA được tổng hợp ngay ở trong nhân có chứa DNA, sau đó nó đi vào tế bào chất cho tổng hợp protein.

    + Những tế bào giàu RNA tổng hợp protein nhiều hơn.

    + Về phương diện hóa học RNA gần giống DNA: chuỗi polyribo-nucleotide thẳng cũng chứa 4 loại ribonucleotide A, G, C và uracil (U). Nó có thể nhận được thông tin từ DNA qua bắt cặp bổ sung.

    Nói chung, trong tế bào không thể tìm thấy chất nào khác ngoài RNA có thể đóng vai trò trung gian cho tổng hợp protein. Mối quan hệ này chính là thông tin di truyền đi từ DNA qua RNA rồi đến protein và được biểu diễn ở hình 3.3. Mối quan hệ này còn được gọi là lý thuyết trung tâm (central dogma), được Crick đưa ra từ 1956 đến nay về căn bản vẫn đúng.

    Vào những năm 1970, người ta đã phát hiện quá trình phiên mã ngược từ RNA tổng hợp nên DNA nhờ enzyme reverse transcriptase. Đến nay, việc sao chép (tổng hợp) RNA trên khuôn mẫu RNA cũng đã được chứng minh ở nhiều loại virus. Ngoài ra, thông tin từ protein cũng có thể được truyền sang protein (prion của bệnh bò điên). Riêng dòng thông tin từ protein ngược về mRNA/DNA thì chưa được tìm thấy (Hình 3.4).

    6. DNA và mã di truyền

    Vấn đề tiếp theo là xác định chính xác các codon nào mã hóa cho từng amino acid. Nirenberg và Matthaei đã sử dụng enzyme để tổng hợp nhân tạo RNA. Khi dùng chỉ một loại nucleotide là U sẽ nhận được RNA là poly(U), nếu chỉ dùng A sẽ nhận được poly(A).

    Năm 1961, Nirenberg và Matthaei đã dùng poly(U) thay cho khuôn mẫu mRNA để tổng hợp protein trong hệ thống vô bào (có amino acid, enzyme tổng hợp protein, nhưng không có DNA…), sản phẩm thu được là chuỗi polypeptide polyphenylalanine chỉ chứa một loại amino acid là phenylalanine. Điều đó chứng tỏ codon UUU mã hóa cho phenylalanine. Đây là codon đầu tiên được xác định. Sau đó, họ cũng chứng minh được rằng AAA mã hóa cho lysine, GGG cho glycine và CCC cho proline.

    Hình 3.4. Những bổ sung mới vào lý thuyết trung tâm của Crick

    Bảng mã di truyền (Bảng 3.4) cho thấy trong 64 codon, có 3 codon UAA, UAG, UGA không mã hóa cho amino acid được gọi là vô nghĩa (non-sense), đồng thời là codon kết thúc (termination) tức dấu chấm câu, chấm dứt chuỗi polypeptide.

    Mã di truyền có tính suy biến (degeneration) tức một amino acid có nhiều codon mã hóa, chỉ trừ methionine và tryptophane chỉ có một codon (tương ứng là ATG và TGG). Các codon đồng nghĩa tức mã hóa cho cùng một amino acid thường có hai base đầu tiên giống nhau, nhưng khác nhau ở cái thứ ba. Ví dụ: CCU, CCC, CCA và CCG tất cả đều mã hóa cho proline. Trên thực tế, U và C luôn luôn tương đương nhau ở vị trí thứ ba, còn A và G tương đương nhau trong 14 trên 16 trường hợp.

    Trừ một số ngoại lệ, mã di truyền có tính phổ biến (universal) tức toàn bộ thế giới sinh vật có chung bộ mã di truyền.

    Khi nghiên cứu các quy luật di truyền Mendel và học thuyết di truyền nhiễm sắc thể, gen được quan niệm như một điểm trên nhiễm sắc thể, vừa là đơn vị chức năng xác định một tính trạng, vừa là đơn vị đột biến, vừa là đơn vị tái tổ hợp. Cùng với sự phát triển của di truyền học, khái niệm về gen được cụ thể hóa thêm, cấu trúc và chức năng của gen được hiểu chi tiết hơn.

    1. Cấu trúc gen

    Hoạt động của một gen được đánh giá thông qua quá trình phiên mã (tổng hợp mRNA) và quá trình dịch mã (tổng hợp protein). Hoạt động này được kiểm soát rất chặt chẽ bằng các cơ chế khác nhau ở mọi giai đoạn, như bắt đầu và kết thúc phiên mã, quá trình biến đổi mRNA, quyết định tính bền vững và kiểm tra lại thông tin di truyền trên các phân tử này… Do cấu trúc sắp xếp các gen prokaryote khác với gen eukaryote nên sự phối hợp giữa các cơ chế điều khiển mang tính chất riêng biệt cho từng loại genome.

    Các gen prokaryote thường sắp xếp nằm gần nhau và chịu sự điều khiển chung của một promoter, tức là chúng được phiên mã sang cùng một phân tử mRNA. Cấu trúc này được gọi là operon. Như vậy, một operon gồm hai hay nhiều gen nằm cạnh nhau trên một nhiễm sắc thể. Thông thường, đó là các gen cùng tham gia vào một con đường chuyển hóa, ví dụ như các gen mã hóa cho các enzyme cần thiết cho quá trình chuyển hóa glucose.

    Do có chung promoter điều khiển cho mọi gen nằm trong một operon cho nên chỉ có một loại phân tử mRNA được tổng hợp từ một operon (mang thông tin di truyền của tất cả các gen nằm trong đó). Nói cách khác, quá trình phiên mã của các gen trong một operon xảy ra đồng thời và phân tử mRNA đặc trưng cho operon được gọi là mRNApolycistron.

    Tuy nhiên, điều cần ghi nhớ là quá trình dịch mã trên các phân tử mRNApolycistron xảy ra hoàn toàn độc lập với nhau. Mỗi đoạn tương ứng với một gen trên phân tử này đều có vị trí bám của ribosome, có mã bắt đầu và kết thúc tổng hợp chuỗi polypeptide riêng biệt. Do đó, tốc độ tổng hợp các protein trên các phân tử mRNApolycistron hoàn toàn khác nhau (Hình 3.6).

    Khái niệm locus được đưa ra để chỉ vị trí của gen trên nhiễm sắc thể, là vị trí của tất cả các allele của dãy đa allele. Bản thân hiện tượng đa allele cho thấy gen có cấu tạo phức tạp, sự biến đổi của gen có thể dẫn đến nhiều trạng thái allele khác nhau.

    2.1. Hiện tượng allele giả

    Theo quan niệm cổ điển gen là đơn vị tái tổ hợp. Nếu cá thể mang hai allele lặn a1/a2 của một dãy đa allele sẽ tạo thành hai loại giao tử là a1 và a2, lai phân tích với bố mẹ đồng hợp tử lặn sẽ chỉ cho kiểu hình đột biến a1 và a2 mà không có dạng tái tổ hợp hoang dại. Ví dụ:

    Hình 3.6. Cấu trúc operon trong genome vi khuẩn. Một operon là một đơn vị phiên mã đơn bao gồm một chuỗi các gen cấu trúc (structural genes), một promoter và một operator.

    Ví dụ: Trường hợp locus mắt quả trám ở ruồi giấm, có 18 allele. Khi tăng số cá thể nghiên cứu lên nhiều lần, người ta phát hiện các allele xếp thành 3 nhóm A, B và C. Các allele của cùng một nhóm, khi lai lẫn nhau, không cho kiểu hình tái tổ hợp hoang dại mắt bình thường, mà chỉ có kiểu hình mắt quả trám. Nhưng lai allele của nhóm này với allele của nhóm khác sẽ có xuất hiện kiểu hình hoang dại do tái tổ hợp. Hiện tượng này được gọi là allele giả.

    Hiện tượng allele giả cho thấy gen phân chia nhỏ về mặt tái tổ hợp, có thể xảy ra tái tổ hợp giữa các phần trong gen. Lúc đầu, hiện tượng allele giả được coi là trường hợp ngoại lệ, nhưng khi tăng số cá thể nghiên cứu lên nhiều lần thì rõ ràng đó là hiện tượng phổ biến. Nó được tìm thấy ở nhiều đối tượng khác nhau như nấm men S. cerevisiae, ngô, bồ câu, chuột, bacteriophage

    2.2. Locus rII của bacteriophage T4

    Nghiên cứu chi tiết về các đột biến rII của bacteriophage T4 đã làm sáng tỏ hơn về cấu trúc gen. Bacteriophage T4 ở dạng hoang dại r+ có khả năng xâm nhiễm đồng thời hai chủng E. coli B và K, trong khi các đột biến rII chỉ xâm nhiễm chủng B mà không xâm nhiễm chủng K (Hình 3.7).

    Trước thí nghiệm của ông, rII được coi là một locus. Tuy nhiên, thí nghiệm của ông đã cho thấy các đột biến xếp thành hai nhóm rIIA và rIIB. Lai các đột biến rIIA × rIIB sẽ có r+, nhưng lai rIIA × rIIA và rIIB × rIIB thì kiểu hình đột biến là r.

    Cho đến nay, chúng ta định nghĩa một gen là nhờ dựa trên kiểu hình đột biến và vị trí trên bản đồ của nó. Bacteriophage là một mô hình di truyền đơn giản (genome của E. coli dài khoảng 4.600.000 bp, trong khi bacteriophage T4 là 165.000 bp và bacteriophage λ khoảng 46.500 bp), chúng có thể sinh sản một số lượng lớn rất nhanh (1010 hoặc hơn thế) và dễ dàng phân tích. Các thí nghiệm thực hiện với đột biến rII của T4 được thiết lập dựa trên cơ sở sau:

    – Các gen có một phạm vi và ranh giới hạn chế.

    – Các gen có thể chia được, có thể có sự tái tổ hợp giữa hai allele trong một gen đơn.

    – Hoạt động của gen có thể được phân tích bởi sự phân tích bổ sung.

    Kết quả thí nghiệm cho thấy, gen có thể phân chia nhỏ về mặt đột biến. Các đoạn rIIA và rIIB được gọi là cistron, đơn vị chức năng nhỏ nhất đảm bảo khả năng xâm nhiễm chủng K. Thuật ngữ cistron thực chất là gen, ngày nay nó chỉ có tính chất lịch sử, ít được sử dụng. Theo quan niệm hiện nay, rIIA và rIIB là hai locus. Hai khái niệm mới được đưa ra là muton-đơn vị đột biến và recon-đơn vị tái tổ hợp.

    Benzer đã tìm thấy 2.000 điểm đột biến trên đoạn gen được nghiên cứu, chúng phân bố không đều nhau, có những điểm tập trung nhiều đột biến hơn. Chiều dài gen khoảng 900 nucleotide. Đơn vị đột biến muton ở đây tương ứng với 900/2.000. Số đột biến ghi nhận có thể thấp hơn so với thực tế nên muton có thể tương ứng với một cặp nucleotide. Giống như vậy recon có thể tương ứng với một cặp nucleotide.

    Tóm lại, gen là đơn vị chức năng, có thể chia nhỏ bởi các đơn vị đột biến tái tổ hợp.

    Hình 3.7. Kiểu hình của các đột biến rII của phage T4

    3. Thử nghiệm chức năng allele

    Muốn nghiên cứu cấu trúc bên trong một gen, phải tìm hiểu nhiều allele của gen đó. Nhiều đột biến có kiểu hình giống nhau nhưng không allele với nhau. Thử nghiệm chức năng allele được sử dụng để xác định xem hai đột biến có allele với nhau không. Đây chính là thử nghiệm mà Benzer dùng để lập bản đồ locus rII.

    Thử nghiệm này còn được gọi là thử nghiệm bổ sung (complementary test) vì nó cho biết sai hỏng chức năng ở hai đột biến có bổ sung tức bù trừ cho nhau được không.

    Phương pháp thử này cũng được gọi là thử nghiệm đều-lệch (cis-trans test). Sở dĩ như vậy là vì phép thử nghiệm này so sánh hiệu quả kiểu hình của các gen đột biến ở hai vị trí khác nhau trên nhiễm sắc thể tương đồng. Ở vị trí lệch (trans) các đột biến nằm trên hai nhiễm sắc thể, còn ở vị trí đều (cis) các đột biến nằm trên cùng một nhiễm sắc thể. Trường hợp sai hỏng ở hai gen khác nhau nên có thể bổ sung được, còn trường hợp sai hỏng ở cùng một gen không bù đắp được sẽ dẫn đến kiểu hình đột biến.

    Thử nghiệm chức năng allele có thể được thực hiện dễ dàng trên các đối tượng vi sinh vật với các đột biến hóa sinh, thường là các đột biến khuyết dưỡng (auxotroph mutant: mất khả năng tổng hợp một chất nào đó). Ví dụ: Ở nấm mốc Neurospora crassa có nhiều đột biến mất khả năng tổng hợp adenine (Ade-). Các đột biến này dễ phát hiện vì có khuẩn lạc màu đỏ. Có hai dạng đột biến Adex và Adey, nếu dị hợp tử Adex/Adey có kiểu hình đột biến tức là cho khuẩn lạc màu đỏ, thì Adex và Adey là hai allele của một gen. Thử nghiệm chức năng allele cho thấy các đột biến Ade ở N. crassa tạo thành 9 nhóm. Điều đó chứng tỏ có 9 gen tổng hợp adenine ở loài nấm này: ade1, ade2, ade3… trong đó ade3 có hai locus nằm kề sát nhau là ade3A và ade3B (Hình 3.9).

    Hình 3.8. Thử nghiệm chức năng allele. I: có kiểu hình đột biến do sai hỏng cùng một gen nên không bù đắp được. II: có kiểu hình hoang dại do sai hỏng khác gen nên bù trừ được cho nhau. Hình 3.9. Vị trí các gen ade trên các nhiễm sắc thể của nấm mốc Neurospora crassa Nguồn: Giáo trình Sinh học phân tử – Nguyễn Hoàng lộc (chủ biên)

    --- Bài cũ hơn ---

  • Hộp Gen Là Gì? Kích Thước Hộp Gen (Hộp Kỹ Thuật) Nhà Vệ Sinh Chuẩn
  • Khái Niệm, Cấu Trúc Và Phân Loại Gen
  • Định Nghĩa Từ Láy Là Gì? Từ Ghép Là Gì
  • Từ Ghép Là Gì? 3 Cách Phân Biệt Từ Ghép, Từ Láy Nhanh Và Dễ Hiểu Nhất
  • Từ Ghép Là Gì? Các Loại Từ Ghép
  • Điều Hòa Hoạt Động Biểu Hiện Gen Ở Prokaryote

    --- Bài mới hơn ---

  • Câu Lệnh If Else Trong Php
  • Câu Lệnh If, Else, Elseif Trong Php
  • Câu Lệnh Điều Kiện If Else
  • Cấu Trúc I Wish Trong Tiếng Anh
  • Cấu Trúc Wish: Tất Tần Tật Về Cách Dùng Câu Điều Ước (Mệnh Đề Wish)
  • Chương 4: sự điều hòa biểu hiện gen

    Tổng quan về điều hòa biểu hiện gen

    Động cơ

    Cấu trúc

    Ba thành phần của sự điều hòa biểu hiện gen

    Mô hình điều hòa biểu hiện gen ở prokaryote

    Operon lac

    Operon arabinose

    Operon tryptophan

    Nhân tố sigma

    Mô hình điều hòa biểu hiện gen ở eukaryote

    Điều hòa ở mức độ phiên mã

    Vai trò của chất nhiễm sắc trong điều hòa biểu hiện gen

    điều hoà biểu hiện gen

    cấu trúc tế bào prokaryote và eukaryote

    ba thành phần của sự điều hòa biểu hiện gen

    Tín hiệu điều hòa

    Trình tự điều hòa

    Protein điều hòa

    vùng nhận biết trình tự điều hòa

    vùng tương tác với bộ máy phiên mã

    vùng có khả năng tác động lên chất nhiễm sắc thực

    vùng tương tác với các protein liên kết với DNA ở gần vị trí điều hòa

    vùng hoạt động như một cảm biến của những điều kiện sinh lý bên trong tế bào

    Mô hình điều hòa biểu hiện gen ở prokaryote

    Có hai đặc điểm

    có khả năng nhận biết các điều kiện trong môi trường

    có khả năng tắt hoặc mở sự phiên mã của mỗi gen chuyên biệt hoặc các nhóm gen

    Cơ sở điều hòa phiên mã: dựa vào hai kiểu tương tác của protein với DNA

    Điều hòa âm tính

    Điều hòa dương tính

    hai kiểu điều hoà hoạt động gen ở prokaryote

    mô hình điều hoà biểu hiện gen ở prokaryote

    operon cảm ứng

    * operon lac

    * operon arabinose

    2. operon kìm hãm

    * operon tryptophan

    3. điều hoà bằng nhân tố sigma

    operon cảm ứng mã hoá cho các enzyme của con đường dị hoá

    1. Cơ chế điều hoà của operon lac

    Kiểm soát tiêu cực-vai trò của yếu tố kìm hãm

    Kiểm soát tích cực-vai trò của yếu tố hoạt hoá

    2. Cơ chế điều hoà của operon arabinose

    cơ chế điều hoà của operon lac

    Kiểm soát tiêu cực-vai trò của yếu tố kìm hãm

    Kiểm soát tích cực-vai trò của yếu tố hoạt hoá

    Kiểm soát phiên mã bằng repssor âm tính

    Kiểm soát khởi đầu phiên mã theo cơ chế suy giảm-vai trò của cấu trúc kẹp tóc

    Cấu trúc operon tryptophan và một số phản ứng tổng hợp tryptophan

    các cơ chế kiểm soát phiên mã ở operon tryptophan

    operon tryptophan và trình tự dẫn đầu

    cấu trúc ngừng phiên mã của trình tự leader

    Hiện tượng suy giảm làm giảm phiên mã xuống 10 lần

    cấu trúc của operon tryp (chất kìm hãm)

    điều hoà bằng nhân tố sigma

    phage spo1 xâm nhiễm bacilus subtilis

    nhân tố ? và sự tạo bào tử

    --- Bài cũ hơn ---

  • Tìm Hiểu Về Tế Bào Prokaryote, Prokaryotes
  • Phát Hiện Gen P53 Kiềm Chế Sự Phát Triển Của Các Tế Bào Ung Thư
  • Cấu Trúc P53 (Protein), Chức Năng, Chu Kỳ Tế Bào Và Bệnh Tật / Sinh Học
  • Gen, Mã Di Truyền Và Quá Trình Nhân Đôi Adn, Trắc Nghiệm Hóa Học Lớp 12
  • 1 Gen Quy Định Cấu Trúc Của Một Polipeptit
  • Chức Năng Và Cấu Trúc Của Gen

    --- Bài mới hơn ---

  • Một Gen Cấu Trúc Có 4050 Liên Kết Hydro, Hiệu Số Giữa Nu Loại G Với Loại Nu Khác Chiếm 20%. Sau Đột Biến Chiều Dài Gen K?
  • Bai 1 : Gen,mã Di Truyền ,nhân Đôi Adn Bai1 Ppt
  • Rối Loạn Tổng Hợp Protein Do Gen Cấu Trúc Và Gen Điều Hòa
  • Phương Pháp Giải Dạng Bài Tập Tính Số Liên Kết Hóa Học Trong Cấu Trúc Của Gen Sinh Học 12
  • Thiền Giúp Thay Đổi Cấu Trúc Gen Gây Đau Nhức
  • Chức năng và cấu trúc của

    gen

    1. Chức năng của gen

    Khái niệm gen được thay đổi theo sự phát triên của di truyền học. Mặc dù

    không đưa ra thuật ngữ gen nhưng chính Mendel lại là người đầu tiên đưa ra

    khái niệm nhân tố di truyền và mô tả nó như một dạng hạt vật chất tồn tại

    thành từng cặp trong tế bào bào cơ thể, không hòa trộn với nhau cùng quy

    định một đặc điểm của cơ thể (tính trạng). Như vậy, thực chất xét về mặt

    chức năng, chính khái niệm nhân tố di truyền của Mendel tương đương với

    khái niệm về gen hiện nay.

    Vào những năm 40 của thế kỉ XX, các công trình nghiên cứu khoa học của

    George Beadle và Edward Tatum đã làm sáng tỏ chức năng của gen và nhờ

    đó sau này họ đã nhận được giải thưởng Nobel. Beadle và Tatum đã tiến hành

    các công tình nghiên cứu trên nấm mốc đơn bội, Neurospora, và họ nhận thấy

    mỗi đột biến ở một gen đều làm ảnh hưởng đến chức năng của một enzim.

    Khi đó thuyết một gen – một enzim đã ra đời.

    Tuy nhiên,vì nhiều gen không quy định prôtêin là enzim là quy định prôtêin

    không phải enzim nên người ta thay đổi lại một gen – một prôtêin. Một

    prôtêin đơn giản nhất chỉ chứa một chuỗi polipeptit, nên quan niệm một gen –

    một prôtein lại được thay thế bằng một gen – một chuỗi polipeptit.

    Với sự phát triển của khoa học, hiện nay các nhà khoa học đã biết được cùng

    một gen ở sinh vật nhân thực nhưng lại có thể tạo ra những chuỗi polipeptit ở

    các môt khác nhau tùy thuộc vào quá trình ghép nối các exon của gen để tạo

    ra mARN. Như vậy, có thể nói chính xác hơn một chuỗi polipeptit – một gen.

    Ngoài ra, do có một số gen lại quy định các sản phẩm là ARN nhưng chúng

    lại không bao giờ được dịch mã vì vậy một định nghĩa khái quát về chức

    năng của gen sẽ không hề đơn giản. Quan niệm về gen dưới góc độ chức

    năng vẫn còn đang được thay đổi theo sự tiến bộ của khoa học. Tuy nhiên,

    chúng ta tạm thời chấp nhận quan niệm sau đây về gen:

    Gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin quy định cho việc hình

    thành một sản phẩm có chức năng nhất định (sản phẩm đó có thể là một

    chuỗi polipeptit hay một phân tử ARN).

    Tuy nhiên, không phải bất cứ một đoạn trình tự nucleotit nào trong phân tử

    ADN mang thông tin quy định một sản phẩm nhất định đều có thể “chỉ dẫn”

    cho tế bào tạo ra sản phẩm đó khi cần thiết. Ngoài thông tin quy định về đặc

    điểm của sản phẩm, nơi sản phẩm được sử dụng gen còn phải chứa các

    thông tin khác để chỉ dẫn cho tế bào tạo ra sản phẩm vào lúc cần thiết cũng

    như với số lượng nhất định.

    2. Cấu trúc của gen

    Để có thể có đủ các thông tin chỉ dẫn cần thiết cho quá trình phiên mã và dịch

    mã nhằm tạo ra một sản phẩm nhất định thì một đoạn ADN trực tiếp mã hóa

    cho một sản phẩm là chưa đủ mà phải cần thêm các trình tự nucleotit khác

    nữa. Xét về mặt cấu trúc của gen, có thể nói một cách khái quát: Mỗi gen

    gồm 3 vùng trình tự nucleotit:

    1. Vùng điều hòa

    2. Vùng mã hóa

    3. Vùng kết thúc

    – Vùng điều hòa là trình tự nuclêôtit đặc biệt nằm ở đầu 3′ của sợi khuôn của

    gen, có chức năng điều hòa quá trình phiên mã. Tại vùng điều hòa có nhiều

    trình tự nuclêôtit với chức năng khác nhau như vùng liên kết với prôtêin hoạt

    hóa (CAP), vùng liên kết với ARN polimeraza (promoter – vùng khởi động),

    vùng liên kết với prôtêin ức chế (operator – vùng vận hành).

    – Vùng mã hóa là vùng chứa thông tin quy định sản phẩm của gen (chuỗi

    polipeptit hoặc ARN).

    – Vùng kết thúc chứa thông tin báo hiệu cho ARN polimeraza biết để dừng

    quá trình phiên mã cũng như các thông tin cần thiết khác.

    – Cấu trúc các vùng này ở các gen của sinh vật nhân sơ và nhân thực có nhiều

    điểm khác nhau. Cho đến năm 2007, các nhà khoa học ước tính con người có

    chừng 20500 gen (20488). Chương trình giải mã hệ gen người cho thấy 25%

    số lượng nuclêôtit của hệ gen là gen còn 75% nuclêotit còn lại không phải là

    gen. Trong số 25% nuclêotit của gen người thì chỉ có 1,5% làm nhiệm vụ mã

    hóa cho các sản phẩm còn có tời 24% số nucleotit của gen làm nhiệm vụ điều

    hòa hoặc thuộc vùng không mã hóa (intron). Như vậy, tính trung bình

    vùng thực sự mã hóa cho các sản phẩm của một gen chỉ chiếm khoảng 6%

    trình tự nucleotit của gen số còn lại là vùng ADN làm nhiệm vụ điều hòa hoạt

    động cũng như vùng ADN không mã hóa (intron).

    Dựa theo đặc điểm cấu trúc cũng như chức năng của gen mà người ta đặt ra

    tên gọi khac nhau cho các loại gen.

    --- Bài cũ hơn ---

  • 26 Câu Đột Biến Gen Sinh Học 12 Bài 4 Có Đáp Án File Word
  • Trường Hợp Gen Cấu Trúc Bị Đột Biến Thay Thế 1 Cặp G
  • Bài 4. Đột Biến Gen
  • Bài Tập Tự Luận Về Cấu Trúc Adn Hay
  • Các Dạng Bài Tập Về Adn Lớp 10
  • Web hay
  • Links hay
  • Guest-posts
  • Push
  • Chủ đề top 10
  • Chủ đề top 20
  • Chủ đề top 30
  • Chủ đề top 40
  • Chủ đề top 50
  • Chủ đề top 60
  • Chủ đề top 70
  • Chủ đề top 80
  • Chủ đề top 90
  • Chủ đề top 100
  • Bài viết top 10
  • Bài viết top 20
  • Bài viết top 30
  • Bài viết top 40
  • Bài viết top 50
  • Bài viết top 60
  • Bài viết top 70
  • Bài viết top 80
  • Bài viết top 90
  • Bài viết top 100
  • Chủ đề top 10
  • Chủ đề top 20
  • Chủ đề top 30
  • Chủ đề top 40
  • Chủ đề top 50
  • Chủ đề top 60
  • Chủ đề top 70
  • Chủ đề top 80
  • Chủ đề top 90
  • Chủ đề top 100
  • Bài viết top 10
  • Bài viết top 20
  • Bài viết top 30
  • Bài viết top 40
  • Bài viết top 50
  • Bài viết top 60
  • Bài viết top 70
  • Bài viết top 80
  • Bài viết top 90
  • Bài viết top 100