Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Quy định biểu hiện gen là rất quan trọng - Coggle Diagram
Quy định biểu hiện gen là rất quan trọng
Operon và các tế bào "ồn ào"
Operon
Các protein này tương tác theo một cách nào đó, thực hiện chung một quá trình chuyển hóa
Một nhóm các gen có chung một promoter và được phiên mã như một đơn vị, tạo ra một phân tử mARN duy nhất mã hóa nhiều loại protein.
trp operon trong vi khuẩn Escherichia coli mã hóa ba enzim khác nhau tham gia tổng hợp Tryptophan
Cơ chế điều hòa của operon
Kiểm soát sự biểu hiện của các gen bằng cách điều hòa sự phiên mã của chúng
Vi khuẩn và vi khuẩn cổ có nhiều operon, sinh vật nhân thật thường ít operon
Khám phá
François Jacob và Jacques Monod
Phát hiện operon do nhận thấy: các gen sinh sản thể thực khuẩn được kiểm soát giống như các gen kiểm soát sản xuất β- galactosidase trong E. coli.
Tại sao sinh vật nhân sơ có chúng trong khi hầu hết các sinh vật nhân chuẩn thì không?
Tại sao một số gen được bao gồm trong operons trong khi những gen khác thì không?
Igoshin và Ray
Phát triển một loạt các mô hình toán học của mạng gen có thể được chạy trên máy tính.
Dùng mô hình xem xét cách các gen hoạt động khi được nhóm lại thành các operon và khi được điều hòa riêng biệt.
Sự dao động ngẫu nhiên về mức độ phiên mã và dịch mã xảy ra một cách tự nhiên.
Những dao động này - tiếng ồn trong hệ thống - lượng protein tạo ra có thể khác nhau rất nhiều -> nhiều hơn hoặc ít hơn mức tối ưu
Giả thuyết: operon có thể làm giảm tiếng ồn trong hệ thống và cho phép kiểm soát tinh chỉnh hơn đối với biểu hiện gen.
Igoshin và Ray sau đó đã kiểm tra các gen thực sự được tìm thấy trong các operons trong E. coli và chứng minh có nhiều operon mang tương tác gen giảm tiếng ồn hơn và ít operon tăng tiếng ồn hơn dự kiến
Operon ít hơn ở nhân thật do nhân thật có khối lượng lớn hơn nên giảm tác động của nhân tố ngẫu nhiên và các cơ chế khác để điều hòa phiên mã nhiều gen cùng lúc
Tầm quan trọng của điều hòa gen
Nhân sơ
Phản ứng với những thay đổi môi trường bằng cách nhanh chóng thay đổi hóa sinh của nó
Tối ưu hóa sử dụng enzym cần cơ chế điều hòa
Tế bào mang tất cả gen cần cho sự sống
Tạo sản phẩm phù hợp khi cần (đáp ứng chậm)
Điều chỉnh lượng protein có sẵn (đáp ứng nhanh)
Sinh vật nhân thực
Tất cả tế bào/ 1 cơ thể sinh vật có bộ gen giống nhau
Đơn bào = nhân sơ
Mô khác nhau, thời điểm khác nhau, cơ quan khác nhau có sản phẩm gen khác nhau
Cần phải biệt hóa các tế bào có chung bộ gen để phù hợp với chức năng
Cơ thể cần cơ chết điều hòa biểu hiện gen để biệt hóa tế bào
Mức độ điều chỉnh gen
1. Thay đổi câu trúc DNA /chất nhiễm sắc
Chủ yếu ở nhân thực
Metyl hóa ADN
Xoắn chặt --> Giảm phiên mã
Tháo xoắn --> Tăng phiên mã
2. Mức độ phiên mã
Kiểm soát lượng mARN
3. Xử lý mRNA
sau phiên mã
Được xử lý nhiều bước trước khi dịch mã
Đầu 5' thêm vào
Đầu 3' bị cắt và polyadenyl hóa
Loại bỏ intron
Kiểm soát
Xác định sự di chuyển mARN vào tế bào chất
Tốc độ dịch mã
Trình tự aa của protein tạo ra (do cắt nối thay thế)
Độ ổn định của mARN
Nhân thật: chủ yếu ở mức xử lý mRNA
Nhân sơ: Không có xử lý mARN
4. Điều hòa sự ổn định mRNA
Kiểm soát
Số mARN được tổng hợp
Tốc độ mARN phân hủy
Kiểm soát lượng protein tạo ra
5. Mức độ dịch mã
Kiểm soát lượng protein
6. Sửa đổi sau dịch mã
Điều hòa thêm nhóm chức
Thay đổi cấu trúc protein
Ảnh hưởng tới sự ổn định và hoạt tính của protein
Protein liên kết DNA
Domain gắn DNA
Cấu trúc: 60-90 aa (glu, gly, lysine)
Cách liên kết: aa hình thành liên kết hidro với bazo hoặc tương tác với khung đường - phosphat của DNA
Protein gắn protein khác
Hầu hết các protein liên kết linh động (tạm thời)
Bản chất năng động cho phép các phân tử khác cạnh tranh với các protein liên kết DNA ở các vị trí điều hòa trên DNA.
Protein điều hòa có 2 domain
Gắn ADN
Tương tác các protein khác
Các motif trong domain gắn DNA
Homeodomain
Gắn vào rãnh chính DNA
Gồm 3 chuỗi xoắn alpha
Protein điều hòa nhân thực
Xoắn - vòng - xoắn
Gắn vào rãnh chính DNA
Hai chuỗi xoắn alpha được ngăn cách bởi một loop aa
Protein nhân thực
Khóa kéo Leucine
Gắn vào hai rãnh chính liền kề
Chuỗi xoắn leucine và một nhánh đơn giản, 2 leucine xen kẽ
Yếu tố phiên mã nhân thực
Thụ thể steroid
Gắn vào rãnh lớn và khung xương của DNA
Hai chuỗi xoắn alpha bao quanh bởi 4 cysteine
Protein nhân thực
Ngón tay kẽm
Gắn vào rãnh chính
Gồm những vòng xoắn aa với kẽm ở các bazo
Xoắn - cuộn - xoắn
Gắn vào rãnh chính DNA
Motif: vùng cấu trúc đơn giản
Protein hoạt hóa
Đổi cấu trúc ARN pol -> Phiên mã nhanh
Vặn xoắn promoter --> ARN pol gắn chặt promoter --> Tặng phiên mã
Tăng cường nhận diện nhân tố phiên mã
Protein ức chế
Gắn operator --> Ngăn ARN pil gắn Promoter
Thắt vòng ADN ADN --> Giữ chặt ARN pol
Đổi cấu trúc DNA che lấp vùng phiên mã
Gen và các yếu tố điều hòa
Gen
Gen điều hòa
tạo ARN hoặc protein - tương tác với các chuỗi ADN/ARN khác ảnh hưởng đến biểu hiện gen
Gen cấu trúc
một vài gen cấu trúc mã hóa các chức năng tế bào thiết yếu (housekeeping genes-gen giữ nhà), được thể hiện liên tục, không được điều hòa
mã hóa các protein được sử dụng trong quá trình trao đổi chất hoặc sinh tổng hợp hoặc đóng một vai trò cấu trúc trong tế bào
Yếu tố điều hòa
Cơ chế
Tương tác vật lí
Điều hòa biểu hiện gen
kích thích biểu hiện gen (biểu hiện dương)
ức chế biểu hiện gen (biểu hiện âm)
Liên kết protein điều hòa
Đoạn ADN không phiên mã