Bài 13. Kiểm soát biểu hiện gene

Prokaryotes - Operon

Cấu trúc

Gen cấu trúc: Gen → mRNA → (Protein) - men

Promotor: (Vùng khởi đầu)

• Điều khiển sự phiên mã của gen cấu trúc
• Trước gen cấu trúc đầu tiên
• Gắn kết với RNA polymerase → phiên mã gen cấu trúc

Operator: (Vùng vận hành)

• Một đoạn DNA “gối” lên đầu 3’ của promotor hoac doi khi dau 5’ cua gen cau tric dau tien.
• Gắn kết với protein điều hòa

Gen điều khiển (r- regulator gene): sự phiên mã của các gen cấu trúc của operon.

• Có promotor riêng
• Gen điều khiển → mRNA ngắn → protein điều khiển → gắn kết với operator - điều khiển sự phiên mã của gen cấu trúc.

• Gen r → protein kim hãm (điều hòà âm) hoặc protein hoạt hóa (điều hoà dương)
• Không thuộc promoter

Cơ chế điều hòa âm (negative control)

Trường hợp 1: Protein kìm hãm hoạt động (-ligand) → Gen cấu trúc đóng → Thêm ligand → protein kìm hãm bất hoạt → Gen cấu trúc mở. Loại bỏ ligand → Protein kìm hãm hoạt động (-ligand) → Gen cấu trúc đóng.

Trường hợp 2: Protein kim hãm bất hoạt (-ligand) → Gen cấu trúc mở → Thêm ligand → protein kìm hãm hoạt động (+ligand) → Gen cấu trúc đóng. Loại bỏ ligand → protein kìm hãm bất hoạt (-ligand) → Gen cấu trúc mở.

Cơ chế điều hòa dương (positive control)

Trường hợp 1: Protein hoạt hóa hoạt động (-ligand) → Gen cấu trúc mở → Thêm ligand → protein hoạt hóa bất hoạt → Gen cấu trúc đóng. Loại bỏ ligand → Protein hoạt hóa hoạt động (-ligand) → Gen cấu trúc mở.

Trường hợp 2: Protein hoạt hóa bất hoạt (-ligand) - Gen cầu trúc đóng → Thêm ligand→ Protein hoạt hóa hoat động (tligand) → Gen cấu trúc mở. Loại bỏ ligand → Protein hoạt hóa bất hoạt (-ligand) → Gen cầu trúc đóng.

Operon Tryp

Operon Lac

Lac operon được điều hòa bởi protein hoạt hóa di hóa (catabolite activator protein- CAP)

• Ở vi khuẩn E.coli và một số vi khuẩn khác, khi glucose có mặt → chuyển hóa các loại đường khác CAMP-CAP complex bị kìm hãm → sự ức chế di hóa (catabolite repression-. điều hòa dương trong việc đáp ứng với DNA glucose.
• CAP gắn kết đầu tiên trên DNA (gần promoter CAP CAMP RNA polymerase của Lac operon) ‡ tao phức với cAMP → RNA site -. CAPI polymerase liên kết hữu hiệu với promoter.
• Sự biểu hiện của gen đích được mở hay đóng tùy thuộc nồng độ cAMP trong tế bào lần lượt là cao hay thấp.
• Ở vi khuẩn E.coli, nồng độ cAMP nghịch với nồng độ glucose.

Khi nồng độ glucose cao, nồng độ cAMP thấp và cAMP ít có khả năng gắn với CAP $\to$ RNA polymerase không thể gắn với DNA $\to$ Phiên mã ít

Ý nghĩa

Thích ứng nhanh chóng với môi trường ngoại cảnh

Eukaryotes

Ý nghĩa

Biệt hoá