Điều hòa sự biểu
hiện của gen

Tổng quan
• Sự biểu hiện gen ở tế bào sơ hạch và tế bào
chân
hạch thay đổi tùy theo những biến đổi của môi
trường.
• Ở sinh vật đa bào sự biểu hiện của gen có vai
trò
trong sự biệt hóa các loại tế bào trong quá trình
phát triển.
Điều hòa sự biểu hiện gen ở vi khuẩn
• Vi khuẩn thường đáp ứng với những thay đổi
của
môi trường bằng cách điều hòa hoạt động phiên
mã
• Chỉ những gen mà sản phẩm của chúng cần
thiết
tại một thời điểm nào đó mới được biểu hiện
• Tế bào có thể kiểm soát sự tổng hợp enzyme
bằng
mối liên hệ ngược âm tính hoặc bằng sự điều
hòa
hoạt động của gen
• Sự biểu hiện gen ở vi khuẩn được kiểm soát
bởi

opron “đóng”
Kiểm soát âm tính
• Operon cảm ứng (inducible operon):
– Bình thường không hoạt động (‘đóng”). Khi có
một phân tử gọi là chất cảm ứng (inducer) làm
bất hoạt chất ức chế gen phiên mã (“mở”)
– Lac operon là một operon cảm ứng
• Operon ức chế (repressible operon):
– Bình thường hoạt động (“mở”). Khi chất ức
chế gắn vào vùng vận hành gen ngừng
phiên mã
– Trp operon là một operon ức chế
Lac operon
• Lac operon là một operon cảm ứng, có chứa
các
gen mã hóa cho các enzyme tham gia vào
việc
thủy phân và chuyển hóa đường lactose
Môi trường không có Lactose  gen “đóng”
• Gen điều hòa  protein ức chế (dạng hoạt
động)
• Chất ức chế gắn vào vùng vận hành
 ARN polymerase không thể gắn vào vùng
khởi
động
 Các gen cấu trúc không phiên mã
Môi trường có Lactose  gen “mở”
• Lactose biến đổi allolactose (chất cảm
ứng)
• Allolactose gắn vào chất cảm ứng

đường dị hóa; sự tổng hợp chúng được cảm
ứng
bởi một tín hiệu hóa học
• Các enzyme ức chế thường có vai trò trong
con
đường đồng hóa; sự tổng hợp chúng bị ức
chế khi
lượng sản phẩm tạo ra nhiều.
• Sự điều hòa của trp và lac operons đều là sự
kiểm
soát âm tính của gen vì các operon luôn bị
“đóng”
khi chất ức chế hoạt động
Kiểm soát dương tính
• Một số operon được kiểm soát dương tính
nhờ một
protein kích hoạt, chẳng hạn như catabolite
activator protein (CAP), một chất hoạt hóa
(activator) của sự phiên mã
• Khi glucose (một nguồn thức ăn ưa thích của
E.
coli) trong môi trường rất ít, CAP được hoạt
hóa
bằng cách gắn với AMP vòng (cyclic AMP)
• CAP đã kích hoạt sẽ gắn vào vùng hoạt hóa
(phía
trước vùng khởi động) của lac operon và làm
tăng
ái lực của RNA polymerase → tốc độ phiên
mã

• Trong vùng dị nhiễm sắc (heterochromatin)
là nơi
chất nhiễm sắc đóng xoắn chặc, các gen
thường
không biểu hiện
• Sự biến đổi hóa học của các histone và ADN
của
chromatin có ảnh hưởng đến cấu trúc của
chromatin và sự biểu hiện của gen
Sự biến đổi Histone
• Acetyl hóa histone (histone acetylation):
– nhóm acetyl được gắn vào lysine tích điện
dương trong đuôi histone → chromatin tháo
xoắn → phiên mã
• Methyl hóa (methylation) & Phosphoryl hóa:
– nhóm methyl được gắn vào chromatin. Sự
gắn
thêm nhóm phosphate gần các acid amin bị
methyl hóa sẽ làm cho chromatin tháo xoắn
Sự methyl hóa ADN
• Ở một số loài, sự gắn nhóm methyl vào các
nucleotide xác định có thể làm giảm sự phiên
mã
• Sự methyl hóa ADN có thể làm gen bất hoạt
một
thời gian dài trong sự biệt hóa tế bào
• Trong sự ghi dấu bộ gen (genomic
imprinting) sự
methyl hóa điều hòa sự biểu hiện của một số
gen

đoạn ADN không mã hóa giúp điều hòa sự
phiên
mã bằng cách gắn với các protein xác định
• Yếu tố kiểm soát cùng với các protein gắn vào
có
vai trò kiểm soát chính xác sự điều hòa biểu
hiện
của gen ở những loại TB khác nhau
Vai trò của các nhân tố phiên mã
• Để khởi đầu sự phiên mã ở tế bào chân hạch,
ARN
polymerase cần được sự hỗ trợ của các protein
gọi
là nhân tố phiên mã (TF = transcription factor)
• Các nhân tố phiên mã chung cần cho sự phiên
mã
của tất cả các gen mã hóa protein
• Ở tế bào chân hạch, tốc độ phiên mã tùy thuộc
vào
sự tương tác giữa các yếu tố kiểm soát và các
nhân
tố phiên mã đặc trưng
Vùng tăng cường và các TF đặc trưng
• Các yếu tố kiểm soát gần nằm cạnh vùng khởi
động
• Các yếu tố kiểm soát từ xa, còn được gọi là
vùng
tăng cường (enhancers), nằm cách gen rất xa,
thậm chí có thể nằm trong một intron
• Chất hoạt hóa (activator) là một protein gắn

ARN
Biến đổi và phân hủy protein
• Sau khi giải mã, việc tạo thành các loại protein
chức năng khác nhau cũng được kiểm soát
bằng
cách cắt bỏ một số đoạn hoặc thêm vào các
nhóm
chất hóa học
• Tốc độ phân hủy của các protein khác nhau
nhờ sự
kiểm soát của các phức hệ gọi là proteasome