1
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: “ĐIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN”
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
2. Mục đích nghiên cứu.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu.
4. Phương pháp nghiên cứu.
NỘI DUNG
I. Khái quát về sự điều hòa biểu hiện của gen
I.1. Khái niệm
I.2. Ý nghĩa
I.3. Nguyên lý cơ bản của phiên mã và dịch mã
I.4. Các yếu tố điều hòa biểu hiện gen
II. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực
II.1. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ
II.1.1. Cấu trúc operon
II.1.2. Hai loại điều hòa biểu hiện âm tính: Operon cảm ứng và ức chế
2
II.1.2.1. Điều hòa ức chế
II.1.2.2. Điều hòa cảm ứng
II.1.3. Điều hòa biểu hiện dương tính
II.2. Điều hòa hoạt tính gen ở sinh vật nhân chuẩn
II.2.1. Điều hoà cấu trúc chất nhiễm sắc
II.2.2. Điều hoà giai đoạn phiên mã
II.2.3. Điều hoà sau phiên mã
II.2.4. Điều hoà hoạt động biểu hiện gen ở giai đoạn dịch mã và sau dịch
mã.
II.2. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực
III. Sự biệt hóa tế bào
3

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
-Thu thập các tài liệu giáo trình, sách chuyên khảo, sách tham khảo và các
công cụ internet để tổng hợp những vấn đề nghiên cứu liên quan đến sự điều hòa
hoạt động gen
-Thu thập các ứng dụng về sự điều hòa biểu hiện gen trong lĩnh vực y học
và khoa học công nghệ
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tổng hợp tài liệu
5
PHẦN: NỘI DUNG
I. Khái niệm về sự điều hòa biểu hiện của gen
I.1. Khái niệm sự điều hòa biểu hiện của gen
Sự biểu hiện của gen là quá trình ở đó AND điều khiển sự tổng hợp
protein (hoặc ARN). Sự biểu hiện của một gen mã hóa protein luôn tồn tại hai
giai đoạn: phiên mã và dịch mã. Sự biểu hiện của gen khác nhau ở sinh vật nhân
sơ (prokaryotae) và sinh vật nhân chuẩn (Eukaryotae). Vệc điều hòa được thực
hiện ở nhiều mức độ khác nhau và liên quan đến từng giai đoạn phát triển. Theo
quan niệm operon, các gen điều hòa giữ vài trò quan trọng trong việc đóng và
mở các gen cấu trúc để có biểu hiện tổng hợp protein đúng lúc, đúng nơi và theo
nhu cầu của tế bào và cơ thể.
Như vậy quá trình điều chỉnh sự biểu hiện của gen thông qua quá trình
điều khiển sự phiên mã và dịch mã cho phù hợp với nhu cầu là quá trình điều
hòa hoạt động của gen.
I.2. Ý nghĩa về sự điều hòa biểu hiện của gen
Trong tế bào, một số gen hoạt động thường xuyên cung cấp sản phẩm liên
tục, một số khác có 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 lại chỉ cần một ít phân
tử. Do vậy hoạt tính của mỗi gen điều hòa bởi nhiều cơ chế khác nhau để có hiệu
quả tốt nhất trong tế bào. Nhờ cơ chế điều hòa, cơ thể thực hiện đều đặn và hợp

dưỡng hay yếu tố vật lý của môi trường có tác động làm thay đổi hoạt động của
cơ thể sống, nhằm thích nghi với điều kiện mới để phát triển.
Ở tế bào eucaryote, tín hiệu điều hoà là những phần tử do tế bào chuyên
biệt phát sinh. Ví dụ như các hormone được tổng hợp ở các bộ phận chuyên biệt
như tuyến yên, tuyến giáp, đi vào trong máu, đem tín hiệu đến các mô thực
hiện điều hoà biểu hiện gen.
Điều hoà biểu hiện gen có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như
thay đổi cấu trúc của DNA, tác động trực tiếp đến các giai đoạn tổng hợp protein
như phiên mã, dịch mã, , quá trình xảy ra rất phức tạp.
Phần lớn sinh vật procaryote đều ở dạng đơn bào, tế bào chưa có màng
nhân, quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra đồng thời trong tế bào chất, nên sự
điều hoà biểu hiện gen được tiến hành chủ yếu ở giai đoạn phiên mã. Đối với các
sinh vật đơn bào, sự điều hoà là nhanh và nhạy, vì các tín hiệu điều hoà tác động
trực tiếp ngay tế bào. Ngược lại, sinh vật eucaryote là những cơ thể đa bào: Mỗi
tế bào là một thành phần của cơ thể sống, nên phải tuân thủ nghiêm ngặt theo
một chương trình phát triển chung của cơ thể, mỗi bộ phận có một chức năng
riêng biệt, sự điều hoà ở đây mang tính thống nhất cho toàn bộ cơ thể. Thêm vào
đó, tế bào eucaryote có cấu tạo hoàn chỉnh, sự phiên mã xảy ra trong nhân tế
bào, còn sự dịch mã thực hiện ở ngoài tế bào chất, do vậy, sự điều hoà biểu hiện
gen phức tạp hơn nhiều và được tiến hành ở nhiều giai đoạn.
II. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực
II.1. Điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ
8
Bộ máy di truyền ở sinh vật nhân sơ là một AND vòng tròn chứa một số
lượng gen giới hạn được phiên mã ở trạng thái tiếp xúc trực tiếp với tế bào
chất. Mặt khác do chu kì tế bào ngắn và không có sự biệt hóa tế bào. Do đó hoạt
động của các gen được điều hòa bởi nhu cầu của tế bào khi cần thiết. Tác động
của các nhân tố môi trường làm những gan tương ứng được mở để phiên mã,
dịch mã tổng hợp protein hay có hiệu quả ngược làm dừng lại.
II.1.1. Cấu trúc operon

với operator nên dễ dàng gắn vào đó, làm operon đóng (trạng thái ức chế).
Ngược lại khi thiếu trytophan, Hoạt động của operon có thể mô tả như hình trên .
Như vậy, khi lượng tryptophan được tế bào tổng hợp chính là nhân tố điều
chỉnh việc operon liên kết hay không liên kết với các chất ức chế.
II.1.2.2. Điều hòa cảm ứng
Vi khuẩn E. Coli có khả năng sử dụng đường lactose như nguồn cacbon
chính để phát triển. Lactose là một disacarit, nên khi có mặt lactose trong môi
trường, vi khuẩn sản sinh ra enzyme β-galactosidase để thuỷ phân lactose, tạo
thành các phân tử monosacarit là glucose và galactose thuận lợi cho quá trình
chuyển hóa. Ngoài β-galactosidase ra, tế bào vi khuẩn còn tổng hợp enzyme
permease làm nhiệm vụ vận chuyển lactose qua màng tế bào. Khi nghiên cứu sự
kiểm soát di truyền hấp thụ đường lactose, F. Jacob đã phát hiện cơ chế tổng hợp
các enzyme hấp thụ đường lactose. Quá trình thí nghiệm có thể mô tả như sau
- Khi nuôi vi khuẩn E. Coli trên môi trường không có lactose, thì ta thấy
nồng độ enzyme β-galactosidase và permease do vi khuẩn sinh ra rất thấp: khi
đưa đường lactose vào môi trường nuôi thì nồng độ hai enzyme này ở tế bào vi
khuẩn tăng lên rất nhiều. Nhưng nếu nuôi vi khuẩn trên môi trường có đường
glucose và lactose đồng thời thì nồng độ hai enzyme nêu trên trong tế bào thấp
hơn so với trường hợp chỉ có đường lactose. Khi phân tích tổng nồng độ mRNA
có mặt trong tế bào trước và sau khi đưa lactose vào trong môi trường nuôi, thấy
rằng: Khi không có mặt lactose trong môi trường thì không xuất hiện mRNA mã
11
hóa cho β-galactosidase và permease. Khi bổ sung lactose vào môi trường nuôi
thì trong tế bào xuất hiện mRNA mã hóa cho hai enzyme nêu trên. Từ kết quả thí
nghiệm trên, cùng với những kết quả thu được về đột biến gen, F. Jacob và J.
Monod đã đưa ra mô hình điều khiển operon lactose như hình bên dưới
Cấu trúc của operon lactose gồm: gen điều hoà (R), promoter (P), operator
(O) và ba gen cấu trúc là lacZ mã hóa cho enzyme β-galactosidase, lacY mã hóa
cho enzyme permease và lacA mã hóa cho enzyme ansacetylase.
- Khi không có mặt lactose trong môi trường, gen điều hoà thường xuyên

14
Operon arabinose của E. coli
Tế bào Escherichia coli có khoảng 107 phân tử protein gồm 3000 loại
khác nhau, trung bình mổi loci có khoảng 3000 phân tử khác nhau. Nhưng trên
thực tế có lúc trong tế bào có loại phân tử protein đạt khoảng 500.000 còn các
loại khác chỉ khoảng 10 phân tử. Như vậy không phải loại protein nào cũng được
tổng hợp với số lượng bằng nhau, và tế bào phải có những cơ chế điều hoà để
tổng hợp protein tiết kiệm và hợp lý nhất.
Năm 1962, Monod, Tacob và Lwoff đã nêu ra quan niệm về operon để giải thích
sự điều hoà.
Trong tế bào có những enzyme được tổng hợp đều đặn nên gọi là các enzyme cơ
cấu (constitutif), các enzyme khác chỉ xuất hiện khi có mặt chất cần biến đổi nên
gọi là enzyme cảm ứng (inducible). Tương ứng có 2 loại gen được phân biệt :
gen cơ cấu và gen điều hoà (regulator). Các gen cơ cấu được phiên mã liên tục,
các sản phẩm của chúng thường xuyên có mặt trong tế bào. Các gen được điều
hoà hoạt động tuỳ điều kiện cụ thể của môi trường.
II.2. Điều hòa hoạt tính gen ở sinh vật nhân chuẩn
Cấu tạo tế bào eucaryote là hoàn chỉnh, có màng nhân ngăn cách nhân tế
bào với tế bào chất. Bộ máy di truyền tập trung chủ yếu trong nhân tế bào. Quá
trình phiên mã được thực hiện trong nhân, còn dịch mã xảy ra trong tế bào chất.
Hai quá trình này không xảy ra đồng thời như ở tế bào procaryote.
Bộ gen của sinh vật eucaryote có kích thước lớn, cấu trúc phức tạp, phần
lớn các gen đều chứa các đoạn không mã hóa, xen kẽ với đoạn mã hóa. Trong
nhiều trường hợp, phần không mang mã lớn hơn phần mang mã. Do đặc điểm
cấu tạo như vậy nên việc điều hoà biểu hiện gen rất phức tạp. Các gen điều hoà
15
thường có kích thước lớn hơn nhiều so với ở sinh vật procaryote. Các gen điều
hoà thường nằm cách xa promoter. Điều hoà biểu hiện gen có thể được thực hiện
ở nhiều giai đoạn như: điều hoà bằng cách thay đổi cấu trúc của nhiễm sắc chất,
điều hoà trong giai đoạn phiên mã, trong giai đoạn dịch mã và sau dịch mã.

Trình tự khuyếch đại là đoạn DNA có tác dụng làm tăng sự phiên mã. Khi
có mặt trình tự khuyếch đại (enhancer) trong gen thì sẽ làm tăng sự biểu hiện
gen. Vị trí của trình tự khuyếch đại trong gen là không cố định, có thể nằm ở đầu
5', đầu 3' hay ngay trong intron của gen.
Ngoài trình tự khuyếch đại, còn có trình tự dập tắt (silence), là đoạn DNA,
mà khi có mặt trong gen thì sẽ có tác dụng ức chế phiên mã.
Như vậy, nếu trong gen có chứa trình tự khuyếch đại thì sự phiên mã sẽ
xảy ra mạnh mẽ, ngược lại, nếu có trình tự dập tắt thì sự phiên mã sẽ không thực
hiện.
- Chọn lựa promoter thích hợp
Đây là kiểu điều hoà dựa vào tương tác cis-trans thường gặp ở sinh vật
eucaryote. Ví dụ điển hình là gen mã hoá cho α-amylase ở động vật bậc cao, gen
17
này có hai promoter, mỗi promoter có hoạt tính phiên mã khác nhau và chịu
trách nhiệm phiên mã cho một loại mRNA nhất định, đặc trưng cho các cơ quan
khác nhau trong cơ thể (tuyến nước bọt và gan, tụy).
Sự lựa chọn promoter hoạt động tuỳ thuộc vào nhân tố trans hiện diện
trong tế bào của các cơ quan có khả năng tổng hợp α-amylase. Nhân tố trans đặc
trưng sẽ tương tác với trình tự cis làm cho sự tổng hợp mRNA được thực hiện,
kết quả là protein được tổng hợp.
II.2.3. Điều hoà sau phiên mã
Ở sinh vật eucaryote, sợi mRNA đầu tiên được tổng hợp (tiền mRNA)
phải trải qua giai đoạn hoàn thiện như tạo mũ chụp, cắt bỏ intron, nối exon, gắn
đuôi poly-A để hình thành sợi mRNA trưởng thành. mRNA đi qua màng nhân,
vào tế bào chất đến ribosome, thực hiện quá trình tổng hợp protein.
Điều hoà hoạt động biểu hiện gen ở giai đoạn sau phiên mã chủ yếu tác
động vào giai đoạn hoàn thiện mRNA. Các kiểu tác động có thể xảy ra như cắt
các intron và nối exon khác nhau, gây đột biến trên mRNA. Ngoài ra, thời gian
tồn tại của mRNA cũng có ảnh hưởng đáng kể đến số lượng protein tổng hợp.
mRNA tồn tại càng lâu thì số lượng protein được tổng hợp càng nhiều.

2. Các tế bào chỉ sử dụng một phần thông tin
19
Phân tích sinh hóa cho thấy các tế bào thuộc các mô khác nhau có hàm lượng
protein và ARN khác nhau rất nhiều.
Nhiều loại tế bào chuyên hóa tổng hợp chủ yếu một protein.Ví dụ :Tế bào cơ
tổng hợp nhiều myosin,một protein quan trọng trong cơ co, hay tế bào biểu bì
(epithalial) tổng hợp nhiều keratine.
Như vậy cùng chứa thông tin di truyền như nhau, nhưng mỗi tế bào biệt hóa chỉ
sử dụng một phần thông tin ; tổng hợp chủ yếu một loại protein, không tổng hợp
các loại khác tuy chúng có thông tin của các loại này
Sự khác nhau giữa mARN của các tế bào biệt hóa khác nhau của cùng một cơ thể
cũng cho thấy thông tin chỉ sử dụng một phần.
3. Hoạt động nối tiếp của các gen trong quá trình phát triển phôi
Các trạng thái biệt hóa của tế bào đạt được nhờ hàng loạt các giai đoạn, mà trong
đó các gen khác nhau hoạt động nối tiếp. Nhiều sự kiện chứng minh hoạt động
nối tiếp của các gen, ví dụ; các chỗ phình (puff) trên nhiễm sắt thể khổng lồ.
Ở mỗi giai đọan phát triển, một số gen mở hoạt động, một số gen khác đóng và
có sự thay đổi hoạt động của các gen trong quá trình phát triển các thể.
Chỗ phình trên nhiễm sắc thể khổng lồ
Design by HTV
4. Sự điều hòa phiên mã là căn bản trong biệt hóa tế bào
Giả thiết được chấp nhận hiện nay là trong các tế bào biệt hoá, một số gen phiên
mã, một số gen khác thì không. Không có sự kiện nào mâu thuẫn với giả thuyết
này và nó giải thích hợp lý hơn cả tình trang biệt hoá của các tế bào .
Việc phát triển các gen điều hoà và các gen đóng hay mở giúp hiểu được sự điều
hoà quá trình phát triển cá thể và biệt hoá tế bào. Tuy nhiên, số lượng gen cấu
trúc ở người chỉ gấp 10 lần so với gen cấu trúc vi khuẩn. Điều đó cho thấy rất
nhiều gen ở người tham gia vào các cơ chế điều hoà.
5. Điều hoà sự phát triển phôi
20

22
Mặt khác ở sinh vật nhân thực (Eukaryotae), nhiễm sắc thể của Eukaryota
có cấu trúc phức tạp hơn. qua nhiều giai đoạn; mỗi tế bào có biểu hiện sống
không phải tự do mà chịu sự biệt hóa theo chức năng chuyên biệt trong mối quan
hệ hài hòa với cơ thể.
Như vậy, cùng chứa thông tin di truyền như nhau, nhưng mỗi loại tế bào
biệt hoá chỉ sử dụng một phần thông tin để tổng hợp chủ yếu một số loại protein.
Tóm lại, mặc dù tất cả các bước trong sự biểu hiện của gen về căn bản được điều
hoà, nhưng đối với phần lớn các gen, việc khởi sự phiên mã là điểm kiểm soát
quan trọng nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Phạm Thành Hổ. 2003. Di truyền học. NXB Giáo dục, Hà Nội.
2. Nguyễn Bá Lộc. 2002. Bài giảng Sinh học phân tử. ĐHSP-Đại học
Huế.
3. Lê Đức Trình. 2001. Sinh học phân tử của tế bào. NXB Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội.
4. Campbell, Reece, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky, Jackon. Tập 3, Di
truyền học. USA.
5. Lê Đình Nhân, Phan Cự Nhân. 2001. Cơ sở di truyền học. NXB Giáo
dục. Hà Nội
6. 1. Ban Từ điển-NXB Khoa học và Kỹ thuật. 2002. Từ điển Bách khoa
Sinh học. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
23
7. Hoàng Trọng Phán. Giáo trình sinh học phân tử. NXB Đại học Quốc gia
Hà Nội. 2003
8. />