Điều hòa hoạt động của gen

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.

Chuyên đề: Quá trình tổng hợp prôtêin

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.

1. Điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ

a. Operon là gì:

Trên một phân tử của vi khuẩn, các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố liền nhau thành từng cụm có chung một cơ chế điều hòa gọi là một Operon.

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

b. Mô hình cấu trúc của Operon Lac:

Operon Lac bao gồm:

- 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.

c. Sự điều hòa hoạt động của Operon Lac:

 

* Khi môi trường dinh dưỡng không có đường lactôzơ

Gen điều hòa điều khiển tổng hợp protêin ức chế (repressor), 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).

2. Điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực

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.

- Điều hòa phiên mã.

- Điều hòa sau phiên mã.

- Điều hoa dịch mã.

- Điều hòa sau dịch mã.

Bài kế tiếp: Đột biến gen