chuong 6 qua trinh dieu hoa bieu hien gen o prokaryote.pdf

10
1 Điều hòa sự biểu hiện của gen Điều hòa biểu hiện gen Prokaryote 1. Điều hòa ở mức độ phiên mã A. Lac operon B. Trp operon C. Điều hòa từng tầng 2. Điều hòa ở mức độ dịch mã A. Khởi đầu dịch mã B. Kéo dài dịch mã khác C. Tốc độ phân rã của các mRNA Quá trình kiểm soát gen Prokaryote đòi hỏi đáp ứng nhanh với những thay đổi của môi trường. Đối với eukaryote, sự điều hòa của gen hướng đến việc duy trì cân bằng nội môi – một môi trường bên trong ổn định thích hợp đối mặt với môi trường bên ngoài lúc nào cũng thay đổi. Cơ thể đa bào đòi hỏi những gen khác nhau vào những thời điểm khác nhau của quá trình sinh trưởng và phát triển trong sự biệt hóa của các Kiểm soát gen có thể là dương – có nghĩa là hoạt hóa hoạt động của gen, hoặc âm – kìm hãm sự hoạt động của gen Điểu hòa sự biểu hiện của gen ở Prokaryote ở mức độ phiên mã DNA mRNA Protein Mô hình Operon điều hòa Phức hợp gọi là operon được mô tả vào năm 1961 bởi Francois Jacob và Jacques Monod. Một operon có ba phần: promoter, operator và các gen cấu trúc. Thêm vào đó là một gen điều hòa liên quan đến việc cho phép gen cấu trúc được phiên mã hay không Operon – Một cụm các gene cấu trúc đặt dưới sự kiểm soát của một vùng điều hòa Repressor binding site = operator RNAP binding site = promoter promoter operator Phức hợp Operon 1.Promoter: được nhận diện bởi RNA polymerase là nơi bắt đầu quá trình phiên mã 2.Operator: kiểm soát việc gắn RNA polymerase vào promotervà thông thường nằm trong promoter hoặc nẳm giữa promoter và gen cần được phiên mã. 3.Gen cấu trúc: gene cấu trúc (hoặc gen thiết kế) mã hóa cho chuỗi polypeptide.

Upload: damtrieu1994

Post on 25-Nov-2015

24 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

  • 1iu ha s biu hin ca gen iu ha biu hin gen Prokaryote 1. iu ha mc phin m A. Lac operon B. Trp operon C. iu ha tng tng

    2. iu ha mc dch m A. Khi u dch m B. Ko di dch m khc C. Tc phn r ca cc mRNA

    Qu trnh kim sot gen Prokaryote i hi png nhanh vi nhng thay i ca mi trng. i vi eukaryote, s iu ha ca gen hngn vic duy tr cn bng ni mi mt mitrng bn trong n nh thch hp i mt vimi trng bn ngoi lc no cng thay i.C th a bo i hi nhng gen khc nhau vonhng thi im khc nhau ca qu trnh sinhtrng v pht trin trong s bit ha ca ccm Kim sot gen c th l dng c ngha lhot ha hot ng ca gen, hoc m kmhm s hot ng ca gen

    iu ha s biu hin ca gen Prokaryote mc phin m

    DNA mRNA Protein

    M hnh Operon iu ha Phc hp gi l operon c m t vo nm 1961 bi Francois

    Jacob v Jacques Monod. Mt operon c ba phn: promoter, operator v cc gen cu trc.

    Thm vo l mt gen iu ha lin quan n vic cho php gencu trc c phin m hay khng

    Operon Mt cm cc gene cu trc t di s kim sot ca mt vng iuha

    Repressor binding site = operator RNAP binding site = promoter

    promoter operator

    Phc hp Operon

    1.Promoter: c nhn din bi RNA polymerasel ni bt u qu trnh phin m

    2.Operator: kim sot vic gn RNA polymerasevo promoterv thng thng nm trongpromoter hoc nm gia promoter v gen cnc phin m.

    3.Gen cu trc: gene cu trc (hoc gen thit k)m ha cho chui polypeptide.

  • 2Operon M hnh Operon iu ha Mt operon cm ng (inducible) cha mt cm gen cutrc thng thng dng ng (off), b kha birepressor ca n. Khi tc nhn kim sot gn vorepressor, tch n khi v tr kha gen(v th ngng cch). Gen sau tr thnh trng thi m (on) cho nkhi mt repressor gn tr li operator. Operon cmng- c hot ha bi cc phn t cm ng nh VD.Lac operon Mt operon c ch (repressible) cha mt cm gen cutrc thng thng dng m (on). Khi tc nhn kimsot gn vo repressor, repressor gn vo operator,kha gen cu trc v gen tr thnh trng thi ng(off).Operon c ch- b ng bi nhng cht ng km hm.VDTrp operon

    Operon C ch iu ha gene Kim sot dng: qu trnh phin m ch xy rakhi promoter c hot ha bi activator

    Kim sot m thng l c ch ph bin prokaryote

    Kim sot dng thng ph bin eukaryote S t iu ha: protein iu ha qu trnh phinm ca chnh n

    Kim sot dng:Kim sot dng = activator gn vo v tr iu ha kch thch qu trnh phin m gene, cn s c mt camt nhn t activator s phin m xy raKim sot m:Kim sot m = repressor gn ln b tr iu ha chnli qu trnh phin m ca geneS c mt ca nhn t repressor c ch qu trnh phinm, s phin m ch xy ra khi repressor b bt hot bimt inducerC hai kiu operon cm ng v c ch, gen ng khirepressor gn vo operator ca n. S khc bit lcch hot ng ca tc nhn kim sot repressor

    Kim sot dng - Kim sot m

    3/9/2009 11

  • 3Kim sot dng: cm ngPhc hp activator- inducer gn lnv tr iu haXy ra s phinm

    3/9/2009 13

    Kim sot dng: c ch

    3/9/2009 14

    Phc hp activator- repressor khngth gn vi v triu haKhng phin m

    Kim sot m: cm ngKhi inducer hindin, repressorkhng th gn lnv tr iu haXy ra s phinm

    Allolactose, inducer3/9/2009 15

    Kim sot m: c ch

    Phc hp repressor-corepressor gn ln v triu haKhng phin m

    Tryptophan, corepressor3/9/2009 16

    Lactose operonOperon cm ng

    Lac operon

  • 4Lac Operon S biu hin ca gene l do cm ng haytheo chng trnh

    Repressor thng c biu hin t geni

    Repressor gn vo operator chn qutrnh phin m ca gene cu trc

    Inducer lactose gn v lm bt hotrepressor cho php khi u qu trnhphin m

    Lac Operon Lactose operator l mt v tr cn thit cho s cch

    Lactose promoter l mt v tr cn thit cho sphin m

    Lac operon cha vng gen cu trc lin kt vigene iu ha.

    Lac Operon Cu trc cc protein ca lac operon:

    Khi khng c lactose (controller), repressorgn vo operator c ch qu trnh phin mbng cch nng RNA polymerase gn vopromoter.

    Khi c c cht, allolactose (controller), gn vo phn trepressor ang nm trn vng operator ca gene, khi repressor c tch khi gen. RNA polymerase c th gnvo promoter v gene m ha cho ba enzyme cn thitcho vic s dng lactose c phin m.

  • 5Lac operon Khi cc enzyme c tng hp , lactose c s dng,bao gm c phn t allolactose gn vo repressor. Khiallolactose khng cn gn vo repressor protein,repressor kha promoter (bng cch gn vo operator),lm qu trnh phin m ngng. y l c ch kim sotm, bi v promoter b kha do operator b gn birepressor . Lactose operon l mt v d iu ha hot ng ca gencm ng, bi v khi hin din c cht ca con ngchuyn ha (metabolic pathway) c th cm ng qutrnh tng hp enzyme. Bi v allolactose cm ngphin m, lactose operon c gi l operon cm ng( hoc trong mt s trng hp, gi l operon c giic ch - derepressable operon v lactose lm ngnghot ng ca repressor).

    Lac operon Hot ng ca gen c th c iu ha bi mt phn tactivator. Khng c phn t activator hin din, gen cphin m rt t.Lac operon cm ng hot ng trong h thng hot ngsong song vi mt activator, CRP (cyclic AMP receptorprotein), hay cn gi CAP (catabolite activator protein) kimsot lng glucose trong t boMc cAMP ni bo c mi tng quan t l nghch vi mcglucose. cAMP c th hot ha CRP. CRP l mt activatortrong Lac operon v trong mt s operon khc (nhng l mtrepressor cho chnh gene tng hp ra n).Dimer cAMP-CRP vi mt HTH motif gn vo DNA tiupstream ca Lac promoter v un cong vng DNA xungquanh n to iu kin thun li cho khi s phin m. (CRPmt mnh khng th gn vo DNA.)

    Kim sot dng ca Lac operon

    Lac Operon Lactose operon c mt phn ca kim sotdng

    Kim sot dng ca lac operon lin quan ncAMP-CRP ( cyclic AMP receptor protein) gnvo promoter hot ha qu trnh phin mbi RNA polymerase

    Phc cAMP-CRP iu ha hot tnh ca lacoperon

    Khi mc glucose trong t bo xung thp, cAMP (cyclic adenosinemonophosphate), mt cht truyn tin th hai trong vic truyn tnhiu t bo tch ly li. cAMP gn vo v tr allosteric ca CRP hnhthnh mt phc CRP- cAMPCRP-cAMP gn vo v tr k lactose operon promoter v n lm RNApolymerase d dng gn vo vng promoter tng cng vic phinm cc enzyme lactase (nu lactose hin din s tch phn tlactose repressor).

  • 6Tryptophan operonOperon c ch

    Trp Operon

    Trp operon cha cc gen cu trc cnthit cho qu trnh sinh tng hptryptophan

    Trp operon hot ha qu trnh phin mkhi khng c s hin din ca tryptophan

    H thng c ch c iu ha bi mtc ch kim sot ngc m

    Trp Operon

  • 7Trp Operon Trp operon c ng khi tryptophan gnvo v lm bt hot aporepressor

    Phc hp tryptophan-repressor gn vooperator v ngn chn qu trnh phin mkhi mc tryptophan cao

    Nu mc tryptophan st gim,phc hptrp-repressor s tch khi operator

    Tryptophan, c gi l corepressor bi v n hot ng cng viprotein repressor kha s phin m, v operon tryptophan lmt operon c ch (repressible operon). y l mt c ch kimsot m bi v repressor nng chn qu trnh phin m

    Gim bt (Attenuation)

    Attenuation mt hnh thc rt nhy kthp vi s iu ha dch m ca trpoperon

    Trnh t trp attenuator c cha mt trnht base b sung u 5 trong mRNA vc th bt cp b sung tao thnh cu trcthn (stem) v vng (loop)

    Trp Operon - Gim bt(Attenuation)

    Gim bt (Attenuation) S gim bt l nguyn nhn gy ra ktthc phin m sm mRNA v s hnhthnh cu trc kp tc ngng phin m vng u 5 ca mRNA

    Nu tRNA-trp hin din , qu trnh tnghp peptide leader dn ti s bt cp bsung ca mRNA to thnh cu trc ngncn hot ng ca RNAP

  • 8Gim bt (Attenuation) Ti nng thp ca tRNA-trp, ribosomeb tr hon, v mRNA c m v vy qutrnh phin m tip tc

    iu ha gim bt cho php t bo png vi mc thay i ca mc tryptophan

  • 9+ trpDNA

    RNA Cu trc ngngphin m

    RNA polymerase Ngngphin m

    - trp

    DNA

    RNALeader peptide

    DNA

    RNA

    Leader peptide

    DNA

    RNARNA polymerase

    Phin mtip tc

    Mt s Operon iu ha gim bt

    iu ha tng tng(CASCADE REGULATION)

    iu ha tng tng(CASCADE REGULATION)

    Mt c ch iu ha nhanh chng v tit kim nnglng prokaryote l s dng cc nhc t khcnhau. Mi nh hng cho RNA polymerase xc nh vgn ln promoter. Nhng promoter ny kim sots biu hin ca nhng nhm genes lin quan nmt hot ng chuyn ha chuyn bit ca t bo. Sau y l hai v d v s iu ha biu hin cagen bng cch s dng cc nhn t sigma khcnhau

    S dng lun phin nhn t bi E. coli cho s t iuchnh thch hp vi mi trng mi S dng lun phin nhn t bi SPO1 bacteriophagetrong sut qu trnh xm nhim

    S dng lun phin nhn t E. coli trng thi bnh thng, RNA polymeraseholoenzyme cha 70, nhn t ph bin nht, snhn bit promoter ca cc gen cu trc hu ht lnh 70. Khi E. coli gp mi trng shock nhit (heat shock)do s tng ln t ngt nhit ca mi trng,mt nhn t mi, 32, c tng hp mt lngln v thay th cho 70 nh hng cho RNApolymerase gn vo heat- shock gene promoter. Snphm biu hin ca nhng gen ny gip cho t bochng li nhng nguy him do shock nhit. S gia tng hm lng 32 v :

    (1) tng cng dch m mRNA 32 (2) S n nh ca protein 32.

    Cc nhn t cng c lun phin s dng trongnhng hon cnh mi trng khc nhau biuhin cc gen khc nhau

  • 10

    S dng lun phin nhn t bi SPO1bacteriophage trong qu trnh xm nhim

    SPO1 phage xm nhim vo Bacillus subtilis c bc biu hin gene cc gen sm, trung gian v cc gene mun c biu hin nhngthi im khc nhau ca qu trnh xm nhim ca phage.

    Cc gen sm ca phage c biu hin bi RNA polymerase ca vikhun vi vic s dng nhn t ca vi khun.

    Mt trong nhng sn phm ca gene sm c biu hin l nhnt 28 ca phage. nhn t 28 ca phage s thay th nhn t ca vikhun nh hng RNA polymerase n cc promoter ca ccgene trung gian ca phage. Trong s sn phm ca cc gene trunggian c mt nhn t 34. Ti lt n, nhn t 34 tham gia vo qutrnh biu hin ca cc gene mun ca phage.

    Kim sot phin m ca virus Virus s dng vt liu ca t bo ch nhn ln, phin m v dchm cc gene ca virus, ngay khi hot ha qu trnh ny chnh lnguyn nhn lm tan t bo ch. Phage n ha (temperate phage)c xc nh khi provirus tch khi DNA t bo ch v tr thnhdng lytic. Virus s lm ngng mi hot ng phin m v dch mb gen t bo ch. Kim sot di truyn ca Lamba () phage n ha c nghincu. Phage tr thnh dng lysogenic khi t bo ch trong mtmi trng thun li v chng c kh nng nhn ln nhanh chng.Khi t bo ch to nn nhiu th h mi, mi t bo mang mtphage . phage tr thnh dng tan khi t bo ch yu i. Hai virus protein, Cro v cI kim sot sc khe ca t bo ch.Khi t bo ch khe, cI protein tch ly hot ha chc nng genIysogenic gene v c ch chc nng gen Iytic. Khi t bo ch suyyu, Cro protein tch ly, s c ch chc nng gen Iysogenic vthc y hot ng ca gene Iytic. T l ca Cro vi cI quyt nhkhi no l phage s l Iysogenic hay Iytic. Cc virus khc c cch kim sot tng t.

    Kim sot phin m ca virus Kim sot phin m ca virus

    iu ha s biu hin ca gen Prokaryote mc dch m

    DNA mRNA Protein

    iu ha s biu hin ca gen Prokaryote mc dch m

    prokaryotes, kim sot s biu hin cagen mc dch m da vo cc c chsau :

    1. Hiu sut khi u dch m khc nhau donhng trnh t xung quanh start codon AUG

    2. Hiu sut ko di dch m khc nhau dovic hnh thnh cu trc th cp trn mRNA

    3. Tc phn r ca cc mRNA l khcnhau