Bài 15: Điều hòa hoạt động của gen

Nội dung bài giảng này sẽ giúp các em nắm được những kiến thức như: - Khái niệm và các cấp độ điều hòa hoạt động của gen. - Sự điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ. - Ý nghĩa của sự điều hòa hoạt động của gen. - Giải thích được tại sao trong tế bào lại chỉ tổng hợp protein khi cần thiết. - Nâng cao nhận thức đúng đắn và khoa học về điều hoà hoạt động cua gen 

1. Khái niệm
- Điều hòa hoạt động của gen: điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra (được hiểu là quá trình phiên mã và dịch mã có xảy ra hay không).
 - Điều hòa hoạt động của gen liên quan tới các chất cảm ứng hay tín hiệu.
Ví dụ: Ở vi khuẩn E.Coli: genquy định tổng hợp enzim phân giải đường lactozo chỉ hoạt động khi trong môi trường có lactozo.
⇒ Đường lactozo là chất cảm ứng (tín hiệu).

2. Cơ chế điều hòa
a/ Điều hòa hoạt động gen ở nhân sơ
* Đặc điểm điều hòa
- Bộ gen nhân sơ: Đơn giản, mạch kép dạng vòng, chứa số lượng gen ít.
- Quá trình phiên mã xảy ra đồng thời với quá trình dịch mã.
- Mục đích của điều hòa: Đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển.
- Thời gian: Giai đoạn phiên mã.
* Mô hình điều hòa (Mô hình Operon lactozo)
- Phần lớn gen của sinh vật nhân sơ được tổ chức thành những đơn vị cấu trúc hoạt động chức năng ⇒ OPERON.
- Nhóm OPERON gồm các gen sau:

• Nhóm gen P (Khởi động): Nằm trước vùng vận hành O, có chức năng là nơi enzim ARN polymeraza bám vào → thực hiện quá trình phiên mã.
• Nhóm gen O (Vận hành): Là nơi tương tác với protein ức chế (do gen R tổng hợp).
• Nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A): Làm khuôn thực hiện quá trình phiên mã giải mã tổng hợp phân giải lactozo.
- Gen R: Không thuộc OPERON, có chức năng tổng hợp protein ức chế tương tác với vùng vận hành (O).
* Cơ chế điều hòa của sinh vật nhân sơ


⇒ Kết luận:
+ Không có lactozo: Gen điều hòa R tổng hợp protein ức chế → tương tác vùng vận hành → ức chế nhóm gen cấu trúc → không xảy ra phiên mã, dịch mã → không tổng hợp enzim.
+ Có lactozo: Gen R tổng hợp protein ức chế, protein ức chế sẽ liên kết với lactozo.
⇒ Vùng vận hành (O) được giải phóng.
⇒ Kích hoạt nhóm gen khởi động (P) và nhóm gen cấu trúc thực hiện phiên mã và dịch mã → tổng hợp enzim phân giải lactozo.
Khi lactozo phân giải hết ⇒ quá trình tổng hợp enzim dừng lại.
b/ Điều hòa hoạt động gen nhân thực
Điều hòa hoạt động gen nhân thực có một số khác biệt so với nhân sơ:
+ Hệ gen của sinh vật nhân thực lớn hơn, phức tạp. Quá trình phiên mã và dịch mã không xảy ra đồng thời → Điều hòa hoạt động gen nhân thực phức tạp.
+ Mục đích: Hướng tới sự biệt hóa.
+ Tín hiệu điều hòa: Hoocmon.
+ Thời điểm: Từ trước phiên mã cho đến sau dịch mã.