Tiểu luận môn Sinh học phân tử - Chuyên đề 6: Kiểm soát tiêu cực

Trường đại học khoa học tự nhiênđại học quốc gia hà nội Tiểu luận môn sinh học phân tửChuyên đề 6: Kiểm soát tiêu cựcDanh sách nhóm:Nội dung báo cáoI. Định nghĩa.II. Kiểm soát tiêu cực ở tế bào prokaryote: 1. Đặc điểm 2.Kiểm soát tiêu cực ở mức độ phiên mã: - Operon cảm ứng. - Operon kìm hãm.III. Kiểm soát tiêu cực ở tế bào Eukaryote: 1. Đặc điểm. 2. Kiểm soát tiêu cực ở mức độ phiên mã: - Biến đổi cấu trúc chất nhiễm sắc: . Methyl hoá DNA ở promotor và methyl hóa Histone. . Deacetyl hoá Histone. - Tương tác giữa protein kìm hãm với trình tự DNA chuyên biệt tại vùng promotor. Nội dung báo cáo - Trình tự dập tắt (silencer). 3. Kiểm soát tiêu cực sau phiên mã: - Sự hình thành miRNA và phân huỷ mRNA 4. Kiểm soát tiêu cực ở mức độ dịch mã: - Tương tác của protein tại vùng 5 UTR và 3UTR của mRNA. - miRNA và sự ức chế ribosome tổng hợp protein Kiểm soát tiêu cực ở prokaryoteĐặc điểm điều hoà biểu hiện gen : - Tín hiệu điều hoà: các nhân tố dinh dưỡng, lí, hoá của môi trường. - Động cơ điều hoà: đáp ứng nhanh với các yếu tố môi trường thay đổi để đảm bảo quá trình sinh trưởng và phát triển. - Quá trình điều hoà rất linh động và thuận nghịch. - Điều hoà chủ yếu ở mức độ phiên mã. - Cơ chế điều hoà thông qua các operon.Kiểm soát tiêu cực ở prokaryote2. Kiểm soát tiêu cực ở mức độ phiên mã: Có 2 kiểu điều hoà tiêu cực: - Chất ức chế (repressor) có hoạt tính bám vào vùng operator của gen đích. - Chất ức chế không có hoạt tính được gắn với yếu tố đồng kìm hãm (corepressor) trở nên có hoạt tính và gắn vào operator gen đích . hai kiểu điều hoà hoạt động gen ở prokaryoteKiểm soát tiêu cực ở prokaryote2.1. Operon cảm ứng- operon lac: - Operon cảm ứng mã hoá cho các enzyme của con đường di hoá. - Mục tiêu điều hoà là tiết kiệm tối đa năng lượng. - Cơ chế điều hoà tiêu cực của operon lac dựa vào tương tác của yếu tố kìm hãm có hoạt tính là protein lac1(do gen điều hoà mã hoá) với trình tự DNA trên promotor của các gen cấu trúc và làm bất hoạt gen này. - Khi môi trường không có lactose, quá trình phiên mã operon lac bị kìm hãm.repressor gắn vào operator ngăn cản quá trình phiên mãKiểm soát tiêu cực ở prokaryote2.2. Operon kìm hãm- Operon trp: - Operon kìm hãm liên quan đến con đường đồng hoá. - Quá trình kiểm soát tiêu cực của operon kìm hãm xảy ra theo 2 cơ chế: ức chế phản hồi và suy giảm. . ức chế phản hồi: - Nhân tố kìm hãm repressor không có hoạt tính, cần phải kết hợp với yếu tố đồng kìm hãm (corepressor) tryptophan là sản phẩm đặc trưng của operon để gắn vào operator làm ức chế quá trình phiên mã. - Khi môi trường có tryptophan quá trình phiên mã operon trp bị kìm hãm.Kiểm soát tiêu cực ở prokaryote . Cơ chế suy giảm- vai trò của cấu trúc cặp tóc: - Đoạn gây suy giảm attenuator nằm trong trình tự dẫn đầu trước điểm dịch mã chứa 4 chuỗi nucleotid ngắn có trình tự tương đồng ngược chiều, có khả năng tạo cấu trúc cặp tóc. - Cấu trúc bậc hai của mRNA phiên mã từ operon trp có vai trò kiểm soát phiên mã suy giảm, phiên mã bị kết thúc sớm do hình thành cấu trúc cặp tóc tạo ra phân tử mRNA không hoàn chỉnh. - Kiểm soát suy giảm phụ thuộc sự có mặt của tryptophan trong môi trường. Hiện tượng suy giảm làm giảm phiên mã xuống 10 lầnKiểm soát tiêu cực ở eukaryote 1. Đặc điểm điều hoà biểu hiện gen ở eukaryote: - Tín hiệu điều hoà là các hormone và các yếu tố tăng trưởng do các tế bào chuyên biệt sản sinh. - Mục đích điều hoà là điều chỉnh biểu hiện gen theo đúng chương trình đã định sẵn trong tế bào cho phù hợp với sự phát triển của toàn cơ thể. - Sự điều hoà thể hiện trong mọi giai đoạn từ sao chép đến sau dịch mã. - Cơ chế điều hoà thay đổi theo từng giai đoạn.Kiểm soát tiêu cực ở eukaryote 2. Kiểm soát tiêu cực ở mức độ phiên mã: 2.1. Biến đổi cấu trúc nhiễm sắc chất: . Hiện tượng methyl hoá DNA ở promotor: - Methyl hoá xảy ra ở nucleotid cytosine trong cặp CpG và được xúc tác bởi enzyme DNA methyltransferase (DNMT). - MeCP2 là thành viên trong họ enzyme có khả năng nhận biết các cặp CpG đã bị methyl hoá. - Sự gắn kết phức hợp enzyme này vào DNA làm biến đổi cấu trúc của nhiễm sắc chất, ngăn cản sự gắn kết của hệ thống phiên mã dẫn đến ức chế quá trình phiên mã.Kiểm soát tiêu cực phiên mã ở tế bào eukaryot 1. Methyl hoá DNA:Kiểm soát tiêu cực ở eukaryote . Methyl hoá Histone 3 ở vị trí lysine K9: - Methyl hoá histone tham gia vào kiểm soát tiêu cực hoạt động của gen ở mức độ cấu trúc không gian của sợi nhiễm sắc theo cơ chế bất hoạt gen (gene silencing). - Hiện tượng methyl hoá histone làm nhiễm sắc thể co đặc khiến gen ở đó không thể phiên mã được. - Methyl hoá lysine 9 là chỉ thị phân tử của cấu trúc di nhiễm sắc.Kiểm soát tiêu cực phiên mã ở tế bào eukaryot2. Methyl hoá Histone- bất hoạt gen:Kiểm soát tiêu cực ở eukaryote . Deacetyl hoá Histone: - Ngược lại với acetyl hóa, deacetyl hoá histone dưới sự xúc tác của enzyme Histone deacetylase (HDAC) làm kìm hãm quá trình phiên mã. - Hoạt động của enzyme này đòi hỏi một chất đồng ức chế. - Deacetyl hoá cùng với methyl hoá histone và DNA làm biến đổi cấu trúc sợi nhiễm sắc tạo thành cấu trúc dị nhiễm sắc làm kìm hãm quá trình phiên mã . Kiểm soát tiêu cực phiên mã ở tế bào eukaryot 3. Deacetyl hoá Histone: Kiểm soát tiêu cực ở eukaryote 2.2. Tương tác giữa protein kìm hãm và trình tự DNA trên promotor: - Cơ chế kiểm soát này tương tự như ở prokaryote dựa trên sự tương tác giữa protein kìm hãm với trình tự DNA chuyên biệt nhưng phức tạp hơn nhiều. - Trình tự DNA chuyên biệt gọi là trình tự CIS và các protein điều hoà gọi là nhân tố TRANS. 2.3 Trình tự dập tắt (silencer): - Cơ chế hoạt động còn chưa được biết rõ. - Chúng không phụ thuộc vào vị trí trên gen, không phụ thuộc vào hướng và có tác dụng kìm hãm quá trình phiên mã.Kiểm soát tiêu cực ở eukaryote 3. Kiểm soát ở mức độ sau phiên mã: 3.1.Vai trò của miRNA trong việc phân huỷ rnRNA: - miRNA được hình thành khi mRNA của gen đích có số lượng tăng quá mức trong tế bào. - miRNA được hình thành từ các sợi đôi RNA hay các sợi đơn RNA chứa các trình tự lặp lại có thể tạo thành cấu trúc sợi đôi. - miRNA được cắt ngắn bởi Dicer và phân ly thành sợi đơn để tạo phức RISC ( RNA-induced silencing complex). - Phức RISC gắn vào mRNA, phân cắt mRNA làm giảm số lượng mRNA tham gia vào quá trình dịch mã sau này. Kiểm soát tiêu cực ở eukaryote3.2.Tương tác của protein kìm hãm tại vùng 5UTR và 3UTR của phân tử mRNA: - Đầu 3UTR của mRNA có cấu trúc cặp tóc. Đây cũng là vị trí tương tác với protein bảo vệ cho mRNA khỏi các nuclease. - Tương tự protein kìm hãm gắn vào đầu 5UTR của phân tử mRNA làm cho ribosome không trượt trên sợi mRNA khiến quá trình dịch mã bị kìm hãm hoàn toàn. - Ví dụ phản ứng tổng hợp ferritine-protein: khi không có sắt, protein kìm hãm aconitase bám vào đầu 5UTR của phân tử mRNA ferritine, ngăn cản ribosome tổng hợp protein ferritine. Kiểm soát tiêu cực ở eukaryot .Tương tác của protein tại vùng 5 UTR của mRNA ferritinKiểm soát tiêu cực ở eukaryote4. Kiểm soát tiêu cực ở mức độ dịch mã: miRNA ngăn cản ribosome tổng hợp protein: - Phức RISC gắn vào phân tử mRNA được mã hoá từ gen đích và ngăn cản ribosome tổng hợp protein. - Khả năng gắn của RISC phụ thuộc vào mức độ trình tự bổ sung giữa miRNA và mRNA. . Kiểm soát tiêu cực ở eukaryoteXin trân trọng cảm ơn !