Điều Hòa Biểu Hiện Gen

     

Công nghệ DNA tái tổ hợp

I. Mở đầu Vào năm 1973, một đội các nhà công nghệ đã chế tác ra khung hình sinh vật trước tiên với các phân tử DNA tái tổ hợp. Theo đó, Cohen...

Bạn đang xem: điều hòa biểu hiện gen


*

Như họ đã biết ba quá trình thiết yếu cho việc tồn trên của tế bào, đó là: tái bản, phiên mã và dịch mã. Tuy nhiên, tế bào cần yếu tồn tại hòa bình với môi trường thiên nhiên chung quanh. Như vậy, sẽ nảy sinh một sự việc quan trọng: tế bào vẫn điều chỉnh hoạt động của mình thế nào cho cân xứng với các thay đổi của môi trường bên phía ngoài để rất có thể tồn tại phù hợp ứng? Chương này đang đề cập đến các phương thức điều chỉnh đó, có nghĩa là các phương pháp điều hòa sự thể hiện của gen ở các sinh đồ vật prokaryote cùng eukaryote.
Sự biểu lộ của những gen chịu đựng sự kiểm soát và điều hành của các cơ chế điều hòa. Những cơ chế này giữ lại vai trò rất quan trọng cho các vận động sống, đáp lại những đổi khác của môi trường phía bên trong và bên ngoài cơ thể. Bộc lộ gen của các tế bào prokaryote và eukaryote cũng đều có sự khác biệt đáng kể. Việc điều hòa được thực hiện ở các mức độ không giống nhau và liên quan đến từng quy trình phát triển. Theo quan niệm về operon, những gen điều hòa (regulatory gene) giữ lại vai trò đặc biệt quan trọng trong bài toán đóng với mở những gen cấu tạo (structural gene) để có thể biểu hiện tổng phù hợp protein đúng lúc, đúng nơi theo nhu cầu ví dụ của tế bào.
Trong hầu như tế bào, tất cả các gen đông đảo không hoạt động đồng thời. Ví dụ: tế bào E. Coli có khoảng 107 phân tử protein tất cả 3.000 các loại khác nhau. Nhiều các loại protein tất cả đến 500.000 phân tử, tuy nhiên một số một số loại khác chỉ tầm 10 phân tử. Như vậy, chưa phải loại protein nào cũng khá được tổng hợp với số lượng lớn tương đồng và tế bào phải bao gồm cơ hóa học để tổng đúng theo protein một cách tiết kiệm chi phí và hợp lý nhất.
Một số gen hoạt động thường xuyên cung ứng sản phẩm liên tục, một vài khác chỉ biểu lộ ở những giai đoạn nhất định trong quy trình sống và hoàn toàn có thể chỉ hoạt động trong điều kiện môi trường không bình thường. Một trong những protein cần được tổng hợp với số lượng lớn, một số khác chỉ cần phải có một phân tử. Bởi vì vậy, hoạt tính của ren được điều hòa bởi vì nhiều cơ chế không giống nhau để có hiệu quả tốt độc nhất vô nhị trong việc thực hiện nguồn năng lượng của tế bào.
Để duy trì nội cân bằng (homeostasis) cùng sự cải cách và phát triển của cơ thể, các sinh vật đang có những cơ chế điều hòa khác nhau. Các kiểu điều hòa đều khởi nguồn từ sự biểu thị của các gen.
Một số amip (ameba) bộc lộ sự chuyển đổi hình thái và sinh lý quan trọng đặc biệt để đáp lại những điều kiện môi trường xung quanh khác nhau. Khi các amip được bỏ vô nước, chúng chuyển từ dạng amip quý phái dạng tất cả lông để bơi. Khi môi trường xung quanh thiếu bồi bổ chúng hoàn toàn có thể chuyển thành những dạng tương tự như như biểu bì.
Vi trùng trong môi trường dinh dưỡng buổi tối thiểu có công dụng tổng thích hợp amino acid. Tuy nhiên khi bổ sung cập nhật amino acid vào môi trường nuôi, vi khuẩn sẽ xong xuôi tổng thích hợp amino acid. Dịp nguồn amino acid tự ngoài bổ sung cập nhật vào vẫn hết, tế bào vi trùng lại trường đoản cú tổng thích hợp lại amino acid cho bản thân.
Các đổi khác nêu bên trên là thuận nghịch, minh chứng sự chuyển đổi chức năng nghỉ ngơi đây không phải do biến dị di truyền. Các hiện tượng trên còn cho thấy thêm việc xuất hiện hay biến mất các cấu trúc mới ko làm tác động đến tiềm năng di truyền sẵn có. Rất có thể cho rằng, gồm trường hợp một số gen hoạt động, nhưng cũng đều có trường hợp một số trong những gen chấm dứt biểu hiện. Những hiện tượng được nhắc trên những do qui định điều hòa ham mê nghi (adaptive regulation) đưa ra phối.
Khi bacteriophage xâm nhiễm vi khuẩn, DNA của nó lúc đầu sẽ tái bản, sau đó các protein khác nhau mới được tổng hợp bắt buộc để tạo thành thành vỏ. Như vậy, có các gen “sớm” tạo ra enzyme tái phiên bản DNA và những gen “muộn” xác minh các nguyên tố vỏ protein. Điều đó chứng tỏ có phương pháp điều hòa công dụng của gen ra mắt theo một trình tự nghiêm ngặt. Đây là loại điều hòa nối liền (sequential regulation). Chuyển động nối tiếp của những gen còn biểu lộ rõ trong vượt trình trở nên tân tiến cá thể của các sinh thứ eukaryote đa bào.
Nhiều sinh đồ gia dụng bậc cao như bé người chứa đựng nhiều tỷ tế bào khởi nguồn từ một vừa lòng tử do phân loại nguyên nhiễm. Xuất phát điểm từ 1 hợp tử ban sơ đến khi trưởng thành, cơ thể người có tầm khoảng 200 nhiều loại tế bào khác nhau. Mỗi loại tế bào chỉ biểu hiện 1 phần thông tin của mình. Quá trình chuyên môn hóa tác dụng của tế bào được gọi là sự biệt hóa tuyệt phân hóa (differentiation).
Tuy bao gồm sự biệt hóa, mà lại tế bào vẫn giữ nguyên vẹn khả năng di truyền của mình. Một ví dụ rất rõ ràng là nuôi ghép mô tế bào thực vật (plant tisue và cell culture): người ta có thể nuôi cấy 1 phần mô phân sinh trong môi trường dinh dưỡng tổng hợp cho tới khi chúng cải cách và phát triển thành cây in vitro hoàn hảo (plantlet), những cây này kế tiếp được giới thiệu trồng vào điều kiện tự nhiên và đã ra hoa kết quả.
Có sự khác nhau đáng nói giữa prokaryote với eukaryote vào điều hòa biểu hiện của gen. Những tế bào eukaryote có cấu tạo phức tạp rộng nhiều bắt buộc cơ chế cân bằng cũng phức hợp hơn prokaryote.
Ở prokaryote, mục tiêu của sự điều hòa thể hiện gen là nhằm điều chỉnh hệ enzyme cho phù hợp với những tác nhân bổ dưỡng và lý hóa của môi trường, bảo vệ được hai yêu cầu chủ yếu của tế bào là sinh trưởng với sinh sản. Sự điều hòa tại chỗ này rất năng động và tất cả tính thuận nghịch. Ở eukaryote, vị tế bào ko tiếp xúc thẳng với môi trường, đề nghị sự cân bằng ở đây không còn nhằm mục đích đối phó với các biến rượu cồn ở nước ngoài bào. Sự cân bằng ở eukaryote đào bới việc chăm biệt hóa từng loại tế bào vào từng cấu tạo và công dụng riêng và chính vì thế không mang tính chất thuận nghịch.

Xem thêm: Cách Giảm Ping Vương Giả Vinh Diệu, Hướng Dẫn Nhanh Chóng


Ba nhân tố chính của sự điều hòa biểu hiện gen là: 1) biểu thị gây ra thỏa mãn nhu cầu làm thay đổi biểu hiện nay gen; 2) quá trình được tiến hành sự ổn định trong quá trình từ tái bạn dạng đến dịch mã; cùng 3) nguyên tắc phân tử của sự việc điều hòa thể hiện gen.
Bộ máy di truyền của sinh thứ prokaryote là 1 trong DNA mạch vòng chứa một trong những lượng gen giới hạn được phiên mã ngơi nghỉ trạng thái xúc tiếp trực tiếp với tế bào hóa học (Hình 8.1).
Chu trình tế bào ngắn và không tồn tại sự biệt hóa tế bào. Bởi thế, hoạt động vui chơi của các gen được điều hòa do các nhu yếu của tế bào khi đề nghị thiết. Tác động của những nhân tố môi trường làm những gen tương ứng được mở để phiên mã, dịch mã tổng thích hợp protein giỏi có công dụng ngược làm cho dừng lại.
*

Khác cùng với prokaryote, nhiễm sắc thể của eukaryote có kết cấu phức tạp. Ngay lập tức trên kết cấu nhiễm nhan sắc thể bao gồm sự tham gia của các protein histone gồm vai trò điều hòa bộc lộ của gen. Sự điều hòa biểu lộ gen sống eukaryote phải trải qua nhiều mức điều hòa phức tạp hơn so với prokaryote và trải qua không ít giai đoạn như: nhiễm nhan sắc thể dỡ xoắn, phiên mã, chuyển đổi hậu phiên mã, mRNA tránh nhân ra tế bào chất, dịch mã và biến hóa hậu dịch mã (Hình 8.2).
Ngoài ra, nhiều phần eukaryote có khung hình đa bào và mỗi tế bào có bộc lộ sống không phải tự do, mà chịu đựng sự biệt hóa theo các chức năng chuyên biệt trong mọt quan hệ hài hòa và hợp lý với cơ thể.
Các vi trùng thường phản ứng trực tiếp với môi trường thiên nhiên và bộc lộ gen thuận nghịch, như bao gồm đường lactose thì mở operon để phân hủy, khi hết mặt đường thì operon đóng lại. Trong khi đó, các tế bào eukaryote gồm những con phố biệt hóa khác nhau và sự chăm hóa là ổn định thường xuyên trong đời sống cá thể. Kế bên sự biệt hóa tế bào, các khung hình eukaryote nhiều bào còn trải qua quá trình cải tiến và phát triển cá thể với tương đối nhiều giai đoạn phức tạp tiếp liền nhau, trong các số ấy có những gen chỉ bộc lộ ở phôi và tiếp nối thì giới hạn hẳn.
Tất cả các điểm nêu trên cho thấy sự điều hòa biểu hiện của gene eukaryote tinh vi hơn nhiều, mà bây giờ lại được biết ít hơn prokaryote.
*

Các hình thức điều hòa sự biểu lộ của gen hoàn toàn có thể tác động ở một hay các mức độ không giống nhau. Sự điều hòa hoàn toàn có thể xảy ra tại mức độ gen bởi sự kiểm soát và điều hành thời gian và vận tốc phiên mã. Những cơ chế khác tất cả thể hoạt động lúc dịch mã hoặc sau dịch mã.
- DNase cắt một trong những vùng trên genome làm tháo xoắn để những gen biểu hiện. Nhị vùng được lưu ý đó là các vùng nhạy bén (sensible) và khôn cùng nhạy cảm (hypersensible).
- các vùng nhạy cảm có liên quan đến những gen gồm hoạt tính cao và đa số gen đã qua bộc lộ rồi (như các gen vận động ở phôi). Các vùng khôn xiết nhạy cảm liên quan đến các gen gồm hoạt tính rất to lớn (như những gen histone). - DNA Z (DNA trái) là dạng cấu tạo siêu xoắn có thể liên quan mang đến đóng mở gen.
- Methyl hóa các base. Ở những prokaryote sự methyl hóa có thể thực hiện so với A và C, còn nghỉ ngơi eukaryote sự methyl hóa chỉ tiến hành với C vị trí thứ 5. Methyl hóa làm gen chấm dứt hoạt động. Ví dụ: nhiễm nhan sắc thể X bất hoạt ở tín đồ thuộc loại siêu methyl hóa. Nói chung, sự đổi khác cấu hình (reconfiguration) bao gồm thể tác động đến sự biểu hiện của gen.
Đây là việc điều hòa tác động trực tiếp nối việc mở hoặc đóng của gen. Kiểu cân bằng này thường gặp trong điều hòa hội đàm chất, cũng giống như các quy trình biệt hóa tế bào.
- Sự tác động của các trình từ cis (gần kề, ngay lập tức kề) ở trên thuộc mạch DNA như enhancer (vùng tăng cường) làm cho tăng sự phiên mã.

Xem thêm: Hướng Dẫn Cách Lưu Cv Về Điện Thoại Android, Cách Lưu Cv Về Điện Thoại


- Điều hòa bởi vì các yếu tố trans (cách quãng, từ xa) vì các yếu tố không nằm cùng trên một mạch DNA.
*

*