CHƯƠNG X ĐIỀU HOÀ SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN VÀ BIỆT HÓA TẾ BÀO I CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỀU HÒA I CÁC HIỆN TƯỢNG ĐIỀU HÒA 1. Điều hòa thích nghi 1. Điều hòa thích nghi Một số amip biểu hiện sự thay đổi hình thái và Một số amip biểu hiện sự thay đổi hình thái và sinh lý đặc biệt để đáp lại các điều kiện môi sinh lý đặc biệt để đáp lại các điều kiện môi trường khác nhau. Khi các amip được cho vào trường khác nhau. Khi các amip được cho vào nước, chúng chuyển từ dạng amip sang dạng có nước, chúng chuyển từ dạng amip sang dạng có lông để bơi. Khi môi trường thiếu dinh dưỡng, lông để bơi. Khi môi trường thiếu dinh dưỡng, chúng có thể biến đổi thành dạng mô biểu bì. chúng có thể biến đổi thành dạng mô biểu bì. Vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng Vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng tối thiểu có khả năng tổng hợp amino acid. tối thiểu có khả năng tổng hợp amino acid. Nhưng nếu cho amino acid vào thẳng Nhưng nếu cho amino acid vào thẳng mội trường nuôi, vi khuẩn ngừng tổng hợp amino mội trường nuôi, vi khuẩn ngừng tổng hợp amino acid. Đến khi nguồn amino acid hết, nó mới tự acid. Đến khi nguồn amino acid hết, nó mới tự tổng hợp amino acid cho bản thân. tổng hợp amino acid cho bản thân. Các biến đổi trên đều thuận nghịch chứng tỏ sự Các biến đổi trên đều thuận nghịch chứng tỏ sự thay đổi chức năng ở đây không do biến dị di thay đổi chức năng ở đây không do biến dị di truyền và sự xuất hiện hay biến mất các cấu trúc truyền và sự xuất hiện hay biến mất các cấu trúc mới không làm ảnh huởng tiềm năng di truyền mới không làm ảnh huởng tiềm năng di truyền sẵn có. Các hiện tượng trên do hiện tượng điều sẵn có. Các hiện tượng trên do hiện tượng điều hòa gọi là điều hòa thích nghi hòa gọi là điều hòa thích nghi 2. Hoạt động nối tiếp của các gen Khi phage xâm nhập vi khuẩn, DNA của phage lúc đầu sao chép, sau đó các protein khác nhau mới được tổng hợp nên. Như vậy có các gen “sớm” sớm tạo enzyme sao chép DNA và các gen “muộn” xác định các thành phần của vỏ. Trong quá trình nhiễm khuẩn, nhóm gen đầu hoạt động, nhóm thứ hai hoạt động tiếp theo. Như vậy cơ chế điều hoà chức năng của gen diễn ra theo trình tự nghiêm ngặt. Đây là kiểu điều hòa nối tiếp. 3. Biệt hóa tế bào Nhiều sinh vật bậc cao như con người chứa nhiếu tỉ tế bào bắt nguồn từ một hợp tử do chia nguyên nhiễm. Từ một hợp tử khi truởng thành, cơ thể người có khoảng 200 loại tế bào khác nhau (tế bào gan, tim, thận, da, …). Mỗi loại tế bào chỉ biểu hiện một phần thông tin. Quá trình chuyên môn hóa chức năng của tế bào được gọi là sự biệt hóa tế bào. Tuy có sự biệt hóa nhưng tế bào vẫn giữ nguyên vẹn khả năng di truyền của mình. 4. Khái quát về điều hòa ở Prokaryotae và Eukaryotae Có sự khác nhau đáng kể giữa Prokaryotae và Eukaryotae trong điều hòa sự biểu hiện của các gen. Các tế bào Eukaryota có cấu tạo phức tạp hơn nhiều nên sự điều hòa có nhiều mức độ và chi tiết hơn ở tế bào Prokaryota. a. Sự biểu hiện của gen ở Prokaryotae a. Sự biểu hiện của gen ở Prokaryotae Bộ máy di truyền của sinh vật tiền nhân Bộ máy di truyền của sinh vật tiền nhân là một DNA vòng tròn chứa một số là một DNA vòng tròn chứa một số lượng gen giới hạn được phiên mã ở lượng gen giới hạn được phiên mã ở trạng thái tiếp xúc trực tiếp với tế bào chất. trạng thái tiếp xúc trực tiếp với tế bào chất. Chu trình tế bào ngắn và không có sự biệt hóa tế Chu trình tế bào ngắn và không có sự biệt hóa tế bào. Do đó hoạt động của các gen được điều bào. Do đó hoạt động của các gen được điều hoà do các nhu cầu của tế bào khi cần thiết. Tác hoà do các nhu cầu của tế bào khi cần thiết. Tác động của các nhân tố môi trường làm những gen động của các nhân tố môi trường làm những gen tương ứng được mở để phiên mã, dịch mã tổng tương ứng được mở để phiên mã, dịch mã tổng hợp protein hay có hiệu quả ngược làm dừng lại. hợp protein hay có hiệu quả ngược làm dừng lại. Sự biểu hiện của gen ở Prokaryotae Trang 236 Màng tế bào Amino acid tRNA Design by HTV b. Sự biểu hiện của gen ở Eukaryota Khác với Prokaryota, nhiễm sắc thể của Eukaryota có cấu trúc phức tạp hơn. Trên cấu trúc nhiễm sắc thể có sự tham gia của protein histone có vai trò điều hòa sự biểu hiện của các gen. Sự điều hòa biểu hiện của gen ở Eukaryota phải qua nhiều mức điều hòa phức tạp hơn Prokaryota và qua nhiều giai đoạn như: NST tháo xoắn, phiên mã, biến đổi sau phiên mã, mRNA rời nhân ra tế bào chất, dịch mã và biến đổi sau dịch mã. Ngoài ra, ở Eukaryota, mỗi tế bào có biểu hiện Ngoài ra, ở Eukaryota, mỗi tế bào có biểu hiện sống không phải tự do mà chịu sự biệt hóa theo sống không phải tự do mà chịu sự biệt hóa theo chức năng chuyên biệt trong mối quan hệ hài hòa chức năng chuyên biệt trong mối quan hệ hài hòa với cơ thể. Các vi khuẩn thường phản ứng trực với cơ thể. Các vi khuẩn thường phản ứng trực tiếp với môi trường và sự biểu hiện gen thuận tiếp với môi trường và sự biểu hiện gen thuận nghịch. Còn các tế bào Eukaryota có những con nghịch. Còn các tế bào Eukaryota có những con đường biệt hóa khác nhau và thường sự chuyên đường biệt hóa khác nhau và thường sự chuyên hóa là ổn định thường xuyên trong đời sống cá hóa là ổn định thường xuyên trong đời sống cá thể. Ngoài ra, ở Eukaryotae có những gen chỉ thể. Ngoài ra, ở Eukaryotae có những gen chỉ biểu hiện ở phôi rồi dừng hẳn. biểu hiện ở phôi rồi dừng hẳn. [...]... sự phát triển phôi Sự điều hòa ở mức phiên mã giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển phôi Ngay lần phân chia đầu tiên của hợp tử, nếu tế bào chất phân bố không đều thì sẽ có ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa tế bào tiếp theo Sự phân bố các chất ở phôi mang và phôi vò không đồng đều dẫn đến sự biệt hóa Những tín hiệu từ các tế bào lân cận cũng có ảnh hưởng đến sự biệt hoá các tế bào ... Design by HTV IV SỰ BIỆT HÓA TẾ BÀO 1 Các tế bào biệt hóa chứa thông tin di truyền như nhau Ở các sinh vật bậc cao cũng như ở người, cơ thể trưởng thành gồm nhiều tế bào khác nhau Các tế bào này đều bắt nguồn từ một hợp tử ban đầu, nhưng quá trình biệt hóa để thực hiện các chức năng khác nhau Tuy nhiên thực nghiệm xác đònh rằng số lượng nhiễm sắc thể, số lượng DNA và tỉ số A+G/G+C của các tế bào thuộc các... từ những tế bào của các mô khác nhau của cùng một cá thể không bò biến đổi trong quá trình biệt hóa, chúng có thể tự hồi tính (renaturation) với nhau Tóm lại, số lượng ADN của các tế bào biệt hóa về căn bản giống với của hợp tử ban đầu và chứa nguyên vẹn thông tin di truyền đủ để phát triển thành cá thể nguyên vẹn 2 Các tế bào chỉ sử dụng một phần thông tin Phân tích sinh hóa cho thấy các tế bào thuộc... có sự thay đổi hoạt động của các gen trong quá trình phát triển các thể Chỗ phình trên nhiễm sắc thể khổng lồ Design by HTV 4 Sự điều hòa phiên mã là căn bản trong biệt hóa tế bào Giả thiết được chấp nhận hiện nay là trong các tế bào biệt hoá, một số gen phiên mã, một số gen khác thì không Không có sự kiện nào mâu thuẫn với giả thuyết này và nó giải thích hợp lý hơn cả tình trang biệt hoá của các tế. .. loại tế bào chuyên hóa tổng hợp chủ yếu một protein.Ví dụ :Tế bào cơ tổng hợp nhiều myosin,một protein quan trọng trong cơ co, hay tế bào biểu bì (epithalial) tổng hợp nhiều keratine Như vậy cùng chứa thông tin di truyền như nhau, nhưng mỗi tế bào biệt hóa chỉ sử dụng một phần thông tin ; tổng hợp chủ yếu một loại protein, không tổng hợp các loại khác tuy chúng có thông tin của các loại này Sự khác.. .Sự biểu hiện của gen ở Eukaryotae Sự phiên mã Chế biến Sự dịch mã Vận chuyển đến tế bào chất tRNA Amino acid tRNA mRNA rRNA Protein Ribosome Tế bào chất Bản phiên mã sơ cấp Lỗ nhân mRNA Nhân Màng tế bào Design by HTV II CÁC MỨC ĐIỀU HỊA 1 Điều hòa phiên mã (trans-cription) Đây là sự điền hòa ảnh hưởng trực tiếp đến việc mở hoặc đóng của gen... thông tin của các loại này Sự khác nhau giữa mARN của các tế bào biệt hóa khác nhau của cùng một cơ thể cũng cho thấy thông tin chỉ sử dụng một phần 3 Hoạt động nối tiếp của các gen trong quá trình phát triển phôi Các trạng thái biệt hóa của tế bào đạt được nhờ hàng loạt các giai đoạn, mà trong đó các gen khác nhau hoạt động nối tiếp Nhiều sự kiện chứng minh hoạt động nối tiếp của các gen, ví dụ;... các tế bào Việc phát triển các gen điều hoà và các gen đóng hay mở giúp hiểu được sự điều hoà quá trình phát triển cá thể và biệt hoá tế bào Bộ gen đơn bội của tế bào người có số lượng ADN gấp 1.000 lần so với genome vi khuẩn Tuy nhiên, số lượng gen cấu trúc ở người chỉ gấp 10 lần so với gen cấu trúc vi khuẩn Điều đó cho thấy rất nhiều gen ở người tham gia vào các cơ chế điều hoà 5 Điều hoà sự phát... Về ngun tắc, cơ chế điều hồ giống với điều hòa biến dưỡng, chỉ khác là sự có mặt của cơ chất dẫn tới tổng hợp các enzyme phân huỷ Trường hợp operon lactose là ví dụ rất rõ về cơ chế điều hòa này Thơng thường tế bào vi khuẩn sử dụng đường glucose nhưng khi thiếu glucose mà có lactose, tế bào sẽ tạo các enzyme phân hủy lactose Tế bào E.coli có 3 gen (G1, G2, G3) cấu trúc của 3 enzyme (beta–galactosidase,... chịu những biến đổi lập thể (allosteric): sự kết hợp các enzyme với một số sản phẩm đặc biệt có thể làm thay đổi cấu trúc khơng gian của chúng dẫn đến mất hoạt tính III ĐIỀU HỒ Ở PROKARYOTAE Tế bào Escherichia coli có khoảng 107 phân tử protein gồm 3000 loại khác nhau, trung bình mổi loci có khoảng 3000 phân tử khác nhau Nhưng trên thực tế có lúc trong tế bào có loại phân tử protein đạt khoảng 500.000 . với tế bào chất. trạng thái tiếp xúc trực tiếp với tế bào chất. Chu trình tế bào ngắn và không có sự biệt hóa tế Chu trình tế bào ngắn và không có sự biệt. trình chuyên môn hóa chức năng của tế bào được gọi là sự biệt hóa tế bào. Tuy có sự biệt hóa nhưng tế bào vẫn giữ nguyên vẹn khả năng di truyền của mình.