6 bước điều hòa biểu hiện gen ở tế bào Eukaryotes

_Phiên mã_Cắt bỏ intron,nối exon (splicing)_mARN gắn với một số protein đặc hiệu xuyên qua lỗ nhân ra bào tương_Hủy các mARN không đươc dung để dịch mã_Dịch mã,tổng hợp protein_Sự trưởng thành của protein

Sau đây là phần trình bày chi tiết về 6 bước kể trên của cơ chế biểu hiện gen 1.Phiên mã (Transcription)

_Định nghĩa : Phiên mã là quá trình chuyển thong tin di truyền từ ADN sang mARN.ADN không làm khuôn trực tiếp để tổng hợp ra protein mà thong qua trung gian làmARN.

Đặc điểm: _Chỉ có 1 trong 2 mạch phân tử AND được dung làm khuôn để tổng hợp ARN theo nguyên tắc bổ sung A=U, T=A, G≡C, C≡G . mARN chứa thông tin của 1 gen _ARN-polymerase bám vào ADN làm tách mạch và di chuyển theo hướng 3’ – 5’ trên mạch khuôn ADN, để ARN được tổng hợp theo hướng 5’ – 3’. _Các giai đoạn

+ Khởi động (quan trọng nhất)+ Kéo dài+ Kết thúc

_Sự phiên mã được thực hiện theo từng đơn vị phiên mã:+ Promoter: nơi gắn ARN-polymerase+ Vùng mang mã:là trình tự mã hóa,chứa cả intron và exon.+ Terminator :vùng không mã hóa,kết thúc sự phiên mã

_Có sự tham gia của 3 loại ARN-polymerase:+ ARN-polymerase I: tham gia vào quá trình phiên mã rARN 18S, 5,8S ,28S+ ARN-polymerase II chịu trách nhiệm tổng hợp mARN+ ARN-polymerase III: giúp phiên mã tARN và rARN 5S

Diễn biến quá trình phiên mã a) Giai đoạn khởi động

Các nhân tố tham gia khởi động:_TF II D: nhận biết & gắn vào vị trí khởi động ở promoter_TF II A: gắn vào TF II D_ARN-polymerase gắn vào phức hợp TF II A – TF II D nhờ TF II B_TF II F gắn ARN-polymerase vào promoter ở vị trí TATA box_TF II E cho phép khởi động sự phiên mã_TF II H: sử dụng helicase để tách ADN và 1 ATP đựoc sử dụng để tách 2mạch đơn

b)Giai đ o ạn k éo d ài

mARN được tổng hợp từ mạch khuôn theo hướng 5’ – 3’ nhờ nhân tố TF II S. c)Giai đ o ạn k ết th ú c mARN tách khỏi mạch khuôn. Vị trí tách này đựợc nhận biết bởi 2

trính tự đặc biệt+ chuỗi nu AAUAAA+ chuỗi nu giàu GU hoac giàu U

d) Gắn chóp và thêm đuôi poly A_ Khi mạch mARN dài độ 20-30 ribonu . Đầu 5’ nối thêm chất 7-methylguanylate. Chóp này giúp ổn định mARN ,bảo vệ chống lại sự phânhủy và giúp ribôxôm nhận biết mAR_ Khi mạch mARN tách khỏi AND ,polyA polymerase (PAP) cắt đứtđọanARN nối với các nhân tố,đồng thời gắn them vào đầu 3’ chừng 200-250A Sau các quá trình trên của phiên mã tạo ra được tiền mARN,tức mARN

chưa trưởng thành

N.

_ Khi mạch mARN tách khỏi AND ,polyA polymerase (PAP) cắt đứtđọanARN nối với các nhân tố,đồng thời gắn them vào đầu 3’ chừng 200-250A Sau các quá trình trên của phiên mã tạo ra được tiền mARN,tức mARN

chưa trưởng thành. 2. Splicing

_ Khi mạch mARN tách khỏi AND ,polyA polymerase (PAP) cắt đứtđọanARN nối với các nhân tố,đồng thời gắn them vào đầu 3’ chừng 200-250A Sau các quá trình trên của phiên mã tạo ra được tiền mARN,tức mARN

chưa trưởng thành. 2. Splicing • Cắt rời các intron và nối các exon lại với nhau nhờ spliceosome (gồm snRNP và các protein) • Hai Nu đầu tiên GU ở đầu 5’ và AG ở đầu 3’ của mỗi intron là vị trí nhận biết để cắt intron ra khỏi phân tử tiền mARN • Có 3 bước cơ bản :

_ Cắt tại biên giới exon-intron tại đầu 5’+U1 ,U2 bám vào đầu 5’ của intron ,tiếp xúc với A+U4,U5,U6 đến gắn vào tạo thành splicesome, cắt đầu 5’

_ ribonu 5’G ở đầu intron vừa bị cắt liên kết với 2’OH của A nằm gần vị trí cắt 3’khỏang 20-50 ribonu tạo hình thòng lọng _ Cắt tại biên giới exon-intron tại đầu 3’, intron bị loại ra và 2 exon được nối với nhau Cuối quá trình này tạo thành mARN trưởng thành rARN tự cắt bỏ các đọan intron mà không cần spliceosome

3. mARN xuyên qua lỗ nhân ra bào tương (passage through the nuclear membrane)

mARN gắn với 1 số protein đặc hiệu hnRNP ,nhận diện lỗ nhân nhờ các thụ thể bên trong màng nhân, xuyên màng nhân ra ngòai bào tương theo hướng 5’- 3’

3. mARN xuyên qua lỗ nhân ra bào tương (passage through the nuclear membrane)

mARN gắn với 1 số protein đặc hiệu hnRNP ,nhận diện lỗ nhân nhờ các thụ thể bên trong màng nhân, xuyên màng nhân ra ngòai bào tương theo hướng 5’- 3’

4.Hủy mARN (nếu mARN không được dịch mã)(Destruction of the transcript) Nếu mARN không được dịch mã,tức không có quá trình tổng hợp protein, thì dưới tác dụng của ribonuclease ,sẽ phân hủy phân tử mARN này

5.Dịch mã ,tổng hợp protein (protein synthesis) _ Dịch mã là quá trình giải mã thông tin di truyền từ mARN để tạo thành protein tương ứng _Ngòai mARN ,thì 2 nhân tố quan trọng khác tham gia quá trình dịch mã là ribôxôm và ARN vận chuyển

5.Dịch mã ,tổng hợp protein (protein synthesis) _ Dịch mã là quá trình giải mã thông tin di truyền từ mARN để tạo thành protein tương ứng _Ngòai mARN ,thì 2 nhân tố quan trọng khác tham gia quá trình dịch mã là ribôxôm và ARN vận chuyển _ Ribôxôm có 2 đơn vị dưới là đơn vị dưới lớn 60S và đơn vị dưới bé 40S

_ Trên 2 đơn vị dưới :lớn và bé đều có 3 vị trí ký hiệu là A, P và EA (Aminoacyl) là nơi tARN mang acid amin đếnP (Peptidyl) là nơi hình thành liên kết peptidE (exit) là nơi tARN rời khỏi ribôxôm

_ARN vận chuyển

+ đầu 3’ có bộ 3 CCA+ đầu DHU chứa dihydrouridine+ đầu 5’ được phosphorine hóa+đầu TpsiC chứa bộ 3 T-Psi-C+anticodon chứa bộ 3 đối mã,đặc

hiệu cho acid amin nó mang.

Diễn biến chính gồm họat hóa acid amin và dịch mã tại ribôxôm

Họat hóa acid amin và gắn nó vào tARN

_Quá trình họat hóa diễn ra ở tế bào chất.

_Mỗi acid amin(aa) sẽ kết hợpđồng hóa trị với tARN đặc hiệu nhờ nănglượng của ATP, được xúc tác bởi aminoacyl-tARN. MỖi enzyme đặc hiệucho 1 aa và những tARN ứng với aa đó

• Aa + ATP aaAMP +PP(pyrophosphate) Đây là bước họat

hóa aa nhờ ATP tạo ra amynoacyl-AMP,liên kết giữa chúng làlien kết anhydric acid,một loịai liên kết giàu năng lượng,khithủy phân sẽ tạo năng lượng cho phản ứng thứ 2

• Aa-AMP + tARN aa-tARN + AMPBước này hình thành

aminoacyl-tARN. tARN sẽ giành quyền lien kết với aa bằnggốc –OH ở đầu 3’ của nó. Đây là lien kết cao năng lượng,chínhnăng lượng này cung cấp cho quá trình tạo lien kết peptide saunày. Còn đầu –NH2 tự do của aa sẽ kết hợp với gốc –COOHcủa aa khác tạo lien kết peptide

Dich mã tại Ribôxômgồm 3 giai đọan: khởi đầu ,kéo dài và kết thúc 1) GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU( I NI TIATIO N)

_Đây là giai đoạn mở đầu cho giải mã, là giai đoạn hình thành Rb hoànchỉnh và gắn tARN mở đầu vào đầu 5’ của mARN. Nó cần các yếu tố mởđầu IF (Initiation Factors) tham gia._Ribosome sẽ tách nhau ra nhờ sự liên kết của IF1 và IF3 với đơn vị dướinhỏ, chuẩn bị cho giải mã._IF2-GTP sẽ nhặt lấy aa-tARN ifMet, liên kết nó với đơn vị dưới nhỏ tại vịtrí P . Đvd nhỏ của Rb đến mARN tại mũ đón ở đầu 5’, sau đó trượt trên 1

đoạn mARN khuôn mã hóa để đến codon mở đầu_Đơn vị dưới lớn của Rb đến lắp ráp với đơn vị dưới nhỏ, giai đoạn khởi đầuhoàn tất.GTP thủy giải tạo GDP và P, tạo năng lượng để tách các nhân tố mở đầukhỏi phức hợp trên.Tất cả có đến 11 yếu tố tham gia: eIF1-A, eIF1-B, eIF2,eIF2-B, eIF4-A, eIF4-B...

AI ĐOẠN KÉO DÀI (ELONGATION) 1. Các aa-tARN sẽ đựợc nhân tố EF-Tu “nhặt lấy” nhờ có sự hiện diện của GTP. 2. EF-Tu-aa-tARN đó sẽ đến Rb (đang chứa tARN mở đầu (Met-tARNMet) hay peptidyl-tARN) tại vị trí A của Rb. 3. Quá trình “đọc sửa”(proof-reading): Quá trình này không diễn ra theo kiểu đọc acid amin.

4.Khi tìm đýợc tARN thích hợp, liên kết peptid đýợc hình thành giữa 2 aanhờ enzim peptidyl transferase. Kết quả: giải phóng tARN ở vị trí P khỏi aa;aa-tARN ở A bây giờ trở thành một peptidyl-tARN mới.

5. Sau đó, tARN đầu tiên sẽ chuyển qua vị trí E và rời khỏi Rb, peptidyl-tARN mới chuyển từ A sang P. Cả 2 quá trình đều có sự tham gia của EF-G-GTP, sự cắt đứt 1 liên kết P của GTP. mARN di chuyển tiến tới một codonmới Sự chuyển dời (Translocation)

6. Peptidyl-tARN định vị tại vị trí P,codon mới trên mARN sẽ tiếp tục được nối kết với một aa-tARN thích hợp mới tại vị trí A. –EF-Ts sẽ phục hồi EF- Tu-GTP

7. Các bước trên sẽ diễn ra tiếp tục cho đến khi gặp mã kết thúc. Tại đó sẽ diễn ra giai đoạn kết thúc (termination)

GIAI ĐOẠN KẾT THÚC (TERMINATION )

_Khi Rb gặp bộ ba kết thúc UAA UAG UGA tại vị trí A thì các nhân tố RFcùng GTP sẽ đến vị trí A và liên kết với codon kết thúc, trong đó RF1 nhận biết UAG UAA, RF2 nhận biết UAA UGA

_RF3 là 1 GTPase,khi thủy giải sẽ làm đứt liên kết của chuỗi polypeptid và peptidyl-tARN, phóng thích chuỗi polypeptid. Hai đvd của Rb tách rời nhau ra, bắt đầu một quá trình giải mã mới.

6.Sự trưởng thành của phân tử protein (Post- translational modification)

_Protein sau khi được tổng hợp sẽ được gắnthem một số chức hóa học như acetat,photphat , lập cầu nối disulfide hoặc cắt bỏ 1đọan peptid ở giữa protein._Tiêu biểu,một số protein được phosphorylhóa như hình bên

_Có sự tạo lien kết disulfua giữa 2 cystein, sau đó protein tự xoắn và cuộn khúc lại. _Glucoprotein được tạo thành bằng cách gắn them glucid vào mạch bên của asparagin,serin, threonin của protein. _Đa số các protein có fMet là acid amin đầu tiên của chuỗi peptid, sau khi protein tổng hợp xong ,có sự cắt nhóm formyl của fMet

_Insulin bị cắt 2 lần sau khi cầu nối disulfua được hình thành, 1 số peptid ra khỏi giữa chuỗi. Kết quả là protein gồm 2 chuỗi polypeptide được nối lại với nhau bằng cầu nối disulfua.