1. Kiến thức trọng tâm
Điều hoà biểu hiện gene là quá trình tế bào kiểm soát lượng sản phẩm của gene (RNA hoặc protein) theo nhu cầu, giúp tế bào thích ứng với môi trường và thực hiện chức năng chuyên hoá. Điều hoà có thể diễn ra ở nhiều mức: trước phiên mã, trong phiên mã, sau phiên mã, trong dịch mã và sau dịch mã.
Ở sinh vật nhân sơ, mô hình operon lac của vi khuẩn E. coli là ví dụ điển hình. Operon lac gồm gene điều hoà, vùng khởi động, vùng vận hành và nhóm gene cấu trúc (lacZ, lacY, lacA) mã hoá các enzyme phân giải lactose. Khi không có lactose, protein ức chế bám vào vùng vận hành, ngăn cản phiên mã. Khi có lactose, lactose bám vào protein ức chế làm nó rời khỏi vùng vận hành, operon được phiên mã.
Ở sinh vật nhân thực, điều hoà phức tạp hơn: đóng mở nhiễm sắc thể (vùng DNA xoắn chặt thì gene khó phiên mã), các yếu tố phiên mã, điều hoà sau phiên mã (cắt intron, biến đổi mRNA), điều hoà dịch mã và phân giải protein.
2. Ví dụ minh họa
Vì sao vi khuẩn E. coli chỉ tổng hợp enzyme phân giải lactose khi môi trường có lactose?
Lời giải: Khi không có lactose, protein ức chế bám vào vùng vận hành của operon lac, RNA polymerase không thể phiên mã nhóm gene cấu trúc nên enzyme không được tạo ra, tiết kiệm năng lượng cho tế bào. Khi có lactose, lactose gắn vào protein ức chế, làm protein này mất khả năng bám vào vùng vận hành, operon lac được phiên mã và dịch mã, tạo enzyme phân giải lactose. Đây là cơ chế điều hoà cảm ứng.
3. Ghi nhớ
- Điều hoà biểu hiện gene giúp tế bào tạo ra sản phẩm đúng lúc, đúng lượng.
- Operon lac là mô hình điều hoà phiên mã điển hình ở vi khuẩn.
- Ở sinh vật nhân thực, điều hoà diễn ra ở nhiều mức độ, phức tạp hơn nhân sơ.