Cơ Chế Biểu Hiện Gen - Trung Tâm Xét Nghiệm Ihope

ADN lưu trữ thông tin mà tế bào cần để hoạt động, nó được tổ chức thành các phần nhỏ được gọi là gen. Gen chứa các hướng dẫn để tạo ra một sản phẩm cụ thể, thường là protein. Protein gánh vác phần lớn các hoạt động của tế bào, chẳng hạn như chống lại bệnh tật hoặc hấp thụ chất dinh dưỡng từ thực phẩm. Biểu hiện gen là quá trình tế bào chuyển đổi các hướng dẫn trong ADN thành một sản phẩm có chức năng, vd như protein.

Mỗi tế bào chỉ cho phép một số lượng nhỏ trong số các gen được hoạt động. Số gen còn lại bị ức chế biểu hiện hoặc bị bất hoạt. Quá trình kích hoạt gen hoạt động hoặc bất hoạt gen được gọi là cơ chế điều hòa biểu hiện gen.

Quá trình biểu hiện gen

Có hai bước chính liên quan đến quá trình tạo ra protein gồm phiên mã và dịch mã.

Phiên mã

Bước đầu tiên của biểu hiện gen được gọi là phiên mã. Trong quá trình phiên mã, ADN của một gen được phiên mã để tạo ra bản sao ARN được gọi là ARN thông tin (mRNA). ARN có cấu trúc hóa học tương tự với ADN, nhưng ARN chỉ có một chuỗi base đơn, thay vì hai như ADN. Ngoài ra, ADN có base thymine (T), trong khi ARN có base uracil (U).

Quá trình phiên mã được thực hiện bên trong nhân tế bào bởi một loại enzyme gọi là ARN polymerase. Sau khi gen đã được phiên mã, mRNA rời khỏi nhân để mang thông tin đến ribosome—nhà máy sản xuất protein của tế bào.

Dịch mã

Bước thứ hai của quá trình biểu hiện gen được gọi là dịch mã. Trong quá trình dịch mã, mRNA được chuyển đổi thành một chuỗi các axit amin—khối xây dựng cơ bản của một protein. Khi đến ribosome, mRNA được đọc bởi phân tử ARN vận chuyển (tRNA). tRNA đọc mRNA theo từng đoạn gồm ba base được gọi là mộtcodon; mỗi codon mã hóa một axit amin. Ví dụ, codon ‘GGU’ mã hóa cho axit amin glycine.

tRNA liên kết tạm thời với codon mRNA và đưa axit amin tương ứng đến ribosome. Ribosome liên kết các axit amin với nhau để tạo ra một chuỗi dài được gọi là polypeptide. Quá trình này tiếp tục cho đến khi ribosome đạt đến codon ‘dừng’—một nhóm gồm ba base báo hiệu kết thúc protein.

Điều hòa biểu hiện gen

Quá trình điều hòa biểu hiện gen đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển bình thường của cơ thể. Gen được kích hoạt và bất hoạt tùy thuộc vào các dạng tế bào, vị trí của gen trong suốt quá trình phát triển chẳng hạn như quá trình này dẫn đến sự phân hóa làm cho các tế bào não có hình dạng và hoạt động chức năng khác so với tế bào gan hoặc tế bào cơ,… Điều hòa biểu hiện gen cho phép các tế bào phản ứng nhanh chóng với các thay đổi của môi trường. Mặc dù chúng ta biết rằng cơ chế điều hòa biểu hiện gen đóng vai trò thiết yếu cho sự sống, tuy nhiên rất nhiều cơ chế điều hòa gen phức tạp vẫn chưa được hiểu hoàn toàn.

Điều hòa biểu hiện gen có thể xảy ra tại bất kỳ điểm nào trong quá trình gen biểu hiện nhưng phần lớn thường xuất hiện tại quá trình phiên mã (khi thông tin di truyền trên ADN được phiên mã thành dạng thông tin di truyền chứa trên mARN). Các tín hiệu từ môi trường hoặc từ các tế bào khác kích hoạt các protein được gọi là các nhân tố phiên mã. Những protein này bám vào các vùng điều hòa trên gen nhằm làm tăng hoặc làm giảm mức độ phiên mã gen. Bằng cách điều khiển mức độ phiên mã, quá trình này có thể xác định được số lượng sản phẩm protein được tạo ra bởi một gen tại bất kì thời điểm nào.

Cùng chuyên mục

• Protein là gì và vai trò thế nào?
• Gen chỉ dẫn sản xuất protein như thế nào?
• Gen được tắt hay mở trong tế bào ra sao?
• Di truyền học biểu sinh là gì?
• Tế bào phân chia như thế nào?
• Gen điều khiển sự phân chia và phát triển của tế bào như thế nào?

Xem thêm các bài viết khác về sinh học phân tử

References

1. National Human Genome Research Institute. Gene Regulation. Retrieved September 16, 2024 from https://www.genome.gov/genetics-glossary/Gene-Regulation
2. University of Utah. Measuring Gene Expression. Retrieved September 16, 2024 from https://learn.genetics.utah.edu/content/science/expression/
3. Your Genome. What is gene expression? Retrieved September 16, 2024 from https://www.yourgenome.org/theme/what-is-gene-expression/
4. Khan Academy. Unit 17: Gene regulation. Retrieved September 16, 2024 from https://www.khanacademy.org/science/biology/gene-regulation
5. U.S National Library of Medicine. Can genes be turned on and off in cells? Retrieved July 14, 2020 from https://medlineplus.gov/genetics/understanding/howgeneswork/geneonoff/