Sự khác nhau giữa điều hòa hoạt động gen của nhân sơ và nhân thực

Khái quát về điều hòa ở nhân sơ và nhân thực

Có sự khác nhau đáng kể giữa nhân sơ và nhân thực trong điều hòa biểu hiện của gen. Các tế bào nhân thực có cấu tạo phức tạp hơn nhiều nên cơ chế điều hòa cũng phức tạp hơn nhân sơ.

Ở nhân sơ, mục đích của  sự điều hòa biểu hiện gen  là nhằm điều chỉnh hệ enzyme cho phù hợp với các  tác nhân dinh dưỡng và  lý hóa của môi  trường, đảm bảo được hai yêu cầu chính của  tế bào  là  sinh  trưởng và sinh  sản.  Sự  điều  hòa  ở  đây  rất  linh  động  và  có  tính  thuận  nghịch.  Ở nhân thực, do  tế bào không  tiếp xúc  trực  tiếp với môi  trường, nên  sự điều hòa ở đây không còn nhằm mục đích đối phó với các biến động ở ngoại bào.

Sự điều hòa ở nhân thực hướng đến việc chuyên biệt hóa  từng  loại  tế bào vào  từng  cấu  trúc  và  chức  năng  riêng  và  vì  thế  không mang  tính  thuận nghịch.

Ba thành phần chính của sự điều hòa biểu hiện gen là: 1) Tín hiệu gây ra đáp ứng làm thay đổi biểu hiện gen; 2) Giai đoạn được thực hiện sự điều hòa trong quá trình từ tái bản đến dịch mã; và 3) Cơ chế phân tử của sự điều hòa biểu hiện gen.

1. Sự biểu hiện của gen ở nhân sơ 

Bộ máy  di  truyền  của  sinh  vật  nhân sơ  là một DNA mạch  vòng chứa một  số  lượng gen giới hạn được phiên mã ở  trạng  thái  tiếp xúc  trực tiếp với tế bào chất (Hình 8.1). 

Chu  trình  tế  bào  ngắn  và  không  có  sự  biệt  hóa  tế  bào. Vì  thế,  hoạt động của các gen được điều hòa do các nhu cầu của tế bào khi cần thiết. Tác động  của  các  nhân  tố môi  trường  làm  những  gen  tương ứng  được mở  để phiên mã, dịch mã tổng hợp protein hay có hiệu quả ngược làm dừng lại.

2. Sự biểu hiện của gen ở nhân thực  

Khác  với  nhân sơ,  nhiễm  sắc  thể  của  nhân thực  có  cấu  trúc  phức tạp. Ngay trên cấu trúc nhiễm sắc thể có sự tham gia của các protein histone có  vai  trò  điều  hòa  biểu  hiện  của  gen.  Sự  điều  hòa  biểu  hiện  gen  ở  nhân thực phải qua nhiều mức điều hòa phức  tạp hơn so với nhân sơ và qua nhiều giai đoạn như: nhiễm sắc  thể  tháo xoắn, phiên mã, biến đổi hậu phiên mã, mRNA rời nhân ra tế bào chất, dịch mã và biến đổi sau dịch mã.

Ngoài ra, đa số nhân thực có cơ thể đa bào và mỗi tế bào có biểu hiện sống không phải tự do, mà chịu sự biệt hóa theo các chức năng chuyên biệt trong mối quan hệ hài hòa với cơ thể.

Các vi khuẩn  thường phản ứng  trực  tiếp với môi  trường và biểu hiện gen thuận nghịch, như có đường lactose thì mở operon để phân hủy, khi hết đường thì operon đóng lại. Trong khi đó, các tế bào nhân thực có những con đường biệt hóa khác nhau và sự chuyên hóa là ổn định thường xuyên trong đời sống cá  thể. Ngoài sự biệt hóa  tế bào, các cơ  thể nhân thực đa bào còn trải  qua  quá  trình  phát  triển  cá  thể  với  nhiều  giai  đoạn  phức  tạp  nối  tiếp nhau, trong đó có những gen chỉ biểu hiện ở phôi và sau đó thì dừng hẳn.

Tất  cả những điểm nêu  trên cho  thấy  sự điều hòa biểu hiện của gen nhân thực phức tạp hơn nhiều, mà hiện nay lại được biết ít hơn nhân sơ.