Đáp án Sinh học 12 cánh diều Bài 3: Điều hòa biểu hiện gene

BÀI 3. ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

Mở đầu: Các tế bào soma của một cơ thể người đều có số lượng gene giống nhau với khoảng gần 20 000 gene mã hoá protein. Trong số đó, một số gene chỉ biểu hiện ở giai đoạn phôi, các gene khác chỉ biểu hiện ở giai đoạn trưởng thành. Trong cùng một giai đoạn phát triển, có nhiều gene biểu hiện khác nhau ở các loại mô. Cơ chế phân tử nào dẫn đến hiện tượng này? Điều đó có ý nghĩa như thế nào đối với cơ thể?

Hướng dẫn chi tiết:

Cơ chế điều hòa biểu hiện gene đã dẫn đến nhiều gene biểu hiện khác nhau ở các loại mô, giúp điều hòa sự hoạt động của gene tùy thuộc vào trạng thái của cơ thể, từ đó giúp cơ thể sinh trưởng và phát triển ổn định.

I. ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE CỦA VI KHUẨN OPERON LAC Ở VI KHUẨN E. coli

Câu 1: Tại sao khi tăng nồng độ lactose trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn E. coli, nồng độ các protein và enzyme phân giải đường này cũng tăng và ngược lại?

Hướng dẫn chi tiết:

Khi tăng nồng độ lactose trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn E.coli, nồng độ các protein và enzyme phân giải đường này cũng tăng và ngược lại vì một tín hiệu từ môi trường đã gây nên biểu hiện đồng thời nhiều gene mã hóa các enzyme tham gia chuyển hóa lactose.

Câu 2: Quan sát hình 3.1 và dự đoán gene điều hoà chi phối sự phiên mã các gene cấu trúc của operon lạc bằng cách nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Gen điều hòa (R) quy định tổng hợp nên protein ức chế. Protein ức chế này có vai trò nhận biết và liên kết với vùng vận hành (O) và ngăn cản quá trình phiên mã xảy ra.

Câu 3: Quan sát hình 3.2 và cho biết:

1. a) Khi môi trường không có lactose, tại sao các gene cấu trúc của operon lac không được phiên mã?
2. b) Khi môi trường có lactose, tại sao các gene cấu trúc của operon lac được phiên mã?

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế lacI liên kết với operator khiến enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter nhưng không trượt qua được nên các gene cấu trúc không được phiên mã. 
2. b) Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose (allolactose) và liên kết với protein ức chế lacI khiến protein này thay đổi cấu hình dẫn đến không liên kết được với operator, do vậy enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter và tiến hành phiên mã các gene cấu trúc.

Luyện tập: Hãy trình bày tóm tắt cơ chế điều hoà biểu hiện gene ở operon lac của E. coli.

Hướng dẫn chi tiết:

• Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế liên kết với operator khiên enzyme RNA polymerase không thể liên kết được với promoter nên các gene cấu trúc không được phiên mã. 
• Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose và liên kết với protein ức chế khiến protein này thay đổi cấu hình dẫn đến không liên kết được với operator, do vậy enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter và tiến hành phiên mã các gene cấu trúc.

II. KHÁI NIỆM, CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI GENE

III. ỨNG DỤNG CỦA ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

Câu 1: Hãy nêu các ứng dụng thực tế liên quan đến cơ chế điều hoà biểu hiện gene trong kiểm soát mật độ tế bào ở vi khuẩn hoặc tăng hiệu quả sản xuất protein tái tổ hợp.

Hướng dẫn chi tiết:

Ứng dụng liên quan đến cơ chế điều hoà biểu hiện gene trong kiểm soát mật độ tế bào ở vi khuẩn hoặc tăng hiệu quả sản xuất protein tái tổ hợp: lúa Oryza sativa chuyển gene có khả năng chịu hạn tốt hơn.

Vận dụng: Tại sao các thuốc có đích tác động là cơ chế cảm ứng mật độ có nhiều triển vọng ứng dụng trong điều trị bệnh do vi khuẩn kháng kháng sinh?

Hướng dẫn chi tiết:

Vì vi khuẩn kháng kháng sinh có mật độ lớn do tốc độ sinh trường và sinh sản nhanh nên các thuốc có đích tác động là cơ chế cảm ứng mật độ có nhiều triển vọng ứng dụng trong điều trị bệnh do vi khuẩn kháng kháng sinh.