Đáp án Sinh học 12 kết nối Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene

BÀI 3. ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN

Mở đầu: Trong mỗi tế bào có hàng chục nghìn gene nhưng tại mỗi thời điểm chỉ một số gene hoạt động. Làm thế nào tế bào có thể đóng/mở các gene nhất định đúng thời điểm, tạo ra đúng lượng sản phẩm tế bào cần?

Hướng dẫn chi tiết:

Mỗi thời điểm, tế bào sẽ cần lượng sản phẩm khác nhau của các gene khác nhau. Vì vậy, cần có cơ chế điều hòa các gene để tạo ra đủ lượng sản phẩm khi tế bào cần đến. Điều hoà biểu hiện gene được xem như là quá trình bật/tắt gene, chủ yếu xảy ra ở khâu điều hoà phiên mã. Khi có tín hiệu thì gene cần thiết sẽ được phiên mã, ngược lại, khi gene tạo ra lượng sản phẩm vượt quá nhu cầu của tế bào thì sẽ có tín hiệu để ngừng phiên mã.

I. THÍ NGHIỆM PHÁT HIỆN RA OPERON LAC Ở VI KHUẨN E.COLI

Câu 1: Quan sát các hình 3.1 và 3.2, hãy giải thích cơ chế điều hòa biểu hiện gen của operon lac.

Hướng dẫn chi tiết:

• Khi môi trường không có lactose: Gene điều hòa quy định tổng hợp protein ức chế lacI. Protein này liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã làm cho các gen cấu trúc không hoạt động.

• Khi môi trường có lactose, một số phân tử lactose liên kết với protein ức chế làm cho protein ức chế không thể liên kết được với vùng vận hành, RNA polymease có thể liên kết được với vùng khởi động để tiến hành phiên mã. Sau đó, các phân tử mRNA của các gen cấu trúc Z, Y, A được dịch mã tạo ra các enzyme phân giải đường lactose. Khi đường lactose bị phân giải hết thì protein ức chế lại liên kết với vùng vận hành và quá trình phiên mã bị dừng lại.

Câu 2: Tại sao môi trường có lactose thì protein ức chế lại không liên kết với operator?

Hướng dẫn chi tiết:

Vì khi môi trường có lactose thì lactose chuyển thành allolactose và liên kết với protein ức chế lacI khiến protein này thay đổi cấu hình dẫn đến không liên kết được với operator.

II. Ý NGHĨA VÀ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA ĐIỀU HÒA BIỂN HIỆN GENE

Câu 1: Phân tích ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene trong tế bào và quá trình phát triển cá thể. Giải thích. 

Hướng dẫn chi tiết:

• Tiết kiệm năng lượng: Nhờ có sự điều hoà biểu hiện gene, tế bào chỉ tổng hợp sản phẩm của gene khi cần thiết, với lượng phù hợp với nhu cầu nên tiết kiệm được năng lượng. 

• Biệt hóa các tế bào: Các tế bào sinh ra từ một hợp tử mặc dù có cùng hệ gene, nhưng các tế bào con nhận được các tín hiệu điều hoà khác nhau nên các tế bào khác nhau đóng, mở các nhóm gene khác nhau, tạo nên các tế bào chuyên hoá. 

Câu 2: Hãy tìm thêm một số ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene trong nông nghiệp và trong y học.

Hướng dẫn chi tiết:

Một số ứng dụng của điều hòa biểu hiện gen trong nông nghiệp và trong y học:

• Trong nông nghiệp: Bằng cách điều hòa biểu hiện gen liên quan đến khả năng chịu hạn hán hoặc kháng sâu bệnh bằng các kỹ thuật như CRISPR/Cas9, các nhà khoa học có thể phát triển các giống cây có khả năng chống lại môi trường khắc nghiệt và cho năng suất cao hơn.

• Trong y học: Các phân tử nhỏ ức chế, kháng thể đơn dòng hoặc công nghệ chỉnh sửa gen có thể được sử dụng để điều hòa biểu hiện của các gen kích thích hoặc ức chế khối u, dẫn đến ức chế sự phát triển của tế bào ung thư hoặc sự kích thích sự chết của tế bào theo chương trình. 

LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG

Câu 1: Nêu ý nghĩa của điều hoà biểu hiện đồng thời nhiều gene cùng lúc kiểu operon lac.

Hướng dẫn chi tiết: