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

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành các nhóm, mỗi nhóm 5 - 7 HS.

- GV sử dụng kĩ thuật dạy học theo trạm, yêu cầu HS tìm hiểu nội dung mục I, quan sát Hình 3.1, 3.2 và thực hiện nhiệm vụ theo thứ tự từ trạm 1 → trạm 2 cụ thể như sau:

+ Trạm 1. Tìm hiểu thí nghiệm phát hiện ra operon lac ở E.coli: Đọc hiểu nội dung mục I.1, thảo luận và hoàn thành Phiếu học tập (Đính kèm dưới hoạt động).

+ Trạm 2. Tìm hiểu cấu trúc và cơ chế điều hòa biểu hiện gene: Đọc hiểu nội dung mục I.2, quan sát Hình 3.1, 3.2, kết hợp thí nghiệm mô phỏng (https://phet.colorado.edu/en/simulations/gene-machine-lac-operon), sau đó thảo luận, thiết kế sơ đồ về cấu trúc và cơ chế hoạt động của operon lac  trong môi trường có lactose và không có lactose bằng Canva sau đó chèn thêm các icon sinh động. 

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS: Suy nghĩ trả lời câu hỏi trong hộp Dừng lại và suy ngẫm SGK tr.20:

1. Quan sát các Hình 3.1 và 3.2, hãy giải thích cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac.

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

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- Nhóm HS tìm hiểu nội dung mục I SGK tr.18 - 20, kết hợp quan sát Hình 3.1, 3.2 và thí nghiệm mô phỏng, thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát các nhóm HS: Tiến hành nhiệm vụ, hướng dẫn, gợi ý (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Các nhóm báo cáo sản phẩm (Phiếu học tập - Đính kèm dưới hoạt động).

- HS xung phong trả lời câu hỏi củng cố: 

1. Hình 3.1: protein ức chế khi vừa tổng hợp ra đã có thể liên kết với operator nên ngăn cản RNA polymerase liên kết với promoter. Do vậy, các gene trong operon không được phiên mã.

Hình 3.2: protein ức chế liên kết với đồng phân của lactose nên không thể liên kết với operator. Do vậy, RNA polymerase có thể tiến hành phiên mã.

2. Protein ức chế có hai miền chức năng: một miền liên kết với vùng operator, một vùng khác liên kết với tín hiệu điều hòa là đồng phân của lactose. Khi không có lactose thì vùng liên kết với operator hoạt động bình thường. Tuy vậy, khi có lactose, protein ức chế liên kết với lactose làm cho vùng liên kết với operator bị biến đổi (dạng chữ U → chữ V) nên không liên kết được với operator. 

- HS khác nhận xét, đánh giá và bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV nhận xét sản phẩm của các nhóm, đánh giá thái độ làm việc của HS trong nhóm (Phiếu đánh giá đính kèm dưới hoạt động).

-  GV chuẩn hóa kiến thức, yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

- GV kết luận: Operon lac gồm vùng điều hoà promoter, operator và ba gene cấu trúc quy định các enzyme vận chuyển, phân giải lactose. Khi môi trường không có lactose, protein ức chế do gene điều hoà tạo ra liên kết vào vùng operator nên phiên mã không thể xảy ra. Khi môi trường có lactose, đồng phân của lactose liên kết với protein ức chế khiến protein không liên kết được với operator. Khi đó enzyme RNA polymerase liên kết được với promoter và quá trình phiên mã xảy ra. 

- GV chuyển sang hoạt động tiếp theo.

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

1. Thí nghiệm

* Kết luận:

Lưu ý: Gene lacI (không thuộc operon lac) quy định protein ức chế điều hòa operon lac.

2. Cấu trúc và cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac

a) Cấu trúc operon lac

b) Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac

* Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế liên kết với các vùng O, enzyme RNA polymerase không liên kết được với vùng P_lac nên các gene không được phiên mã.

* Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose chuyển thành allolactose liên kết với protein ức chế, làm cho protein bị thay đổi cấu trúc nên không liên kết với vùng O. Enzyme RNA polymerase liên kết với vùng P_lac để tiến hành phiên mã các gene cấu trúc.

3.1.NC1a: Áp dụng được các cách tạo và chỉnh sửa nội dung ở các định dạng khác nhau.

Thông tin bổ sung

ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GENE Ở SINH VẬT NHÂN THỰC

Điều hòa hoạt động gene ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực chủ yếu vẫn ở khâu điều hòa phiên mã. Tuy nhiên, do cấu trúc hệ gene ở sinh vật nhân thực khác với cấu trúc hệ gene ở sinh vật nhân sơ nên quá trình điều hòa hoạt động gene ở hai nhóm sinh vật này có nhiều điểm khác biệt.

Điều hòa hoạt động gene ở sinh vật nhân thực có một số đặc điểm sau:

- Các gene ở sinh vật nhân thực thường được điều hòa riêng rẽ từng gene một mà rất ít khi điều hòa cùng nhau theo kiểu operon như ở sinh vật nhân sơ.

- Trừ những gene có vai trò quan trọng luôn được biểu hiện, hầu hết các gene của sinh vật nhân thực thường ở trạng thái không hoạt động và chỉ được mở/hoạt động khi tế bào cần đến sản phẩm của gene.

- Do DNA của sinh vật nhân thực được quấn quanh cấu trúc nucleosome và co xoắn chặt nên gene chỉ được phiên mã khi các nucleosome được dãn xoắn ở trạng thái nguyên nhiễm sắc. Vì thế, tế bào cần có quá trình điều hòa ở khâu dãn xoắn hoặc co xoắn NST trước khi phiên mã.

- Do cấu trúc gene phân mảnh nên sự điều hòa hoạt động gene còn được thực hiện ở khâu sau phiên mã như điều hòa cách cắt intron và nối các exon, điều hòa qua thời gian tồn tại của mRNA cũng như điều hòa ở khâu dịch mã và sau dịch mã.

- Nếu có trục trặc về điều hòa hoạt động gene trong quá trình phát triển hoặc trong suốt quá trình sống có thể gây chết hoặc phát sinh các bệnh tật. Các loại bệnh ung thư và nhiều bệnh khác đều ít nhiều liên quan đến rối loạn điều hòa hoạt động gene.

Nhóm:..............................................Lớp:......................

PHIẾU HỌC TẬP

Thí nghiệm phát hiện ra operon lac ở vi khuẩn E.coli

1. Monod và Jacob đã tiến hành thí nghiệm như thế nào?

……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………

2. Hoàn thành bảng sau:

3. Tại sao tác giả lại phải gây đột biến trên các dòng E.coli trong chuyển hóa đường?

……………………………………………………………………………………………

Nhóm:..............................................Lớp:......................

PHIẾU HỌC TẬP

Thí nghiệm phát hiện ra operon lac ở vi khuẩn E.coli

1. Monod và Jacob đã tiến hành thí nghiệm như thế nào?

- Lô đối chứng: Nuôi vi khuẩn E.coli trong môi trường không có lactose và có các amino acid đánh dấu phóng xạ.

- Lô thí nghiệm: Nuôi vi khuẩn E.coli trong môi trường có lactose và các amino acid đánh dấu phóng xạ.

2. Hoàn thành bảng sau:

3. Tại sao tác giả lại phải gây đột biến trên các dòng E.coli trong chuyển hóa đường?

Để xác định trình tự của 3 gene quy định 3 enzyme trên nằm liền nhau trên phân tử DNA.