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

BÀI 3: ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV chiếu hình ảnh và yêu cầu HS và trả lời:

Nếu trong quá trình chuyển hóa của cơ thể mà một phản ứng nào đó không diễn ra thì hậu quả sẽ thế nào?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

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

Hoạt động 1: Thí nghiệm

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Thiết kế sơ đồ về cấu trúc và cơ chế hoạt động của operon lac trong môi trường có lactose và không có lactose?
• Monod và Jacob đã tiến hành thí nghiệm như thế nào?

Sản phẩm dự kiến:

- Sơ đồ về cấu trúc và cơ chế hoạt động của operon lac trong môi trường có lactose và không có lactose: 

- Monod và Jacob: 

- 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.

Hoạt động 2: Cấu trúc và cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Vẽ sơ đồ cấu trúc của operon lac ? 
• Tại sao môi trường có lactose thì protein ức chế lại không liên kết với operator?

Sản phẩm dự kiến:

- Cấu trúc operon lac: 

- 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.

2. Ý NGHĨA VÀ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

Hoạt động 1: Ý nghĩa

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Phân tích ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene trong tế bào và quá trình phát triển cá thể. Giải thích.
• Em hiểu thế nào về sinh vật đa bào nhân thực?

Sản phẩm dự kiến:

- Ý nghĩa: 

+ Tiết kiệm năng lượng: tổng hợp và chuyển hóa các chất.

+ Đảm bảo cho tế bào thích nghi được với sự thay đổi của môi trường.

+  Có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của các sinh vật đa bào nhân thực, nhờ tín hiệu điều hòa khác nhau mà các tế bào khác nhau đóng, mở các nhóm gene khác nhau, tạo nên các tế bào chuyên hóa.

Ví dụ: Ở người, gene mã hóa epsilon-2-globin (HBE2) chỉ biểu hiện ở giai đoạn phôi, gene mã hóa beta-globin (HBB) chỉ biểu hiện ở giai đoạn trưởng thành.

- Sinh vật đa bào nhân thực là những sinh vật được cấu thành từ nhiều tế bào có tổ chức thành các cơ quan và bộ phận khác nhau. Các sinh vật đa bào nhân thực có tính chất phổ biến là có khả năng phát triển và chuyển hóa nhiều hơn so với sinh vật đơn bào, và chúng bao gồm hầu hết các loài động vật và thực vật trên Trái Đất.

Hoạt động 2: Ứng dụng thực tiễn

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Điều hoà biểu hiện gene có thể được ứng dụng gì trong ngành y dược? 
• Điều hoà biểu hiện gene có thể được ứng dụng gì trong ngành trồng trọt?

Sản phẩm dự kiến:

- Trong ngành y dược: có thể sản xuất ra các thuốc ức chế sản phẩm của gene gây bệnh. Tế bào gốc ở người và động vật cũng được nuôi cấy và xử lí để biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau, dùng cho mục đích chữa bệnh hoặc để thử thuốc tác động đến các loại tế bào khác nhau.

- Trong trồng trọt: Các nhà khoa học có thể chủ động đóng, mở một số gene nhất định ở cây trồng phù hợp với nhu cầu sản xuất.

Ví dụ: Tỉ lệ auxin và cytokinin điều khiển ra chồi hoặc ra rễ.

Thắp đèn vào ban đêm để kích thích cây thanh long ra hoa.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1: Thí nghiệm phát hiện operon lac ở vi khuẩn E.coli, Monod và Jacob sử dụng môi trường nào sau đây để nuôi vi khuẩn E.coli trong lô thí nghiệm?

A. Môi trường không có lactose và có các amino acid đánh dấu phóng xạ.

B. Môi trường có lactose và không có các amino acid đánh dấu phóng xạ.

C. Môi trường có lactose và có các amino acid đánh dấu phóng xạ.

D. Môi trường không có lactose và không có các amino acid đánh dấu phóng xạ.

Câu 2: Trong cơ chế điều hòa hoạt động của operon lac, sự kiện nào sau đây diễn ra cả khi môi trường có lactose và khi môi trường không có lactose?

A. Một số phân tử lactose liên kết với protein ức chế.

B. Gene điều hòa lacI tổng hợp protein ức chế.

C. Các gene cấu trúc Z, Y, A phiên mã tạo ra các phân tử RNA tương ứng.

D. RNA polymerase liên kết với vùng khởi động của operon lac và tiến hành phiên mã.

Câu 3: Cấu trúc của operon lac ở vi khuẩn E.coli không bao gồm

A. Vùng operator. B. Các gene cấu trúc lacZ, lacY, lacA.

C. Vùng promoter. D. Gene điều hòa lacI.

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: RNA polymerase, β-galactosidase, permease, DNA polymerase, transacetylase, protease, DNA ligase, restrictase. Có bao nhiêu enzyme là sản phẩm của các gene cấu trúc trong operon lac ở vi khuẩn E.coli? 

Câu 2: Các nhà khoa học nhận thấy loài vi khuẩn Streptococcus pneumoniae khi gặp môi trường bất lợi (có thuốc kháng sinh) thì một trong số các gene được kích hoạt là gene CSP, sản sinh ra protein CSP. Protein này làm cho tế bào dễ dàng nhận được các gene từ môi trường bên ngoài. Các nhà khoa học cho rằng gene CSP hoạt động khi môi trường có thuốc kháng sinh làm cho vi khuẩn nhanh chóng trở nên kháng thuốc kháng sinh. Hãy giải thích.