Dựa vào cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon Lac, hãy cho biết ý nghĩa của điều hoà biểu hiện gene đối với quá trình trao đổi chất ở sinh vật.

Trong cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon Lac, lactose được xem là chất giúp cho gene được biểu hiện vì:

- Khi môi trường không có lactose, operon bị ức chế, các gene cấu trúc không được biểu hiện (các gene không tổng hợp được enzyme chuyển hóa đường lactose).

- Khi môi trường có lactose, lactose biến đổi thành allolactose và chất này đóng vai trò là chất cảm ứng gây bất hoạt protein điều hòa dẫn đến các gene cấu trúc được biểu hiện (các gene tổng hợp được enzyme chuyển hóa đường lactose).

a) Cơ chế điều hoà hoạt động của operon Lac khi môi trường không có và có đường lactose:

- Khi môi trường không có lactose: Gene điều hoà lacI tổng hợp protein điều hoà → Protein điều hoà bám vào vùng operator (O) → Enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter (P) nhưng không trượt qua được → Các gene cấu trúc không được phiên mã dẫn đến không tổng hợp được enzyme phân giải lactose.

- Khi môi trường có lactose: Gene điều hoà lacI tổng hợp protein điều hoà → Một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose (allolactose) liên kết với protein ức chế → Protein ức chế bị biến đổi cấu hình không gian dẫn đến bị bất hoạt và không gắn được vào vùng operator (O) → Enzyme RNA polymerase liên kết với vùng promoter (P) tiến hành phiên mã các gene cấu trúc → Các gene cấu trúc phiên mã đến đâu được dịch mã đến đó tạo ra các loại enzyme tham gia vào quá trình phân giải lactose trong môi trường.

b) Khi đường lactose được sử dụng hết, gene điều hoà lacI tổng hợp protein điều hoà → Protein điều hoà bám vào vùng operator (O) → Enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter (P) nhưng không trượt qua được → Các gene cấu trúc không được phiên mã dẫn đến không tổng hợp được enzyme phân giải lactose.