Câu hỏi ôn thi tốt nghiệp THPT môn Sinh học Điều hòa biểu hiện gene có đáp án

Ghép cột A với cột B sao cho phù hợp với mô tả về cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon lac ở vi khuẩn E. coli.

Bảng 1 mô tả hàm lượng mRNA và protein tương đối của gene lacZ thuộc operon lac ở các chủng vi khuẩn E.coli trong môi trường có hoặc không có lactose. Biết rằng chủng 1 là chủng bình thường, các chủng 2, 3, 4 là các chủng đột biến phát sinh từ chủng 1, mỗi chủng bị đột biến ở một vị trí duy nhất trong operon lac.

Khi nói về các chủng 2, 3, 4, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

a) Hoạt động của gene lac Z không phụ thuộc vào môi trường có hay không có lactose.

b) Chủng 2 bị đột biến mất vùng P.

c) Chủng 3 có thể bị đột biến hỏng vùng P, Chủng 4 có thể bị đột biến mất vùng O.

d) Với đặc điểm và cơ chế hoạt động giống như chủng 4, có thể là nguyên nhân hình thành các khối u ở người.

Ở vi khuẩn E.coli kiểu dại, sự biểu hiện của gene lacZ (mã hóa beta-galactosidase), gene lacY (mã hóa permease), gene lacA (mã hóa transacetylase) thuộc operon Lac phụ thuộc vào sự có mặt của lactose trong môi trường nuôi cấy. Bằng kỹ thuật gây đột biến nhân tạo, người ta đã tạo ra được các chủng vi khuẩn khác nhau và được nuôi cấy trong hai môi trường: không có lactose và có lactose. Sự biểu hiện gene của các chủng vi khuẩn được thể hiện ở bảng sau:

Dựa vào kết quả thu được ở bảng trên, hãy cho biết phát biểu nào sau đây đúng?

Các trình tự một operon ở vi khuẩn E.coli nằm trong đoạn NST được kí hiệu từ A đến E. Để xác định các trình tự của opêron này, người ta sử dụng 5 trường hợp đột biến mất đoạn như hình bên (các đường gạch chéo biểu hiện đoạn bị mất).

Kết quả thu được trường hợp 4 và 5 có cácgene cấu trúc luôn được phiên mã; trường hợp 2 và 3 có các gene cấu trúc luôn không được phiên mã; trường hợp 1 chưa xác định được mức biểu hiện của các gene cấu trúc trong operon. Trong các phát biểu sau, phát biểu nào về trình tự operon trên là đúng?

Hình dưới đây mô tả cơ chế điều hòa hoạt động gene ở vi khuẩn, trong đó các chữ số (1) đến (5) kí hiệu cho các gene/ vùng thuộc operon lac ?

Trong điều kiện môi trường không có lactose, chất X sẽ tương tác với gene/ vùng nào trên hình ?

Một gene mã hóa cho một loại enzyme được điều hòa bởi glucocorticoid. Các nhà khoa học nhận thấy rằng: So với khi không được xử lí, việc xử lí glucocorticoid đã làm tăng lượng RNA tích lũy trong 1 giây gấp 10 lần, tăng hàm lượng mRNA trong tế bào gấp 20 lần và tăng hoạt động của enzyme gấp 20 lần. Từ những dữ liệu này, hãy cho biết tác dụng chính của glucocorticoid là làm giảm yếu tố nào sau đây?

Bảng dưới đây mô tả hàm lượng mRNA và protein tương đối của gene lacZ thuộc operon lac ở các chủng vi khuẩn E. coli trong môi trường có hoặc không có lactose. Biết rằng chủng 1 là chủng

bình thường các chủng 2, 3, 4 là các chủng đột biến phát sinh từ chủng 1, mỗi chủng bị đột biến ở một vị trí duy nhất trong operon lac.

Khi nói về các chủng 2, 3, 4 có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

I. Chủng 2 bị đột biến ở vùng P hoặc vùng O.

II. Chủng 3 có thể bị đột biến hỏng vùng P.

III. Chủng 4 có thể bị đột biến mất vùng O.

IV. Đột biến mất cặp nucleotide ở gene điều hòa lacI sẽ tạo ra kiểu hình giống chủng 2.

Để nghiên cứu về sự điều hòa theo mô hình operon ở tế bào vi khuẩn E. Coli, các nhà khoa học đã thiết kế một “operon lai”, trong đó chứa trình tự các gene của operon tryptophan (Trp) và operon Lactose (Lac), có trình tự điều hòa của operon Trp (như hình 4).

                                                                            Hình 4

Giả sử sự sinh trưởng của tế bào vi khuẩn E.coli có liên hệ mật thiết với sự có mặt của amino acid tryptophan và chất cho carbon. Chuyển plasmid tái tổ hợp chứa “operon lai” vào dòng tế  bào vi khuẩn E. coli đột biến mất trình tự operon Trp và operon Lac. Trong các điều kiện môi trường nuôi cấy được đề cập như trong Bảng 1 có bao nhiêu môi trường có thể tạo khuẩn lạc?

Bảng 1

Hình 2 mô tả các thành phần tham gia vào quá trình điều hòa hoạt động của gene trong một operon cảm ứng (operon Lac) của vi khuẩn E. coli. Sự phiên mã của các gene cấu trúc thường bị ức chế bởi một protein bám vào vùng operator (protein ức chế) ngăn cản RNA polymerase hoạt động. Khi có chất cảm ứng allolactose lactose, chất này sẽ gắn vào protein ức chế, làm thay đổi cấu trúc không gian của protein ức chế, nên protein này mất khả năng bám vào operator, cho phép RNA polymerase liên kết với promoter và bắt đầu phiên mã các gene cấu trúc.

Hình 2

Hình nào sau đây mô tả chính xác hoạt động của operon Lac khi môi trường có lactose nhưng các gene cấu trúc không hoạt động?

Để nghiên cứu cơ chế tác động của hai loại thuốc mới điều trị bệnh nhân Covid-19 (thuốc 1 và thuốc 2) người ta tiến hành thử nghiệm tác động của chúng lên quá trình biểu hiện gene của gene virus trong các tế bào người. Hàm lượng mRNA a của virus và protein virus trong các mẫu tế bào được thể hiện theo biểu đồ trên.

Biết rằng các điều kiện thí nghiệm là như nhau.

Mỗi phát biểu sau đây đúng hay sai khi nói về cơ chế tác động của thuốc 1 và thuốc 2 lên quá trình biểu hiện gene của virus?

Ở một loài vi khuẩn, operon A gồm 3 gene cấu trúc mã hóa 3 enzyme X, Y, Z. 3 enzyme này cùng tham gia quá trình chuyển hóa chất A. Trình tự các vùng của operon A lần lượt là P – O – X – Y – Z (vùng khởi động – vùng vận hành – gene X – gene Y – gene Z). Người ta nuôi cấy 3 chủng vi khuẩn này ở môi trường dinh dưỡng không có chất A và đo lượng enzyme có hoạt tính được thể hiện ở bảng dưới đây. Biết rằng gene điều hòa của mỗi chủng đều hoạt động bình thường.

Chú thích:

P⁺, O⁺, X⁺, Y⁺, Z⁺: các vùng trình tự DNA bình thường

P^-, O^-, X^‑, Y^-, Z^-: các vùng trình tự DNA mất chức năng

(+) có; (-) không; (?) chưa cho biết

Ở vi khuẩn E.coli kiểu dại, sự biểu hiện của gene lacZ (mã hóa β-galactosidase), gene lacY (mã hóa permease), gene lacA (mã hóa transacetylase) thuộc operon lac phụ thuộc vào sự có mặt của lactose trong môi trường nuôi cấy; protein ức chế (LacI) do gene ức chế lacI quy định. Bằng kỹ thuật gây đột biến nhân tạo, người ta đã tạo ra được các chủng vi khuẩn khác nhau và được nuôi cấy trong hai môi trường: không có lactose và có lactose. Sự biểu hiện gene của các chủng vi khuẩn được thể hiện ở Bảng 1:

Operon M ở một chủng vi khuẩn chứa 3 gene mã hóa 3 enzyme là E1, E2, E3. Operon này có 5 vùng trình tự nucleotide chưa biết rõ chức năng và vị trí sắp xếp. Operon M được điều hòa bởi chất X. Để làm sáng tỏ chức năng của các vùng trình tự, người ta đã theo dõi ảnh hưởng của các đột biến dựa trên quá trình tổng hợp các enzyme được đánh giá thông qua sự có mặt và vắng mặt của chất X thể hiện trong bảng dưới đây:

Cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon lac ở vi khuẩn E. coli được thể hiện trong sơ đồ sau:

Kiểu gene của vi khuẩn kiểu dại kí hiệu là: I⁺P⁺O⁺Z⁺Y⁺A⁺. Khi phân tích DNA của các chủng vi khuẩn: lacZ^-, lacY^-, lacI^- (các đột biến mất chức năng), lacI^S (lacI^S mã hóa lacI^S là chất ức chế có thể bám vào operator nhưng không thể bám vào chất cảm ứng), hoặc lacO^c (operator của operon lac đột biến làm cho lacI, lacI^S không thể bám vào O^c).

Ở vi khuẩn E.coli kiểu dại (bình thường), sự biểu hiện của gene lac Z (mã hóa ß- galactosidase), gene lac Y (mã hóa permease), gene lac A (mã hóa transacetylase) thuộc operon lac phụ thuộc vào sự có mặt của lactose trong môi trường nuôi cấy. Bằng kỹ thuật gây đột biến nhân tạo, người ta đã tạo ra được các chủng vi khuẩn khác nhau và được nuôi cấy trong hai môi trường: không có lactose và có lactose. Sự biểu hiện gene của các chủng vi khuẩn được thể hiện ở bảng dưới đây:

Trong đó, dấu (+) là enzyme được tổng hợp, có dấu (-) là enzyme không được tổng hợp (hoặc tổng hợp rất ít).

Để nghiên cứu về sự điều hòa theo mô hình operon ở tế bào vi khuẩn E Coli, các nhà khoa học đã thiết kế một “operon lai”, trong đó chứa trình tự các gene của operon tryptophan (Trp) và operon Lactose (Lac), có trình tự điều hòa của operon Trp (như hình dưới đây).

Giả sử sự sinh trưởng của tế bào vi khuẩn E.coli có liên hệ mật thiết với sự có mặt của acid amin tryptophan và chất cho carbon. Chuyển plasmid tái tổ hợp chứa “operon lai” vào dòng tế bào vi khuẩn E. Coli đột biến mất trình tự operon Trp và operon Lac.

Biết rằng operon Trp (Operon tryptophan) trong điều kiện môi trường có tryptophan, operon Trp bị bất hoạt bởi phức hệ tryptophan - protein ức chế; trong khi nếu vắng amino acid này thì operon hoạt động. Do đó, operon này là một loại operon ức chế. Các vi khuẩn vẫn có khả năng sinh trưởng bình thường như các chủng kiểu dại.

Một operon X có các vùng trình tự qui định chức năng được Kí hiệu M, N, P, Q, tổng hợp các enzyme 1 và enzyme 2 phân giải chất X. Trong đó, mỗi vùng trình tự đã kí hiệu từ M đến Q sẽ là một trong các vị trí sau:

(1) Gene tổng hợp enzyme 1.

(2) Gene tổng hợp enzyme 2.

(3) Vùng khởi động (promoter).

(4) Vùng vận hành (operator).

Biết rằng, gene điều hoà điều khiển hoạt động operon X tổng hợp protein điều hoà có chức năng bình thường. Kết quả chọn lọc các chủng vi khuẩn thu được ở bảng dưới đây khi nuôi cấy trong điều kiện môi trường có chất X và không có chất X, biết (+) enzyme được tổng hợp; (-) enzyme không được tổng hợp.

Ở vi khuẩn E.coli kiểu dại, sự biểu hiện của gene lacZ (mã hóa β-galactosidase), gene lacY (mã hóa permase) thuộc operon Lac phụ thuộc vào sự có mặt của lactose trong môi trường nuôi cấy. Bằng kỹ thuật gây đột biến nhân tạo, người ta đã tạo ra được các chủng vi kh4uẩn khác nhau. Nuôi cấy các chủng vi khuẩn E.coli trong hai môi trường: không có lactose và có lactose. Sự biểu hiện gene của các chủng vi khuẩn được thể hiện ở bảng sau:

Operon M ở một chủng vi khuẩn mã hóa 3 enzyme là E1, E2 và E3; Có 5 trình tự A, B, C, D và G chưa biết rõ chức năng. Operon này được điều hòa bởi chất X. Để làm sáng tỏ chức năng của các trình tự, người ta đã theo dõi sự ảnh hưởng của đột biến ở các trình tự từ A đến G dựa trên sự tổng hợp các enzyme được đánh giá thông qua sự có mặt và sự vắng mặt của chất X (Bảng 1).

Bảng 1

Ở vi khuẩn E. coli kiểu dại, sự biểu hiện của gene lac Z thuộc nhóm operon lac mã hóa Beta-galactoxidase phụ thuộc sự có mặt của glucose và lactose trong môi trường. Khi môi trường có cả glucose và lactose, enzyme này biểu hiện ở mức thấp, khi môi trường chỉ có lactose, enzyme được biểu hiện ở mức tăng cường trong các tế bào vi khuẩn kiểu dại. Bằng kĩ thuật gây đột biến và chuyển DNA plasmid mang các trình tự gene có nguồn gốc từ nhiễm sắc thể E. coli này vào các tế bào E. coli khác, người ta đã tạo được 3 chủng vi khuẩn đột biến có kiểu gene lưỡng bội về các gene và trình tự điều hòa tham gia phân giải lactose (chủng 1 tới 5) như Hình 7.

Hình 7

Trong đó:

I⁺, P⁺, O⁺, Z⁺ tương ứng là các trình tự kiểu dại của gene mã hóa protein ức chế (I) , vùng P , vùng O và gene lacZ.

P^-, O^-, Z^- là các trình tự đột biến mất chức năng so với trình tự kiểu dại tương ứng.

I- là đột biến làm protein ức chế mất khả năng gắn vùng O.

I^S là đột biến làm protein ức chế mất khả năng gắn vào đồng phân của lactose.

Xét các phát biểu dưới đây khi đưa các chủng trên vào các môi trường không có glucose và lactose, chỉ có lactose, có cả glucose và lactose.

Trong một thí nghiệm về vi khuẩn E. coli, các nhà khoa học nuôi cấy vi khuẩn này trong môi trường có chứa lactose là nguồn năng lượng duy nhất. Ban đầu, mức độ biểu hiện của enzyme phân giải lactose rất thấp. Tuy nhiên, sau một thời gian ngắn, người ta ghi nhận hoạt động của các enzyme β-galactosidase, permease và transacetylase tăng mạnh. Trong một nhóm vi khuẩn khác có đột biến tại vùng vận hành (operator) nên vùng này không liên kết được với protein ức chế, các enzyme trên liên tục được tổng hợp, ngay cả khi không có lactose trong môi trường.

Người ta nuôi cấy chủng vi khuẩn E. coli trong môi trường không chứa lactose. Sau đó, ở phút thứ 2, một lượng lactose được thêm vào môi trường. Mức biểu hiện của gene Lac Z (mã hóa enzyme β-galactosidase) được theo dõi bằng cách đo lượng mRNA (đơn vị tính: ng/mL) tại các thời điểm khác nhau. Kết quả được ghi lại như sau:

Gene D mã hóa cho enzyme X bao gồm các vùng: Vùng điều hòa, vùng mã hóa và vùng kết thúc. Để nghiên cứu tác động của thuốc kháng sinh A đối với quá trình phiên mã hay dịch mã của gene D ở vi khuẩn, các nhà khoa học đã tiến hành nuôi cấy ba chủng vi khuẩn E. Coli (chủng kiểu dại - không bị đột biến, chủng đột biến 1 và chủng đột biến 2 - đều có đột biến ở gene D) trong ba môi trường: Không có kháng sinh A, có nồng độ kháng sinh A 5mM (milimol), có nồng độ kháng sinh A 10mM. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt trong Bảng 4. Biết đột biến có thể xảy ra ở bất kì vùng nào của gene, trường hợp này không có đột biến ở vùng kết thúc.

Bảng 4

Chú thích: +++ là nhiều; ++ mức trung bình; + là ít.

Cho các phát biểu sau về nghiên cứu, có bao nhiêu phát biểu đúng?