Giải SGK Sinh học 12 CD Bài 3. Điều hòa biểu hiện Gene có đáp án

- Cơ chế phân tử dẫn đến hiện tượng trên là điều hòa biểu hiện gene.

- Ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene đối với cơ thể người:

+ Giúp tế bào tổng hợp sản phẩm của gene đúng thời điểm với hàm lượng phù hợp với nhu cầu, nhờ đó, tránh lãng phí năng lượng và nguyên liệu trong tế bào, không bị gây độc, đồng thời đảm bảo cho tế bào thích nghi được với sự thay đổi của môi trường.

+ Giúp mỗi tế bào đi vào con đường biệt hoá đặc trưng hình thành nên các mô, cơ quan và hệ cơ quan chuyên hoá, cuối cùng hình thành nên cơ thể hoàn chỉnh.

+ Giúp đảm bảo cho sự phát triển bình thường của cơ thể bằng cách điều khiển sự biểu hiện hoặc không biểu hiện của các gene nhất định trong mỗi giai đoạn phát triển.

Khi tăng nồng độ lactose trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn E. coli, nồng độ các protein và enzyme phân giải đường này cũng tăng và ngược lại là do:

- Lactose chính là tín hiệu từ môi trường gây nên biểu hiện đồng loạt của một cụm nhiều gene mã hóa các protein và enzyme phân giải đường này.

- Đồng thời, các gene mã hóa các protein và enzyme phân giải lactose có chung một trình tự điều hòa phiên mã, được phiên mã tạo thành một mRNA (mRNA polycistronic) và dịch mã mRNA này tạo ra nhiều chuỗi polypeptide.

Gene điều hoà chi phối sự phiên mã các gene cấu trúc của operon lac bằng cách tổng hợp protein ức chế, protein ức chế hoạt động sẽ có tác dụng liên kết với vùng vận hành (O) của operon lac để ngăn cản quá trình phiên mã của các gene cấu trúc Z, Y, A.

a) Khi môi trường không có lactose, protein ức chế được gene điều hòa mã hóa liên kết với vùng O của operon lac khiến enzyme RNA polymerase không di chuyển được nên các gene cấu trúc của operon lac không được phiên mã. 

b) Khi môi trường có lactose, một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose là allolactose, allolactose này bám vào protein ức chế khiến protein ức chế bị bất hoạt dẫn đến không liên kết được với vùng O. Nhờ vậy, enzyme RNA polymerase có thể liên kết với vùng P, trượt qua vùng O đến vị trí các gene cấu trúc để tiến hành phiên mã.

Cơ chế điều hoà biểu hiện gene ở operon lac của E. coli:

- Khi môi trường không có lactose: Gene điều hoà lacI tổng hợp protein ức chế → Protein ức chế bám vào vùng operator (O) → Enzyme RNA polymerase không di chuyển được → Các gene cấu trúc không được phiên mã dẫn đến không tổng hợp được enzyme chuyển hóa lactose.

- Khi môi trường có lactose: Gene điều hoà lacI tổng hợp protein ức chế → 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), trượt qua vùng O đến vị trí các gene cấu trúc để tiến hành phiên mã → Các gene cấu trúc phiên mã đến đâu được dịch mã đến đó tạo ra các loại enzyme tham gia vào quá trình chuyển hóa lactose trong môi trường.