Giải SGK Sinh học 12 CTST Bài 3. Điều hoà hoạt động gen có đáp án

Nhờ cơ chế điều hòa biểu hiện gene, tế bào gốc có thể trở thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể: Nhờ cơ chế điều hòa biểu hiện gene, các tế bào khác nhau có thể đóng, mở các nhóm gene khác nhau. Do đó, các tế bào trong một cơ thể tuy có hệ gene giống nhau nhưng mỗi tế bào chỉ tổng hợp được các protein đăc trưng quy định cấu trúc và chức năng cho từng loại tế bào. Kết quả là mỗi tế bào đi vào con đường biệt hóa đặc trưng hình thành nên các mô, cơ quan và hệ cơ quan chuyên hóa, cuối cùng hình thành cơ thể hoàn chỉnh.

Hai nhà khoa học Jacob và Monod có thể kết luận ba gene lacZ, lacY và lacA cùng nằm trên một phân tử DNA vì: Khi lactose được bổ sung vào môi trường nuôi cấy (không chứa glucose) có sự gia tăng đồng thời của 3 loại enzyme do ba gene lacZ, lacY và lacA tổng hợp. Điều này chứng tỏ các gene lacZ, lacY và lacA cùng nằm trên một phân tử DNA, được điều khiển bởi một vùng promoter và một vùng operator.

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.

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).

Ý nghĩa của điều hoà biểu hiện gene đối với quá trình trao đổi chất ở sinh vật là: 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, đồng thời đảm bảo cho tế bào thích nghi được với sự thay đổi của môi trường.