Chương I: Cơ Chế Di Truyền Và Biến Dị – Sinh Học Lớp 12
Bài 3: Điều Hòa Hoạt Động Gen
Nội dung Bài 3: Điều Hòa Hoạt Động Gen thuộc Chương I: Cơ Chế Di Truyền Và Biến Dị môn Sinh Học Lớp 12. Qua bài học này các bạn cần nêu được khái niệm và các cấp độ điều hoà hoạt động gen, trình bày được cơ chế điều hoà hoạt động của các gen qua opêrôn ở sinh vật nhân sơ, nêu được ý nghĩa điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ. Mời các bạn theo dõi ngay dưới đây.
– Gen có thể hoạt động được khi mỗi gen hoặc ít nhất một nhóm gen (opêron) phải có vùng điều hoà, tại đó các enzim ARN pôlimeraza và prôtêin điều hoà bám vào để tổng hợp hoặc ức chế tổng hợp mARN.
– Điều hoà hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ chủ yếu diễn ra ở giai đoạn phiên mã, dựa vào sự tương tác của prôtêin điều hoà với trình tự đặc biệt trong vùng điều hoà của gen.HocTapHay.Com
I. Khái Quát Về Điều Hòa Hoạt Động Gen
Điều hoà hoạt động gen chính là điều hoà lượng sản phẩm của gen được tạo ra. Trong mỗi tế bào của cơ thể, ví dụ tế bào người có khoảng 25000 gen, song ở mỗi thời điểm, để phù hợp với giai đoạn phát triển của cơ thể hay thích ứng với các điều kiện môi trường, chỉ có một số gen hoạt động còn phần lớn các gen ở trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu. Tế bào chỉ tổng hợp prôtêin cần thiết vào lúc thích hợp với một lượng cần thiết. Vậy làm thế nào tế bào có thể nhận biết được thời điểm nào thì cho gen nào hoạt động hay không hoạt động?
Quá trình điều hoà hoạt động gen ở sinh vật rất phức tạp, có thể xảy ra ở nhiều mức độ khác nhau như điều hoà phiên mã (điều hoà số lượng mARN được tổng hợp trong tế bào), điều hoà dịch mã (điều hoà lượng prôtêin được tạo ra) và thậm chí điều hoà sau dịch mã (làm biến đổi prôtêin sau khi được tổng hợp để có thể thực hiện được chức năng nhất định). Tuy nhiên, điều hoà hoạt động gen ở tế bào nhân sơ xảy ra chủ yếu ở mức độ phiên mã nên SGK chỉ tập trung tìm hiểu cơ chế điều hoà phiên mã ở sinh vật nhân sơ.
II. Điều Hòa Hoạt Động Của Gen Ở Sinh Vật Nhân Sơ
Hai nhà khoa học Pháp là F. Jacôp và J. Mônô đã phát hiện ra cơ chế điều hoà qua opêron ở vi khuẩn đường ruột (E. coli) và đã nhận được giải thưởng Nôben về công trình này.
Để điều hoà được quá trình phiên mã thì mỗi gen ngoài vùng mã hoá luôn cần có các vùng điều hoà. Trong vùng điều hoà thường chứa một trật tự nuclêôtit đặc thù được gọi là vùng khởi động (promoter). Nhờ trình tự này mà enzim ARN pôlimeraza có thể nhận biết ra mạch nào là mạch mang mã gốc để tổng hợp mARN và quá trình phiên mã được bắt đầu từ đâu. Ngoài ra, trong vùng điều hoà còn có trình tự nuclêôtit đặc biệt được gọi là vùng vận hành (operator). Nhờ có trình tự nuclêôtit này mà prôtêin điều hoà có thể bám vào để ngăn cản quá trình phiên mã (hình 3.1).
1. Mô hình cấu trúc của opêron Lac
Trên phân tử ADN của vi khuẩn, các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố liền nhau thành từng cụm có chung một cơ chế điều hoà được gọi là một opêron (hình 3.1).
Opêron Lac bao gồm:
Z, Y, A: Các gen cấu trúc quy định tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactôzơ có trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào.
O (operator): Vùng vận hành là trình tự nuclêôtit đặc biệt, tại đó prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã.
P (promoter): Vùng khởi động, nơi mà ARN polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.
Một gen khác tuy không nằm trong thành phần của opêron, song đóng vai trò quan trọng trong điều hoà hoạt động các gen của opêron là gen điều hoà R.
Gen điều hoà R khi hoạt động sẽ tổng hợp nên prôtêin ức chế. Prôtêin này có khả năng liên kết với vùng vận hành dẫn đến ngăn cản quá trình phiên mã.
2. Sự điều hòa hoạt động của opêron Lac
– Khi môi trường không có lactôzơ:
Gen điều hoà quy định tổng hợp prôtêin ức chế. Prôtêin này liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã làm cho các gen cấu trúc không hoạt động.
– Khi môi trường có lactôzơ:
Khi môi trường có lactôzơ, một số phân tử lactôzơ liên kết với prôtêin ức chế làm biến đổi cấu hình không gian ba chiều của nó làm cho prôtêin ức chế không thể liên kết được với vùng vận hành và do vậy ARN polimeraza có thể liên kết được với vùng khởi động để tiến hành phiên mã. Sau đó, các phân tử các gen cấu trúc Z, Y, A được dịch mã tạo ra các enzim phân giải đường lactôzơ. Khi đường lactôzơ bị phân giải hết thì prôtêin ức chế lại liên kết với vùng vận hành và quá trình phiên mã bị dừng lại.
Câu Hỏi Và Bài Tập
Hướng dẫn giải bài tập SGK Bài 3: Điều Hòa Hoạt Động Gen thuộc Chương I: Cơ Chế Di Truyền Và Biến Dị môn Sinh Học Lớp 12. Các bài giải có kèm theo phương pháp giải và cách giải khác nhau.
Bài Tập 1 Trang 18 SGK Sinh Học Lớp 12
Thế nào là điều hòa hoạt động gen?
Bài Tập 2 Trang 18 SGK Sinh Học Lớp 12
Opêron là gì? Trình bày cấu trúc opêron Lac ở E. coli.
Bài Tập 3 Trang 18 SGK Sinh Học Lớp 12
Giải thích cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac.
Bài Tập 4 Trang 18 SGK Sinh Học Lớp 12
Hãy chọn phương án trả lời đúng.
Trong cơ chế điều hoà hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ, vai trò của gen điều hoà là gì?
A. Nơi tiếp xúc với enzim ARN pôlimeraza.
B. Mang thông tin quy định prôtêin điều hoà.
C. Mang thông tin quy định enzim ARN pôlimeraza.
D. Nơi liên kết với prôtêin điều hoà.
Tóm Tắt Lý Thuyết
Lý thuyết Bài 3: Điều hòa hoạt động gen Sách giáo khoa Sinh học 12 ngắn gọn, đầy đủ, dễ hiểu có sơ đồ tư duy.
I. Khái Quát Về Điều Hòa Hoạt Động Gen
1. Khái niệm
Điều hoà hoạt động của gen chính là kiểm soát lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như với sự phát triển bình thường của cơ thể.
2. Các cấp độ điều hòa hoạt động của gen
– Ở sinh vật nhân thực: cấp ADN, cấp phiên mã, cấp dịch mã, cấp sau dịch mã.
– Ở sinh vật nhân sơ: chủ yếu ở cấp phiên mã.
II. Điều Hòa Hoạt Động Của Gen Ở Sinh Vật Nhân Sơ
1. Mô hình cấu trúc Operon Lac
a. Khái niệm
Opêron là các gen có cấu trúc liên quan về chức năng thường được phân bố liền nhau thành từng cụm và có chung một cơ chế điều hoà.
b. Cấu trúc của một opêron
– Z, Y, A: các gen cấu trúc
– O (operator): vùng vận hành
– P (promoter): vùng khởi động
– R: gen điều hoà (không nằm trong thành phần của opêron) điều hoà hoạt động các gen của opêron
2. Đặc điểm
* Khi môi trường không có lactôzơ, gen điều hòa tổng hợp protêin ức chế. Prôtêin này liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã làm cho các gen cấu trúc không hoạt động.
* Khi môi trường có lactôzơ, một số phân tử liên kết với prôtêin ức chế làm biến đổi cấu hình không gian ba chiều của nó làm cho prôtêin ức chế không thể liên kết với vùng vận hành. Do đó ARN pôlimeraza có thể liên kết được với vùng khởi động để tiến hành phiên mã.
Khi đường lactôzơ bị phân giải hết, prôtêin ức chế lại liên kết với vùng vận hành và quá trình phiên mã bị dừng lại.
3. Ý nghĩa
Đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào luôn phù hợp với điều kiện môi trường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể.
Câu Hỏi Trắc Nghiệm
Câu 1: Điều hòa hoạt động gen chính là
A. Điều hòa lượng sản phẩm do gen tạo ra
B. Điều hòa lượng mARN
C. Điều hòa lượng tARN
D. Điều hòa lượng rARN
Câu 2: Sự biểu hiện điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ diễn ra chủ yếu ở cấp độ:
A. Phiên mã
B. Sau phiên mã
C. Trước phiên mã
D. Dịch mã
Câu 3: Sự kiểm soát gen ở sinh vật nhân thực đa bào phức tạp hơn so với nhân sơ là do:
A. Các tế bào nhân thực lớn hơn.
B. Sinh vật nhân sơ sống giới hạn trong môi trường ổn định.
C. Các nhiễm sắc thể nhân thực có ít nuclêôtit hơn, do vậy mỗi trình tự nuclêôtit phải đảm nhiệm nhiều chức năng.
D. Trong cơ thể sinh vật nhân thực đa bào, các tế bào khác nhau được biệt hóa về các chức năng khác nhau.
Câu 4: Theo Jacôp và Mônô, các thành phần cấu tạo của opêron Lac gồm:
A. gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng khởi động (P).
B. vùng vận hành (O), nhóm gen cấu trúc, vùng khởi động (P).
C. gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng vận hành (O).
D. gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng vận hành (O), vùng khởi động (P).
Câu 5: Khi nói về cấu trúc của operon, điều khẳng định nào sau đây là chính xác?
A. Operon là một nhóm gen cấu trúc có chung một trình tự promoter và kết hợp với một gen điều hòa có nhiệm vụ điều hòa phiên mã của cả nhóm gen cấu trúc nói trên cùng lúc
B. Operon là một nhóm gen cấu trúc nằm gần nhau và mã hóa cho các phân tử protein có chức năng gần giống hoặc liên quan đến nhau
C. Operon là một nhóm gen cấu trúc có cùng một promoter và được phiên mã cùng lúc thành các phân tử mARN khác nhau
D. Operon là một nhóm gen cấu trúc nằm gần nhau trên phân tử ADN, được phiên mã trong cùng một thời điểm để tạo thành một phân tử mARN
Câu 6: Gen điều hòa có vai trò:
A. Tổng hợp prôtêin ức chế có khả năng liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã.
B. Tổng hợp prôtêin ức chế làm tín hiệu điều hòa hoạt động gen.
C. Điều hòa hoạt động phiên mã và dịch mã của gen.
D. Tổng hợp prôtêin ức chế có khả năng liên kết với
Câu 7: Trong cơ chế điều hoà hoạt động của opêron Lac, sự kiện nào sau đây diễn ra cả khi môi trường có lactôzơ và khi môi trường không có lactôzơ?
A. Các gen cấu trúc Z, Y, A phiên mã tạo ra các phân tử mARN tương ứng.
B. Gen điều hoà R tổng hợp prôtêin ức chế.
C. ARN pôlimeraza liên kết với vùng khởi động của opêron Lac và tiến hành phiên mã.
D. Một số phân tử lactôzơ liên kết với prôtêin ức chế.
Câu 8: Trong cơ chế điều hòa hoạt động của Operon Lac thì enzyme ARN polimeraza thường xuyên phiên mã ở loại gen nào sau đây
A. Gen điều hòa
B. Gen A
C. Gen Y
D. Gen Z
Câu 9: Tín hiệu điều hòa hoạt động gen của opêron Lac ở vi khuẩn E.coli là:
A. Prôtêin ức chế.
B. Đường lactozơ.
C. Enzim ADN-polimeraza.
D. Đường mantôzơ.
Câu 10: Trong cấu trúc của operon lac nếu đột biến làm mất một đọan phân tử AND thì trường hợp nào sau đây sẽ làm cho tất cả các gen cấu trúc không tổng hợp được
A. Mất vùng khởi động
B. Mất vùng vận hành
C. Mất gen điều hòa
D. Mất một gen cấu trúc
Câu 11: Trong cơ chế điều hòa sinh tổng hợp prôtêin ở vi khuẩn E.coli, khi môi trường có lactôzơ (có chất cảm ứng) thì diễn ra các sự kiện nào?
1. Gen điều hòa chỉ huy tổng hợp một loại prôtêin ức chế
2. Chất cảm ứng kết hợp với prôtêin ức chế, làm vô hiệu hóa chất ức chế.
3. Quá trình phiên mã của các gen cấu trúc bị ức chế, không tổng hợp được mARN.
4. Vùng vận hành được khởi động, các gen cấu trúc hoạt động tổng hợp mARN, từ đó tổng hợp các chuỗi pôlipeptit.
Phương án đúng là:
A. 1, 2.
B. 1, 3.
C. 1, 4.
D. 1, 2, 4.
Ở trên là nội dung Bài 3: Điều Hòa Hoạt Động Gen thuộc Chương I: Cơ Chế Di Truyền Và Biến Dị môn Sinh Học Lớp 12. Trong bài này các bạn biết được: khái niệm và các cấp độ điều hoà của gen, cơ chế điều hoà hoạt động của các gen qua opêron ở sinh vật nhân sơ. Hiểu được ý nghĩa điều hoà hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ. Chúc các bạn học tốt Sinh Học Lớp 12.
Bài Tập Liên Quan:
- Bài 7: Thực Hành: Quan Sát Các Dạng Đột Biến Số Lượng Nhiễm Sắc Thể Trên Tiêu Bản Cố Định Và Trên Tiêu Bản Tạm Thời
- Bài 6: Đột Biến Số Lượng Nhiễm Sắc Thể
- Bài 5: Nhiễm Sắc Thể Và Đột Biến Cấu Trúc Nhiễm Sắc Thể
- Bài 4: Đột Biến Gen
- Bài 2: Phiên Mã Và Dịch Mã
- Bài 1: Gen, Mã Di Truyền Và Quá Trình Nhân Đôi ADN
Trả lời