Lý Thuyết Sinh 12 CTST_Bài 3 Điều Hòa Biểu Hiện Gene

 Thayhien.edu.vn xin giới thiệu đến các bạn các bài học lý thuyết Sinh học 12 Chân trời sáng tạo_Bài 3 Điều Hòa Biểu Hiện Gene

Bài 3 Điều Hòa Biểu Hiện Gene

I. THÍ NGHIỆM XĐ CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN CỦA GENE CỦA OPERON LAC

- Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac ở vi khuẩn E. coli được hai nhà khoa học người Pháp là Francois Jacob và Jacques Monod phát hiện vào năm 1961. 

- Sự điều hòa biểu hiện gene ở vi khuẩn E. Coli diễn ra chủ yếu ở giai đoạn phiên mã.

1. Thí nghiệm trên operon Lac của E.coli.

a. Thí nghiệm:

- Mục đích thí nghiệm: nghiên cứu sự biểu hiện của các gene liên quan đến chuyển hóa lactose ở vi khuẩn E.coli.

- Nội dung thí nghiệm: 

+ Nuôi cấy vi khuẩn E.coli trong môi trường không có lactose.

+ Nuôi cấy vi khuẩn E.coli trong môi trường có lactose.

- Kết quả: 

+ Khi môi trường không có lactose, trong mỗi tế bào E.coli chỉ có một vài phân tử enzyme.

+ Khi lactose được bổ sung vào môi trường nuôi cấy ( không chứa glucose ), tốc độ tổng hợp của 3 loại enzyme tăng lên khoảng 1.000 lần chỉ trong vòng 2 – 3 phút.

- Giả thuyết đặt ra: một tín hiệu từ môi trường gây nên biểu hiện đồng thời 1 cụm nhiều gene mã hóa các enzyme tham gia mã hóa lactose. Các gene này được phiên mã thành 1 mRNA ( mRNA polycistronic) và dịch mã mRNA này tạo ra nhiều chuỗi polypeptide.

b. Cấu trúc của operon Lac:

- Khái niệm: Operon là cụm các gene cấu trúc có chung một cơ chế điều hòa phiên mã và được phiên mã tạo thành một mRNA.

- Cấu trúc operon:

+ Các gene lacZ, lacY, lacA: các gene cấu trúc tương ứng mã hóa các enzyme β – galactosidase, permease, trancacctylase giúp vi khuẩn chuyển hóa và sử dụng lactose

+ Vùng promoter (P): trình tự khởi động phiên mã các gene cấu trúc, là vị trí enzyme RNA polymerase bám vào để phiên mã nhóm gene cấu trúc lacZ, lacY, lacA.

+ Vùng operator ( O): Vị trí liên kết với protein điều hòa.

2. Giải thích kết quả thí nghiệm.

- Giải thích:

+ Khi môi trường không có lactose:  

Protein ức chế gắn vào gene vận hành O làm ức chế phiên mã của gene cấu trúc ( các gene cấu trúc không biểu hiện).

+ Khi môi trường có lactose:  

Lactose như là chất cảm ứng gắn vào và làm thay đổi cấu hình protein ức chế, protein ức chế bị bất hoạt không gắn được vào gene vận hành O nên gene được tự do vận hành hoạt động của các gene cấu trúc Z, Y, A giúp chúng phiên mã và dịch mã ( biểu hiện).

- Kết luận: 

+ Hoạt động của operon Lac chịu sự điều khiển của 1 gene điều hòa ( lacI) nằm trước operon, gene này mã hóa cho 1 loại protein điều hòa có khả năng liên kết với vùng operator để điều hòa hoạt động của operon Lac.

+ Ở sinh vật, mức độ biểu hiện của các gene khác nhau là do các cơ chế điều hòa.

+ Điều hòa biểu hiện gene là sự kiểm soát quá trình tạo ra sản phẩm của gene.

 II. Ý NGHĨA ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN CỦA GENE

- Điều hòa biểu hiện gene đảm bảo cho tế bào có thể thích ứng với môi trường và quá trình phát triển bình thường của cơ thể.

- Điều hòa biểu hiện gen ở vi khuẩn giúp chúng  có khả năng tự điều chỉnh quá trình trao đổi chất trong tế bào, chỉ có những sản phẩm cần thiết cho hoạt động sống của tế bào mới được tạo ra với hàm lượng phù hợp. Nhờ đó, vi khuẩn có thể đáp ứng với những thay đổi của môi trường. Ví dụ: khi môi trường có tryptophan, vi khuẩn E.coli sẽ ngưng sản xuất các enzyme xúc tác cho quá trình tổng hợp tryptophan. 

- Ở sinh vật đa bào, các tế bào trong cùng một cơ thể tuy có hệ gene giống nhau nhưng mỗi tế bào chỉ tổng hợp prôtêin đặc trưng quy định cấu trúc và chức năng cho từng loại tế bào. kết quả của quá trình điều hòa biểu hiện của gene giúp 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 hoàn thành nên cơ thể hoàn chỉnh.

 

III. ỨNG DỤNG ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN CỦA GENE

- Con người đã ứng dụng những hiểu biết về điều hòa biểu hiện gene trong nhiều lĩnh vực như: trong y- dược học, nông nghiệp, công nghệ sinh học, nghiên cứu di truyền...nhằm tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho đời sống con người, điều trị các bệnh do rối loạn điều hòa hoạt động gen gây ra...