BÀI 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN
A. LÝ THUYẾT CẦN NHỚ
I. KHÁI NIỆM
- Điều hòa hoạt động gen ở đây được hiểu là gen có được phiên mã và dịch mã hay không. Sự hoạt động khác nhau của các gen trong hệ gen là do quá trình điều hòa.
II. CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ
1. Cấu tạo Operol Lac theo Jacop và Mono
a. Trong tế bào có rất nhiều gen, ở mỗi thời điểm chỉ có 1 số gen hoạt động, phần lớn các gen còn lại ở trạng thái ức chế, tức là tế bào chỉ tổng hợp prôtêin khi cần thiết.
Ví dụ: gen qui định việc tạo ra kháng thể chống 1 loại bệnh nào đó chỉ hoạt động khi trong cơ thể xuất hiện mầm bệnh đó, còn phần lớn thời gian còn lại gen tồn tại ở trạng thái bị ức chế - không hoạt động
b. Một hệ thống gồm nhiều gen cấu trúc có liên quan về chức năng cùng phối hợp hoạt động điều hoà tổng hợp prôtêin gọi là Operon.
.png)
- Một Operon gồm:
+ Z, Y, A: cụm các gen cấu trúc: kiểm soát các polipeptit có liên quan về chức năng.
+ O: gen chỉ huy chi phối hoạt động của cụm gen cấu trúc
+ P: vùng khởi động (nơi ARN – polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã)
+ R: gen điều hòa kiểm soát tổng hợp prôtêin ức chế (R không phải là thành phần của Opêron)
2. Cơ chế hoạt động của Lactose Operon ở E.coli
Vi khuẩn E.coli mẫn cảm với đường lactose do đó khi sống trong môi trường có đường lactose E.coli sẽ tiết ra enzyme lactaza để phân giải đường lactose
a. Khi môi trường không có lactose
.png)
Bình thường, gen điều hòa (R) tổng hợp một loại prôtêin ức chế gắn vào gen chỉ huy (O), do đó gen cấu trúc ở trạng thái bị ức chế nên không hoạt động. Z, Y, A sẽ không thực hiện được phiên mã và dịch mã
⇒ Vì vậy, sản phẩm của cụm gen là lactaza không được tạo thành.
b. Khi môi trường có lactose
.png)
Lactose đóng vai trò là chất cảm ứng. Chất cảm ứng sẽ liên kết với prôtêin ức chế làm prôtêin ức chế thay đổi cấu hình không gian và trở nên bất hoạt (không hoạt động). Prôtêin ức chế không thể bám vào gen chỉ huy O, gen chỉ huy hoạt động bình thường điều khiển Z, Y, A thực hiện phiên mã và dịch mã tổng hợp nên sản phẩm của cụm gen là lactaza.
⇒ Lactaza được tiết ra sẽ làm nhiệm vụ phân giải lactose trong môi trường.
3. Các cấp độ điều hòa hoạt động gen
→ Điều hòa trước phiên mã: là điều hòa số lượng gen qui định tính trạng nào đó trong tế bào
→ Điều hòa phiên mã: là điều hòa việc tạo ra số lượng mARN (vd: điều hòa hoạt động của cụm gen Z, Y, A trong lactose Operon)
→ Điều hòa dịch mã: là điều hòa lượng prôtêin được tạo ra bằng cách điều khiển thời gian tồn tại của mARN, thời gian dịch mã hoặc số lượng ribôxôm tham gia dịch mã
→ Điều hòa sau dịch mã: là điều hòa chức năng của prôtêin sau khi đã dịch mã hoặc loại bỏ prôtêin chưa cần thiết (ví dụ: điều hòa hoạt động gen R trong mô hình điều hòa lactose Operon)
B. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1: Thế nào là điều hoà hoạt động gen?
Trong tế bào chứa đầy đủ hệ gen nhưng các gen hoạt động khác nhau theo giai đoạn phát triển của cá thể và theo nhu cầu hoạt động sống của tế bào.
Sự hoạt động khác nhau của gen là do quá trình điều hoà, quá trình điều hoà này thường liên quan đến các chất cảm ứng hay còn gọi là chất tín hiệu.
Bài 2: Opêron là gì? Trình bày cấu trúc opêron Lac ở E. coli.
Trên ADN, các gen có liên quan về chức năng thường được phân bố thành một cụm, có chung một cơ chế điều hoà được gọi là opêron.
Opêron Lac gồm các thành phần:
• Nhóm gen cấu trúc liên quan nhau về chức năng nằm kề nhau.
• Gen chỉ huy (O): nằm trước các gen cấu trúc, là vị trí tương tác với prôtêin ức chế.
• Vùng khởi động (P): nằm trước gen chỉ huy đó là vị trí tương tác của ARN polimeraza để khởi đầu phiên mã.
Bài 3: Giải thích cơ chế điều hoà hoạt động của opêron Lac.
Sự hoạt động cùa opêron chịu sự điều khiển của một gen điều hoà (regulator: R) nằm ở trước opêron.
Bình thường, gen R tổng hợp ra một loại prôtêin ức chế gắn vào gen chỉ huy do đó gen cấu trúc ở trạng thái bị ức chế nên không hoạt động. Khi có chất cảm ứng (ví dụ lactôzơ) thì opêron chuyển sang trạng thái hoạt động (cảm ứng).
Biểu hiện ở gen R và opêron Lac trong trạng thái ức chế:
• Trong điều kiện bình thường (môi trường không có chất cảm ứng: đường lactôzơ), gen điều hoà (R) phiên mã tạo ra mARN của nó, mARN này được sử dụng để tổng hợp ra chất ức chế (prôtêin ức chế).
• Chất ức chế đến bám vào gen chỉ huy. Gen chỉ huy bị ức chế do đó các gen cấu trúc không phiên mã.
Biểu hiện ở gen R và opêron Lac khi có chất cảm ứng lactôzơ:
• Khi môi trường nuôi E. coli có đường lactôzơ (đặc biệt là môi trường trước đó không có lactôzơ và thiếu glucôzơ) thì lactôzơ tác dụng với chất ức chế, chất ức chế bị bất hoạt. Do vậy, nó không còn có thể kết hợp với gen chỉ huy nữa.
• Gen chỉ huy được tự do điều khiển quá trình phiên mã của cả opêron, mARN cùa các gen A. B, C được tổng hợp và sau đó được sử dụng để dịch mã tổng hợp các prôtêin enzim tương ứng. Đó là trạng thái cảm ứng (hoạt động) của opêron.
→ Khi lactôzơ bị phân giải hết, chất ức chế được giải phóng, chất ức chế chuyển từ trạng thái bất hoạt sang trạng thái hoạt động đến bám vào gen chỉ huy và opêron lại chuyển sang trạng thái bị ức chế.
Bài 4: 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 polimeraza.
B. Mang thông tin quy định prôtêin ức chế.
C. Mang thông tin quy định enzim ARN pôlimcraza.
D. Nơi liên kết với prôtêin điều hoà.
Đáp án đúng B → Mang thông tin quy định prôtêin ức chế.
C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 1: Nội dung chính của sự điều hòa hoạt động gen là
A. điều hòa quá trình dịch mã.
B. điều hòa lượng sản phẩm của gen.
C. điều hòa quá trình phiên mã.
D. điều hoà hoạt động nhân đôi ADN.
Câu 2:
Trong cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac ở E.coli, khi môi trường có lactôzơ thì
A. prôtêin ức chế không gắn vào vùng vận hành
B. prôtêin ức chế không được tổng hợp.
C. sản phẩm của gen cấu trúc không được tạo ra.
D. ARN-polimeraza không gắn vào vùng khởi động.
Câu 3:
Operon Lac của vi khuẩn E.coli gồm có các thành phần theo trật tự:
A. vùng khởi động – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc (Z,Y,A)
B. gen điều hòa – vùng vận hành – vùng khởi động – nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A)
C. gen điều hòa – vùng khởi động – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A)
D. vùng khởi động – gen điều hòa – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A)
Câu 4:
Enzim ARN polimeraza chỉ khởi động được quá trình phiên mã khi tương tác được với vùng
A. vận hành.
B. điều hòa.
C. khởi động.
D. mã hóa.
Câu 5:
Operon là
A. một đoạn trên phân tử ADN bao gồm một số gen cấu trúc và một gen vận hành chi phối.
B. cụm gồm một số gen điều hòa nằm trên phân tử ADN.
C. một đoạn gồm nhiều gen cấu trúc trên phân tử ADN.
D. cụm gồm một số gen cấu trúc do một gen điều hòa nằm trước nó điều khiển.
Câu 6:
Theo mô hình operon Lac, vì sao prôtêin ức chế bị mất tác dụng?
A. Vì lactôzơ làm mất cấu hình không gian của nó.
B. Vì prôtêin ức chế bị phân hủy khi có lactôzơ.
C. Vì lactôzơ làm gen điều hòa không hoạt động.
D. Vì gen cấu trúc làm gen điều hoà bị bất hoạt.
Câu 7:
Điều hòa hoạt động gen của sinh vật nhân sơ chủ yếu xảy ra ở giai đoạn
A. phiên mã.
B. dịch mã.
C. sau dịch mã.
D. sau phiên mã.
Câu 8:
Gen điều hòa opêron hoạt động khi môi trường
A. không có chất ức chế.
B. có chất cảm ứng.
C. không có chất cảm ứng.
D. có hoặc không có chất cảm ứng.
Câu 9:
Trong cấu trúc của một opêron Lac, nằm ngay trước vùng mã hóa các gen cấu trúc là
A. vùng điều hòa.
B. vùng vận hành.
C. vùng khởi động.
D. gen điều hòa.
Câu 10:
Trong cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac ở E.coli, khi môi trường không có lactôzơ thì prôtêin ức chế sẽ ức chế quá trình phiên mã bằng cách
A. liên kết vào vùng khởi động.
B. liên kết vào gen điều hòa.
C. liên kết vào vùng vận hành.
D. liên kết vào vùng mã hóa.
Câu 11:
Khi nào thì prôtêin ức chế làm ngưng hoạt động của opêron Lac?
A. Khi môi trường có nhiều lactôzơ.
B. Khi môi trường không có lactôzơ.
C. Khi có hoặc không có lactôzơ.
D. Khi môi trường có lactôzơ.
Câu 12:
Trong cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac ở E.coli, lactôzơ đóng vai trò của chất
A. xúc tác
B. ức chế.
C. cảm ứng.
D. trung gian.
Câu 13:
Khởi đầu của một opêron là một trình tự nuclêôtit đặc biệt gọi là
A. vùng điều hòa.
B. vùng khởi động.
C. gen điều hòa.
D. vùng vận hành.
Câu 14:
Trong cơ chế điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ, vai trò của gen điều hòa là
A. mang thông tin cho việc tổng hợp một prôtêin ức chế tác động lên các gen cấu trúc.
B. nơi gắn vào của prôtêin ức chế để cản trở hoạt động của enzim phiên mã.
C. mang thông tin cho việc tổng hợp một prôtêin ức chế tác động lên vùng vận hành.
D. mang thông tin cho việc tổng hợp một prôtêin ức chế tác động lên vùng khởi động.
Câu 15:
Theo cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac ở E.coli, khi có mặt của lactôzơ trong tế bào, lactôzơ sẽ tương tác với
A. vùng khởi động.
B. enzim phiên mã
C. prôtêin ức chế.
D. vùng vận hành.
Câu 16:
Trong một opêron, nơi enzim ARN-polimeraza bám vào khởi động phiên mã là
A. vùng vận hành.
B. vùng khởi động.
C. vùng mã hóa.
D. vùng điều hòa.
Câu 17:
Không thuộc thành phần của một opêron nhưng có vai trò quyết định hoạt động của opêron là
A. vùng vận hành.
B. vùng mã hóa.
C. gen điều hòa.
D. gen cấu trúc.
Câu 18:
Trình tự nuclêôtit đặc biệt của một opêron để enzim ARN-polineraza bám vào khởi động quá trình phiên mã được gọi là
A. vùng khởi động.
B. gen điều hòa.
C. vùng vận hành.
D. vùng mã hoá.
Câu 19:
Sản phẩm hình thành cuối cùng theo mô hình của opêron Lac ở E.coli là:
A. 1 loại prôtêin tương ứng của 3 gen Z, Y, A hình thành 1 loại enzim phân hủy lactôzơ.
B. 3 loại prôtêin tương ứng của 3 gen Z, Y, A hình thành 3 loại enzim phân hủy lactôzơ.
C. 1 phân tử mARN mang thông tin tương ứng của 3 gen Z, Y, A.
D. 3 phân tử mARN tương ứng với 3 gen Z, Y, A.
Câu 20:
Sản phẩm hình thành trong phiên mã theo mô hình của opêron Lac ở E.coli là:
A. 1 loại prôtêin tương ứng của 3 gen Z, Y, A hình thành 1 loại enzim phân hủy lactôzơ.
B. 3 loại prôtêin tương ứng của 3 gen Z, Y, A hình thành 3 loại enzim phân hủy lactôzơ.
C. 3 phân tử mARN tương ứng với 3 gen Z, Y, A.
D. 1 chuỗi poliribônuclêôtit mang thông tin của 3 phân tử mARN tương ứng với 3 gen Z, Y, A.
Câu 21:
Hai nhà khoa học người Pháp đã phát hiện ra cơ chế điều hoà hoạt động gen ở:
A. vi khuẩn lactic.
B. vi khuẩn E. coli.
C. vi khuẩn Rhizobium.
D. vi khuẩn lam.
Câu 22:
Trong opêron Lac, vai trò của cụm gen cấu trúc Z, Y, A là:
A. tổng hợp prôtein ức chế bám vào vùng khởi động để khởi đầu phiên mã.
B. tổng hợp enzim ARN polimeraza bám vào vùng khởi động để khởi đầu phiên mã.
C. tổng hợp prôtein ức chế bám vào vùng vận hành để ngăn cản quá trình phiên mã.
D. tổng hợp các loại enzim tham gia vào phản ứng phân giải đường lactôzơ.
Câu 23:
Trong một opêron, vùng có trình tự nuclêôtit đặc biệt để prôtêin ức chế bám vào ngăn cản quá trình phiên mã, đó là vùng
A. khởi động.
B. vận hành.
D. kết thúc.
D. vùng vận hành.
Câu 24:
Trên sơ đồ cấu tạo của opêron Lac ở E. coli, kí hiệu O (operator) là:
A. vùng khởi động.
B. vùng kết thúc.
C. vùng mã hoá
D. vùng vận hành.
Câu 25:
Trên sơ đồ cấu tạo của opêron Lac ở E. coli, vùng khởi động được kí hiệu là:
A. O (operator).
B. P (promoter).
C. Z, Y, Z.
D. R.
Câu 26:
Khi nào thì cụm gen cấu trúc Z, Y, A trong opêron Lac ở E. coli không hoạt động?
A. Khi môi trường có hoặc không có lactôzơ.
B. Khi trong tế bào có lactôzơ.
C. Khi trong tế bào không có lactôzơ.
D. Khi môi trường có nhiều lactôzơ.
Câu 27:
Khi nào thì cụm gen cấu trúc Z, Y, A trong opêron Lac ở E. coli hoạt động?
A. Khi môi trường có hoặc không có lactôzơ.
B. Khi trong tế bào có lactôzơ.
C. Khi trong tế bào không có lactôzơ.
D. Khi prôtein ức chế bám vào vùng vận hành.
Câu 28:
Hai nhà khoa học nào đã phát hiện ra cơ chế điều hoà opêron?
A. Menđen và Morgan.
B. Jacôp và Mônô.
C. Lamac và Đacuyn.
D. Hacđi và Vanbec.
ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM
.png)
