Đáp án:
Giải thích các bước giải: Operon lac (operose lactose) là một operon cần thiết cho việc vận chuyển và chuyển hóa lactose ở vi khuẩn Escherichia coli và nhiều vi khuẩn đường ruột khác. Mặc dù glucose là nguồn carbon ưa thích cho hầu hết các vi khuẩn, operon lac cho phép tiêu hóa lactose hiệu quả khi glucose không có sẵn nhờ hoạt động của enzymebeta-galactosidase.[1] Điều hòa gen của operon lac là cơ chế điều hòa di truyền đầu tiên được hiểu rõ ràng, do đó, đây trở thành ví dụ quan trọng nhất của điều hòa gen sinh vật nhân sơ. Nó thường được thảo luận trong các lớp dẫn nhập về sinh học phân tử và tế bào cũng vì lý do này. Hệ thống chuyển hóa lactose này được Jacob và Monod sử dụng để xác định cách tế bào biết được enzyme nào cần được tổng hợp. Công trình của họ về operon lac đã giành cho họ giải Nobel về Sinh lý học vào năm 1965.[1]
Các operon vi khuẩn phiên mã cho ra các mRNA đa cistron, tức là có khả năng tạo ra nhiều protein từ một bản phiên mRNA. Trong trường hợp này, khi lactose được yêu cầu làm nguồn đường cho vi khuẩn, ba gen của operon lac có thể cùng được biểu hiện và sau đó là protein của chúng được dịch mã từ 3 gen là: lacZ, lacY và lacA. Sản phẩm gen của lacZ là β-galactosidase phân giải lactose, một đường đôi thành hai đường đơn là glucose và galactose. lacY mã hóa cho Beta-galactoside permease, một protein được đính vào màng tế bào để cho phép vận chuyển lactose vào trong tế bào. Cuối cùng, lacA mã hóa β-galactoside transacetylase.
Layout of the lac operon.
Thật là lãng phí nếu cứ sản xuất các enzyme khi không có lactose có sẵn hoặc khi đang có một nguồn năng lượng thích hợp hơn có sẵn, chẳng hạn như glucose. Operon lac sử dụng cơ chế điều khiển hai phần để đảm bảo rằng tế bào chỉ sư dụng năng lượng tạo ra các enzyme được mã hóa bởi operon lac chỉ lúc nào cần thiết.[2] Trong trường hợp không có lactose, chất ức chế lac, lacI, sẽ làm ngừng sản xuất các enzyme được mã hóa bởi operon lac.[3] Các chất ức chế lac luôn luôn được thể hiện trừ khi một đồng cảm ứng kết hợp với nó. Nói cách khác, operon chỉ được phiên mã khi có sự đồng cảm của một phân tử nhỏ. Khi có glucose, protein hoạt hóa chất dị hóa (CAP), cần thiết cho sản xuất các enzyme, vẫn không hoạt động, và EIIAGlc tắt lactose permease để ngăn chặn vận chuyển lactose vào tế bào. Cơ chế kiểm soát kép này gây ra việc sử dụng glucose và lactose theo tuần tự trong hai giai đoạn tăng trưởng riêng biệt, được gọi là sinh trưởng kép.
