I. Khái quát về điều hoà hoạt động của gen
- Điều hòa hoạt động của gen là điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra.
- Điều hòa hoạt động của gen xảy ra ở nhiều mức độ:
+ Điều hòa phiên mã: Điều hòa số lượng mARN được tổng hợp trong tế bào.
+ Điều hòa dịch mã: Điều hòa lượng prôtêin được tạo ra.
+ Điều hòa sau dịch mã: Làm biến đổi prôtêin sau khi được tổng hợp để thực hiện chức năng nhất định.
II. Điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ
1. Cấu trúc của ôpêrôn Lac
* Khái niệm về ôpêron: Trên ADN của vi khuẩn, các gen có liên quan về chức năng thường được phân bố thành một cụm, có chung một cơ chế điều hòa được gọi là ôpêron.
* Ôpêrôn Lac gồm 3 thành phần:
- Nhóm gen cấu trúc [Z, Y, A]: Quy định tổng hợp enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactôzơ.
- Vùng vận hành [O]: là vị trí tương tác với chất prôtêin ức chế ngăn cản phiên mã.
- Vùng khởi động [P]: Là nơi mà ARN polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.
2. Cơ chế hoạt động của Ôpêrôn lac ở E.Coli.
- Khi môi trường không có Lactôzơ:
+ Gen điều hòa [R] tổng hợp prôtêin ức chế.
+ Prôtêin ức chế đến bám vào vùng vận hành.
+ Các gen cấu trúc không hoạt động phiên mã.
- Khi môi trường có Lactôzơ:
+ Phân tử Lactôzơ liên kết với prôtêin ức chế,làm biến đổi cấu hình prôtêin.
+ Prôtêin ức chế bị không liên kết được với vùng vận hành [bất hoạt], mARN của các gen Z, Y, A được tổng hợp và sau đó được dịch mã tổng hợp các enzim phân giải đường Lactôzơ.
+ Khi đường lactôzơ bị phân giải hết, prôtêin ức chế liên kết với vùng vận hành -> kết thúc phiên mã.
Sơ đồ tư duy điều hòa hoạt động của gen:
Loigiaihay.com
Đề bài
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 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.
Video hướng dẫn giải
Phương pháp giải - Xem chi tiết
Gen điều hòa [R]: không thuộc thành phần của opêron nhưng đóng vai trò quan trọng trong điều hoà hoạt động các gen của opêron qua việc sản xuất prôtêin ức chế.
Lời giải chi tiết
Gen điều hòa mang thông tin mã hóa protein ức chế.
Chọn B
Loigiaihay.com
Điều hòa hoạt động gen chính là
Sự điều hoà hoạt động của gen nhằm
Theo Jacôp và Mônô, các thành phần cấu tạo của opêron Lac gồm:
Trên sơ đồ cấu tạo của opêron Lac ở E. coli, kí hiệu O [operator] là:
Khi nói về cấu trúc của operon, điều khẳng định nào sau đây là chính xác?
Tín hiệu điều hòa hoạt động gen của opêron Lac ở vi khuẩn E.coli là:
Theo mô hình operon Lac, vì sao prôtêin ức chế bị mất tác dụng?
Khi nào thì prôtêin ức chế làm ngưng hoạt động của opêron Lac?
Sản phẩm hình thành cuối cùng theo mô hình của opêron Lac ở E.coli là:
Khi nói về operon Lac ở vi khuẩn E. coli, phát biểu sau nào đây sai?
1 . Kiến thức:
- Học sinh nêu được khái niệm và các cấp độ điều hòa hoạt động của gen. - Sự điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ. - Ý nghĩa của sự điều hòa hoạt động của gen. - Giải thích được tại sao trong tế bào lại chỉ tổng hợp prôtêịn khi cần thiết.
2. Kĩ năng : - Rèn luyệnvà phát triển tư duy phân tích lô gic và khả năng khái quát hóa cho học sinh - Khả năng làm việc độc lập với sách giáo khoa
3. Thái độ:
- Hình thành thái độ yêu thích khoa học tìm tòi nghiên cứu
I. Khái quát về điều hòa hoạt động của gen
1. Khái niệm
Điều hòa hoạt động của gen chính là điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra, 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
2. Lý do
- Trong mỗi tế bào, số lượng gen rất lớn nhưng thường chỉ có một số ít gen hoạt động còn phần lớn các gen ở trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu.
3. Vai trò
- Đảm bảo hoạt động sống của tế bào phù hợp điểu kiện môi trường và sự phát triển bình thường của cơ thể.
- Giúp nhận biết thời điểm gen hoạt động, lượng sản phẩm do gen tạo ra.
4. Đặc điểm
- Phức tạp, nhiều mức độ khác nhau
+ 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
- Sinh vật nhân sơ: chủ yếu diễn ra điều hòa phiên mã.
- Sinh vật nhân thực: điều hòa ở nhiều mức độ [Từ trước phiên mã đến sau dịch mã]
II. Cơ chế điểu hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ
1. Mô hình cấu trúc của opêron Lac [Vi khuẩn đường ruột E. Coli]
a. Khái niệm opêron
- Trên phân tử ADN của vi khuẩn, các gen có liên quan về chức năng thường phân bố liền nhau thành từng cụm , có chung một cơ chế điều hòa gọi là opêron
b. Cấu trúc opêron Lac
- Vùng khởi động P [promoter]: nơi mà ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.
- Vùng vận hành O [operator]: có trình tự Nu đặc biệt để prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã.
- Nhóm gen cấu trúc Z, Y, A quy định tổng hợp các enzym tham gia phản ứng phân giải đường lactôzơ trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào.
* Trước mỗi opêron [nằm ngoài opêron] có gen điều hoà R. Khi gen điểu hòa R hoạt động sẽ tổng hợp nên prôtêin ức chế. Prôtêin này có khả năng liên kết với vùng vận hành [O] dẫn đến ngăn cản quá trình phiên mã. [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
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
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.
III. Cơ chế điểu hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực
- Khác với nhân sơ, nhiễm sắc thể của nhân thực có cấu trúc phức tạp. Ngay trên cấu trúc nhiễm sắc thể có sự tham gia của các protein, histone có vai trò điều hòa biểu hiện của gen. Sự điều hòa biểu hiện gen ở nhân thực phải qua nhiều mức điều hòa phức tạp hơn so với nhân sơ và qua nhiều giai đoạn như: nhiễm sắc thể tháo xoắn, phiên mã, biến đổi hậu phiên mã, mRNA rời nhân ra tế bào chất, dịch mã và biến đổi sau dịch mã.
- Ngoài ra, đa số nhân thực có cơ thể đa bào và mỗi tế bào có biểu hiện sống không phải tự do, mà chịu sự biệt hóa theo các chức năng chuyên biệt trong mối quan hệ hài hòa với cơ thể.
- Các vi khuẩn thường phản ứng trực tiếp với môi trường và biểu hiện gen thuận nghịch, như có đường lactose thì mở operon để phân hủy, khi hết đường thì operon đóng lại. Trong khi đó, các tế bào nhân thực có những con đường biệt hóa khác nhau và sự chuyên hóa là ổn định thường xuyên trong đời sống cá thể. Ngoài sự biệt hóa tế bào, các cơ thể nhân thực đa bào còn trải qua quá trình phát triển cá thể với nhiều giai đoạn phức tạp nối tiếp nhau, trong đó có những gen chỉ biểu hiện ở phôi và sau đó thì dừng hẳn.
- Tất cả những điểm nêu trên cho thấy sự điều hòa biểu hiện của gen nhân thực phức tạp hơn nhiều, mà hiện nay lại được biết ít hơn nhân sơ.