Thayhienedu.com chia sẽ đến các bạn lý thuyết Sinh 12 Kết Nối Tri Thức_Bài 3 Điều hòa biểu hiện gene
I. THÍ NGHIỆM PHÁT HIỆN RA OPERON LAC Ở VI KHUẨN E. COLI
1. Thí nghiệm
Thí nghiệm của Monod và Jacob: Sử dụng các dòng đột biến
gene ở vi khuẩn E. coli, nuôi cấy trong môi trường có lactose và
không có lactose. → Kết quả: Chỉ khi môi trường có lactose mới phát hiện có các
enzyme phân giải lactose.
Monod và Jacob đã tiến hành thí nghiệm tìm hiểu cơ chế
lactose gây cảm ứng tổng hợp các enzyme phân giải lactose ở tế bào.
- Phương pháp: Sử dụng các dòng đột biến gene ở vi khuẩn
E. coli, nuôi cấy trong môi trường có lactose và không có lactose.
Sau đó, xác định lượng 3 loại enzyme tham gia phân giải lactose (enzyme
β-galatosidase, permease và transacetylase).
- Cách tiến hành:
|
Nuôi E. coli |
Môi trường (chứa các amino acid đánh dấu
phóng xạ) |
Ghi nhận hàm lượng 3 loại enzyme |
|
Lô đối chứng |
Không có lactose. |
Không được tổng hợp hoặc có lượng không đáng kể. |
|
Lô thí nghiệm |
Có lactose. |
Tăng lên gấp hàng nghìn lần. |
- Kết luận: Lactose đã kích hoạt tổng hợp đồng thời cả
ba enzyme β-galatosidase, permease và transacetylase.
Tiếp tục thí nghiệm với các dòng vi khuẩn E. coli
đột biến khác → Xác định được trình tự ba gene quy định 3 enzyme trên nằm
liền nhau trên phân tử DNA → Đề xuất thuyết operon giải thích cơ chế điều
hòa biểu hiện gene.
2. Cấu trúc và cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac
a. Cấu trúc operon lac
Cấu trúc operon lac gồm vùng điều hòa và 3 gene
cấu trúc mã hóa 3 enzyme tham gia phân giải lactose.
- Vùng điều hòa gồm:
+ Trình tự P (promoter): Nơi enzyme RNA polymerase
liên kết để khởi động quá trình phiên mã.
+ Trình tự O (operator): Nơi liên kết với protein ức
chế phiên mã.
- Ba gene cấu trúc:
+ LacZ mã hóa enzyme β-galatosidase.
+ LacY mã hóa enzyme permease.
+ LacA mã hóa enzyme transacetylase.
Operon lac được điều hòa bởi lacI - gene
mã hóa protein ức chế.
b. Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của
operon lac
Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế liên kết
với operator → Enzyme RNA polymerase không thể liên kết được với promoter → Các
gene cấu trúc không được phiên mã.
Cơ chế điều hòa biểu hiện gene khi môi trường
không có lactose
Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose
chuyển thành đồng phân của lactose (allolactose), liên kết với protein ức chế →
Protein ức chế bị thay đổi cấu hình, không liên kết được với operator →
Enzyme RNA polymerase liên kết với promoter → Gene cấu trúc được phiên mã.
Cơ chế điều hòa biểu hiện gene khi môi trường
có lactose
II. Ý NGHĨA VÀ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE
1. Ý nghĩa
Điều hòa hoạt động gene giúp tế bào tránh lãng phí
năng lượng. Ở sinh vật đa bào, điều hòa hoạt động gene giúp biệt hóa các tế
bào để chúng có thể thực hiện được các chức năng khác nhau.
- Là cơ chế giúp tế bào chỉ tổng hợp sản phẩm của
gene với lượng phù hợp khi cần thiết → Tiết kiệm năng lượng cho tế
bào.
- Giúp tế bào thích nghi được với sự thay đổi của
môi trường hay khi gặp điều kiện bất lợi.
Ví dụ: Các tế bào miễn dịch chỉ kích hoạt các gene tổng
hợp kháng thể khi tiếp xúc với các tác nhân gây bệnh.
- Ở sinh vật đa bào nhân thực: Điều hoà hoạt động
gene giúp chuyên hóa các loại tế bào thành các mô, cơ quan khác nhau từ tế
bào hợp tử.
Ví dụ: Ở người, các gene proto - oncogene tạo
ra sản phẩm vừa đủ. Nếu quá trình điều hòa hoạt động gene bị trục trặc
→ Gene hoạt động quá mức → Trở thành gene gây ung thư (oncogene).
2. Ứng dụng thực tiễn
Ứng dụng của điều hòa hoạt động gene: Sản xuất thuốc;
biệt hóa tế bào gốc; điều khiển sự sinh trưởng, phát triển của vật nuôi, cây trồng;...
- Sản xuất ra các thuốc ức chế sản phẩm của gene gây bệnh.
Ví dụ: Thuốc tamoxifen ức chế đặc hiệu thụ thể
estrogen alpha (ERα) để chữa ung thư vú do gene ERα biểu hiện quá mức.
- Biệt hoá thành các loại tế bào khác nhau từ tế bào gốc
để dùng cho mục đích chữa bệnh hoặc thử tác động của thuốc.
- Tạo sản phẩm của gene để chữa bệnh.
Ví dụ: Điều trị bệnh lùn bẩm sinh do gene
không tạo đủ hormone sinh trưởng.
- Chủ động đóng mở gene nhất định để phù hợp với
nhu cầu sản xuất.
Ví dụ: Sử dụng ánh sáng điều khiển các gene để cây ra hoa vào mùa thích hợp; sử dụng các hormone sinh dục để điều khiển tỉ lệ giới tính ở vật nuôi.