- Sản phẩm của gen ở tế bào A có chức năng điều hòa hoạt động gen của các gen khác ở những tế bào khác nhau, ví dụ: các yếu tố phiên mã. - Sản phẩm của gen như yếu tố phiên mã, khi đi đ[r]
Trang 1ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Câu 1
Bình thường người ta thấy loài vi sinh vật nọ không sản xuất ra enzim D, nhưng khi đưa thêm vào môi trường nuôi cấy của chúng một chất dinh dưỡng E thì sau 15 phút người ta thấy enzim D xuất hiện Hãy giải thích hiện tượng trên về mặt cơ chế di truyền
Hướng dẫn giải
* Dữ kiện đề bài cho ta nhận định sự điều hoà tổng hợp enzim D ở VSV nọ có thể xảy ra theo cơ chế điều hoà hoạt động gen ở vi khuẩn của F.Jacôp và J.mônô
- Trong tế bào của VSV, các gen cấu trúc có liên quan về chức năng được phân bố liền nhau thành từng cụm có chung một cơ chế điều hoà được gọi là một opêron
- 1 Opêrôn gồm các thành phần cơ bản sau:
+1 nhóm gen cấu trúc có liên quan về chức năng
+ Vùng vận hành (O): là nơi protêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã, khi không có prôtêin
ức chế thì vùng vận hành hoạt động
+ Vùng khởi động: Nơi ARN polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã
Sự hoạt động của Opêrôn phụ thuộc váo sự điều khiển của gen điều hoà Opêrôn (R), gen điều hoà không nằm trong thành phần của Opêrôn mà nằm trước Opêrôn
Bình thường gen điều hoà tổng hợp prôtêin ức chế liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã (không cho Opêrôn hoạt động)
* Trong đề bài thấy bình thường gen điều hoà phiên mã tạo mARN, tổng hợp prôtêin ức chế, chất ức chế bám vào vùng vận hành, do đó các gen cấu trúc không được phiên mã nên enzim D không được tổng hợp
- Khi đưa thêm chất dinh dưỡng E vào môi trường nuôi cấy VSV nọ thì chính chất này với vai trò là chất cảm ứng gắn với prôtêin ức chế nên nó không gắn vàp vùng vận hành được nữa, vùng vậnh được tự do điều khiển quá trình phiên mã của Opêrôn, mARN của các gen cấu trúc được tổng hợp và quá trình dịch mã xảy
ra enzim D được tổng hợp
Câu 2
Vì sao cơ chế điều hoà hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực lại phức tạp hơn so với ở sinh vật nhân sơ?
Hướng dẫn giải
Quá trình phiên mã
và dịch mã
tách rời nhau diễn ra đồng thời
Trang 2ADN liên kết với các histon tạo nên chất
nhiễm sắc vì vậy những yếu tố điều hoà khó có thể tác động trực tiếp vào ADN
dạng trần vì vậy những yếu tố điều hoà có thể tác động trực tiếp vào ADN
chứa nhiều những đoạn lặp lại và phần lớn không được dịch mã do vậy ADN ở sinh vật nhân thực thì phần lớn đóng vai trò điều hoà
ADN nhân sơ chỉ có một vài đoạn lặp lại
mARN sau khi được tổng hợp xong phải cắt
bỏ itron, nối exon sau đó mới đến riboxom để tổng hợp protein
Không có hiện tượng cắt nối như ở nhân thực
Nhu cầu protein việc tổng hợp các loại protein ở các
giai đoạn khác nhau thì khác nhau và còn phụ thuộc vào từng loại mô, nhu cầu tế bào v.v
tương đối ổn định trong suốt quá trình sống
Mức điều hòa có nhiều cách điều hoà khác nhau:
Điều hoà phiên mã, sau phiên mã, dịch mã v.v
chủ yếu ở dang phiên mã và nhìn chung chủ yếu theo mô hình Operon
Câu 3
Tại sao sự điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực thể hiện khác nhau ở những giai đoạn phát triển khác nhau của cá thể?
Hướng dẫn giải
Sự điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực thể hiện khác nhau ở những giai đoạn phát triển khác nhau của cá thể, vì:
- Sinh vật nhân thực thường có cấu tạo cơ thể rất phức tạp, bao gồm các mô và các cơ quan chuyên hóa khác nhau phát sinh từ một tế bào duy nhất (hợp tử) Vì thế, sự điều hòa biểu hiện của nhiều gen vào những giai đoạn khác nhau cần nhiều cơ chế điều hòa tinh tế mới có thể đảm bảo cho cơ thể phát triển và sinh
trưởng bình thường
- Trong sự phát sinh cá thể, tùy từng giai đoạn, tùy từng loại mô mà chỉ có một số gen trong tế bào hoạt động Điều đó được diễn ra nhờ cơ chế điều hòa hoạt động gen
Câu 4
Khi nghiên cứu cấu trúc vùng điều hòa của gen X (một gen được biểu hiện ở tế bào biệt hóa của chuột ), một nhà nghiên cứu đã dùng enzim cắt giới hạn để cắt đoạn AND phía trước gen X thành nhiều đoạn ngắn
có độ dài khác nhau Sau đó, các đoạn cắt được nối với gen lacZ (một gen chỉ thị)đã bị cắt bỏ vùng khởi động (promoter) Các AND tái tổ hợp này được chuyển vào tế bào gan để theo dõi mức độ biểu hiện của
Trang 3Vùng điều của gen X trong tế bào thần kinh
M M H M M H
LacZ
Mức độ biểu hiện
của gen lacZ
Các đoạn nối với gen lacZ
0
0
0
5
5
80
5
80
Hãy cho biết vùng nào là vùng khởi động (promoter), vùng nào là vùng tăng cường (enhancer)của gen X? Giải thích
Hướng dẫn giải
Trang 4này gen lacZ đều không biểu hiện Mặt khác, đây là vùng liên kết với yếu tố phiên mã chung giúp ARN poolimeraza có thể nhận biết và phiên mã nhưng ở mức thấp(chỉ 5 đơn vị)
- Hai vùng M-M không phải là enhancer vì sự có mặt của chúng không làm tăng mức biểu hiện của lacZ
- Vùng H-M năm gữa hai đoạn M-M là vùng enhancer vì khi lien kết với promoter thì gen lacZ đã biểu hiện
ở mức cao nhất
Câu 5
So sánh cơ chế điều hòa âm tính và điều hòa dương tính ở opêron Lac
Hướng dẫn giải
* Giống nhau:
- Đều để thích ứng với các điều kiện môi trường biến động, đồng thời để tiết kiệm năng lượng và vật chất
của tế bào
- Đều liên quan đến sự tham gia của các gen điều hòa Các gen này mã hóa cho các sản phẩm trực tiếp (prôtêin điều hòa) điều hòa sự biểu hiện của các gen cấu trúc Đều có hệ thống điều hòa cảm ứng và ức chế thông qua sự tương tác của các tác nhân môi trường (vai trò làm tín hiệu điều hòa) với prôtêin điều hòa
* Khác nhau:
- Trong cơ chế điều hòa dương tính, prôtêin điều hòa có vai trò làm tăng sự biểu hiện của một hoặc một số
gen cấu trúc Còn trong điều hòa âm tính, prôtêin điều hòa có vai trò ức chế sự biểu hiện của gen cấu trúc
- Trong cơ chế điều hòa dương tính sản sinh prôtêin điều hòa liên kết với trình tự phần đầu của vùng P (promoter),
còn trong điều hòa âm tính, prôtêin điều hòa liên kết với vùng O (operater)
Câu 6
Khi một gen được chuyển từ vị trí này sang vị trí khác trên nhiễm sắc thể thì có thể xảy ra các khả năng: (1) gen được phiên mã nhiều hơn so với bình thường và (2) gen không được phiên mã Hãy giải thích tại sao
Hướng dẫn giải
- Trường hợp gen được phiên mã nhiều hơn: Do chuyển vị trí làm cho gen đó gắn được với một promoter mới có khả năng liên kết tốt hơn với ARN polymeraza hoặc gen được chuyển đến vị trí gần với trình tự tăng cường (gen tăng cường), một trình tự nucleotit có khả năng làm tăng ái lực của ARN polymeraza với promoter
- Trường hợp gen không được phiên mã có thể là do gen đã được chuyển vào vùng dị nhiễm sắc, tại đó ADN bị co xoắn chặt khiến phiên mã không thể xẩy ra
Câu 7
Sản phẩm của một gen ở một loại tế bào nhất định (tế bào A) của người có thể hoạt hóa các gen khác nhau
ở những tế bào thuộc các mô khác nhau Hãy cho biết sản phẩm của gen này ở tế bào A có chức năng gì và
Trang 5Hướng dẫn giải
- Sản phẩm của gen ở tế bào A có chức năng điều hòa hoạt động gen của các gen khác ở những tế bào khác nhau, ví dụ: các yếu tố phiên mã
- Sản phẩm của gen như yếu tố phiên mã, khi đi đến các tế bào khác phải được liên kết với các thụ thể thích hợp trên màng hoặc trong tế bào chất
- Phức hợp yếu tố phiên mã sau đó liên kết với promoter của gen cần được phiên mã giúp ARN polymeraza liên kết và khởi đầu phiên mã
- Các tế bào khác nhau có cùng thụ thể cho yếu tố phiên mã nhưng có các bộ các protein khác nhau tham gia vào quá trình hoạt hóa gen nên các phức hợp yếu tố phiên mã – thụ thể - các protein khác có thể liên kết với các promoter của các gen khác nhau nên hoạt hóa các gen khác nhau
Câu 8
Điều hoà biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực có thể thực hiện ở 3 mức độ: trước phiên mã, phiên mã, sau phiên mã
a) Loại gen nào thường được điều hoà ở mức độ trước phiên mã? Cho ví dụ và giải thích
b) Các gen qui định protein điều hoà (biểu hiện gen của các gen khác) ở động vật có vú, thường được điều hoà biểu hiện ở mức độ nào trong 3 mức độ nêu trên là thích hợp nhất? Giải thích
Hướng dẫn giải
a - Loại gen cần được điều hoà ở mức độ trước phiên mã thường là các gen mà sản phẩm của chúng rất cần cho tế bào với một số lượng lớn và thường xuyên được biểu hiện Những gen này thường được lặp lại với một số lượng bản sao rất lớn trong hệ gen
- Ví dụ: gen qui định tổng hợp rARN riboxom, hay qui định protein histon rARN rất cần và cần với một lượng rất lớn để tổng hợp protein Histon là thành phần quan trọng để tổng hợp nên nhiễm sắc thể
b - Mỗi gen cần được biểu hiện đúng thời điểm, đúng vị trí, đúng mức độ nếu không sẽ gây ra những hậu quả nguy hiểm cho cơ thể, đặc biệt là những gen được biểu hiện trong quá trình phát triển phôi thai Nếu biểu hiện gen không đúng lúc đúng chỗ có thể gây ra các quái thai, thậm chí gây chết
- Các gen qui định protein điều hoà cần được điều hoà hoạt động một cách chính xác và tinh tế vì thế điều hoà sau phiên mã thường được tiến hoá “lựa chọn” Lý do là vì điều hoà sau phiên mã có thể được điều khiển bằng mức độ bền vững của mARN nên tế bào có thể có nhiều cách khác nhau điều khiển thời gian tồn tại của mARN Điều hoà biểu hiện gen ở mức độ phiên mã và trước phiên mã chỉ làm cho các gen được biểu hiện hay không biểu hiện hoặc biểu hiện nhiều hay ít một cách ổn định mà ít khi thay đổi
Câu 9
a Hãy nêu các cơ chế ở tế bào sinh vật nhân thực cho phép nhiều gen cảm ứng có thể được điều hòa biểu hiện (khởi đầu phiên mã) đồng thời
b Bằng cách nào người ta có thể xác định được một nhóm gen nhất định được điều hòa biểu hiện đồng thời bằng cơ chế nào trong những cơ chế nêu ở phần (a)? Giải thích
Hướng dẫn giải
Trang 6khác nhau được sắp xếp liền nhau trên cùng một nhiễm sắc thể, vì vậy sự biến đổi chất nhiễm sắc làm cả vùng nhiễm sắc thể có thể bị co xoắn chặt (dị nhiễm sắc hóa) hay giãn xoắn khiến các gen cùng bị bất hoạt hoặc cùng đồng thời được biểu hiện
- Cơ chế dùng chung promoter: Một số gen được biểu hiện cùng lúc là do có chung promoter nên được
phiên mã thành một ARN sơ cấp, sau đó hoàn thiện thành các mARN khác nhau
- Cơ chế sử dụng chung các yếu tố phiên mã: Các gen khác nhau có các trình tự điều khiển ở vùng điều hòa
giống nhau nên có thể liên kết được với một tổ hợp các yếu tố điều hòa phiên mã như nhau
b) Có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau:
- Bằng cách giải trình tự hệ gen người ta có thể biết được chính xác nhóm gen được biểu hiện theo cơ chế nào
- Lai in situ (lai tại chỗ) các đoạn dò để tìm vị trí gen trong hệ gen, nếu các gen phân bố trên các đoạn NST khác nhau thậm chí trên các nhiễm sắc thể khác nhau thì có thể khẳng định những gen đó được điều hòa biểu hiện cùng lúc nhờ có các trình tự điều khiển ở vùng điều hòa giống nhau
- Tách chiết ARN sơ khai rồi lai với các đoạn dò đặc hiệu của từng gen Nếu một ARN có thể lai với nhiều đoạn dò khác nhau của các gen khác nhau thì chứng tỏ chúng được điều hòa do có chung một promoter
Câu 10
Điểm giống và khác nhau giữa operon cảm ứng và operon ức chế?
Hướng dẫn giải
* Giống nhau: Đều được tắt bởi dạng hoạt hóa của pr điều hòa (pr ức chế)
* Khác nhau:
operon cảm ứng operon ức chế
luôn tắt, chỉ mở khi có chất cảm ứng
Luôn hoạt động, chỉ tắt khi có chất ức chế
pr ức chế khi mới hình thành đã ở dạng hoạt
động ngay, liên kết vào O và ức chế phiên mã
Pr ức chế khi mới tổng hợp ở dạng bất hoạt, chỉ được hoạt hóa khi có chất đồng ức chế
Enzim cảm ứng thường hoạt động trong con
đường dị hóa
Enzim ức chế thường hoạt động trong con đường đồng hóa
Câu 11
So sánh hoạt động của operon lac (lactozơ) và operon trp (tryptophan) trong điều hoà âm tính ở E.coli
Hướng dẫn giải
Giống nhau:
- Sự điều hoà của cả hai operon lac và trp đều liên quan đến cơ chế điều hoà các gen kiểu âm tính: Nghĩa
là, các operon này đều được “tắt” bởi prôtêin điều hoà tương ứng của chúng (đều là các prôtêin ức chế do gen điều hoà tổng hợp)
- Sự điều hoà của cả hai operon lac và trp đều tạo cho tế bào tiết kiệm năng lượng và vật chất trong hoạt
Trang 7operon Lac operon ức chế
luôn tắt, chỉ mở khi có chất cảm ứng
Luôn hoạt động, chỉ tắt khi có chất ức chế
pr ức chế khi mới hình thành đã ở dạng hoạt
động ngay, liên kết vào O và ức chế phiên mã
Pr ức chế khi mới tổng hợp ở dạng bất hoạt, chỉ được hoạt hóa khi có chất đồng ức chế
Enzim cảm ứng thường hoạt động trong con
đường dị hóa
Enzim ức chế thường hoạt động trong con đường đồng hóa
- Trong operon lac, các enzim tham gia vào con đường chuyển hoá lactozơ còn gọi là các enzim cảm ứng
do quá trình sinh tổng hợp chúng được gây cảm ứng bởi tín hiệu hoá học (trong trường hợp này là allolactozơ) Theo nguyên tắc tương tự, trong operon trp các enzim do operon trp mã hoá được gọi là các enzim ức chế
- Trong operon trp, khi tryptophan có sẵn trong môi trường hoặc khi lượng tích luỹ trong tế bào của chúng
đã đủ thì chính axit amin này kết hợp với prôtêin điều hoà tạo thành phức hợp đồng ức chế liên kết vào trình
tự O (operator) làm dừng quá trình phiên mã Ngược lại trong open lac, allolactose làm bất hoạt prôtêin điều hoà làm cho prôtêin này không liên kết được vào trình tự O, nhờ đó quá trình phiên mã diễn ra
Câu 12
Hình thức tổ chức gen theo kiểu Operon đem lại lợi ích gì cho SV? Cho ví dụ
Hướng dẫn giải
Ý nghĩa của việc tổ chức gen theo kiểu Operon:
- Tiết kiệm vật chất di truyền, làm cấu trúc hệ gen gọn nhẹ (cách tổ chức của nhiều gen trong TB nhân sơ)
- Tạo ra sản phẩm các gen nhanh chóng, các sản phẩm gen này thường liên quan đến nhau về chức năng
nên cùng lúc tế bào cần lượng tương đương VD: Operon Lac ở E.coli tạo ra các protein chuyển hóa lactozo,
các gen rARN (ở cả nhân sơ và nhân thực) được tạo ra lượng lớn, đồng thời mới có thể đáp ứng được yêu cầu của TB
Trang 8Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi
về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư phạm đến từ các trường Đại học và các trường chuyên danh
tiếng
xây dựng các khóa luyện thi THPTQG các môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và
Sinh Học
trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trường Chuyên khác cùng TS.Tràn Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo và Thày Nguyễn Đức
Tấn
THCS lớp 6, 7, 8, 9 yêu thích môn Toán phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập ở trường và đạt điểm tốt ở các kỳ thi HSG
cho học sinh các khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình,
TS Tràn Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thày Lê Phúc Lữ, Thày Võ Quốc Bá Cẩn
cùng đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia
III Kênh học tập miễn phí
các môn học với nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú và cộng đồng hỏi đáp sôi động nhất
miễn phí từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và Tiếng Anh
Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online cùng Chuyên Gia
HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí