BÀI 3: ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

A - MỤC TIÊU BÀI HỌC

- Nêu được khái niệm điều hòa biểu hiện gene.

- Trình bày được thí nghiệm trên operon Lac của E.coli.

- Phân tích được ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene trong tế bào và trong quá trình phát triển cá thể.

- Nêu được ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene.

B - NHỮNG KIẾN THỨC CẦN GHI NHỚ

I. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE CỦA OPERON LAC

1. Thí nghiệm trên operon Lac của E.coli

* Kết luận: Gene lacZ, lacY, lacA phân bố nằm liền nhau thành cụm trên phân tử DNA (cùng một đơn vị phiên mã), được điều khiển bởi một vùng promoter và một vùng operator.

- Cấu trúc của operon Lac ở vi khuẩn E.coli:

Bảng 3.1. Chức năng các thành phần trên operon Lac ở vi khuẩn E.coli

2. Giải thích kết quả thí nghiệm

- Gene điều hòa (lacI) nằm trước operon mã hóa một loại protein điều hòa hoạt động của của operon Lac.

- Cơ chế điều hòa hoạt động của hệ thống lactose ở vi khuẩn E.coli:

+ Khi môi trường không có lactose: protein điều hòa bám vào vùng operator ngăn cản sự phiên mã của các gene cấu trúc. 

+ Khi môi trường có lactose: lactose liên kết với protein điều hòa nên protein không bám vào vùng operator, lúc này enzyme RNA polymerase tiến hành phiên mã các gene cấu trúc.

II. Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

- Giúp sinh vật có khả năng tự điều chỉnh quá trình trao đổi chất trong tế bào, chỉ có những sản phẩm cần thiết cho hoạt động sống của tế bào mới được tạo ra với hàm lượng phù hợp.

→ Đảm bảo thích nghi với những thay đổi của môi trường. 

- Đối với sự phát triển của sinh vật đa bào, điều hòa biểu hiện gene có vai trò quan trọng trong sự biệt hóa của các tế bào, mô, cơ quan thông qua sự đóng hoặc mở một số gene nhất định, đảm bảo cho sự phát triển cá thể diễn ra bình thường.

- Trong y - dược học: Sản xuất các loại thuốc chữa các bệnh nguy hiểm ở người.

- Trong nông nghiệp: điều chỉnh giới tính của vật nuôi theo nhu cầu của con người nhờ sử dụng hormone nhân tạo; sử dụng ánh sáng điều khiển sự biểu hiện gene để cây ngày ngắn và cây ngày dài ra hoa trái vụ.

- Trong công nghệ sinh học: điều khiển quá trình biệt hóa của mô sẹo và phát sinh hình thái của thực vật thông qua việc sử dụng các loại hormone sinh trưởng với tỉ lệ thích hợp.

- Trong nghiên cứu di truyền: điều khiển các tế bào gốc biệt hóa thành các loại tế bào, mô, cơ quan chuyên hóa nhằm thay thế các tế bào, mô, cơ quan bị bệnh ở người.