BÀI 3. ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN

Mở đầu: Hiện nay, việc sử dụng tế bào gốc trong y học là một trong những thành tựu có vai trò quan trọng trong điều trị các bệnh di truyền ở người. Tế bào gốc được sử dụng để thay thế cho các tế bào, mô bị tổn thương trong cơ thể bệnh nhân. Bằng cách nào mà tế bào gốc có thể trở thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể?

Giải rút gọn:

Tế bào gốc có thể phân chia và tạo ra các tế bào con có khả năng tái tạo biệt hóa giúp chúng có thể trở thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể.

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

Câu 1: Tại sao hai nhà khoa học Jacob và Monod có thể kết luận ba gene lacZ, lacY và lacA cùng nằm trên một phân tử DNA?

Giải rút gọn:

Vì Jacob và Monod nhận thấy sự gia tăng đồng thời của các loại enzyme, các gene lacZ, lacY và lacA được phân bố nằm liền nhau thành cụm trên phân tử DNA, được điều khiển bởi một vùng promoter và operator.

Câu 2: Quan sát Hình 3.2 và 3.3, hãy:

a) Mô tả cơ chế điều hoà hoạt động của operon Lac khi mỗi trường không có và có đường lactose.

b) Cho biết điều gì sẽ xảy ra khi đường lactose được sử dụng hết.

Giải rút gọn:

• Khi môi trường không có lactose, operon bị ức chế.

• Khi bổ sung lactose vào môi trường nuôi cấy vi khuẩn, lactose biến đổi thành allolactose gây bất hoạt protein điều hoà, khi đó, các gene của operon Lac được biểu hiện.

Luyện tập: Trong cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac, tại sao lactose được xem là chất giúp cho gene được biểu hiện?

Giải rút gọn:

Vì khi môi trường có lactose sẽ chuyển hóa thành allolactose liên kết với protein ức chế lacI làm thay đổi cấu hình không liên kết được với operator, do vậy RNA polymerase có thể liên kết với promoter và tiến hành phiên mã các gene cấu trúc, gene được biểu hiện.

II. Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU HÒA BIỂN HIỆN GENE

Câu 3: Dựa vào cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon Lac, hãy cho biết ý nghĩa của điều hoà biểu hiện gene đối với quá trình trao đổi chất ở sinh vật.

Giải rút gọn:

Ý nghĩa: giúp sinh vật có khả năng tự điều chỉnh quá trình trao đổi chất, tạo lương sản phẩm phù hợp cho hoạt động sống của tế bào giúp sinh vật đáp ứng với những thay đổi của môi trường. 

Câu 4: Quan sát Hình 3.5, hãy cho biết sự điều hoà biểu hiện gene có ý nghĩa như thế nào đối với sự phát triển cá thể ở sinh vật đa bào. 

Giải rút gọn:

Ý nghĩa:

• Giúp mỗi tế bào biệt hóa, cuối cùng hình thành cơ thể hoàn chỉnh.

• Đảm bảo cho sự phát triển bình thường của cơ thể.

Luyện tập: Nếu cơ chế điều hoà biểu hiện gene bị rối loạn sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển ở sinh vật đa bào?

Giải rút gọn:

Nếu cơ chế điều hoà biểu hiện gene bị rối loạn: tế bào không biệt hóa gây khó khăn trong việc hình thành các mô, cơ quan; từ đó khiến cơ thể bị rối loạn.

III. ỨNG DỤNG ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

Câu 5: Cho biết vai trò của một số ứng dụng điều hoà biểu hiện gene trong Bảng 3.2. Kể thêm ví dụ về ứng dụng điều hoà biểu hiện gene.

Giải rút gọn:

• Vai trò:

• Ví dụ: Nuôi cấy tế bào thực vật trong môi trường có chứa các chất hoạt hoá gene để tế bào phân chia và tái sinh thành cây con hoàn chỉnh; sử dụng các chế độ chiếu sáng khác nhau kích thích cây ra hoa.

Vận dụng: Ở người, gene BRCA mã hoá cho các protein có vai trò ngăn cản sự phân chia bất thường của các tế bào tuyến vú và buồng trứng. Nếu sự biểu hiện của gene này bị rối loạn sẽ gây nên hậu quả gì? Giải thích.

Giải rút gọn:

• Nếu sự biểu hiện của gene BRCA bất thường sẽ khiến các tế bào tuyến vú và buồng trứng phân chia bất thường, thậm chí là ung thư.

• Vì khi gene gene BRCA biểu hiện bất thường sẽ khiến các tế bào phân chia mất kiểm soát tạo thành khối u, nghiêm trọng sẽ dẫn tới ung thư.