Vai trò của lactozo trong cơ chế điều hòa hoạt động của operon Lac ở E. coli là

Đáp án đúng là: A

Lactozo liên kết đặc hiệu với protein ức chế, làm thay đổi cấu hình không gian của protein này, khiến nó không thể bám vào operator. Điều này giúp RNA polymerase tiếp cận promoter, kích hoạt phiên mã các gen cấu trúc trong operon Lac.

→ A đúng 

- B sai vì lactozo không gắn vào operator mà gắn vào protein ức chế, làm thay đổi cấu hình không gian của nó. Điều này giúp protein ức chế rời khỏi operator, cho phép RNA polymerase khởi đầu quá trình phiên mã.

- C sai vì lactozo không hoạt hóa trình tự khởi động (promoter) của gen điều hòa, mà liên kết với protein ức chế để giải phóng operator, cho phép RNA polymerase tiếp cận promoter của các gen cấu trúc trong operon Lac và thực hiện phiên mã.

- D sai vì nó liên kết với protein ức chế, làm bất hoạt protein này, giải phóng operator để RNA polymerase có thể phiên mã các gen cấu trúc trong operon Lac.

Operon Lac là một hệ thống điều hòa gen điển hình được tìm thấy ở vi khuẩn E. coli, cho phép vi khuẩn sử dụng lactose làm nguồn năng lượng thay thế khi glucose không có sẵn. Lactose, cụ thể hơn là chất chuyển hóa của nó – allolactose, đóng vai trò như một tín hiệu phân tử điều chỉnh hoạt động của operon này.

1. Cấu trúc của operon Lac: Operon Lac gồm ba gen cấu trúc (lacZ, lacY, lacA) mã hóa cho các enzyme cần thiết để phân giải lactose, cùng với các vùng điều hòa bao gồm promoter, operator (vùng vận hành), và một gen điều hòa lacI.

2. Cơ chế điều hòa âm tính:

   • Trong điều kiện không có lactose, protein điều hòa (repressor) do gen lacI mã hóa sẽ gắn vào vùng operator. Sự gắn kết này ngăn cản ARN polymerase tiếp cận promoter và khởi đầu quá trình phiên mã các gen cấu trúc.
   • Điều này ngăn chặn sự biểu hiện của các enzyme tham gia vào việc sử dụng lactose.

3. Vai trò của lactose (allolactose):

   • Khi lactose hiện diện trong môi trường, một phần nhỏ được chuyển hóa thành allolactose, chất đóng vai trò như một tín hiệu cảm ứng.
   • Allolactose liên kết đặc hiệu với protein điều hòa, làm thay đổi hình dạng không gian của protein này, khiến nó mất khả năng gắn vào operator.
   • Khi vùng vận hành không còn bị chiếm giữ, ARN polymerase có thể liên kết với promoter và bắt đầu quá trình phiên mã các gen lacZ, lacY, lacA, cho phép vi khuẩn sản xuất các enzyme cần thiết để hấp thụ và phân giải lactose.

4. Điều kiện tối ưu hóa hoạt động:

   • Hoạt động của operon Lac còn phụ thuộc vào mức độ glucose trong môi trường. Khi nồng độ glucose thấp, cAMP sẽ tăng, giúp phức hợp CAP-cAMP gắn vào promoter, tăng cường khả năng liên kết của ARN polymerase, tối đa hóa biểu hiện của các gen cấu trúc.

Kết luận: Lactose có vai trò như một chất cảm ứng, điều hòa hoạt động của operon Lac bằng cách ngăn protein ức chế bám vào operator, từ đó kích hoạt phiên mã các gen cần thiết cho việc sử dụng lactose. Cơ chế này cho phép vi khuẩn thích nghi với sự thay đổi nguồn dinh dưỡng trong môi trường.