Lý thuyết Sinh học 12 Bài 3 (Chân trời sáng tạo): Điều hòa biểu hiện gene

Lý thuyết Sinh học 12 Bài 3: Điều hòa biểu hiện gene

1. Thí nghiệm phát hiện ra operon Lac ở vi khuẩn E.coli là gì?

Một trong số các thí nghiệm của hai ông được tiến hành như sau:

Lô đối chứng: Nuôi vi khuẩn E. coli trong môi trường không có lactose và có các amino acid đánh dấu phóng xạ.

Lô thí nghiệm: Nuôi vi khuẩn E. coli trong môi trường có lactose và các amino acid đánh dấu phóng xạ.

Kết quả: Ở lô đối chứng, các enzyme B-galatosidase, permease và transacetylase đánh dấu phóng xạ xuất hiện với lượng không đáng kể, trong khi ở lô thí nghiệm, lượng các enzyme đánh dấu phóng xạ trong tế bào tăng mạnh so với ở lô đối chứng.

Kết luận: Lactose đã kích hoạt tế bào tổng hợp đồng thời cả ba enzyme B-galatosidase, permease và transacetylase.

2. Cấu trúc operon Lac là gì?

Operon lac gồm vùng điều hòa và ba gene cấu trúc. Vùng điều hòa gồm trình tự P (promoter), là nơi enzyme RNA polymerase khởi động quá trình phiên mã các gene cấu trúc và trình tự O (operator), nơi liên kết với protein ức chế ngăn cản quá trình phiên mã. Tiếp đến là ba gene cấu trúc: lacZ quy định enzyme B-galatosidase, lacY quy định enzyme permease và gene lacA quy định enzyme transacetylase. Operon lac được điều hòa bởi gene điều hòa laci quy định protein ức chế (lacl). Tuy nhiên, gene lac/ không thuộc operon lac.

3. Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac là gì?

Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế lacl liên kết với operator khiến enzyme RNA polymerase không thể liên kết được với promoter nên các gene cấu trúc không được phiên mã.

Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose và liên kết với protein ức chế laci khiến protein này thay đổi cấu hình dẫn đến không liên kết được với operator, do vậy enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter và tiến hành phiên mã các gene cấu trúc. Vì vi khuẩn không có màng nhân và gene không phân mảnh nên các gene cấu trúc phiên mã đến đâu được dịch mã đến đó tạo ra các loại enzyme tham gia vào quá trình phân giải lactose trong môi trường.

4. Ý nghĩa của điều hòa hiệu hiện của gene?

Điều hòa hoạt động gene đảm bảo cho tế bào không bị lãng phí năng lượng. Ở sinh vật đa bào, điều hòa hoạt động gene khiến các tế bào trong cùng cơ thể được biệt hóa thực hiện các chức năng khác nhau trong quá trình phát triển cá thể.

5. Ứng dụng điều hòa biểu hiện của gene trong thực tiễn là gì?

Điều hòa hoạt động gene có thể được ứng dụng để sản xuất một số loại thuốc chữa bệnh hoặc điều khiển sự sinh trưởng, phát triển của vật nuôi, cây trồng, đem lại hiệu quả kinh tế cao.

Trắc nghiệm: Điều hòa biểu hiện gene

Câu 1. Sự điều hòa hoạt động của gen tổng hợp enzim phân giải lactozo của vi khuẩn E. coli diễn ra ở cấp độ nào?

A. Diễn ra hoàn toàn ở cấp độ sau dịch mã.

B. Diễn ra hoàn toàn ở cấp độ dịch mã.

C. Diễn ra chủ yếu ở cấp độ phiên mã.

D. Diễn ra hoàn toàn ở cấp độ sau phiên mã.

Câu 2. Mối tương quan giữa protein ức chế với vùng vận hành O được thể hiện như thế nào?

A. Khi môi trường không có lactozo, protein ức chế gắn vào O, ngăn cản sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc.

B. Khi môi trường không có lactozo, protein ức chế không gắn được vào O, không diễn ra sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc.

C. Khi môi trường không có lactozo, protein ức chế không gắn được vào O, enzim phiên mã có thể liên kết được với vùng khởi động để tiến hành phiên mã nhóm gen cấu trúc.

D. Khi môi trường có lactozo, protein ức chế gắn vào O, ngăn cản sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc.

Câu 3. Theo giai đoạn phát triển của cá thể và theo nhu cầu hoạt động sống của tế bào thì

A. tất cả các gen trong tế bào đều hoạt động

B. tất cả các gen trong tế bào có lúc đồng loạy hoạt động, có khi đồng loạt dừng

C. chỉ có một số gen trong tế bào hoạt động

D. phần lớn các gen trong tế bào hoạt động

Câu 4. Trình tự các thành phần cấu tạo của một operon là

A. gen điều hòa – vùng vận hành – vùng khởi động – nhóm gen cấu trúc.

B. vùng khởi động – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc.

C. nhóm gen cấu trúc – vùng vận hành – vùng khởi động.

D. nhóm gen cấu trúc – vùng khởi động – vùng vận hành.

Câu 5. Phát biểu nào dưới đây không đúng khi nói về đặc điểm của điều hòa hoạt động gen ở tế bào nhân thực?

A. Cơ chế điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực phức tạp hơn ở sinh vật nhân sơ.

B. Phần lớn các trình tự nucleotit trên ADN được mã hóa thành các thông tin di truyền.

C. Phần ADN không mã hóa thì đóng vai trò điều hòa hoặc không hoạt động.

D. Có nhiều mức điều hòa, qua nhiều giai đoạn: từ nhiễm sắc thể (NST) tháo xoắn đến biến đổi sau dịch mã.

Câu 6. Trong cơ chế điều hòa hoạt động của operon Lac, sự kiện nào sau đây diễn ra cả khi môi trường có lactozo và khi môi trường không có laztozo?

A. Một số phân tử lactozo liên kết với protein ức chế.

B. Gen điều hòa R tổng hợp protein ức chế.

C. Các gen cấu trúc Z, Y, A phiên mã hóa tạo ra các phân tử mARN tương ứng.

D. ARN polimeraza liên kết với vùng khởi động của operon Lac và tiến hành phiên mã.

Câu 7. Trong cơ chế điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ, vai trò của gen điều hòa là

A. mang thông tin cho việc tổng hợp một protein ức chế tác động lên các gen cấu trúc.

B. nơi gắn vào của protein ức chế để cản trở hoạt động của enzim phiên mã.

C. mang thông tin cho việc tổng hợp một protein ức chế tác động lên vùng vận hành.

D. mang thông tin cho việc tổng hợp một protein ức chế tác động lên vùng khởi động.

Câu 8. Trình tự nucleotit đặc biệt của một operon nơi enzim ARN polimeraza bám vào khởi động quá trình phiên mã các gen cấu trúc được gọi là:

A. tổng hợp protein ức chế bám vào vùng khởi động để khởi đầu phiên mã.

B. tổng hợp enzim ARN polimeraza bám vào vùng khởi động để khởi đầu phiên mã.

C. tổng hợp protein ức chế bám vào vùng vận hành để ngăn cản quá trình phiên mã.

D. tổng hợp các loại enzim tham gia vào phan ứng phân giải đường lactozo.

Câu 9. Xét một operon Lac ở E. coli, khi môi trường không có lactozo nhưng enzim chuyển hóa lactozo vẫn được tạo ra. Một học sinh đã đưa ra một số giải thích cho hiện tượng trên như sau:

(1) Do vùng khởi động (P) bị bất hoạt nên enzim ARN polimeraza có thể bám vào để khởi động quá trình phiên mã.

(2) Do gen điều hòa (R) bị đột biến nên không tạo được protein ức chế.

(3) Do vùng vận hành (O) bị đột biến nên không liên kết được với protein ức chế.

(4) Do gen cấu trúc (Z, Y, A) bị độ biến làm tăng khả năng biểu hiện của gen.

Những giải thích đúng là:

A. (2) và (4)

B. (1), (2) và (3)

C. (2) và (3)

D. (2), (3) và (4)

Câu 10. Vai trò của lactozo trong cơ chế điều hòa hoạt động của operon Lac ở E. coli là:

A. liên kết đặc hiệu với protein điều hòa, khiến nó mất khả năng bám vào trình tự vận hành, tạo điều kiện cho ARN polimeraza hoạt động.

B. gắn vào trình tự vận hành operator để khởi đầu quá trình phiên mã ở gen điều hòa.

C. hoạt hóa trình tự khởi động promoter để thực hiện quá trình phiên mã ở gen điều hòa.

D. ức chế gen điều hòa và cản trở quá trình phiên mã của gen này để tạo ra protein điều hòa.

Câu 11. Ở vi khuẩn E. coli, khi nói về hoạt động của các gen cấu trúc trong operon Lac, kết luận nào sau đây đúng?

A. Các gen này có số lần nhân đôi bằng nhau nhưng số lần phiên mã khác nhau.

B. Các gen này có số lần nhân đôi bằng nhau và số lần phiên mã bằng nhau.

C. Các gen này có số lần nhân đôi khác nhau nhưng số lần phiên mã bằng nhau.

D. Các gen này có số lần nhân đôi khác nhau và số lần phiên mã khác nhau.

Câu 12. Ở vi khuẩn E.coli, giả sử có 6 chủng đột biến sau đây:

- Chủng I: Đột biến ở gen cấu trúc A làm cho phân tử prôtêin do gen này qui định tổng hợp bị mất chức năng

- Chủng II: Đột biến ở gen cấu trúc Z làm cho phân tử prôtêin do gen này qui định tổng hợp bị mất chức năng

- Chủng III: Đột biến ở gen cấu trúc Y làm cho phân tử prôtêin do gen này qui định tổng hợp bị mất chức năng

- Chủng IV: Đột biến ở gen điều hòa R làm cho phân tử prôtêin do gen này qui định tổng hợp bị mất chức năng

- Chủng V: Đột biến ở gen điều hòa R làm cho gen này mất khả năng phiên mã

- Chủng VI: Đột biến ở vùng khởi động (P) của Operan làm cho vùng này bị mất chức năng.

Khi môi trường có đường lactozo, có bao nhiêu chủng có gen cấu trúc Z, Y, A không phiên mã?

A. 3

B. 2

C. 1

D. 4