Sinh Học 12 Bài 3: Điều Hòa Hoạt Động Gen Là Gì?

1. Tổng quan về gen điều hòa

1.1. Triết học

Điều hòa hoạt động của gen là điều hòa lượng sản phẩm mà gen tạo ra hay nói cách khác là điều hòa quá trình tự nhân đôi để tạo ra adn, quá trình phiên mã để tạo ra arn và quá trình tổng hợp prôtêin. (gen có phiên mã, dịch mã hay không phiên mã).

Bạn Đang Xem: Sinh Học 12 Bài 3: Điều Hòa Hoạt Động Gen Là Gì?

Sự biểu hiện khác nhau của các gen trong bộ gen là kết quả của quá trình biểu hiện gen.

Điều hòa hoạt động của gen liên quan đến sự hiện diện và tương tác của các chất cảm ứng hoặc chất ức chế.

Ví dụ: Ở chủng vi khuẩn E. coli: operon lac mang gen quy định tổng hợp enzim phân giải lactôzơ và chỉ hoạt động khi trong môi trường có lactôzơ ⇒ các dạng đồng phân của lactôzơ là mã phiên mã của operon kích thích ( cảm ứng) tín hiệu.

1.2. Mức độ điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật

Điều hòa hoạt động của các gen biểu hiện ở các mức độ khác nhau:

+ Quy định mức phiên mã: Quy định lượng marn được phiên mã trong ô.

+ Điều hòa mức độ dịch mã: Điều hòa lượng protein được dịch mã.

+ Điều hoà sau dịch mã: prôtêin biến đổi, thêm nhóm chức, hình thành cấu trúc không gian và thực hiện một số chức năng nhất định sau quá trình tổng hợp prôtêin.

1.3. Ý nghĩa

Giúp tế bào chỉ tổng hợp sản phẩm của gen vào đúng thời điểm và tạo ra sản phẩm đó với số lượng cần thiết và đủ. Đổi lại, điều này có thể giúp tối ưu hóa nguyên liệu thô và năng lượng được sử dụng trong pin và không lãng phí.

Đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện sống của môi trường, vòng đời và sự phát triển bình thường của cơ thể.

2. Điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ

2.1. Tính năng điều hòa nhiệt độ

Do cấu trúc của hệ gen đơn giản, ít gen, không có intron và màng nhân nên quá trình phiên mã và dịch mã ở sinh vật nhân sơ diễn ra đồng thời. Vì vậy, quá trình điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ chủ yếu diễn ra ở cấp độ phiên mã.

2.2. mô hình cấu trúc operon lac

1.Khái niệm toán tử

Operator là tập hợp các gen cấu trúc liên quan đến chức năng, thường phân bố thành cụm chặt chẽ và chia sẻ cơ chế điều hòa chung (nhiều gen có chung một promoter).

Thuật ngữ operon chỉ được sử dụng cho DNA của sinh vật nhân sơ.

Mô hình operon ở vi khuẩn giúp các gen liên quan bật và tắt nhanh chóng cùng lúc, giúp vi khuẩn phản ứng nhanh với các điều kiện môi trường thay đổi.

b, cấu trúc operon lac

Operon lac, gen cấu trúc quy định quá trình tổng hợp các enzym tham gia vào quá trình phân hủy lactoza, được nhóm lại trên DNA và sử dụng một cơ chế điều hòa chung.

cấu trúc operon lac:

• Các gen cấu trúc (z, y, a): Gần nhau, mỗi gen quy định một loại prôtêin khác nhau nhưng có chức năng liên quan với nhau, tham gia vào các bước của quá trình vận chuyển và thủy phân đường lactôzơ, trong đó cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào.

• Vùng vận hành (o): là trình tự nuclêôtit đặc biệt được prôtêin ức chế (do gen điều hòa tổng hợp) nhận biết và liên kết, ngăn cản quá trình phiên mã của gen cấu trúc.

• Promoter (p): Nằm trước toán tử (o), nó là một trình tự nucleotide đặc biệt gắn với arn polymerase để bắt đầu quá trình phiên mã.

• Xem Thêm: Phương trình hóa học là gì? Ý nghĩa và cách lập phương trình hóa học đơn giản

  Gen điều hòa (r): Thực chất gen điều hòa (r) có promoter riêng không nằm trong cấu trúc operator nhưng có chức năng điều hòa quá trình tổng hợp prôtêin ức chế. Prôtêin ức chế này nhận biết và liên kết với vùng vận hành (o) và ngăn cản quá trình phiên mã xảy ra. Vì vậy, gen điều hòa (r) cũng đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình biểu hiện của operon.

  2.3. Cơ chế hoạt động ở sinh vật nhân sơ

  Sự biểu hiện của operon lac phụ thuộc vào sự có mặt hay vắng mặt của disacarit lactoza. Nói cách khác, operon lac chỉ hoạt động khi có lactoza trong môi trường và vi khuẩn sử dụng lactôzơ làm nguồn c. Ngược lại, trong môi trường không có đường sữa, operon lac bị tắt (không biểu hiện).

  a.Khi môi trường nuôi cấy không chứa lactoza

  

  Gen điều hòa (r) luôn hoạt động, phiên mã, dịch mã và tổng hợp prôtêin ức chế. Khi không có lactôzơ, prôtêin ức chế luôn có thể liên kết với vùng vận hành (O), ngăn không cho enzim arn pol trượt dọc theo phân tử ADN, do đó ngăn cản quá trình phiên mã. Do đó, các gen cấu trúc z, y, a không hoạt động và không tạo ra sản phẩm.

  Trong trường hợp này, operon không hoạt động hoặc bị tắt, có nghĩa là hoạt động bị ức chế.

  b.Khi môi trường chứa lactoza

  

  Xem Thêm : Soạn bài Sông nước Cà Mau | Ngắn nhất Soạn văn 6

  Khi có mặt lactôzơ, lactôzơ được chuyển thành đồng phân của nó là allolactozo, đồng phân này đóng vai trò là chất cảm ứng để kích hoạt sự biểu hiện của operon.

  Chất cảm ứng liên kết với chất ức chế, làm cho chất ức chế thay đổi cấu hình không gian của nó và không còn liên kết với vùng toán tử (o). Bằng cách này, arn pol kết nối với promoter trong vùng promoter (p) có thể trượt dọc theo phân tử DNA, qua đó thực hiện phiên mã các gen cấu trúc z, y, a, tạo ra marn, đồng thời. Dịch mã thành prôtêin.

  Các protein và enzym được tạo thành sẽ tham gia vào con đường thủy phân lactoza.

  Trong trường hợp này, operon cảm ứng hoặc mở, tức là arn, protein có thể được tạo ra.

  Khi môi trường sử dụng hết lactôzơ, prôtêin ức chế quay trở lại vùng vận hành và quá trình phiên mã dừng lại.

  3. Điều hòa hoạt động gen của sinh vật nhân thực

  Khác với sinh vật nhân sơ, sinh vật nhân thực có cấu trúc nhiễm sắc thể phức tạp hơn nhiều. Ngay trong cấu trúc cuộn của nhiễm sắc thể, sự liên kết giữa DNA và protein histone giúp điều chỉnh biểu hiện gen. Sự điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực phức tạp hơn ở sinh vật nhân sơ ở nhiều giai đoạn như cuộn xoắn, mở rộng, phiên mã và biến nạp nhiễm sắc thể. Hoạt động.

  

  Mặt khác, hầu hết các sinh vật nhân chuẩn có cấu trúc cơ thể đa bào, trong đó các tế bào được chuyên biệt hóa cho các chức năng cụ thể và chúng được liên kết với nhau để đảm bảo hoạt động hài hòa. Sự hài hòa về thể chất. Vi khuẩn thường phản ứng trực tiếp với môi trường của chúng và biểu hiện các gen cảm ứng, ví dụ, operon đường sữa được bật để thoái hóa khi có đường sữa và tắt khi cạn kiệt đường sữa. Tuy nhiên, các tế bào nhân chuẩn có nhiều con đường biệt hóa tế bào khác nhau và hầu như vẫn được chuyên biệt hóa trong suốt cuộc đời của một cá thể. Ngoài sự biệt hóa tế bào, các sinh vật nhân chuẩn đa bào trải qua quá trình phát sinh bản thể với một chuỗi các giai đoạn phức tạp, trong đó các gen chỉ được biểu hiện trong phôi và sau đó chấm dứt hoàn toàn.

  Hầu hết các gen trong tế bào nhân thực đều là gen cảm ứng, nghĩa là chỉ hoạt động khi có một số tín hiệu nhất định. Mặt khác, các gen bị tắt và DNA được xoắn chặt với các histone, ngăn cản các yếu tố bắt đầu phiên mã tiếp cận với promoter của gen. Tuy nhiên, khi cần, gen cũng sẽ nhanh chóng được kích hoạt để tổng hợp một lượng lớn sản phẩm nhằm đáp ứng nhanh chóng nhu cầu của cơ thể.

  Những điểm trên chỉ ra rằng sự điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực phức tạp hơn nhiều so với ở sinh vật nhân sơ. Do đó, cho đến nay, các cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn và ít được hiểu rõ hơn so với ở sinh vật nhân sơ.

  So với sinh vật nhân sơ, cơ chế điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực có một số điểm khác biệt:

  • Bộ gen của sinh vật nhân chuẩn lớn hơn và phức tạp hơn. Do sự có mặt của các trình tự intron trong hệ gen và vỏ nhân nên quá trình phiên mã và dịch mã không xảy ra đồng thời → quá trình điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực rất phức tạp.

  • Mục tiêu: Để đạt được sự biệt hóa tế bào chức năng.

  • Xem Thêm: Cóc kiện trời – Truyện cổ tích

    Tín hiệu điều tiết: nội tiết tố.

  • Thời gian: từ trước phiên mã đến sau dịch mã.

    4. Một số bài tập trắc nghiệm về gen điều hòa (có đáp án)

    Câu 1: Thực chất của cơ chế điều hòa hoạt động của gen là:

    A. Quy định lượng sản phẩm do một gen tạo ra.

    Điều chỉnh số lượng phân tử marn.

    Điều chỉnh số lượng phân tử tarn.

    Điều chỉnh khối lượng phân tử của ran.

    → Câu trả lời đúng là a.

    Giải thích: Điều hòa hoạt động của gen là điều hòa số lượng sản phẩm của gen tạo ra hay còn gọi là điều hòa quá trình tự sao để tạo ra ađênin, quá trình phiên mã để tạo ra arn và quá trình tổng hợp prôtêin (gen được phiên âm và dịch)

    Câu 2: Sự điều hòa biểu hiện của gen ở sinh vật nhân sơ chủ yếu diễn ra ở cấp độ:

    A. trước khi phiên mã.

    Phiên âm.

    Sau khi phiên mã.

    Xem Thêm : Tranh tô màu con chim cho bé

    Dịch mã.

    → Câu trả lời đúng là b.

    Giải thích: Do cấu trúc hệ gen đơn giản, ít gen, không có các intron và màng nhân nên quá trình phiên mã và dịch mã của sinh vật nhân sơ tiến hành đồng thời. Vì vậy, quá trình điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ chủ yếu diễn ra ở cấp độ phiên mã.

    Câu 3: Cơ chế điều hoà biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực đa bào phức tạp hơn ở sinh vật nhân sơ vì:

    A. Tế bào nhân thực có kích thước lớn hơn.

    Sinh vật nhân sơ bị giới hạn trong môi trường sống ổn định.

    Xem Thêm: Bài Thơ Trăng Ơi Từ Đâu Đến ❤Nội Dung, Hình Ảnh, Giáo Án

    Các nhiễm sắc thể của sinh vật nhân thực có ít nucleotit hơn nên mỗi trình tự nucleotit phải thực hiện nhiều chức năng.

    Ở sinh vật nhân chuẩn đa bào, các tế bào khác nhau chuyên thực hiện các chức năng khác nhau.

    → Đáp án đúng là d.

    Giải thích: Hầu hết sinh vật nhân thực là sinh vật đa bào, trong đó các tế bào được chuyên biệt hóa cho các chức năng nhất định và được liên kết với nhau để đảm bảo hoạt động hài hòa. Sự hài hòa của cơ thể.

    Đoạn 4: Theo Jacob và Mono, thành phần cấu tạo của operon lac bao gồm:

    A. Gen điều hòa (r), vùng khởi động (p), gen cấu trúc (z, y, a).

    Vùng vận hành (o), bộ gen cấu trúc (z, y, a), vùng khởi động (p).

    Gen điều hòa (r), gen vận hành (o), gen cấu trúc (z, y, a).

    Gen điều hòa (r), gen khởi động (p), gen vận hành (o), gen cấu trúc (z, y, a).

    → Câu trả lời đúng là b.

    Giải thích: Gen điều hòa (r): đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình biểu hiện của operon nhưng thực chất gen này không nằm trong cấu trúc của operon lac.

    Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về cấu trúc của operon?

    A. Operon là một nhóm các gen cấu trúc có liên quan về chức năng, có chung trình tự khởi động và chịu trách nhiệm điều hòa đồng thời quá trình phiên mã của toàn bộ nhóm gen cấu trúc nói trên.

    Operator là một tập hợp liền kề các gen cấu trúc mã hóa các phân tử protein thực hiện các chức năng liên quan hoặc không liên quan.

    Operator là một nhóm các gen cấu trúc có chung một promoter và được phiên mã để tạo ra các phân tử marn khác nhau.

    Operator là một nhóm gen cấu trúc nằm cách xa nhau trên phân tử ADN và chúng được phiên mã đồng thời để tạo ra phân tử marn.

    → Đáp án đúng là a.

    Giải thích: operon là tập hợp các gen cấu trúc có liên quan đến chức năng, thường phân bố thành cụm chặt chẽ, có cơ chế điều hòa chung và chia sẻ cùng một promoter.

    Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến vấn đề Điều hòa hoạt động của gen. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình luyện thi và đòi hỏi học sinh phải nắm chắc. Ngoài ra, các bạn có thể truy cập ngay vuihoc.vn để tham khảo thêm các bài giảng lớp 12 hoặc liên hệ với trung tâm hỗ trợ để nhận thêm nhiều bài giảng cũng như chuẩn bị kiến ​​thức tốt nhất cho kì thi THPT quốc gia sắp tới nhé!

    >>Xem thêm:

    • Lý thuyết phiên mã và dịch mã, bài tập
    • Quá trình sao chép quảng cáo diễn ra như thế nào?
    • Lý thuyết dịch thuật, diễn viên và sự tiến hóa
    • Lý thuyết và thực hành liên kết gen và sắp xếp gen