Giải chi tiết Sinh học 12 CTST Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: 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?

Bài làm chi tiết:

Tế bào gốc có thể trở thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể vì chúng có khả năng phân chia và tạo ra các tế bào con có khả năng tái tạo (tự đổi mới) hoặc có được các đặc điểm của các loại tế bào trưởng thành hơn (biệt hóa).

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?

Bài làm chi tiết:

Hai nhà khoa học Jacob và Monod dựa vào kết quả của thí nghiệm nuôi cấy vi khuẩn E. coli trong hai môi trường khác nhau và theo dõi sự biến đổi của enzyme trong tế bào. Họ quan sát thấy sự gia tăng đồng thời của các loại enzyme, từ đó suy luận rằng các gene lacZ, lacY và lacA đều tồn tại trong một cụm gene trên cùng một phân tử DNA. Điều này cho thấy chúng cùng được điều khiển bởi một vùng promoter và một vùng 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.

Bài làm chi tiết:

a) 

• Khi môi trường không có lactose, operon bị ức chế, enzyme chuyển hoá đường lactose trong tế bào vi khuẩn có rất ít.

• Khi môi trường có lactose, lactose được biến đổi thành allolactose là một chất cảm ứng gây bất hoạt protein điều hoà và số lượng enzyme chuyển hoá đường lactose trong tế bào tăng lên nhanh chóng.

b) Khi lactose được sử dụng hết, protein ức chế sẽ gắn vào vùng điều khiển (operator) của operon lac và ngăn chặn quá trình phiên mã của các gene cấu trúc.

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?

Bài làm chi tiết:

Khi môi trường có lactose, một phần nhỏ lactose được chuyển hóa thành allolactose kết hợp với protein ức chế lacI. Quá trình này làm thay đổi cấu trúc của protein, làm cho nó không thể liên kết với operator. Kết quả, enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter và bắt đầu quá trình phiên mã các gene cấu trúc, qua đó 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.

Bài làm chi tiết:

Điều hoà biểu hiện gene có ý nghĩa giúp sinh vật tự điều chỉnh quá trình trao đổi chất trong tế bào, chỉ sản xuất các sản phẩm cần thiết cho hoạt động sống của tế bào với lượng phù hợp. Điều đó cho phép sinh vật có thể phản ứng linh hoạt với các biến 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. 

Bài làm chi tiết:

Điều hòa biểu hiện gene có ý nghĩa đối với sự phát triển cá thể ở sinh vật đa bào:

• Hình thành các tế bào chuyên hóa các chức năng khác nhau cho cơ thể. 

• Bảo đảm cho sự phát triển bình thường của cơ thể, đảm bảo sự hoạt động hiệu quả của các tế bào và cấu trúc 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?

Bài làm chi tiết:

Nếu cơ chế điều hoà biểu hiện gene bị rối loạn sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển ở sinh vật đa bàotheo nhiều cách khác nhau. Các rối loạn này có thể gây ra các bệnh di truyền, rối loạn phát triển, ung thư và các bệnh khác.

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.

Bài làm chi tiết:

• Vai trò của một số ứng dụng điều hoà biểu hiện gene:

• Ví dụ: Các nhà khoa học đang nghiên cứu sử dụng kỹ thuật CRISPR để sửa chữa các đột biến gen gây ra bệnh di truyền.

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.

Bài làm chi tiết:

Nếu gene BRCA biểu hiện bất thường, có thể gây ra sự phân chia không bình thường của các tế bào tuyến vú và buồng trứng, điều này có thể dẫn đến tình trạng ung thư. Vì khi gene BRCA không hoạt động đúng cách, không thể ngăn chặn sự phân chia không kiểm soát của các tế bào, dẫn đến sự hình thành khối u. Điều này dẫn đến sự phát triển của ung thư tuyến vú hoặc ung thư buồng trứng.