BÀI 3. ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

(15 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

Câu 1: Trình bày cấu trúc của operon lac.

Trả lời:

Operon lac gồm vùng điều hoà và ba gene cấu trúc. Vùng điều hoà 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 ß-galatosidase, lacY quy định enzyme permease và gene lacA quy định enzyme transacetylase.

Câu 2: Khi môi trường không có lactose, gene được biểu hiện như thế nào?

Trả lời:

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

Câu 3: Khi môi trường có lactose, gene được biểu hiện như thế nào?

Trả lời:

Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose và liên kết với protein ức chế lacl 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.

Câu 4: Điều hòa biển hiện gene có ý nghĩa như thế nào trong tế bào và quá trình phát triển cá thể?

Trả lời:

- Tế bào phải tiêu tốn rất nhiều năng lượng cho việc tổng hợp protein. Nhờ có sự điều hoà biểu hiện gene, tế bào chỉ tổng hợp sản phẩm của gene khi cần thiết, với lượng phù hợp với nhu cầu nên tiết kiệm được năng lượng. Ngoài ra, điều hoà biểu hiện gene còn đảm bảo cho tế bào thích nghi được với sự thay đổi của môi trường.

- Điều hoà biểu hiện gene còn có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của các sinh vật đa bào nhân thực. Từ hợp tử tạo ra được cơ thể sinh vật hoàn chỉnh với các tế bào và các mô chuyên hoá khác nhau là nhờ có sự điều hoà biểu hiện gene một cách chính xác. Các tế bào sinh ra từ một hợp tử mặc dù có cùng hệ gene, nhưng các tế bào con nhận được các tín hiệu điều hoà khác nhau từ tế bào chất của hợp tử và trong quá trình phát triển lại nhận tín hiệu điều hoà từ các tế bào xung quanh nên các tế bào khác nhau đóng, mở các nhóm gene khác nhau, tạo nên các tế bào chuyên hoá. Nếu quá trình điều hoà biểu hiện gene trong quá trình phát triển bị trục trặc, phôi thai có thể bị chết hoặc cá thể sinh ra sẽ bị dị dạng.

2. THÔNG HIỂU (5 CÂU)

Câu 1: Tại sao quá trình điều hòa biểu hiện gene rất quan trọng đối với sinh vật?

Trả lời:

Quá trình này rất quan trọng vì nó đảm bảo rằng các gene chỉ được biểu hiện đúng lúc, đúng nơi và ở mức độ cần thiết, giúp tế bào tiết kiệm năng lượng và đáp ứng linh hoạt trước các thay đổi của môi trường.

Câu 2: Operon là gì? Hãy lấy ví dụ về một operon điển hình và giải thích cơ chế hoạt động của nó.

Trả lời:

Operon là một đơn vị điều hòa hoạt động của gene ở vi khuẩn, gồm các gene cấu trúc, vùng vận hành và gene điều hòa. Ví dụ điển hình là operon Lac ở E. coli. Khi có lactose trong môi trường, protein ức chế sẽ tách khỏi vùng vận hành, cho phép enzyme RNA polymerase gắn vào và phiên mã các gene cấu trúc để tổng hợp các enzyme phân giải lactose.

Câu 3: Nêu sự khác biệt giữa điều hòa biểu hiện gene ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực.

Trả lời:

- Sinh vật nhân sơ: Điều hòa biểu hiện gene chủ yếu ở cấp độ phiên mã, thường được điều khiển bởi các operon.

- Sinh vật nhân thực: Điều hòa biểu hiện gene phức tạp hơn, xảy ra ở nhiều cấp độ khác nhau, bao gồm cả sau phiên mã và sau dịch mã. Gene ở sinh vật nhân thực thường phân mảnh, có sự tham gia của nhiều loại nhân tố phiên mã và các yếu tố điều hòa khác.

Câu 4: Tại sao điều hòa biểu hiện gene lại quan trọng đối với sự phát triển của cơ thể đa bào?

Trả lời:

Điều hòa biểu hiện gene là cơ sở cho sự phân hóa tế bào, tạo ra các loại tế bào khác nhau với chức năng khác nhau từ một tế bào gốc. Điều này giúp hình thành các mô và cơ quan khác nhau, đảm bảo sự phát triển bình thường của cơ thể đa bào.

Câu 5: Trình bày một số ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene trong thực tiễn mà em biết?

Trả lời:

- Trong y học: Các phân tử nhỏ ức chế, kháng thể đơn dòng hoặc công nghệ chỉnh sửa gen có thể được sử dụng để điều hòa biểu hiện của các gen kích thích hoặc ức chế khối u, dẫn đến ức chế sự phát triển của tế bào ung thư hoặc sự kích thích sự chết của tế bào theo chương trình.

- Trong nông nghiệp: Bằng cách điều hòa biểu hiện gen liên quan đến khả năng chịu hạn hán hoặc kháng sâu bệnh bằng các kỹ thuật như CRISPR/Cas9, các nhà khoa học có thể phát triển các giống cây có khả năng chống lại môi trường khắc nghiệt và cho năng suất cao hơn.

3. VẬN DỤNG (3 CÂU)

Câu 1: Nêu một số ví dụ về các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến quá trình điều hòa biểu hiện gene?

Trả lời:

Nhiều yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến quá trình điều hòa biểu hiện gene, chẳng hạn như:

- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao có thể làm biến tính protein, ảnh hưởng đến hoạt tính của các enzyme tham gia vào quá trình phiên mã và dịch mã.

- Ánh sáng: Ánh sáng kích thích quá trình tổng hợp diệp lục ở thực vật.

- Hormone: Hormone có thể liên kết với các thụ thể đặc hiệu trên tế bào, kích hoạt hoặc ức chế quá trình biểu hiện các gene nhất định.

- Chất dinh dưỡng: Sự có mặt hoặc vắng mặt của các chất dinh dưỡng có thể điều chỉnh quá trình biểu hiện các gene liên quan đến quá trình chuyển hóa.

Câu 2: Tại sao sự biểu hiện sai lệch của các gene điều hòa có thể dẫn đến ung thư?

Trả lời:

Các gene điều hòa đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát quá trình phân chia tế bào. Sự bất thường của các gene này có thể dẫn đến việc tế bào phân chia không kiểm soát được, hình thành khối u và phát triển thành ung thư. Ví dụ, các đột biến trong gene p53 (một gene ức chế khối u) có thể làm mất khả năng ức chế sự phân chia tế bào, tăng nguy cơ ung thư.

Câu 3: Hãy giải thích tại sao cùng một bộ gene nhưng các tế bào khác nhau trong cơ thể lại có hình dạng và chức năng khác nhau.

Trả lời:

Mặc dù tất cả các tế bào trong cơ thể đều có cùng một bộ gene, nhưng các gene khác nhau sẽ được biểu hiện ở mức độ khác nhau trong mỗi loại tế bào. Điều này là do sự khác biệt trong các yếu tố điều hòa hoạt động của gene ở mỗi loại tế bào, dẫn đến sự phân hóa tế bào và hình thành các mô, cơ quan khác nhau.

4. VẬN DỤNG CAO (3 CÂU)

Câu 1: Tại sao việc hiểu rõ cơ chế điều hòa biểu hiện gene lại quan trọng trong việc phát triển các loại thuốc mới?

Trả lời:

Hiểu rõ cơ chế điều hòa biểu hiện gene giúp các nhà khoa học tìm ra các mục tiêu mới để phát triển thuốc. Ví dụ, bằng cách ức chế các gene gây bệnh hoặc kích hoạt các gene có lợi, có thể điều trị hiệu quả nhiều bệnh khác nhau, bao gồm ung thư, bệnh tim mạch và các bệnh thoái hóa thần kinh.

Câu 2: Tại sao các loại thuốc ức chế phiên mã có thể được sử dụng để điều trị ung thư?

Trả lời:

Nhiều loại ung thư liên quan đến sự biểu hiện quá mức của các gene gây ung thư. Bằng cách ức chế quá trình phiên mã của các gene này, các thuốc ức chế phiên mã có thể làm giảm sự tăng sinh của tế bào ung thư và ngăn chặn sự phát triển của khối u.

Câu 3: Tại sao các bệnh di truyền thường liên quan đến đột biến trong các vùng điều hòa hơn là trong vùng mã hóa của gene?

Trả lời:

Vùng điều hòa của gene kiểm soát mức độ và thời điểm biểu hiện của gene. Một đột biến nhỏ trong vùng điều hòa có thể gây ra sự thay đổi lớn trong biểu hiện của gene, dẫn đến các bệnh di truyền. Trong khi đó, đột biến trong vùng mã hóa thường dẫn đến việc tạo ra một protein không chức năng hoặc có chức năng khác chức năng ban đầu.