Hướng dẫn giải chi tiết bài tập tự luận ôn tập chuyên đề Điều hòa hoạt động gen Sinh học 12

ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN

Câu 1.

Bình thường người ta thấy loài vi sinh vật nọ không sản xuất ra enzim D, nhưng khi đưa thêm vào môi trường nuôi cấy của chúng một chất dinh dưỡng E thì sau 15 phút người ta thấy enzim D xuất hiện. Hãy giải thích hiện tượng trên về mặt cơ chế di truyền.

Hướng dẫn giải

* Dữ kiện đề bài cho ta nhận định sự điều hoà tổng hợp enzim D ở VSV nọ có thể xảy ra theo cơ chế điều hoà hoạt động gen ở vi khuẩn của F.Jacôp và J.mônô.

- Trong tế bào của VSV, các gen cấu trúc có liên quan về chức năng được phân bố liền nhau thành từng cụm có chung một cơ chế điều hoà được gọi là một opêron.

- 1 Opêrôn gồm các thành phần cơ bản sau:

+1 nhóm gen cấu trúc có liên quan về chức năng.

+ Vùng vận hành (O): là nơi protêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã, khi không có prôtêin ức chế thì vùng vận hành hoạt động.

+ Vùng khởi động: Nơi ARN polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.

Sự hoạt động của Opêrôn phụ thuộc váo sự điều khiển của gen điều hoà Opêrôn (R), gen điều hoà không nằm trong thành phần của Opêrôn mà nằm trước Opêrôn.

Bình thường gen điều hoà tổng hợp prôtêin ức chế liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã (không cho Opêrôn hoạt động).

* Trong đề bài thấy bình thường gen điều hoà phiên mã tạo mARN, tổng hợp prôtêin ức chế, chất ức chế bám vào vùng vận hành, do đó các gen cấu trúc không được phiên mã nên enzim D không được tổng hợp.

- Khi đưa thêm chất dinh dưỡng E vào môi trường nuôi cấy VSV nọ thì chính chất này với vai trò là chất cảm ứng gắn với prôtêin ức chế nên nó không gắn vàp vùng vận hành được nữa, vùng vậnh được tự do điều khiển quá trình phiên mã của Opêrôn, mARN của các gen cấu trúc được tổng hợp và quá trình dịch mã xảy ra enzim D được tổng hợp.

Câu 2.

Vì sao cơ chế điều hoà hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực lại phức tạp hơn so với ở sinh vật nhân sơ?

Hướng dẫn giải

Câu 3.

Tại sao sự điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực thể hiện khác nhau ở những giai đoạn phát triển khác nhau của cá thể?

Hướng dẫn giải

Sự điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực thể hiện khác nhau ở những giai đoạn phát triển khác nhau của cá thể, vì:

- Sinh vật nhân thực thường có cấu tạo cơ thể rất phức tạp, bao gồm các mô và các cơ quan chuyên hóa khác nhau phát sinh từ một tế bào duy nhất (hợp tử). Vì thế, sự điều hòa biểu hiện của nhiều gen vào những giai đoạn khác nhau cần nhiều cơ chế điều hòa tinh tế mới có thể đảm bảo cho cơ thể phát triển và sinh trưởng bình thường.

- Trong sự phát sinh cá thể, tùy từng giai đoạn, tùy từng loại mô mà chỉ có một số gen trong tế bào hoạt động. Điều đó được diễn ra nhờ cơ chế điều hòa hoạt động gen.

{-- Để xem tiếp nội dung đề và đáp án từ câu 4-6 của tài liệu các em vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}

Câu 7.

Sản phẩm của một gen ở một loại tế bào nhất định (tế bào A) của người có thể hoạt hóa các gen khác nhau ở những tế bào thuộc các mô khác nhau. Hãy cho biết sản phẩm của gen này ở tế bào A có chức năng gì và tại sao nó có thể hoạt hóa các gen khác nhau ở các tế bào khác nhau của cùng cơ thể.

Hướng dẫn giải

- Sản phẩm của gen ở tế bào A có chức năng điều hòa hoạt động gen của các gen khác ở những tế bào khác nhau, ví dụ: các yếu tố phiên mã.

- Sản phẩm của gen như yếu tố phiên mã, khi đi đến các tế bào khác phải được liên kết với các thụ thể thích hợp trên màng hoặc trong tế bào chất.

- Phức hợp yếu tố phiên mã sau đó liên kết với promoter của gen cần được phiên mã giúp ARN polymeraza liên kết và khởi đầu phiên mã.

- Các tế bào khác nhau có cùng thụ thể cho yếu tố phiên mã nhưng có các bộ các protein khác nhau tham gia vào quá trình hoạt hóa gen nên các phức hợp yếu tố phiên mã – thụ thể - các protein khác có thể liên kết với các promoter của các gen khác nhau nên hoạt hóa các gen khác nhau.

Câu 8.

Điều hoà biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực có thể thực hiện ở 3 mức độ: trước phiên mã, phiên mã, sau phiên mã.

a) Loại gen nào thường được điều hoà ở mức độ trước phiên mã? Cho ví dụ và giải thích.

b) Các gen qui định protein điều hoà (biểu hiện gen của các gen khác) ở động vật có vú, thường được điều hoà biểu hiện ở mức độ nào trong 3 mức độ nêu trên là thích hợp nhất? Giải thích.

Hướng dẫn giải

a. - Loại gen cần được điều hoà ở mức độ trước phiên mã thường là các gen mà sản phẩm của chúng rất cần cho tế bào với một số lượng lớn và thường xuyên được biểu hiện. Những gen này thường được lặp lại với một số lượng bản sao rất lớn trong hệ gen.

• Ví dụ: gen qui định tổng hợp rARN riboxom, hay qui định protein  histon. rARN rất cần và cần với một lượng rất lớn để tổng hợp protein. Histon là thành phần quan trọng để tổng hợp nên nhiễm sắc thể.

b. - Mỗi gen cần được biểu hiện đúng thời điểm, đúng vị trí, đúng mức độ nếu không sẽ gây ra những hậu quả nguy hiểm cho cơ thể, đặc biệt là những gen được biểu hiện trong quá trình phát triển phôi thai. Nếu biểu hiện gen không đúng lúc đúng chỗ có thể gây ra các quái thai, thậm chí gây chết.

- Các gen qui định protein điều hoà cần được điều hoà hoạt động một cách chính xác và tinh tế vì thế điều hoà sau phiên mã thường được tiến hoá “lựa chọn”. Lý do là vì điều hoà sau phiên mã có thể được điều khiển bằng mức độ bền vững của mARN nên tế bào có thể có nhiều cách khác nhau điều khiển thời gian tồn tại của mARN. Điều hoà biểu hiện gen ở mức độ phiên mã và trước phiên mã chỉ làm cho các gen được biểu hiện hay không biểu hiện hoặc biểu hiện nhiều hay ít một cách ổn định mà ít khi thay đổi.

Câu 9.

a. Hãy nêu các cơ chế ở tế bào sinh vật nhân thực cho phép nhiều gen cảm ứng có thể được điều hòa biểu hiện (khởi đầu phiên mã) đồng thời.

b. Bằng cách nào người ta có thể xác định được một nhóm gen nhất định được điều hòa biểu hiện đồng thời bằng cơ chế nào trong những cơ chế nêu ở phần (a)? Giải thích.

Hướng dẫn giải

a. - Cơ chế biến đổi cấu trúc chất nhiễm sắc/di truyền học biểu sinh/biến đổi histone-nucleôxôm: Các gen khác nhau được sắp xếp liền nhau trên cùng một nhiễm sắc thể, vì vậy sự biến đổi chất nhiễm sắc làm cả vùng nhiễm sắc thể có thể bị co xoắn chặt (dị nhiễm sắc hóa) hay giãn xoắn khiến các gen cùng bị bất hoạt hoặc cùng đồng thời được biểu hiện.                           

- Cơ chế dùng chung promoter: Một số gen được biểu hiện cùng lúc là do có chung promoter nên được phiên mã thành một ARN sơ cấp, sau đó hoàn thiện thành các mARN khác nhau.                       

- Cơ chế sử dụng chung các yếu tố phiên mã: Các gen khác nhau có các trình tự điều khiển ở vùng điều hòa giống nhau nên có thể liên kết được với một tổ hợp các yếu tố điều hòa phiên mã như nhau.                                 

b) Có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau:

- Bằng cách giải trình tự hệ gen người ta có thể biết được chính xác nhóm gen được biểu hiện theo cơ chế nào.                                                                        

- Lai in situ (lai tại chỗ) các đoạn dò để tìm vị trí gen trong hệ gen, nếu các gen phân bố trên các đoạn NST khác nhau thậm chí trên các nhiễm sắc thể khác nhau thì có thể khẳng định những gen đó được điều hòa biểu hiện cùng lúc nhờ có các trình tự điều khiển ở vùng điều hòa giống nhau.          

- Tách chiết ARN sơ khai rồi lai với các đoạn dò đặc hiệu của từng gen. Nếu một ARN có thể lai với nhiều đoạn dò khác nhau của các gen khác nhau thì chứng tỏ chúng được điều hòa do có chung một promoter.    Câu 10. Điểm giống và khác nhau giữa operon cảm ứng và operon ức chế?

Hướng dẫn giải

* Giống nhau: Đều được tắt bởi dạng hoạt hóa của pr điều hòa (pr ức chế)

* Khác nhau:

{-- Để xem tiếp nội dung đề và đáp án từ câu 11-12 của tài liệu các em vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}