Bạn có biết rằng trong mỗi tế bào, số lượng gen rất lớn nhưng thường chỉ có một số ít gen hoạt động còn phần lớn các gen ở trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu. Vậy nên để kiểm soát được quá trình trên cơ thể sẽ làm gì để được kết quả đó. Qua bài này chúng ta sẽ biết được nó. bài tập ứng dụng từ dễ đến khó và được giải chi tiết.
Trang 1I.KHÁI NIỆM
Điều hoà hoạt động gen là điều hoà lượng sản phẩm của gen, nhằm đảm bảo hoạt động sống của sinh vật phù hợp với nhu cầu của nó và với môi trường
Giải thích :
-Trong mỗi tế bào, số lượng gen rất lớn nhưng thường chỉ có một số ít gen hoạt động còn phần lớn các gen ở trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu
Vai trò:
- Đảm bảo hoạt động sống của tế bào phù hợp điều kiện môi trường và sự phát triển bình thường của cơ thể
- Giúp nhận biết thời điểm gen hoạt động, lượng sản phẩm do gen tạo ra
Đặc điểm:
Điều hoà hoạt động gen xảy ra ở nhiều mức độ:
- Ở mức độ tế bào, sự điều hòa biểu hiện ở đóng hoặc tháo xoắn nhiễm sắc thể
- Ở mức độ phiên mã, thì thực chất điều hòa là quản lí lượng ARN được tạo ra
- Ở mức độ dịch mã , thì lượng prôtêin được điều hòa theo kiểu có được tổng hợp hay không
- Ngoài ra, điều hòa có thể xảy ra sau dịch mã, nghĩa là biến đổi prôtêin được tạo ra
Chú ý :
- Sinh vật nhân sơ: chủ yếu diễn ra điều hòa phiên mã
- Sinh vật nhân thực: điều hòa ở nhiều mức độ (Từ trước phiên mã đến sau dịch mã)
II.ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ
1.khái niệm về operon
Trên phân tử ADN của vi khuẩn, các gen có liên quan về chức năng thường phân bố liền nhau thành từng cụm , có chung một cơ chế điều hòa gọi là opêron
CHUYÊN ĐỀ II
BÀI 4 ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN
Trang 22.Mô hình operon Lac
- Vùng khởi động P (promoter): nơi mà ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã
- Vùng vận hành O (operator): có trình tự Nu đặc biệt để prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã
- Nhóm gen cấu trúc Z, Y, A quy định tổng hợp các enzym tham gia phản ứng phân giải đường lactôzơ trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào
- Trước mỗi opêron (nằm ngoài opêron) có gen điều hoà R Khi gen điểu hòa R hoạt động sẽ tổng hợp nên prôtêin ức chế Prôtêin này có khả năng liên kết với vùng vận hành (O) dẫn đến ngăn cản quá trình phiên mã
3 Sự điều hoà hoạt động gen opêron Lac (mô hình của J.Mônô và F Jacôp)
Trang 3a Khi môi trường không có lactôzơ
- Gen điều hoà hoạt động tổng hợp prôtêin ức chế Prôtêin ức chế liên kết vào vùng vận hành của opêron ngăn cản quá trình phiên mã làm các gen cấu trúc không hoạt động
b Khi môi trường có lactôzơ
- Một số phân tử lactôzơ liên kết với prôtêin ức chế làm nó không liên kết vào vùng vận hành của opêron và ARN pôlimeraza liên kết với vùng khởi động để tiến hành phiên mã
- Các phân tử mARN của gen cấu trúc được dịch mã tạo ra các enzym phân giải lactôzơ
- Khi lactôzơ bị phân giải hết thì prôtêin ức chế lại liên kết được vào vùng vận hành và quá trình phiên mã của các gen trong opêron bị dừng lại
Chú ý:
- Quá trình điều hòa nói trên là ở mức độ trước phiên mã (cho phiên mã xảy ra hay không)
- Khi có mặt lactô thì operon mới hoạt động, nên lactô được gọi là chất tín hiệu hoặc chất cảm ứng, còn cơ chế điều hòa theo kiểu nói trên gọi là điều hòa theo cảm ứng
III.ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN THỰC ( CHỈ HỌC Ở CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO)
Tín hiệu điều hòa ở các cơ thể đa bào là những phân tử do những tế bào chuyên biệt sản sinh, theo thể dịch lưu chuyển khắp cơ thể Các phân tử này tác động lên những nhóm tế bào "đích", điều chỉnh biểu hiện các gen ở các tế bào này theo đúng chương trình đã định sẵn cho phù hợp với sự phát triển của toàn cơ thể Có hai nhóm phân tử điều hòa chính: các hoocmôn và các nhân
tố tăng trưởng
Bộ gen ở sinh vật nhân thực có một số điểm đặc thù: kích thước bộ gen rất lớn, ADN được nén chặt trong nhân Do vậy mà hệ thống điều hòa đơn giản của sinh vật nhân sơ dựa vào sự nhận biết một trình tự ADN gắn bởi một prôtêin duy nhất chỉ trong giai đoạn phiên mã không còn phù hợp Sự điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực thể hiện trong mọi giai đoạn từ trước lúc sao chép đến sau khi dịch mã Cơ chế điều hòa cũng thay đổi theo từng giai đoạn Chúng ta sẽ lần lượt xem xét cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở từng giai đoạn hay mức độ khác nhau
1 Mức nhiễm sắc thể
Trên sợi nhiễm sắc có thể diễn ra các kiểu:
- Enzim DNaza I cắt một số vùng trên ADN làm tháo xoắn để các gen biểu hiện Hai vùng được lưu ý: các điểm nhạy cảm có liên quan với các gen có hoạt tính cao và siêu nhạy cảm có liên quan đến các gen có hoạt tính rất cao (như các gen histon)
Trang 4- ADN dạng Z có liên quan đến việc đóng mở gen
- Sự metyl hóa ở C vị trí 5 làm gen ngừng hoạt động Ví dụ: NST X bất hoạt ở người thuộc loại siêu metyl hóa
2 Mức phiên mã
Đây là sự điều hòa tác động trực tiếp đến việc mở hoặc đống của gen Kiểu điều hòa này thường gặp trong điều hòa trao đổi chất, trong các quá trình biệt hóa tế bào
- Tham gia điều hòa của các trình tự cis (ở gần) Các trình tự này thường tiếp nhận các prôtêin điều hòa (nhân tố trans ở xa)
- Tham gia vào quá trình điều hòa biểu hiện gen còn có nhóm các trình tự khuếch đại (enhancer) Các enhancer này có tác dụng làm tăng biểu hiện của gen tương ứng
- Đièu hòa bởi các nhân tố trans là các nhân tố không cùng nằm trên một mạch ADN
- Đièu hòa qua lựa chọn promoter thích hợp
3 Mức sau phiên mã
mARN vừa được phiên mã không được dịch mã ngay mà còn phải trải qua một giai đoạn "trưởng thành" Ở giai đoạn này tồn tại nhiều cơ chế cho phép điều hòa tính chất cũng như số lượng, số loại mARN sẽ được dịch mã: cắt nối khác nhau, điểm poliadenin hóa khác nhau, sự bảo tồn ARN trong tế bào
* Hiện tượng ghép - nối khác nhau (alteARNtive splicing)
Hê thống loại bỏ intron và nối exon của tiền mARN để hình thành mARN trưởng thành khác nhau tùy từng loại tế bào, mô Việc ghép nối khác biệt các êxon dẫn đến sự hình thành các
mARN khác nhau Thông thường các mARN này mã hóa cho các prôtêin có chức năng tương tự, nhưng đôi khi chúng lại có chức năng hoàn toàn khác nhau
* Điều hòa biểu hiện gen bằng cách tăng giảm thời gian sống của các mARN
Kiểu điều hòa này mang tính số lượng, mARN càng tồn tại lâu trong tế bào thì càng được dịch
mã thành nhiều prôtêin Hiện tượng này thấy rỗ trong trường hợp một số tế bào ung thư Quá trình tổng hợp prôtêin từ một số mARN bền vững tạo ra một số lượng rất lớn các prôtêin tương ứng Điều này giải thích được phần nào khả năng sinh sôi vô tận của các tế bào ung thư
* Sự dự trữ các mARN trong tế bào cũng là một phương thức điều hòa
Rất nhiều gen được phiên mã nhưng không bao giờ được dịch mã Khi có một tín hiệu xuất hiện (hoocmôn chẳng hạn), bộ máy dịch mã lập tức hoạt động tổng hợp prôtêin từ các mARN đã trữ sẵn
Trang 54 Mức dịch mã
Sự điều hòa biểu hiện gen trong giai đoạn này chưa được biết nhiều Dường như nó có liên quan đến hiện tượng dữ trữ mARN đề cập ở trên, vì sự dịch mã chính là một dạng tiêu thụ mARN dự trữ
5 Mức sau dịch mã
Mức này thể hiện ở sự điều hòa hoạt tính của prôtêin Sau khi mạch polipeptit được tổng hợp, prôtêin nhiều khi bị biến đổi thứ cấp trước khi biểu hiện hoạt tính Ví dụ: tripsin chỉ có được hoạt tính sau khi chất tiền thân của nó bị cắt mất một đoạn poilpeptit
Các prôtêin sau dịch mã có thể trải qua những biến đổi hóa học như glicôzin hóa, phôtphorin hóa
để có hoạt tính
Tóm lại :
- Nhân thực có nhiều cơ chế điều hoà rất phức tạp, nhân tố điều hòa rất đa dạng
- Chất tín hiệu ngoài chất dinh dưỡng còn là nhân tố khác (hoocmôn, hóa chất )
- Tế bào nhân thực có số lượng nuclêôtit lớn gấp bội tế bào nhân sơ, tạo nên rất nhiều gen, nhưng chỉ một phần là gen cấu trúc, còn phần lớn giữ vai trò điều hoà
- Sự điều hoà tiến hành ở nhiều mức độ và nhiều giai đoạn (NST, phiên mã và dịch mã), linh hoạt (cơ chế phân huỷ ARN, biến đổi prôtêin đã tổng hợp)
- Có gen tăng cường (thúc đẩy phiên mã), gen bất hoạt (kìm hãm phiên mã) và các yếu tố điều hoà khác
IV.BÀI TẬP VẬN DỤNG
Câu 1: Điều hòa hoạt động gen là:
A Điều hòa số lượng mARN được tổng hợp
B Điều hòa lượng Protêin được tạo ra
C Làm biến đổi Protêin sau khi được tổng hợp
D Điều hòa lượng sản phẩm của gen được tao ra
Câu 2: Điều hòa phiên mã là:
A Điều hòa số lượng mARN được tổng hợp
B Điều hòa lượng Protêin được tạo ra
Trang 6C Làm biến đổi Protêin sau khi được tổng hợp
D Điều hòa lượng sản phẩm của gen được tao ra
Câu 3: Điều hòa dịch mã là:
A Điều hòa số lượng mARN được tổng hợp
B Điều hòa lượng Protêin được tạo ra
C Làm biến đổi Protêin sau khi được tổng hợp
D Điều hòa lượng sản phẩm của gen được tao ra
Câu 4: Ở sinh vật nhân sơ, điều hòa hoạt động của gen diễn ra chủ yếu ở giai đoạn
Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng về vùng điều hoà của gen cấu trúc ở sinh vật nhân sơ?
A Trong vùng điều hoà có chứa trình tự nuclêôtit kết thúc quá trình phiên mã
B Vùng điều hoà cũng được phiên mã ra mARN
C Trong vùng điều hoà có trình tự nuclêôtit đặc biệt giúp ARN pôlimeraza có thể nhận biết và liên kết để khởi động quá trình phiên mã
D Vùng điều hoà nằm ở đầu 5' trên mạch mã gốc của gen
Câu 6: Theo Jacôp và Mônô, các thành phần cấu tạo của opêron Lac gồm:
A vùng vận hành (O), vùng khởi động (P), nhóm gen cấu trúc
B gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng vận hành (O)
C gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng vận hành (O), vùng khởi động (P)
D gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng khởi động (P)
Câu 7: Thành phần nào sau đây không thuộc opêron Lac?
Câu 8: Trong mô hình cấu trúc của opêron Lac, vùng vận hành (operator ) là nơi
Trang 7A chứa thông tin mã hoá các axit amin trong phân tử prôtêin cấu trúc
B ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã
C prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã
D mang thông tin quy định cấu trúc prôtêin ức chế
Câu 9: Trong cơ chế điều hoà hoạt động của opêron Lac ở vi khuẩn E.coli, vùng khởi động (promoter) là
A nơi mà chất cảm ứng có thể liên kết để khởi đầu phiên mã
B trình tự nuclêôtit đặc biệt, tại đó prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã
C những trình tự nuclêôtit mang thông tin mã hoá cho phân tử prôtêin ức chế
D nơi mà ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã
Câu 10: Để ổn định thành phần của protein trong tế bào, sự chi phối của yếu tố nào đóng vai trò quan trọng nhất
Câu 11: Vai trò của gen điều hòa (R)là
A Nơi mà ARN polymeraza bám vào khởi đầu phiên mã
B Nơi tổng hợp Protêin ức chế
C Nơi gắn Protêin ức chế làm ngăn cản sự phiên mã
D Nơi gắn các enzim tham gia dịch mã tổng hợp Protêin
Câu 12: Trong cơ chế điều hoà hoạt động của opêron Lac, sự kiện nào sau đây diễn ra cả khi môi trường có lactôzơ và khi môi trường không có lactôzơ ?
A Một số phân tử lactôzơ liên kết với prôtêin ức chế
B Các gen cấu trúc Z, Y, A phiên mã tạo ra các phân tử mARN tương ứng
C Gen điều hoà R tổng hợp prôtêin ức chế
D ARN pôlimeraza liên kết với vùng khởi động của opêron Lac và tiến hành phiên mã
Câu 13: Protêin ức chế hoạt động được khi môi trường
Trang 8A Có lactozơ B Không có lactozo
Câu 14: Protêin ức chế sẽ ngăn cản quá trình phiên mã khi liên kết với
Câu 15: Protêin ức chế bị bất hoạt khi môi trường
Câu 16: Vai trò của lactozo trong sự điều hòa hoạt động của gen ở tế bào nhân sơ?
A Làm bất hoạt Protêin ức chế nên prôtêin này không gắn vào vùng O
B Làm cho gen cấu trúc không hoạt động
C Làm bất hoạt Protêin ức chế, nên prôtêin này gắn vào vùng O
D Làm cho gen cấu trúc hoạt động
Câu 17: ARN polymeraza sẽ liên kết với vùng nào sau đây để tiến hành phiên mã
Câu 18: Protêin lac Z; Protêin lac Y; Protêin lac A được tổng hợp từ
Câu 19: Trong sự điều hòa sinh tổng hợp protein ở vi khuẩn E.coli , khi môi trường không có lactozo (chất cảm ứng ) thì cơ chế có thể diễn ra:
I.Gen điều hòa chỉ huy tổng hợp một loại protein ức chế gắn vào gen vận hành
II.Chất cảm ứng kết hợp với protein ức chế , làm vô hiệu hóa các chất ức chế
III.Gen vận hành được khởi động , các gen cấu trúc hoạt động và tổng hợp được protein
IV.Quá trình phiên mã các gen cấu trúc bị ức chế do đó không tổng hợp được mARN
Trang 9V.Gen vận hành được khởi động,căc gen cấu trúc hoạt động và tổng hợp được protein
Phát biểu đúng là
Câu 20: Trong sự điều hòa sinh tổng hợp protein ở vi khuẩn E.coli , khi môi trường có lactozo ( chất cảm ứng ) thì cơ chế có thể diễn ra :
I.Gen điều hòa chỉ huy tổng hợp một loại protein ức chế gắn vào gen vận hành
II.Chất cảm ứng kết hợp với protein ức chế , làm vô hiệu hóa các chất ức chế
III.Gen vận hành được khởi động , các gen cấu trúc hoạt động và tổng hợp được protein
IV.Quá trình phiên mã các gen cấu trúc bị ức chế do đó không tổng hợp được mARN
V.Gen vận hành được khởi động,căc gen cấu trúc hoạt động và tổng hợp được protein
Số phát biểu đúng là
Câu 21: Số gen bộ đơn bội ở người hơn vi khuẩn khoảng 1000 lần, nhưng số gen cấu trúc chỉ hơn 10 lần là do
A Người cấu tạo phức tạp có nhiều loại prôtêin
B Người chuyên hóa cao, cần nhiều gen điều hòa
C Vi khuẩn đơn giản nên số lọai prôtêin ít
D Cả A và C đều đúng
Câu 22: Ở người, gen mã hóa 1 loại mARN được lặp lại tới 200 lần, đó là biểu hiện điều hòa ở cấp độ
A trước phiên mã B lúc phiên mã C khi dịch mã D sau phiên mã Câu 23: Cho các chức năng của vùng gen cấu trúc như sau :
(1) Tiếp nhận enzim sao mã (2) mang tín hiệu khởi động
(3) Kiểm soát phiên mã (4) chứa bộ ba của 1 polipeptit trọn vẹn (5) mang tín hiệu kết thúc phiên mã
Vùng điều hòa của gen cấu trúc có chức năng là
Trang 10A 2, 3 và 4 B 3, 4 và 5 C 1, 2 và 3 D 1, 3 và 5
Câu 23: Số phát biếu ĐÚNG trong các phát biểu sau :
(1) Ở sinh vật nhân sơ chủ yếu diễn ra điều hòa dịch mã
(2) Sinh vật nhân thực: điều hòa ở nhiều mức độ (Từ trước phiên mã đến sau dịch mã)
(3) Trên phân tử ADN của vi khuẩn, các gen có liên quan về chức năng thường phân bố liền nhau thành từng cụm , có chung một cơ chế điều hòa gọi là opêron
(4) Trước mỗi opêron (nằm ngoài opêron) có gen điều hoà R
(5) Vùng khởi động P là nơi mà ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã
Câu 24: Khi nói về điều hoà hoạt động gen opêron Lac mô hình của J.Mônô và F Jacôp thì phát
biểu nào sau đây là ĐÚNG :
(1) Vùng khởi động P (promoter): nơi mà ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã (2) Vùng vận hành O (operator): có trình tự Nu đặc biệt để prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã
(3) Nhóm gen cấu trúc Z, Y, A quy định tổng hợp các enzym tham gia phản ứng phân giải đường lactôzơ trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào
(4) Khi gen điểu hòa R hoạt động sẽ không thể tổng hợp nên prôtêin ức chế
Câu 25: Sản phẩm hình thành cuối cùng theo mô hình của opêron Lac ở E.coli là:
A 1 loại prôtêin tương ứng của 3 gen Z, Y, A hình thành 1 loại enzim phân hủy lactôzơ
B 3 loại prôtêin tương ứng của 3 gen Z, Y, A hình thành 3 loại enzim phân hủy lactôzơ
C 1 phân tử mARN mang thông tin tương ứng của 3 gen Z, Y, A
D 3 phân tử mARN tương ứng với 3 gen Z, Y, A
Câu 26: Sản phẩm hình thành trong phiên mã theo mô hình của opêron Lac ở E.coli là:
A 1 loại prôtêin tương ứng của 3 gen Z, Y, A hình thành 1 loại enzim phân hủy lactôzơ
B 3 loại prôtêin tương ứng của 3 gen Z, Y, A hình thành 3 loại enzim phân hủy lactôzơ
C 3 phân tử mARN tương ứng với 3 gen Z, Y, A
