Giáo án Sinh học 12 bài 3: Điều hòa hoạt động của gen

Tiết:5 Bài 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN I. MỤC TIÊU: - HS trình bày được thế nào là điều hòa họat động của gen. - Mô tả, vẽ, trình bày được cơ chế điều hòa hoạt động của operon Lac ở vi khuẩn E.coli theo trạng thái ức ché và hoạt động. - Nêu được những điểm khác biệt trong điều hòa hoạt động của gen ở sv nhân sơ và sv nhân thực. - Rèn luyện kỹ năng quan sát, phân tích sơ đồ và so sánh hoạt động của gen sv nhân sơ và nhân thực. - Thấy được cơ sở khoa học, tính hợp lí trong cơ chế hoạt động của gen,tế bào,cơ thể giúp cơ thể thích ứng với môi trường. II. CHUẨN BỊ: Tranh vẽ sơ đồ điều hòa hoạt động của operon Lac ở E.coli. III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC: 1. Ổn định lớp. 2. Kiểm tra bài cũ: - Vẽ và giải thích sơ đồ mối liên hệ giũa ADN – mARN – Protein ? - Trong tế bào thì lúc nào gen tạo ra sản phẩm? (lúc cơ thể cần sản phẩm của gen) * Đặt vấn đề: làm thế nào để tế bào có thể điều khiển cho gen hoạt động đúng vào thời điểm cần thiết? (đó là nhờ cơ chế điều hòa hoạt động của gen mà bài hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu) 3. Bài mới: Nội dung Hoạt động của GV và HS I. Khái quát về điều hòa hoạt động gen: Điếu hòa hoạt động của gen chính là điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra( chuỗi polipeptit và ARN) cho phù hợp với hoạt động sống của tế bào,với điều kiên môi trường và sự phát triển của cơ thể Đó là điều hòa quá trình phiên mã và dịch mã của gen II. Cơ chế diều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ: Cơ chế điều hòa hoạt động của gen được Jacop và Mono phát hiện ở vi khuẩn E.coli vào năm 1961. 1. Mô hình điều hòa của operon Lac: Operon lac bao gồm: - Nhóm gen cấu trúc(Z,Y,A) quy định tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactozo có trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào. - Vùng vận hành O (operator) là trình tự nu đặc biệt, tại đó protein ức chế có thể liên kết ngăn cản sự phiên mã. - Vùng khởi động P(promoter) là nơi mà ARN polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã . * Gen điều hòa R : có vai trò quan trọng trong điều hòa hoạt động các gen của operon. Khi gen R hoạt động sẽ tổng hợp nên protein ức chế. Protein này liên kết với vùng vận hành dẫn đến ngăn cản quá trình phiên mã. 2. Sự điều hòa hoạt động của operon Lac: - Khi môi TUẦN 02 – Tiết Ngày soạn: ……/……/……… Lớp dạy:12A2,12A3,12A4 Ngày dạy: ……/……/……… Bài ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN I MỤC TIÊU BÀI HỌC Kiến thức: - Nêu cấu trúc Ôpêrôn lac - Trình bày chế ý nghĩa điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân sơ thông qua ví dụ hoạt động ôpêrôn lac E.Coli Kĩ năng: Tư phân tích lôgic khả khái quát hóa cho học sinh Thái độ: HS xây dựng củng cố niềm tin vào khoa học II CHUẨN BỊ - Giáo viên: Giáo án, SGK, hình 3.1, 3.2a, 3.2b SGK - Học sinh: SGK, đọc trước học III PHƯƠNG PHÁP: Trực quan – Vấn đáp IV TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC Ổn định tổ chức lớp: Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số Kiểm tra: - Diễn biến kết trình phiên mã? - Quá trình dịch mã t k  BÀI 3. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN  Kiểm tra bài cũ.  Tại sao phải có sự điều hòa hoạt động gen. Cơ thể có rất nhiều gen, các gen không hoạt động đồng thời tất cả, ở mỗi giai đoạn nhất định, có 1 nhóm gen nhất định hoạt động, các nhóm khác không hoặc hoạt động yếu. VD: Gen tổng hợp các hoocmon sinh dục ở người chỉ bắt đầu hoạt động và hoạt động manh từ tuổi dậy thì trở đi…. Như vậy mà cần có sự điều hòa. I. Khái quát về điều hòa hoạt động gen. Khái niệm: Điều hòa hoạt động gen chính là điều hòa lượng sản phẩm do gen tạo ra (ARN, protein…).  Điều hòa hoạt động gen là gì.  Điều hòa hoạt động gen biểu hiện như thế nào. Các mức độ điều hòa. - Điều hòa phiên mã (tổng hợp mARN nhiều hay ít), chủ yếu ở TB nhân sơ. - Điều hòa dịch mã (tổng hợp pr nhiều hay ít). - Điều hòa sau dịch mã (biến đổi cấu trúc pr để làm thay đổi chức năng). II. Điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ. ADN mARN tự nhân đôi Phiên mã Protein Tính trạng Dịch mã Điều hòa phiên mã Điều hòa phiên mã Điều hòa dịch mã Điều hòa dịch mã Điều hòa sau dịch mã Điều hòa sau dịch mã Biến đổi 1. Mô hình cấu trúc của operon Lac. p O Z Y A Operon LacGen điều hòa . . . . . . R Các gen cấu trúc OperatorPromoterRegulator p Tổng hợp protein Vùng vận hành Vùng khởi động Tổng hợp pr ức chế 2. Sự điều hòa hoạt động của operon Lac. p O Z Y A . . . . . . R p     Phiên mã Dịch mã Protein ức chế    p O Z Y A . . . . . . R p    Phiên mã Dịch mã        Khi môi trường không có lactozơ.  Khi môi trường có lactozơ. ARN polimeraza Phiên mã Dịch mã  Lactozơ Câu hỏi và bài tập. Câu 1. Điều hòa sản phẩm (ARN, Pr…) qua các quá trình (phiên mã…) Câu 2. SGK . Câu 3. Môi trường không có cơ chất (lactozơ), gen không hoạt động… Môi trường có cơ chất (lactozơ), làm biến tính protein ức chế… Vùng O của Operon được giải phóng, gen hoạt động … Câu 4. Gen điều hòa (R) mang thông tin tổng hợp protein ức chế, qua đó điều hòa hoạt động của operon BÀI 3: ĐIỀU HÒA HOẠT BÀI 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN ĐỘNG CỦA GEN 11/06/14 1 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ SINH HỌC 12 I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN 11/06/14 2 Ở động vật có vú các gen tổng hợp các prôtêin có trong sữa chỉ hoạt động ở cá thể cái và vào thời điểm con mẹ sắp sinh và nuôi con bằng sữa. I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN 1. Khái niệm điều hòa hoạt động gen: • Điều hòa hoạt động của gen là điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra. • Ví dụ: Ở vi khuẩn E.coli các gen tổng hợp những enzyme chuyển hóa đường lactôzơ chỉ hoạt động khi môi trường có lactôzơ. 11/06/14 3 I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN 2. Các mức độ điều hòa hoạt động gen:  Đối với sinh vật nhân sơ: chủ yếu ở mức phiên mã.  Đối với sinh vật nhân thực: Phiên mã, dịch mã, sau dịch mã. 11/06/14 4 II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 1. Khái niệm opêron: • Opêron là các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố liền nhau thành từng cụm và có chung một cơ chế điều hòa. 11/06/14 5 II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ • Quan sát hình, cho biết cấu trúc chung của một opêron. • Vai trò của từng thành thành phần trong cấu trúc của opêron? 11/06/14 6 A A B B C C opêron opêron Sơ đồ mô hình cấu trúc của opêron II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 2. Các thành phần cơ bản của opêron: • P (vùng khởi động của operon): chứa 1 trật tự nucleôtit đặc thù, giúp enzim ARN polimeraza nhận biết mạch mã gốc để tổng hợp mARN, và là điểm khởi đầu quá trình phiên mã. 11/06/14 7 A A B B C C opêron opêron Sơ đồ mô hình cấu trúc của opêron II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 2. Các thành phần cơ bản của opêron: • O (vùng vận hành): là trình tự nulêôtit đặc biệt, tại đó prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã. 11/06/14 8 A A B B C C opêron opêron Sơ đồ mô hình cấu trúc của opêron II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 2. Các thành phần cơ bản của opêron: • Gen cấu trúc: tham gia tổng hợp mARN. 11/06/14 9 A A B B C C opêron opêron Sơ đồ mô hình cấu trúc của opêron II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 11/06/14 10 A A B B C C opêron opêron Sơ đồ mô hình cấu trúc của opêron Tại sao gen điều hòa R không có vùng O – vùng vận hành giống vùng gen cấu trúc của Opêrôn? Tại sao gen điều hòa R không có vùng O – vùng vận hành giống vùng gen cấu trúc của Opêrôn? [...]...II ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 3 Opêron Lac: Quan sát hình cấu trúc của Opêron Lac, cho biết opêron Lac Quan sát hình cấu trúc của Opêron Lac, cho biết opêron Lac có điểm nào khác so với cấu trúc chung của một opêron? có điểm nào khác so với cấu trúc chung của một opêron? 11/06/14 11 II ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 3 Opêron Lac: • P (vùng khởi động của operon):... prôtêin ức chế? prôtêin ức chế? Mô tả hoạt động Mô tả hoạt động của opêron Lac của opêron Lac khi môi trường khi môi trường không có và có không có và có lactôzơ lactôzơ 11/06/14 13 II ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ •Lactôzơ + prôtêin ức chế  thay đổi cấu hình Gen điều hòa  prôtêin ức chế gắn vào vùng vận hành  ngăn cản phiên mã của các gen cấu trúc prôtêin ức chế không liên... vùng khởi động mARN (gen Z, Y, A) enzym phân 11/06/14 giải lactôzơ 14 Củng Cố Cấu trúc nào không thuộc thành phần của opêron nhưng có vai trò quyết định sự hoạt động của opêron? A Gen cấu trúc B Gen vận hành C D Gen điều hòa Gen khởi động 15 Theo mô hình opêron Lac, vì sao prôtêin ức chế mất tác dụng? A Vì nó bị phân hủy khi có lactôzơ B Vì CHÀO CÁC EM HỌC SINH! KÍNH CHÀO QUÝ THẦY CÔ GIÁO! KIỂM TRA BÀI CŨ Đáp án:  Cơ chế phiên mã: * Mở đầu: Enzym ARN-polimeraza bám vào vùng khởi đầu làm gen tháo xoắn để lộ mạch khuôn 3’–5’. * Kéo dài: Enzym ARN-polimeraza trượt dọc theo gen tổng hợp mạch ARN bổ sung với mạch khuôn (A-U, T-A, G-X, X-G) theo chiều 5’ – 3’. * Kết thúc: Enzym ARN-polimeraza di chuyển đến khi gặp tín hiệu kết thúc thì dừng phiên mã, phân tử ARN được giải phóng.  Trình tự các nuclêôtit trên mARN là: 5’- AUG AUX GGX GXU AAA - 3’. Trình tự các bộ ba đối mã là: UAX, UAG, XXG, XGA, UUU. Câu hỏi:  Trình bày cơ chế phiên mã.  Trên một đoạn gen có trình tự các nuclêôtit như sau: 3’– TAX TAG XXG XGA TTT– 5’. Hãy xác định trình tự các nuclêôtit trên mARN và các bộ ba đối mã khi mARN này tham gia dịch mã. Trong tế bào có rất nhiều gen, song ở mỗi thời điểm chỉ có 1 số gen hoạt động, phần lớn các gen ở trạng thái bất hoạt. Vậy cơ chế nào giúp cơ thể thực hiện được quá trình này? Tiết 3: Bài 3 I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN: Bài 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN Từ các ví dụ trên, các em hãy cho biết thế nào là ĐHHĐ của gen? * Xét 1 số ví dụ về điều hòa hoạt động của gen: - Ví dụ 1: Ở động vật có vú, các gen tổng hợp prôtêin sữa chỉ hoạt động ở cá thể cái, vào giai đoạn sắp sinh và cho con bú. - Ví dụ 2: Ở vi khuẩn E.coli, các gen tổng hợp những enzim chuyển hóa đường lactôzơ chỉ hoạt động khi môi trường có đường lactôzơ * Khái niệm: Điều hòa hoạt động gen chính là quá trình điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như với sự phát triển bình thường của cơ thể. I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN: Bài 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN * Khái niệm: Điều hòa hoạt động gen chính là quá trình điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như với sự phát triển bình thường của cơ thể. - Số lượng gen trong mỗi tế bào rất lớn nhưng thường chỉ có 1 số ít gen hoạt động còn phần lớn các gen ở trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu. - Trong cơ thể, việc điều hòa hoạt động gen có thể xảy ra ở nhiều cấp độ: cấp phiên mã, cấp dịch mã, cấp sau dịch mã. - Ở sinh vật nhân sơ, điều hòa hoạt động gen chủ yếu ở mức độ phiên mã. I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN: Bài 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN * Khái niệm: Điều hòa hoạt động gen chính là quá trình điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như với sự phát triển bình thường của cơ thể. II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ: F. Jacôp và J. Mônô (Francols Jacob và Jacques Monod) Phát hiện cơ chế điều hòa hoạt động gen ở E.Coli - 1961 I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN: Bài 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN * Khái niệm: Điều hòa hoạt động gen chính là quá trình điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như với sự phát triển bình thường của cơ thể. II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ: 1. Mô hình cấu trúc của opêron Lac: * Khái niệm opêron: Các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố thành 1 cụm có chung một cơ chế điều hòa gọi là opêron. * Mô hình cấu trúc của opêron Lac: Ôpêron là gì? Quan sát hình sau đây. I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN: Bài 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN * Khái niệm: Điều hòa hoạt động gen chính là quá trình điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như với sự phát triển bình thường của cơ thể. II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ: 1. Mô hình cấu trúc của opêron Lac: * Khái niệm opêron: Các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố thành 1 cụm có chung một cơ chế điều hòa gọi là opêron. * Mô BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUỸ LAURENCE S’TING Cuộc thi Thiết kế bài giảng điện tử e-Learning Bài 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Chương trình Sinh học , lớp 12 Giáo viên: Đoàn Thị Thu Hà – Nguyễn Kim Thoa thptpdg@gmail.com Điện thoại di động: 01666745065 Trường THPT Phan Đình Giót, thành phố Điện Biên Phủ, tỉnh Điện Biên Tháng 8/2012 BÀI 3 ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN II – ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ II – ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 1 . Mô hình cấu trúc của opêron Lac 2 . Sự điều hòa hoạt động của opêron Lac a . Khi môi trường không có lactôzơ b . Khi môi trường có lactôzơ 3 . Ý nghĩa sự điều hòa hoạt động của gen. 4. Hậu quả rối loạn điều hòa hoạt động của gen 5. Kiến thức cần nhớ. 6. Kiến thức bổ sung. 7. Hướng dẫn về nhà I – KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN I – KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN 1 . Khái niệm 2 . Các cấp độ điều hòa hoạt đông của gen NỘI DUNG BÀI HỌC 1. Khái niệm: I – Khái quát về điều hòa hoạt động của gen 1. Khái niệm Điều hoà hoạt động gen là điều hoà lượng sản phẩm của gen được tạo ra giúp tế bào điều chỉnh sự tổng hợp prôtêin cần thiết vào lúc cần thiết. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN 2. Các mức độ điều hòa hoạt động gen. - Điều hòa phiên mã. - Điều hòa dịch mã. - Điều hòa sau dịch mã. * Ở sinh vật nhân sơ, điều hòa chủ yếu là phiên mã. I . Khái quát về điều hòa hoạt động của gen . 1.Khái niệm. 2.Các mức độ điều hòa hoạt động của gen ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN I. Khái quát về điều hòa hoạt động của gen. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN II – ĐiỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ CÁC NHÀ KHOA HỌC PHÁT HiỆN RA CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA OPÊRON LAC Ở E. COLI II. Điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ . 1.Mô hình cấu trúc của opêron lác 2. Sự điều hòa hoạt động của opêron lác ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ví dụ: opêron Lac ở E.Coli Z Y A ADN O P R P Gen điều hoà Opêron Các gen cấu trúc (Z, Y, A) có liên quan về chức năng Opêron là một nhóm gen có liên quan về chức năng và có chung một cơ chế điều hoà. Vùng khởi động Vùng vận hành 1.Mô hình cấu trúc của opêron lác 2. Sự điều hòa hoạt động của opêron lác ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Z Y A ADN O P R P Gen điều hoà Opêron Các gen cấu trúc (Z, Y, A) có liên quan về chức năng Vùng khởi động Vùng vận hành Opêron Lac gồm: + Vùng khởi động (P): ARN polimeraza bám vào và bắt đầu phiên mã. + Vùng vận hành (O): Protein ức chế liên kết → ngăn phiên mã + Nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A): Tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactozo có trong môi trường → năng lượng Vùng vận hành Vùng khởi động Z Y A Gen điều hoà ADN O P R P Opêron Các gen cấu trúc (Z, Y, A) có liên quan về chức năng * Gen điều hòa (R): không nằm trong operon nhưng quan trọng, tổng hợp protein ức chế → liên kết vùng vận hành→ ngăn phiên mã protein ức chế ngăn phiên mã      !"# $ %&' ( )*+' ,-./012345-67-89:$8;<. =>./? @.A4B.3CD.E$ ,-./012345-67-89:$8;<. =>./? @.A4B.3CD.E$ ,-./0123F37-89:$8;<. =>./? @.A4B.3CD.E$ ,-./0123F37-89:$8;<. =>./? @.A4B.3CD.E$ :'GHIIJGIKL :'GHIIJGIKL :'GHI :'GHI .II'GHIG .II'GHIG :JJ'GHIGMIGN )IIK :JJ'GHIGMIGN )IIK ,-./0123F37-89:=OP 1=Q1,3P4B1=Q1,3 =3.RD ./S- ,-./0123F37-89:=OP 1=Q1,3P4B1=Q1,3 =3.RD ./S- ,-D803./0123./TU$83.3CD .E$ ,-D803./0123./TU$83.3CD .E$ ./0123 ./0123 1=Q1,3 1=Q1,3 [...]... thể Gen cấu trúc quy định tổng