Lý thuyết Sinh 12 CTST_Bài 3 Điều Hòa Biểu Hiện Gene

Bài 3 Điều Hòa Biểu Hiện Gene

* Khái niệm về điều hoà biểu hiện của gen:

+ Ở người, gene mã hóa hormone insulin được biểu hiện ở tế bào β của tuyến tụy nhưng không biểu hiện ở TB khác.

+ Gen mã hóa cho hormone prolactin chỉ biểu hiện mạnh ở phụ nữ trong thời kì mang thai và cho con bú.

- Ví dụ:

+ Gen mã hóa cho hormone prolactin chỉ biểu hiện mạnh ở phụ nữ trong thời kì mang thai và cho con bú.

+ Ở người, gene mã hóa hormone insulin được biểu hiện ở tế bào β của tuyến tụy nhưng không biểu hiện ở TB khác.

- Điều hoà biểu hiện của gen là sự kiểm sót quá trình tạo ra sản phẩm của gen.

I. THÍ NGHIỆM XĐ CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN CỦA GENE CỦA OPERON LAC

- Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac ở vi khuẩn E. coli được hai nhà khoa học người Pháp là Francois Jacob và Jacques Monod phát hiện vào năm 1961. 

- Sự điều hòa biểu hiện gene ở vi khuẩn E. Coli diễn ra chủ yếu ở giai đoạn phiên mã.

1. Thí nghiệm trên operon Lac của E.coli.

- Vi khuẩn E. coli có ba loại enzyme tham gia chuyển hóa đường lactose, được mã hóa bởi ba gene khác nhau gồm lacZ, lacY và lacA.

 - Jacob và Monod đã nuôi cấy vi khuẩn E. coli trong hai môi trường khác nhau và theo dõi số lượng enzyme trong tế bào:

+ (1) Khi môi trường không có lactose, trong mỗi tế bào E. coli chỉ có một vài phân tử enzyme;

+ (2) Khi lactose được bổ sung vào môi trường nuôi cấy (không chứa glucose), tốc độ tổng hợp của cả 3 loại enzyme tăng lên khoảng 1000 lần chỉ trong 2-3 phút

→ Hai nhà khoa học nhận thấy các gene lacZ, lacY và lacA được phân bố nằm liền nhau thành cụm trên phân tử DNA (thuộc cùng một đơn vị phiên mã), được điều khiển bởi một vùng promoter và một vùng operator. Cấu trúc này được gọi là operon Lactose (Lac).

2. Giải thích kết quả thí nghiệm.

- Hoạt động của operon Lac chịu sự điều khiển của một gene điều hòa (lacI) nằm trước operon, gene này mã hoá cho một loại protein ức chế có khả năng liên kết với vùng operator để điều hoà hoạt động của operon Lac:

+ Khi môi trường không có lactose, operon bị ức chế, trong tế bào vi khuẩn chứa rất ít enzyme chuyển hóa đường lactose

+ Khi bổ sung lactose vào môi trường nuôi cấy vi khuẩn, lactose đóng vai trò là một chất cảm ứng gây bất hoạt protein điều hoà. Lúc này, các gene của operon Lac được biểu hiện dẫn đến số lượng enzyme chuyển hóa đường lactose trong tế bào tăng lên nhanh chóng.

II. Ý NGHĨA ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN CỦA GENE

- Ví dụ: Khi môi trường có tryptophan, vi khuẩn E. coli sẽ ngưng biểu hiện gene đối với quá trình sản xuất các enzyme xúc tác cho quá trình tổng hợp tryptophan.

- Ở sv đơn bào: giúp Vi khuẩn có khả năng tự điều chỉnh quá trình trao đổi chất trong tế bào, chỉ có những sản phẩm cần thiết cho hoạt động sống của tế bào mới được tạo ra với hàm lượng phù hợp. Môi trường có tryptophan

- Ví dụ: Ở người, gene tham gia quy định hình thái của cơ thể chỉ biểu hiện ở giai đoạn phôi, sau đó dừng hẳn. 

- Ở sv đa bào: giúp mỗi tế bào đi vào con đường biệt hóa đặc trưng hình thành nên các mô, cơ quan và hệ cơ quan chuyên hóá, cuối cùng hình thành cơ thể hoàn chỉnh

III. ỨNG DỤNG ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN CỦA GENE