BÀI 3. ĐIỀU HOÀ BIỂU HIỆN GENE
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 3. ĐIỀU HOÀ BIỂU HIỆN GENE
Khởi động
Giới thiệu bài
Ảnh
Giới thiệu bài
Mục tiêu
Ảnh
Mục tiêu:
Trình bày được thí nghiệm trên operon lactose (lac) của vi khuẩn E.coli. Phân tích được ý nghĩa của điều hòa biểu hiện của gene trong tế bào và trong quá trình phát triển cá thể. Nêu được các ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene.
Khởi động
Ảnh
Khởi động
Các tế bào soma của một cơ thể người đều có số lượng gene giống nhau với khoảng gần 20 000 gene mã hoá protein. Trong số đó, một số gene chỉ biểu hiện ở giai đoạn phôi, các gene khác chỉ biểu hiện ở giai đoạn trưởng thành. Trong cùng một giai đoạn phát triển, có nhiều gene biểu hiện khác nhau ở các loại mô. Cơ chế phân tử nào dẫn đến hiện tượng này? Điều đó có ý nghĩa như thế nào đối với cơ thể?
Điều hòa biểu điện gene của operon lac ở vi khuẩn E.coli
Câu hỏi 1
Ảnh
Câu hỏi 1: Tại sao khi tăng nồng độ lactose trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn E. coli, nồng độ các protein và enzyme phân giải đường này cũng tăng và ngược lại?
Trả lời: - Do một tín hiệu từ môi trường gây nên biểu hiện đồng thời một cụm nhiều gene mã hoá các enzyme tham gia chuyển hoá lactose. Các gene này được phiên mã thành một mRNA (mRNA polycistronic) và dịch mã mRNA này tạo ra nhiều chuỗi polypeptide.
Hình 3.1
Ảnh
Câu hỏi 2
Ảnh
Câu hỏi 2: Quan sát hình 3.1 và dự đoán gene điều hoà chi phối sự phiên mã các gene cấu trúc của operon lạc bằng cách nào?
Trả lời: - Gene điều hòa sẽ quy định tổng hợp nên protein ức chế liên kết với vùng vận hành (O) và ngăn cản quá trình phiên mã xảy ra.
Hình 3.2
Ảnh
Câu hỏi 3
Ảnh
Câu hỏi 3: Quan sát hình 3.2 và cho biết: a) Khi môi trường không có lactose, tại sao các gene cấu trúc của operon lac không được phiên mã? b) Khi môi trường có lactose, tại sao các gene cấu trúc của operon lac được phiên mã?
Trả lời: a) Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế liên kết với operator khiến RNA polymerase không thể liên kết được với promoter nên các gene cấu trúc không được phiên mã. b) Khi môi trường có lactose: một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose (allolactose) và liên kết với protein ức chế lacI khiến protein này thay đổi cấu hình dẫn đến không liên kết được với operator, enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter và tiến hành phiên mã các gene cấu trúc.
Cơ chế điều hoà biểu hiện gene ở operon lac
Ảnh
Cơ chế điều hoà biểu hiện gene ở operon lac:
+ 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. + Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose (allolactose) và liên kết với protein ức chế lacI 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.
Ý nghĩa của sự điều hòa biểu hiện gene
Khái niệm
Ảnh
Khái niệm:
+ Điều hòa biểu hiện gene là cơ chế góp phần làm cho sản phẩm của các gene được tạo thành đúng thời điểm, có lượng phù hợp với tế bào và cơ thể. Nhờ đó, sinh vật có thể tối ưu các hoạt động sống và thích ứng với sự thay đổi thường xuyên của môi trường về nhiệt độ, dinh dưỡng. + Ví dụ: Khi vi khuẩn ở môi trường nhiệt độ cao, protein sốc nhiệt được tổng hợp, nhờ đó vi khuẩn chống chịu được điều kiện bất lợi này; khi tế bào chịu tác động của bức xạ tia tử ngoại (UV), các gene mã hóa protein sửa chữa DNA được cảm ứng biểu hiện giúp tế bào sống sót.
Ý nghĩa
Ảnh
Ý nghĩa:
- Điều hòa biểu hiện gene giúp tế bào tránh lãng phí năng lượng, không bị gây độc, tăng khả năng sống sót và cạnh tranh của sinh vật khi nguồn sống bị hạn chế. - Bên cạnh đó, ở sinh vật nhân thực đa bào, sự điều hòa biểu hiện gene còn có vai trò quyết định tính đặc thù mô, cơ quan và giao đoạn phát triển cơ thể.
Ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene
Ứng dụng điều hòa biểu hiện gene ở sinh vật nhân sơ
Ảnh
Ứng dụng điều hòa biểu hiện gene ở sinh vật nhân sơ:
- Sự điều hòa biểu hiện gene liên quan tới khả năng đáp ứng của vi khuẩn với môi trường sống được ứng dụng trong kiểm soát mật độ tế bào vi khuẩn, phát triển thuốc điều trị các bệnh nhiễm khuẩn, xử lí vi khuẩn gây ô nhiễm môi trường,... Điều hòa biểu hiện các protein cần cho sự phân bào là một hướng ứng dụng để kiểm soát tốc độ phân chia tế bào, điều hòa hoạt tính enzyme, từ đó ức chế vi khuẩn gây hại hoặc kích thích sự sinh trưởng có vi khuẩn có lợi.
Ứng dụng thực tế
Ảnh
Câu hỏi: Hãy nêu các ứng dụng thực tế liên quan đến cơ chế điều hoà biểu hiện gene trong kiểm soát mật độ tế bào ở vi khuẩn hoặc tăng hiệu quả sản xuất protein tái tổ hợp:
- Ứng dụng: Vi khuẩn Streptococcus mutans gây bệnh sâu răng ở người có khả năng tạo mảng bám răng. Vi khuẩn này có khả năng tạo màng sinh học nhờ cơ chế điều hoà biểu hiện gene cảm ứng mật độ tế bào. Vì vậy, nghiên cứu xác định các chất là phân tử tín hiệu ảnh hưởng tới sự điều hoà cảm ứng mật độ ở vi khuẩn giúp phát triển thuốc điều trị bệnh do vi khuẩn này gây nên. Ví dụ: 3,3'-diindolylmethane (DIM) được xác định là có khả năng ức chế hình thành màng sinh học ở vi khuẩn S. mutans.
Ứng dụng điều hòa biểu hiện gene ở sinh vật nhân thực
Ảnh
Ứng dụng điều hòa biểu hiện gene ở sinh vật nhân thực:
- Dựa trên hiểu biết về điều hòa biểu hiện gene, có thể chủ động điều chỉnh sự biểu hiện gene ở cây trồng và sản xuất protein tái tổ hợp. Các kĩ thuật chuyển vector mang trình tự điều hòa (tăng cường hoặc tắt biểu hiện gene) vào tế bào nhận, từ đó điều chỉnh lượng sản phẩm của gene đích. - Điều hòa biểu hiện gene được ứng dụng để cải tiến hiệu quả sản xuất protein tái tổ hợp. Để thực hiện điều đó, điều hòa biểu hiện gene theo các hướng: tạo vector tái tổ hợp mang các trình tự điều hòa được biến đổi để tăng cường phiên mã, dịch mã; tổng hợp lại gene chứa bộ ba mã hóa được dịch mã hiệu quả trong tế bào nhận; chuyển gene mã hóa tRNA vận chuyển amino acid phù hợp với tế bào nhận.
Luyện tập
Bài 1
Bài tập trắc nghiệm
Sự biểu hiện điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ diễn ra chủ yếu ở cấp độ?
A. Phiên mã.
B. Sau phiên mã.
C. Trước phiên mã.
D. Dịch mã.
Bài 2
Bài tập trắc nghiệm
Tín hiệu điều hòa hoạt động gen của operon aac ở vi khuẩn E.coli là?
A. Protein ức chế.
B. Đường lactose.
C. Enzim ADN-polimaraza.
D. Đường mantôzơ.
Bài 3
Bài tập trắc nghiệm
Trên sơ đồ cấu tạo của Operon lac ở E.coli, kí hiệu O (operator) là?
A. Vùng khởi động.
B. Vùng kết thúc.
C. Vùng mã hóa.
D. Vùng vận hành.
Vận dụng
Vận dụng
Ảnh
Vận dụng
Tại sao các thuốc có đích tác động là cơ chế cảm ứng mật độ có nhiều triển vọng ứng dụng trong điều trị bệnh do vi khuẩn kháng kháng sinh.
Cảm ơn
Ảnh