Bài giảng Sinh học Lớp 12 - Bài 3: Điều hòa hoạt động gen - Nguyễn Diểm My

Bài 3 
ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN 
GV: Nguyễn Diểm My 
Đặt vấn đề: ???? Những con số này liên quan gì đến hình bên? 
25000 
75 000 000 000 000 
Ở người có khoảng 75.10 12 tế bào, mỗi tế bào thì có khoảng 25000 gen 
Có phải các gen luôn luôn hoạt động không? 
Nếu luôn hoạt động tổng hợp sản phẩm (protein) phải giống nhau ở mọi lứa tuổi, nhưng tại sao thanh niên lại nhanh lớn hơn? 
Cần phải có cơ chế điều hoà hoạt động của gen 
 I. Khái quát về điều hòa hoạt động gen: 
Hoạt động gen là gì? 
- gồm phiên mã và dịch mã. 
Điều hòa là gì? 
Điều khiển 
- Điều hòa hoạt động của gen l à điều ho à lượng .... sản phẩm ...của gen được tạo ra. 
 I. Khái quát về điều hòa hoạt động gen: 
TB tuyến vú 
Gen tạo protein sữa 
Tất cả TB: không 
TB tuyến vú (giai đoạn mang thai, cho con bú): có 
1. Khái niệm về điều hoà hoạt động của gen: 
Thế nào là điều hoà hoạt động của gen? 
Là quá trình điều hoà lượng sản phẩm của gen được tạo ra. 
 Không. Ví dụ: 
- Ở thú, các gen tổng hợp prôtêin sữa chỉ hoạt động ở cá thể cái , vào giai đoạn sắp sinh và nuôi con bằng sữa . 
 Ở E.coli các gen tổng hợp enzim chuyển hoá đường lactôzơ chỉ hoạt động khi môi trường có lactôzơ . 
- Người có khoảng 25000 gen, chỉ có 1 số gen hoạt động, phần lớn gen ở trạng thái không hoạt động → tổng hợp prôtêin vào lúc thích hợp. 
Có phải các gen luôn luôn hoạt động? 
I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HOÀ HOẠT ĐỘNG GEN 
KHÁI NIỆM KHÁC KN : Điều hoà hoạt động của gen là gen có được phiên mã hay không đảm bảo cho các gen hoạt động đúng thời điểm cần thiết trong quá trình phát triển của cá thể 
Điều hoà hoạt động của gen có ý nghĩa gì? 
 Đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường, phù hợp với sự phát trển bình thường của cơ thể 
Giúp tế bào chỉ tổng hợp các prôtêin và các enzym cần thiết ở từng thời điểm cho sự sống Đảm bảo cho hệ thống sống sử dụng năng lượng 1 cách hiệu quả phù hợp với điều kiện môi trường 
NST 
ADN 
mARN sơ khai 
mARN ở trong nhân TB 
NST THÁO XOẮN 
PHIÊN MÃ 
BIẾN ĐỔI 
 SAU PHIÊN MÃ 
mARN trưởng thành 
Polypeptit 
DỊCH MÃ 
Phân huỷ mARN 
BIẾN ĐỔI 
SAU DỊCH MÃ 
PHÂN HUỶ 
 PROTEIN 
 Prôtêin hoạt động 
I. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU HOÀ HOẠT ĐỘNG GEN 
1. Khái niệm về điều hoà hoạt động của gen: 
2. Các cấp độ điều hoà hoạt động của gen: 
- Tế bào nhân sơ : chủ yếu là cấp độ phiên mã . 
- Tế bào nhân thực : có ở tất cả các cấp độ. 
Tại sao điều hoà hoạt động gen ở tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực lại khác nhau? 
Tế bào nhân sơ quá trình phiên mã và dịch mã diễn ra đồng thời. Tế bào nhân thực có màng nhân nên 2 quá trình xảy ra không đồng thời. 
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 
1. Mô hình cấu trúc của Ôpêron Lac: 
II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 
Thế nào là một ôpêron? 
Operon là một cụm gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố thành từng cụm và có chung một cơ chế điều hoà. 
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 
II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 
1. Mô hình cấu trúc của Ôpêron Lac: 
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 
Một ôpêron gồm có mấy vùng, vị trí và chức năng của mỗi vùng đó? 
Một Ôpêron Lac gồm 3 vùng: 
+Vùng khởi động = P: Promoter 
+Vùng vận hành = O: Operator 
+Nhóm gen cấu trúc = Z, Y, A 
Vùng vận hành 
Vùng khởi động 
Z 
Y 
A 
ADN 
O 
P 
R 
Opêron 
Opêron Lac gồm: 
P 
- Nhóm gen cấu trúc Z,Y,A: tổng hợp protein có cùng chức năng. 
- Vùng vận hành (O): tương tác với chất ức chế. 
- Vùng khởi động (P): vị trí để ARN polimeraza gắn vào khởi đầu phiên mã. 
Các gen cấu trúc (Z, Y, A) 
Gen điều hoà 
* Lưu ý: Gen R (Relulater): nằm ngoài thành phần của Opêron có vai trò điều hoà hoạt động của các gen Opêron 
 Gen điều hòa quy định tổng hợp prôtêin ức chế 
II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 
1. Mô hình cấu trúc của Ôpêron Lac: 
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 hoà (R) làm khuôn để sản xuất prôtêin ức chế , có khả năng liên kết với vùng vận hành để ngăn cản quá trình phiên mã. 
protein ức chế 
Sơ đồ cơ chế điều hòa hoạt động của Operon Lac ở E.coli 
*ỨC CHẾ 
*HOẠT ĐỘNG 
Chất cảm ứng (lactôzơ) 
Prôtêin ức chế bị bất hoạt 
Các prôtêin được tạo thành bởi các gen Z, Y, A 
mARN 
ADN 
ADN 
Z 
Y 
A 
Z 
Y 
A 
Không phiên mã 
Vùng vận hành (O) 
(Khi môi trường không có lactôzơ) 
(Khi môi trường có lactôzơ) 
Prôtêin ức chế 
(Khi môi trường có lactôzơ) 
Các thành phần cấu trúc 
Đặc điểm hoạt động khi môi trường không có lactozo 
Gen điều hoà R 
Tổng hợp .. 
Prôtêin ức chế 
 .. .. với vùng vận hành(O) 
Các gen cấu trúc Z, Y, A 
Không .. 
 prôtêin ức chế 
tương tác 
phiên mã 
Không phiên mã 
Vùng vận hành (O) 
(Khi môi trường không có lactôzơ) 
Các thành phần cấu trúc 
Đặc điểm hoạt động khi môi trường có lactozo 
Gen điều hoà R 
 prôtêin ức chế 
Prôtêin ức chế 
 Gắn với .., bị bất hoạt 
Các gen cấu trúc Z, Y, A 
 .. tổng hợp prôtêin 
( các enzim phân giải lactôzơ) 
tổng hợp 
hoạt động 
lactôzơ 
Thành phần tham gia 
Khi môi trường không có lactôzơ 
Khi môi trường có lactôzơ 
Gen điều hoà R 
Phiên mã tổng hợp chất ức chế (prôtêin ức chế) 
Phiên mã tổng hợp chất ức chế (prôtêin ức chế) 
Prôtêin ức chế 
Gắn vào vùng vận hành  vùng vận hành bị ức chế 
Gắn với lactôzơ chất ức chế bị bất hoạt vùng vận hành được tự do 
Các gen 
cấu trúc Z, Y,A 
Không phiên mã  không được tổng hợp 
Ôpêrôn không hđ 
(trạng thái ức chế) 
Phiên mã, ARN được tổng hợp, sử dụng để dịch mã tổng hợp prôtêin. 
Ôpêrôn hoạt động 
II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 
1. Mô hình cấu trúc của Ôpêron Lac: 
2. Sự điều hoà hoạt động của operon Lac: 
* Khi môi trường không có lactôzơ 
Prôtêin ức chế 
Mô tả sự điều hoà hoạt động của operon Lac khi môi trường không có lactôzơ? 
 A 
 Y 
 Z 
 O 
 P 
 R 
 P 
Gen điều hoà 
Opêron Lac 
Phiên mã 
Giải mã 
Các gen cấu trúc không họat động 
Prôtêin ức chế 
 Hoạt động ( Khi môi trường không có Lactôzơ) 
II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 
1. Mô hình cấu trúc của Ôpêron Lac: 
2. Sự điều hoà hoạt động của operon Lac: 
* Khi môi trường không có lactôzơ 
Prôtêin ức chế 
Gen điều hòa 
Prôtêin ức chế 
Vùng vận hành 
Gắn vào 
Ngăn phiên mã 
Gen cấu trúc không hoạt động 
II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 
1. Mô hình cấu trúc của Ôpêron Lac: 
2. Sự điều hoà hoạt động của operon Lac: 
* Khi môi trường có lactôzơ 
Mô tả sự điều hoà hoạt động của operon Lac khi môi trường có lactôzơ? 
 A 
 Y 
 Z 
 O 
 P 
 R 
 P 
Gen điều hoà 
Opêron Lac 
Prô-lac z 
Prô-lac Y 
Prô-lac A 
Dịch mã 
z 
Y 
A 
 Phiên mã 
mARN 
Phiên mã và dịch mã 
Prôtêin ức chế 
Lactôzơ là chất cảm ứng 
Prôtêin ức chế bị bất hoạt không gắn được vào vùng vận hành 
 Hoạt động ( Khi m ôi t rường có Lactôzơ) 
ARN pôlymeraza 
ARN pôlymeraza 
II. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN Ở SINH VẬT NHÂN SƠ 
1. Mô hình cấu trúc của Ôpêron Lac: 
2. Sự điều hoà hoạt động của operon Lac: 
* Khi môi trường có lactôzơ 
Lactôzơ 
Prôtêin ức chế 
Liên kết 
Cấu hình không gian 3 chiều biến đổi 
Vùng vận hành 
Không gắn vào 
ARN polimeraza 
Liên kết 
Vùng khởi động 
Phiên mã 
mARN của gen Z,Y,A 
Dịch mã 
Enzim phân giải đường lactôzơ 
Lactôzơ bị phân giải hết 
Prôtêin ức chế 
Vùng vận hành 
Gắn vào 
Dừng phiên mã 
HOẠT ĐỘNG CỦA GEN 
KHÔNG CÓ ĐƯỜNG 
CÓ ĐƯỜNG 
CÓ PHIÊN MÃ 
KHÔNG PHIÊN MÃ 
“CÓ CÓ – KHÔNG KHÔNG” 
Bổ sung kiến thức về cấp độ điều hoà hoạt động gen: 
+ Điều hoà phiên mã: Điều hoà số lượng mARN được tổng hợp. 
+ Điều hoà dịch mã: Điều hoà lượng prôtêin tạo ra. 
+ Điều hoà sau dịch mã: biến đổi phân tử protein sau dịch mã. 
*Cơ chế điều hoà hoạt động gen ở nhân thực phức tạp hơn do: 
- Số nu, số gen lớn Chỉ một phần nhỏ ADN mã hóa, đại bộ phận đóng vai trò điều hòa hoặc không hoạt động. 
- AND + protein, cuộn xoắn NST Điều hòa hoạt động của gen qua nhiều mức: 
	+ NST tháo xoắn; 
	+ phiên mã; 
	+ biến đổi sau phiên mã; 
	+ dịch mã; 
 +biến đổi sau dịch mã. 
Có yếu tố điều hòa khác 
 + Yếu tố tăng cường tăng phiên mã . 
 + Yếu tố bất hoạt ngừng phiên mã. 
Câu 1. Thành phần của opêrôn Lac ở E.coli gồm 
A. gen điều hòa (R), nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A). 
B. gen điều hòa (R), vùng khởi động (P), nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A). 
C. vùng khởi động (P), vùng vận hành (O), nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A). 
D. gen điều hòa (R), vùng vận hành, nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A). 
Củng cố 
Câu 2. Trong cơ chế điều hòa hoạt động gen ở SV nhân sơ, gen điều hòa R có vai trò 
A. mang thông tin quy định enzim ARN- pôlimeraza. 
B. mang thông tin quy định prôtêin điều hòa. 
C. là nơi tiếp xúc với enzim ARN- pôlimeraza. 
D. Là nơi liên kết với prôtêin điều hòa. 
Củng cố 
Câu 3. Trong mô hình điều hòa của Mônô và Jacôp theo Ôperôn Lac, chất cảm ứng là 
A. Đường galactôzơ.	 
B. Đường Lactôzơ. 
C. Đường Glucôzơ.	 
D. Prôtêin ức chế. 
Củng cố 
TRẮC NGHIỆM 
Phát biểu 
Đúng/ Sai 
1. Điều hòa hoạt động gen chỉ có sau phiên mã. 
2. Gen R phiên mã 1 lần thì nhóm gen Z, Y, A phiên mã 1 lần. 
3. Gen R nhân đôi 1 lần thì nhóm gen Z, Y, A nhân đôi 1 lần. 
4. Khi có đường Lactozo, các gen Z, Y, A tiến hành phiên mã. 
5. Tín hiệu khởi đầu quá trình phiên mã các gen Z, Y, A ở vùng điều hòa (Operator). 
TRẮC NGHIỆM 
Phát biểu 
Đúng/ Sai 
6. Protein ức chế bị bất hoạt khi có đường Lactozo do mất cấu trúc không gian. 
7. Protein ức chế nằm trong cấu trúc Operon.Lac. 
8. Điều hòa hoạt động gen là điều hòa lượng sản phẩm mà gen tạo ra. 
9. Ở người không có điều hòa hoạt động gen. 
10. Gen điều hòa R # Z, Y, A quy định tổng hợp protein ức chế. 
TRẮC NGHIỆM 
Phát biểu 
Đúng/ Sai 
11. Khi môi trường có đường, protein ức chế bị mất cấu trúc không gian do đường gắn với protein ức chế. 
12. Gen phân mảnh không có điều hòa hoạt động gen. 
13. Chỉ gen Z mới tạo được enzyme phân giải đường lactose. 
14. Gen Z, Y, A qua phiên mã thu được 3 mARN khác nhau. 
15. Gen Z, Y, A dịch mã tạo ra 3 phân tử protein khác nhau. 
TRẮC NGHIỆM 
2 .1 : Trong mô hình cấu trúc của opêron Lac, vùng vận hành là nơi : 
A. prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã. 
B. ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã. 
C. mang thông tin quy định cấu trúc prôtêin ức chế. 
D. chứa thông tin mã hoá các axit amin trong phân tử prôtêin cấu trúc. 
2.2 : Theo Jacôp và Mônô, các thành phần cấu tạo của opêron Lac gồm: 
A. gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng khởi động (P). 
B. vùng vận hành (O), nhóm gen cấu trúc, vùng khởi động (P). 
C. gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng vận hành (O). 
D. gen điều hoà, nhóm gen cấu trúc, vùng vận hành (O), vùng khởi động (P). 
TRẮC NGHIỆM 
2.3 : 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. ARN pôlimeraza liên kết với vùng khởi động của opêron Lac và tiến hành phiên mã. 
B. Một số phân tử lactôzơ liên kết với prôtêin ức chế. 
C . Gen điều hoà R tổng hợp prôtêin ức chế. 
D. Các gen cấu trúc Z, Y, A phiên mã tạo ra các phân tử mARN tương ứng. 
2.6: Điều hòa hoạt động gen là gì? 
A. Là điều hòa lượng nhiễm sắc thể có trong tế bào. 
B. Là điều hòa trình tự các nucleotide của gen. 
C. Là điều hòa lượng sản phẩm mà gen tạo ra. 
D. Là quá trình tổng hợp Operon.Lac. 
TRẮC NGHIỆM 
2.4 : Khi nói về operon Lac ở vi khuẩn E.Coli, có bao nhiêu phát biểu sai ? 
I. Gen điều hòa (R) nằm trong thành phần của opêron Lac. 
II. Vùng vận hành (O) là noi ARN pôlimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã. 
III. Khi môi trường không có latozơ thì gen điều hòa (R) không phiên mã. 
IV. Khi gen cấu trúc A và gen cấu trúc Z đều phiên mã 12 lần thì gen cấu trúc Y cũng phiên mã 12 lần. 
A. 4. 	 B. 2. 	 C. 3. 	 D. 1. 
TRẮC NGHIỆM 
2.5: Phát biểu nào dưới đây là đúng khi nói về hoạt động của Operon.Lac? 
A. Khi môi trường có đường, đường lactozo sẽ gắn với protein ức chế làm protein ức chế tăng hoạt tính. 
B. Khi môi trường có đường, protien ức chế đóng vai trò là chất cảm ứng. 
C. Khi môi trường không có đường, gen điều hòa (R) không phiên mã. 
D. Khi môi trường không có đường, protein ức chế gắn vào vùng vận hành (O) ngăn cản quá trình phiên mã của nhóm gen cấu trúc Z, Y, A. 
TRẮC NGHIỆM 
2.9: Opêrôn Lac của E coli ở trạng thái hoạt động khi: 
A. Môi trường xuất hiện lactôzơ 	 B. Khi gen điều hòa (R) hoạt động. 
C. Môi trường không có lactôzơ 	 D. Môi trường thừa prôtêin ức chế. 
2.10: Trong hoạt động của Opêron - Lac ở vi khuẩn E.coli, chất cảm ứng (lactôzơ) có vai trò: 
A. Hoạt hóa ARN- pôlimêraza 	 B. Ức chế gen điều hòa 
C. Hoạt hóa vùng khởi động 	 D. Vô hiệu hóa prôtêin ức chế 
TRẮC NGHIỆM 
2.7: Có bao nhiêu nhận định đúng khi nói về điều hòa hoạt động gen? 
I. Điều hòa hoạt động gen xảy ra ở tất cả mọi loài sinh vật. 
II. Trong cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac ở vi khuẩn E.coli. Khi không có đường lactôzơ thì prôtêin ức chế vẫn được tổng hợp. 
III. Gen điều hòa không nằm trong cấu trúc của opêron Lac. 
IV. Opêron gồm các gen cấu trúc không liên quan về chức năng. 
A. 3 	B. 2 	C. 1 	D. 4 
TRẮC NGHIỆM 
2.8 : Khi nói về opêron Lac ở vi khuẩn E.Coli , có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng? 
I. Nếu xảy ra đột biến ở giữa gen cấu trúc A thì có thể làm cho prôtêin do gen này quy định bị bất hoạt. 
II. Khi prôtêin ức chế liên kết với vùng vận hành thì các gen cấu trúc Z, Y, A không được phiên mã. 
III. Nếu xảy ra đột biến ở gen điều hòa R làm cho gen này không được phiên mã thì các gen cấu trúc Z, Y, A cũng không được phiên mã. 
IV. Khi môi trường không có lactôzơ thì prôtêin ức chế do gen điều hòa R quy định vẫn được tổng hợp. 
A. 3. 	 B. 4. 	 C. 2. 	 D. 1 
Các thành phần cấu trúc 
Đặc điểm hoạt động 
Gen điều hoà R 
Tổng hợp .. 
Prôtêin ức chế 
.. .. với vùng vận hành(O) 
Các gen cấu trúc Z, Y, A 
Không .. 
Các thành phần cấu trúc 
Đặc điểm hoạt động 
Gen điều hoà R 
 prôtêin ức chế 
Prôtêin ức chế 
 Gắn với .., bị bất hoạt 
Các gen cấu trúc Z, Y, A 
 tổng hợp prôtêin 
( các enzim phân giải lactôzơ) 
TỪ ĐỂ CHỌN : không hoạt động; kết hợp; prôtêin ức chế; lipit ; phiên mã; tương tác; tổng hợp; lactôzơ; prôtêin; hoạt động; không tổng hợp. 
 prôtêin ức chế 
tương tác 
phiên mã 
tổng hợp 
hoạt động 
lactôzơ 
a. Khi môi trường không có lactôzơ 
b. Khi môi trường có lactôzơ 
Câu 3: Operon là 
A. một đoạn trên phân tử ADN bao gồm một số gen cấu trúc và một gen vận hành chi phối. 
B. cụm gồm một số gen điều hòa nằm trên phân tử ADN. 
C. một đoạn gồm nhiều gen cấu trúc trên phân tử ADN. 
D. cụm gen cấu trúc có chung một cơ chế điều . 
Câu 4: Gen điều hòa R khi hoạt động sẽ tổng hợp nên: 
Enzim phân hủy lactôzơ. 
B. prôtêin ức chế. 	 
C. lactôzơ.	 
D. Enzim điều khiển Operon. 	 
Câu 5: Điều hòa hoạt động gen của sinh vật nhân sơ chủ yếu xảy ra ở giai đoạn 
phiên mã.	 
dịch mã. 
sau dịch mã. 
sau phiên mã. 
HƯỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC Ở NHÀ 
- Học bài cũ và trả lời các câu hỏi trong SGK. 
- Đọc trước bài mới “Đột biến gen” và sưu tầm các hình ảnh về đột biến gen. 
Chào các em! 
Chúc các em học tốt!