1. Khi nào prôtêin ức chế làm ngưng hoạt động của opêron Lac?
Câu hỏi: Khi nào prôtêin ức chế làm ngưng hoạt động của opêron Lac ở vi khuẩn E. coli?
A. Khi môi trường không có lactôzơ.
B. Khi môi trường có nhiều lactôzơ.
C. Khi có hoặc không có lactôzơ.
D. Khi môi trường có lactôzơ.
Trả lời:
Đáp án: A
Trong môi trường không có lactôzơ, prôtêin ức chế sẽ kết hợp với operator, từ đó ngăn chặn quá trình phiên mã và cản trở hoạt động của gen. Trong môi trường có lactôzơ, sự kết hợp của lactôzơ với prôtêin sẽ thay đổi cấu trúc của nó, làm cho prôtêin mất khả năng kết hợp với operator, không làm trở ngại cho quá trình phiên mã gen.
2. Lý thuyết về điều hòa hoạt động gen
2.1. Khái quát về điều hòa hoạt động gen
Điều chỉnh hoạt động của gen bao gồm việc điều chỉnh lượng sản phẩm gen tạo ra, bao gồm ARN và protein, cũng như việc điều chỉnh các quá trình như sao chép ADN, phiên mã ARN và tổng hợp protein. Quan trọng trong việc này là để tế bào chỉ sản xuất protein cần thiết vào thời điểm cần thiết, đồng thời đảm bảo rằng hoạt động của tế bào phản ánh sự thay đổi của môi trường và sự phát triển bình thường của cơ thể.
Các cơ chế điều chỉnh gen ở sinh vật được phân chia thành ba mức độ chính: phiên mã, dịch mã và sau dịch mã. Trong đó, điều chỉnh gen ở mức độ phiên mã chủ yếu diễn ra trong quá trình tế bào nhân sơ.
2.2. Diều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ
(1) Cấu trúc của operon Lac:
Operon là một cụm gen có cấu trúc liên quan chức năng, thường được tổ chức thành một đơn vị và được điều chỉnh bởi cùng một cơ chế.
Operon Lac là một operon điều chỉnh tổng hợp các enzym thủy phân Lactozo.
(2) Cấu trúc của operon Lac trong E. coli:
- Nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A): Các gen này thường nằm cạnh nhau và có mối quan hệ chức năng với nhau.
- Vùng vận hành (O): Đây là một đoạn có trình tự nuclêôtit đặc biệt, nơi protein ức chế có thể gắn vào để ngăn cản quá trình phiên mã của nhóm gen cấu trúc.
- Vùng khởi động (P): Đây là nơi mà enzym ARN-polimeraza bắt đầu sao chép.
- Gen điều hòa (R): Mặc dù không phải là một phần của operon, gen này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của các gen trong operon bằng cách sản xuất protein ức chế.
(3) Điều chỉnh hoạt động của operon Lac:
Khi môi trường không có Lactozo: Protein ức chế được sản xuất từ gen điều hòa sẽ gắn vào vùng vận hành, từ đó ngăn cản quá trình phiên mã của nhóm gen cấu trúc.
Khi môi trường có Lactozo: Lactozo, hoạt động như chất cảm ứng, sẽ tương tác với protein ức chế, làm thay đổi cấu hình không gian của nó, khiến cho protein ức chế trở nên không hoạt động và không thể gắn vào vùng vận hành. Enzym ARN polimeraza có thể gắn vào vùng khởi động và tiến hành quá trình phiên mã. Các phân tử ARN-m tiếp tục dịch mã và tổng hợp các enzym thủy phân Lactozo.
2.3. Điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực
- Sự điều chỉnh biểu hiện gen ở nhân thực diễn ra qua nhiều mức độ và giai đoạn phức tạp hơn so với nhân sơ. Cụ thể, quá trình này bao gồm nhiễm sắc thể, tháo xoắn, phiên mã, biến đổi sau phiên mã, diễn giải mRNA ra khỏi nhân, dịch mã và biến đổi sau dịch mã.
- Đa số nhân thực có cơ thể đa bào, trong đó mỗi tế bào không tự do trong việc biểu hiện gen mà thay vào đó chịu sự biệt hóa để thực hiện các chức năng chuyên biệt, duy trì mối quan hệ hài hòa với cơ thể.
- Ngoài sự biệt hóa tế bào, cơ thể nhân thực đa bào cũng trải qua quá trình phát triển cá thể với nhiều giai đoạn phức tạp liên tiếp, trong đó có những gen chỉ được biểu hiện ở giai đoạn phôi và sau đó dừng hoàn toàn.
3. Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1: Hoạt động của gen tổng hợp enzym phân giải lactozo ở vi khuẩn E. coli được điều hòa ở mức độ nào?
A. Hoàn toàn ở mức sau dịch mã.
B. Hoàn toàn ở mức dịch mã.
C. Chủ yếu ở mức phiên mã.
D. Hoàn toàn ở mức sau phiên mã.
Đáp án: C
Câu 2: Mối quan hệ giữa protein ức chế và vùng vận hành O được miêu tả như thế nào?
A. Trong môi trường không có lactozo, protein ức chế kết hợp với O, ngăn chặn quá trình phiên mã của nhóm gen cấu trúc.
B. Trong môi trường không có lactozo, protein ức chế không kết hợp được với O, không có quá trình phiên mã của nhóm gen cấu trúc.
C. Trong môi trường không có lactozo, protein ức chế không kết hợp được với O, enzym phiên mã có thể liên kết với vùng khởi động để tiến hành phiên mã nhóm gen cấu trúc.
D. Trong môi trường có lactozo, protein ức chế kết hợp với O, ngăn chặn quá trình phiên mã của nhóm gen cấu trúc.
Đáp án: A
Câu 3: Theo giai đoạn phát triển của cá thể và nhu cầu sinh hoạt của tế bào, điều gì xảy ra với hoạt động gen?
A. Tất cả các gen trong tế bào đều hoạt động.
B. Tất cả các gen trong tế bào có thời điểm hoạt động và dừng lại.
C. Chỉ một số gen trong tế bào hoạt động.
D. Phần lớn các gen trong tế bào hoạt động.
Đáp án: C
Câu 4: Trình tự các thành phần cấu tạo của một operon là gì?
A. Gen điều hòa – vùng vận hành – vùng khởi động – nhóm gen cấu trúc.
B. Vùng khởi động – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc.
C. Nhóm gen cấu trúc – vùng vận hành – vùng khởi động.
D. Nhóm gen cấu trúc – vùng khởi động – vùng vận hành.
Đáp án: B
Câu 5: Phát biểu nào sau đây không chính xác khi nói về đặc điểm của điều hòa hoạt động gen ở tế bào nhân thực?
A. Cơ chế điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực phức tạp hơn so với sinh vật nhân sơ.
B. Phần lớn các trình tự nucleotit trên ADN được mã hóa thành thông tin di truyền.
C. Phần ADN không mã hóa có vai trò điều hòa hoặc không hoạt động.
D. Có nhiều mức điều hòa, từ NST đến biến đổi sau dịch mã.
Đáp án: B
Câu 6: Trong cơ chế điều hòa hoạt động của operon Lac, sự kiện nào sau đây xảy ra cả khi môi trường có lactozo và khi môi trường không có lactozo?
A. Một số phân tử lactozo liên kết với protein ức chế.
B. Gen điều hòa R tổng hợp protein ức chế.
C. Các gen cấu trúc Z, Y, A phiên mã hóa tạo ra các phân tử mARN tương ứng.
D. ARN polimeraza liên kết với vùng khởi động của operon Lac và tiến hành phiên mã.
Đáp án: B
Câu 7: Trong cơ chế điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân sơ, vai trò của gen điều hòa là gì?
A. Mang thông tin cho việc tổng hợp một protein ức chế tác động lên các gen cấu trúc.
B. Nơi gắn vào của protein ức chế để cản trở hoạt động của enzym phiên mã.
C. Mang thông tin cho việc tổng hợp một protein ức chế tác động lên vùng vận hành.
D. Mang thông tin cho việc tổng hợp một protein ức chế tác động lên vùng khởi động.
Đáp án: C
Câu 8: Trình tự nucleotit đặc biệt của một operon, nơi enzim ARN polimeraza bám vào để khởi động quá trình phiên mã các gen cấu trúc được gọi là:
A. Tổng hợp protein ức chế bám vào vùng khởi động để khởi đầu phiên mã.
B. Tổng hợp enzim ARN polimeraza bám vào vùng khởi động để khởi đầu phiên mã.
C. Tổng hợp protein ức chế bám vào vùng vận hành để ngăn cản quá trình phiên mã.
D. Tổng hợp các loại enzim tham gia vào phản ứng phân giải đường lactozo.
Đáp án: A
Câu 9: Xét một operon Lac ở E. coli, khi môi trường không có lactozo nhưng enzim chuyển hóa lactozo vẫn được tạo ra. Một học sinh đã đưa ra một số giải thích cho hiện tượng trên như sau:
(1) Do vùng khởi động (P) bị bất hoạt nên enzim ARN polimeraza có thể bám vào để khởi động quá trình phiên mã.
(2) Do gen điều hòa (R) bị đột biến nên không tạo được protein ức chế.
(3) Do vùng vận hành (O) bị đột biến nên không liên kết được với protein ức chế.
(4) Do gen cấu trúc (Z, Y, A) bị đột biến làm tăng khả năng biểu hiện của gen.
Những giải thích đúng là:
A. (2) và (4)
B. (1), (2) và (3)
C. (2) và (3)
D. (2), (3) và (4)
Đáp án: C
Bài viết liên quan: Diễn thế sinh thái là gì? Nguyên nhân và nêu ví dụ về diễn thế sinh thái - Sinh học lớp 12
Trên đây là toàn bộ nội dung bài viết của Luật Minh Khuê về bài tập: Khi nào thì prôtêin ức chế làm ngưng hoạt động của opêron Lac? Xin cảm ơn quý bạn đọc đã quan tâm theo dõi!
