Lớp 12Sinh Học

Operon lac của vi khuẩn e coli gồm các thành phần theo trật tự

Trắc nghiệm: Operon lac của vi khuẩn e coli gồm các thành phần theo trật tự

A. Vùng khởi động – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc (Z,Y,A)

B. Gen điều hòa – vùng vận hành – vùng khởi động – nhóm gen cấu trúc (Z,Y,A)

Bạn đang xem: Operon lac của vi khuẩn e coli gồm các thành phần theo trật tự

C. Gen điều hòa – vùng khởi động – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc (Z,Y,A)

D. Vùng khởi động – gen điều hòa – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc (Z,Y,A)

Trả lời: 

Đáp án đúng là: A. Vùng khởi động – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc (Z,Y,A)

– Operon Lac của vi khuẩn E.coli gồm các thành phần theo trật tự: Vùng khởi động – vùng vận hành – nhóm gen cấu trúc (Z,Y,A)

– Gen điều hòa không nằm trong Operon Lac

Cùng THPT Ninh Châu tìm hiểu về Operon Lac của vi khuẩn E.coli nhé!

1. Khái quát chung về operon lac

Operon lac là một loại operon ở vi khuẩn Escherichia coli và nhiều vi khuẩn đường ruột khác, tham gia vào quá trình dị hóa đường lactose (một loại cacbohidrat có rất nhiều trong sữa hoặc các thực phẩm chế biến từ sữa như pho-mát, sữa chua…). Cơ chế điều hòa hoạt động operon lac được hai nhà khoa học người Pháp là François Jacob và Jacques Monod phát hiện và làm sáng tỏ (sau đó được trao giải Nobel Sinh lý học và Y khoa năm 1965) cũng như là một ví dụ tiêu biểu cho sự điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ. Xét về các cấp độ mức độ biểu hiện gen, quá trình điều hòa operon lac thuộc dạng điều hòa phiên mã trong khi xét về sự hoạt động thì operon lac thuộc dạng operon cảm ứng (tức chỉ hoạt động khi có sự cảm ứng từ yếu tố môi trường, trong tình huống này là allolactose – một dẫn xuất của lactose).

2. Điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ 

– Trong tế bào có rất nhiều gen, ở mỗi thời điểm chỉ có một số gen hoạt động, phần lớn các gen còn lại ở trạng thái ức chế, tức là tế bào chỉ tổng hợp prôtêin khi cần thiết.

Ví dụ: gen quy định việc tạo ra kháng thể chống một loại bệnh nào đó chỉ hoạt động khi trong cơ thể xuất hiện mầm bệnh đó, còn phần lớn thời gian còn lại gen tồn tại ở trạng thái bị ức chế – không hoạt động.

a. Sự điều hòa hoạt động của Opêron Lac (ở E.coli)

Vi khuẩn E.coli mẫn cảm với đường lactôzơ, do đó, khi sống trong môi trường có đường lactôzơ, E.coli sẽ tiết ra enzim lactaza để phân giải đường lactôzơ.

  • Khi môi trường không có lactôzơ

– Bình thường, gen điều hòa (R) tổng hợp một loại prôtêin ức chế gắn vào gen chỉ huy (O), do đó gen cấu trúc ở trạng thái bị ức chế nên không hoạt động. Z, Y, A sẽ không thực hiện được phiên mã và dịch mã. Vì vậy, sản phẩm của cụm gen là lactaza không được tạo thành.

  • Khi môi trường có lactôzơ

– Lactôzơ đóng vai trò là chất cảm ứng. Chất cảm ứng sẽ liên kết với prôtêin ức chế làm prôtêin ức chế thay đổi cấu hình không gian và trở nên bất hoạt (không hoạt động). Prôtêin ức chế không thể bám vào gen chỉ huy O, gen chỉ huy hoạt động bình thường điều khiển Z, Y, A thực hiện phiên mã và dịch mã tổng hợp nên sản phẩm của cụm gen là lactaza.

– Lactaza được tiết ra sẽ làm nhiệm vụ phân giải lactôzơ trong môi trường.

b. Mô hình cấu trúc của Opêron Lac theo Jacôp và Mônô

– Trên phân tử ADN của vi khuẩn, các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố liền nhau thành từng cụm có chung một cơ chế điều hòa được gọi là một opêron.

– Cấu trúc opêron Lac ở E.coli bao gồm:

+ Z, Y, A: Các gen cấu trúc kiểm soát tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactôzơ trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào.

+ O (operator): Vùng vận hành là trình tự nuclêôtit đặc biệt tại đó prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã.

+ P (promoter): Vùng khởi động, nơi mà ARN polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.

– Một gen khác tuy không nằm trong thành phần của opêron, song cũng có vai trò quan trọng trong điều hòa hoạt động các gen của opêron là gen điều hòa R.

3. Cơ chế điều hòa hoạt động Operon lac

Operon lac có hai cơ chế điều hòa là điều hòa dương tính và điều hòa âm tính. Lấy một ví dụ minh họa để bạn đọc có thể dễ hiểu về mối quan hệ giữa điều hòa dương tính và điều hòa âm tính: giả sử bạn có một máy nghe nhạc, bạn bật/tắt máy nghe nhạc lên (điều hòa âm tính) sau đó bạn vặn âm lượng (volume) để âm thanh to hay nhỏ (điều hòa dương tính) để phù hợp với sở thích bản thân, nếu bạn bật máy nghe nhạc lên nhưng bạn điều chỉnh âm lượng bằng 0 thì bạn không nghe được nhạc hoặc nếu bạn tắt máy thì dù bạn có vặn nút điều chỉnh âm lượng thì vẫn không có tiếng nhạc. Operon lac cũng vậy, nó được điều hòa bằng cách mở hay tắt (điều hòa âm tính) và khi operon đã mở thì lượng mARN được phiên mã có thể điều chỉnh thành nhiều hay ít (điều hòa dương tính).

– Điều hòa âm tính

Trong điều kiện không có lactose, protein ức chế sẽ liên kết vào đầu 3′ của operator và một phần đầu 5′ của promoter. Khi ấy, ARN polymerase không thể trượt qua các gen cấu trúc lacZ, lacY và lacA, do đó mARN không được tạo ra (tức operon không hoạt động). Tuy nhiên, ái lực giữa protein ức chế với operator là khá yếu nên thỉnh thoảng protein ức chế sẽ tách ra khỏi operator dù không có chất cảm ứng (allolactose) và tạo điều kiện cho ARN polymerase phiên mã được gen lacZ, lacY và lacA, mARN này dịch mã tạo ra sản phẩm tương ứng đặc biệt là protein vận chuyển trên màng sinh chất để có thể vận chuyển lactose vào tế bào khi môi trường có đường này.

Khi môi trường có lactose (nhưng không có các đường đơn giản) thì lactose sẽ được chuyển hóa thành đồng phân của nó là allolactose. Chất allolactose này liên kết đặc hiệu với domain tương ứng của protein ức chế. Allolactose là một chất điều hòa dị lập thể nên khi liên kết vào miền điều khiển của protein ức chế sẽ gây ra sự biến đổi cấu hình không gian vùng liên kết với operator. Do đó, phức hệ allolactose-protein không thể liên kết vào operator. Lúc này, ARN polymerase sẽ trượt qua vùng gen cấu trúc và mã hóa ra các protein tham gia phân giải đường lactose. Như vậy, allolactose là chất cảm ứng (inducer) operon lac.

Khi lactose bị tiêu thụ gần hết, thì allolactose sẽ có xu hướng tách khỏi protein ức chế (nguyên lý Le Chatelier) vì liên kết allolactose và protein ức chế là liên kết yếu và có tính thuận nghịch. Protein ức chế quay trở về cấu hình bình thường và bám vào vùng vận hành, làm tắt operon.

4. Bài tập vận dụng

Câu 1: Sự điều hòa hoạt động của gen tổng hợp enzim phân giải lactozo của vi khuẩn E. coli diễn ra ở cấp độ nào?

A. Diễn ra hoàn toàn ở cấp độ sau dịch mã.

B. Diễn ra hoàn toàn ở cấp độ dịch mã.

C. Diễn ra chủ yếu ở cấp độ phiên mã.

D. Diễn ra hoàn toàn ở cấp độ sau phiên mã.

Câu 2: Trình tự các thành phần cấu tạo của một operon là

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.

Câu 3: 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 độ 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)

Câu 4: Vai trò của lactozo trong cơ chế điều hòa hoạt động của operon Lac ở E. coli là

A. liên kết đặc hiệu với protein điều hòa, khiến nó mất khả năng bám vào trình tự vận hành, tạo điều kiện cho ARN polimeraza hoạt động.

B. gắn vào trình tự vận hành operator để khởi đầu quá trình phiên mã ở gen điều hòa.

C. hoạt hóa trình tự khởi động promoter để thực hiện quá trình phiên mã ở gen điều hòa.

D. ức chế gen điều hòa và cản trở quá trình phiên mã của gen này để tạo ra protein điều hòa.

Câu 5: Ở vi khuẩn E. coli, khi nói về hoạt động của các gen cấu trúc trong operon Lac, kết luận nào sau đây đúng?

A. Các gen này có số lần nhân đôi bằng nhau nhưng số lần phiên mã khác nhau.

B. Các gen này có số lần nhân đôi bằng nhau và số lần phiên mã bằng nhau.

C. Các gen này có số lần nhân đôi khác nhau nhưng số lần phiên mã bằng nhau.

D. Các gen này có số lần nhân đôi khác nhau và số lần phiên mã khác nhau.

Giải thích :

Do các gen nằm trong cùng một operon thì cùng chung một cơ thể điều hòa nên khi nhân đôi được thực hiện với số lần như nhau, hay khi phiên mã thì phiên mã cả cụm gen đó nên số lần phiên mã cũng bằng nhau.

Đăng bởi: THPT Ninh Châu

Chuyên mục: Lớp 12, Sinh Học 12

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button