Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene
Giải Sinh học 12 | No tags
Mục lục
- Đang tải mục lục...
Hiện nay việc sử dụng tế bào gốc trong y học là một trong những thành tựu có vai trò quan trọng
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Mở đầu trang 17 Sinh học 12: Hiện nay, việc sử dụng tế bào gốc trong y học là một trong những thành tựu có vai trò quan trọng trong điều trị các bệnh di truyền ở người. Tế bào gốc được sử dụng để thay thế cho các tế bào, mô bị tổn thương trong cơ thể bệnh nhân. Bằng cách nào mà tế bào gốc có thể trở thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể?
Lời giải:
Nhờ cơ chế điều hòa biểu hiện gene, tế bào gốc có thể trở thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể: Nhờ cơ chế điều hòa biểu hiện gene, các tế bào khác nhau có thể đóng, mở các nhóm gene khác nhau. Do đó, các tế bào trong một cơ thể tuy có hệ gene giống nhau nhưng mỗi tế bào chỉ tổng hợp được các protein đăc trưng quy định cấu trúc và chức năng cho từng loại tế bào. Kết quả là mỗi tế bào đi vào con đường biệt hóa đặc trưng hình thành nên các mô, cơ quan và hệ cơ quan chuyên hóa, cuối cùng hình thành cơ thể hoàn chỉnh.
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác:
Tại sao hai nhà khoa học Jacob và Monod có thể kết luận ba gene lacZ lacY và lacA
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Câu hỏi 1 trang 17 Sinh học 12: Tại sao hai nhà khoa học Jacob và Monod có thể kết luận ba gene lacZ, lacY và lacA cùng nằm trên một phân tử DNA?
Lời giải:
Hai nhà khoa học Jacob và Monod có thể kết luận ba gene lacZ, lacY và lacA cùng nằm trên một phân tử DNA vì: Khi lactose được bổ sung vào môi trường nuôi cấy (không chứa glucose) có sự gia tăng đồng thời của 3 loại enzyme do ba gene lacZ, lacY và lacA tổng hợp. Điều này chứng tỏ các gene lacZ, lacY và lacA cùng nằm trên một phân tử DNA, được điều khiển bởi một vùng promoter và một vùng operator.
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác:
Quan sát Hình 3.2 và 3.3 hãy: Mô tả cơ chế điều hoà hoạt động của operon Lac
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Câu hỏi 2 trang 18 Sinh học 12: Quan sát Hình 3.2 và 3.3, hãy:
a) Mô tả cơ chế điều hoà hoạt động của operon Lac khi môi trường không có và có đường lactose.
b) Cho biết điều gì sẽ xảy ra khi đường lactose được sử dụng hết.
Lời giải:
a) Cơ chế điều hoà hoạt động của operon Lac khi môi trường không có và có đường lactose:
- Khi môi trường không có lactose: Gene điều hoà lacI tổng hợp protein điều hoà → Protein điều hoà bám vào vùng operator (O) → Enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter (P) nhưng không trượt qua được → Các gene cấu trúc không được phiên mã dẫn đến không tổng hợp được enzyme phân giải lactose.
- Khi môi trường có lactose: Gene điều hoà lacI tổng hợp protein điều hoà → Một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose (allolactose) liên kết với protein ức chế → Protein ức chế bị biến đổi cấu hình không gian dẫn đến bị bất hoạt và không gắn được vào vùng operator (O) → Enzyme RNA polymerase liên kết với vùng promoter (P) tiến hành phiên mã các gene cấu trúc → 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.
b) Khi đường lactose được sử dụng hết, gene điều hoà lacI tổng hợp protein điều hoà → Protein điều hoà bám vào vùng operator (O) → Enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter (P) nhưng không trượt qua được → Các gene cấu trúc không được phiên mã dẫn đến không tổng hợp được enzyme phân giải lactose.
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác:
Trong cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon Lac, tại sao lactose được xem là
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Luyện tập trang 18 Sinh học 12: Trong cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon Lac, tại sao lactose được xem là chất giúp cho gene được biểu hiện?
Lời giải:
Trong cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon Lac, lactose được xem là chất giúp cho gene được biểu hiện vì:
- Khi môi trường không có lactose, operon bị ức chế, các gene cấu trúc không được biểu hiện (các gene không tổng hợp được enzyme chuyển hóa đường lactose).
- Khi môi trường có lactose, lactose biến đổi thành allolactose và chất này đóng vai trò là chất cảm ứng gây bất hoạt protein điều hòa dẫn đến các gene cấu trúc được biểu hiện (các gene tổng hợp được enzyme chuyển hóa đường lactose).
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác:
Ý nghĩa của điều hoà biểu hiện gene đối với quá trình trao đổi chất ở sinh vật
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Câu hỏi 3 trang 19 Sinh học 12: Dựa vào cơ chế điều hoà biểu hiện gene của operon Lac, hãy cho biết ý nghĩa của điều hoà biểu hiện gene đối với quá trình trao đổi chất ở sinh vật.
Lời giải:
Ý nghĩa của điều hoà biểu hiện gene đối với quá trình trao đổi chất ở sinh vật là: Giúp tế bào tổng hợp sản phẩm của gene đúng thời điểm với hàm lượng phù hợp với nhu cầu, nhờ đó, tránh lãng phí năng lượng và nguyên liệu trong tế bào, đồng thời đảm bảo cho tế bào thích nghi được với sự thay đổi của môi trường.
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác:
Quan sát Hình 3.5 hãy cho biết sự điều hoà biểu hiện gene có ý nghĩa như thế nào
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Câu hỏi 4 trang 20 Sinh học 12: Quan sát Hình 3.5, hãy cho biết sự điều hoà biểu hiện gene có ý nghĩa như thế nào đối với sự phát triển cá thể ở sinh vật đa bào.
Lời giải:
Ý nghĩa của sự điều hoà biểu hiện gene đối với sự phát triển cá thể ở sinh vật đa bào là:
- Giúp mỗi tế bào đi vào con đường biệt hoá đặc trưng hình thành nên các mô, cơ quan và hệ cơ quan chuyên hoá, cuối cùng hình thành nên cơ thể hoàn chỉnh.
- Giúp đảm bảo cho sự phát triển bình thường của cơ thể bằng cách điều khiển sự biểu hiện hoặc không biểu hiện của các gene nhất định trong mỗi giai đoạn phát triển.
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác:
Nếu cơ chế điều hoà biểu hiện gene bị rối loạn sẽ ảnh hưởng như thế nào
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Luyện tập trang 20 Sinh học 12: Nếu cơ chế điều hoà biểu hiện gene bị rối loạn sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển ở sinh vật đa bào?
Lời giải:
- Nếu cơ chế điều hoà biểu hiện gene trong quá trình phát triển của sinh vật đa bào bị rối loạn trong giai đoạn phôi thai, các tế bào phôi sẽ không thể đi vào con đường biệt hóa một cách chính xác dẫn đến phôi thai có thể bị chết hoặc cá thể sinh ra sẽ bị dị dạng.
- Nếu cơ chế điều hoà biểu hiện gene trong quá trình phát triển của sinh vật đa bào bị rối loạn trong giai đoạn trưởng, sự tạo ra không đủ hay quá mức một lượng sản phẩm của một gene nào đó sẽ gây ra những rối loạn cho quá trình sinh lí, sinh hóa trong tế bào dẫn đến cơ thể không hoạt động bình thường. Ví dụ: Ở người, gene proto-oncogene hoạt động quá mức sẽ thành gene gây ung thư (oncogene). Sự dư thừa sản phẩm của gene ung thư kích hoạt một loại tế bào cơ thể phân chia không kiểm soát dẫn đến bệnh ung thư.
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác:
Cho biết vai trò của một số ứng dụng điều hoà biểu hiện gene trong Bảng 3.2
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Câu hỏi 5 trang 20 Sinh học 12: Cho biết vai trò của một số ứng dụng điều hoà biểu hiện gene trong Bảng 3.2. Kể thêm ví dụ về ứng dụng điều hoà biểu hiện gene.
Lời giải:
* Vai trò của một số ứng dụng điều hoà biểu hiện gene trong Bảng 3.2:
|
Lĩnh vực |
Ứng dụng |
Vai trò |
|
Y – dược học |
Sản xuất các loại thuốc chữa các bệnh nguy hiểm ở người thông qua ức chế hoạt động hoặc sản phẩm của gene. Ví dụ: Sử dụng kháng thể đơn dòng tái tổ hợp trastuzumab có tác dụng liên kết với thụ thể HER2 nhằm ức chế sự biểu hiện quá mức của tế bào ung thư vú. |
Giúp điều trị các bệnh nguy hiểm ở người. |
|
Nông nghiệp |
Điều khiển sự đóng hoặc mở của các gene trong quá trình sinh trưởng và phát triển ở sinh vật nhờ sử dụng hormone nhân tạo. Ví dụ: Xử lí cá rô phi bằng hormone 17-α methyltestosterone ở giai đoạn cá bột, cá sẽ có biểu hiện kiểu hình là con đực. |
Giúp điều chỉnh tỉ lệ đực cái, điều chỉnh mức độ biểu hiện của tính trạng mong muốn để phù hợp với mục tiêu sản xuất. |
|
Công nghệ sinh học |
Điều khiển quá trình phân chia và phân hóa của tế bào trong nuôi cấy mô tế bào thực vật thông qua việc sử dụng các loại hormone sinh trưởng với tỉ lệ thích hợp. Ví dụ: Sử dụng phối hợp hai loại hormone auxin và cytokinin với tỉ lệ thích hợp để điều khiển sự phân hóa của mô sẹo. |
Giúp kiểm soát quá trình nuôi cấy mô tế bào, góp phần quan trọng trong công tác nhân giống và tạo giống. |
|
Nghiên cứu di truyền |
Nuôi cấy tế bào gốc trong môi trường chứa các chất điều hòa biểu hiện các gene khác nhau để điều khiển quá trình biệt hóa của tế bào gốc thành tế bào mong muốn. Ví dụ: Mô hình hóa bệnh di truyền dựa vào biệt hóa tế bào gốc đa năng cảm ứng ở người (Human induced pluripotent stem cell - hiPSC) phục vụ nghiên cứu cơ chế gây bệnh ở mức độ phân tử (Hình 3.6). |
Giúp tạo ra các mô hình tế bào phục vụ cho công tác nghiên cứu di truyền. |
* Một số ví dụ khác về ứng dụng điều hoà biểu hiện gene:
- Y – dược học: Kích hoạt và làm tăng gene CX3CR1 là một liệu pháp đang được nghiên cứu nhằm điều trị Alzheimer trong tương lai; Thuốc kích hoạt gene MC4R, loại gene có tác dụng ngăn chặn sự thèm ăn, bảo vệ khỏi bệnh béo phì, tiểu đường loại 2 và bệnh tim; 3,3’-diindolylmethane (DIM) được xác định là chất có khả năng ức chế hình thành màng sinh học ở vi khuẩn gây sâu răng S. mutans; tạo chủng vi khuẩn S. gordonii chuyển gene và mang trình tự điều hòa giúp tăng cường biểu hiện kháng thể và kháng nguyên, cung cấp nguyên liệu sản xuất vaccine đường uống;…
- Nông nghiệp: Ứng dụng hormone Altrenogest (Progesterone nhân tạo) gây lên giống đồng loạt được sử dụng trong lợn nái để gây động dục đồng thời và rụng trứng đồng thời giúp tăng tỉ lệ rụng trứng và tăng tỉ lệ mang thai nhưng không ảnh hưởng đến tỉ lệ sống của lợn; Để cải tiến khả năng chịu hạn của lúa Oryza sativa, các nhà khoa học Việt Nam đã thiết kế vector chuyển gene mã hóa protein điều hòa và promoter vào giống lúa Chành Trụi giúp tăng cường biểu hiện các gene liên quan với đáp ứng hạn ở cây lúa chuyển gene;…
- Công nghệ sinh học: Bổ sung L-tryptophan vào môi trường nuôi cấy với nồng độ 500 µg/mL làm tăng đáng kể khả năng sinh tổng hợp IAA ngoại bào của các chủng Arthrospira sp. (ARH) và Oscillatoria sp. (OSK);…
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác:
Cho biết vai trò của một số ứng dụng điều hoà biểu hiện gene trong Bảng 3.2
Giải Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene - Chân trời sáng tạo
Vận dụng trang 21 Sinh học 12: Ở người, gene BRCA mã hóa cho các protein có vai trò ngăn cản sự phân chia bất thường của các tế bào tuyến vú và buồng trứng. Nếu sự biểu hiện của gene này bị rối loạn sẽ gây nên hậu quả gì? Giải thích.
Lời giải:
- Khi sự biểu hiện của gene BRCA bị rối loạn sẽ làm tăng nguy cơ mắc ung thư vú, ung thư buồng trứng và một số loại ung thư khác như ung thư ống dẫn trứng, ung thư phúc mạc, ung thư tuyến tụy,…
- Giải thích: Gene BRCA mã hóa cho các protein có vai trò ngăn cản sự phân chia bất thường của các tế bào tuyến vú và buồng trứng. Khi sự biểu hiện của gene này bị rối loạn dẫn đến việc tạo ra quá nhiều hoặc quá ít lượng sản phẩm của gene kích thích các tế bào cơ thể phân chia không kiểm soát dẫn đến bệnh ung thư.
Lời giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene hay khác: