Giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene mới nhất

Giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene là một phần không thể thiếu trong quá trình ôn tập. Trong bài viết này, Kiến thức THPT sẽ cung cấp những hướng dẫn chi tiết và mới nhất để bạn dễ dàng tiếp cận.

Câu hỏi mở đầu trang 18 Sinh học 12

Trong mỗi tế bào có hàng chục nghìn gene nhưng tại mỗi thời điểm chỉ một số gene hoạt động. Làm thế nào tế bào có thể đóng/mở các gene nhất định đúng thời điểm, tạo ra đúng lượng sản phẩm tế bào cần?

Trả lời:

Tế bào có khả năng điều chỉnh việc mở hoặc đóng các gene vào thời điểm thích hợp, từ đó sản xuất đúng lượng sản phẩm mà tế bào cần thông qua cơ chế điều hòa biểu hiện gene. Quá trình này chủ yếu diễn ra trong giai đoạn điều chỉnh phiên mã, quyết định xem một gene có được phiên mã hay không. Một gene chỉ được phiên mã khi tế bào nhận tín hiệu cho thấy gene đó cần hoạt động; ngược lại, nếu sản phẩm của gene đó sản xuất ra nhiều hơn nhu cầu của tế bào, sẽ có tín hiệu gửi đến để gene ngừng phiên mã.

Dừng lại và suy ngẫm trang 20

Câu hỏi 1 giải sinh 12 bài 3 trang 20 

Quan sát các Hình 3.1 và 3.2, hãy giải thích cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac.

Sơ đồ hoạt động của operon lac khi môi trường không có lactose

Sơ đồ hoạt động của operon lac khi môi trường có lactose

Trả lời:

Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac diễn ra như sau:

Khi môi trường không có lactose: Gene điều hòa lacI sản xuất protein ức chế. Protein này gắn vào vùng operator (O), ngăn cản enzyme RNA polymerase liên kết với vùng promoter (P). Kết quả là các gene cấu trúc không được phiên mã, dẫn đến việc không tổng hợp được enzyme chuyển hóa lactose.

Khi môi trường có lactose: Gene điều hòa lacI vẫn tổng hợp protein ức chế. Tuy nhiên, trong môi trường có lactose, một lượng nhỏ lactose sẽ chuyển hóa thành đồng phân allolactose và gắn vào protein ức chế. Sự gắn kết này làm thay đổi cấu trúc của protein ức chế, khiến nó không còn khả năng gắn vào vùng operator (O). Do đó, enzyme RNA polymerase có thể liên kết với vùng promoter (P), di chuyển qua vùng O đến các gene cấu trúc để tiến hành phiên mã. Các gene cấu trúc sẽ được phiên mã và dịch mã, tạo ra các enzyme tham gia vào quá trình chuyển hóa lactose trong môi trường.

Câu hỏi 2 giải Sinh học 12 trang 20 

Tại sao môi trường có lactose thì protein ức chế lại không liên kết với operator?

Trả lời:

Khi môi trường có lactose, một phần nhỏ lactose sẽ chuyển hóa thành đồng phân allolactose, gắn vào protein ức chế. Sự gắn kết này làm biến đổi cấu trúc không gian của protein ức chế, dẫn đến việc nó bị bất hoạt và không còn khả năng gắn vào vùng operator (O).

Giải câu hỏi Dừng lại và suy ngẫm trang 21

Câu hỏi 1 trang 21 Sinh học 12 Kết nối tri thức

Phân tích ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene trong tế bào và quá trình phát triển cá thể. Giải thích.

Trả lời:

Ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene trong tế bào và quá trình phát triển cá thể:

Tiết kiệm năng lượng cho tế bào: Sự điều hòa biểu hiện gene giúp tế bào chỉ tổng hợp sản phẩm khi cần thiết và với lượng phù hợp, từ đó tiết kiệm năng lượng.

Vai trò quan trọng trong phát triển của sinh vật đa bào:

• Hỗ trợ quá trình biệt hóa: Điều hòa biểu hiện gene cho phép mỗi tế bào phát triển theo con đường biệt hóa riêng, hình thành các mô, cơ quan và hệ cơ quan chuyên biệt. Sự chính xác trong điều hòa gene từ hợp tử giúp tạo ra cơ thể hoàn chỉnh với các tế bào và mô khác nhau. Mặc dù tất cả tế bào đều có chung hệ gene, nhưng chúng nhận các tín hiệu điều hòa khác nhau từ tế bào chất và môi trường xung quanh, dẫn đến việc mở hoặc đóng các nhóm gene khác nhau, tạo nên sự chuyên hóa.
• Đảm bảo phát triển bình thường: Điều hòa biểu hiện gene còn giúp kiểm soát sự biểu hiện của các gene trong từng giai đoạn phát triển. Nếu cơ chế này bị rối loạn trong giai đoạn phôi thai, tế bào sẽ không thể biệt hóa chính xác, có thể dẫn đến cái chết của phôi hoặc sự hình thành cá thể dị dạng. Trong giai đoạn trưởng thành, nếu sự điều hòa gene không ổn định, việc sản xuất quá mức hoặc không đủ sản phẩm từ một gene nào đó có thể gây rối loạn sinh lý và sinh hóa, khiến cơ thể không hoạt động bình thường. Chẳng hạn, gene proto-oncogene nếu hoạt động quá mức sẽ biến thành gene gây ung thư (oncogene), dẫn đến sự phân chia tế bào không kiểm soát và gây ra bệnh ung thư.

Câu hỏi 2 Giải bài tập Sinh 12 trang 21

Hãy tìm thêm một số ứng dụng của điều hoà biểu hiện gene trong nông nghiệp và trong y học.

Trả lời:

Một số ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene trong nông nghiệp và y học:

Trong nông nghiệp:

• Hormone Altrenogest (progesterone nhân tạo) được sử dụng trong lợn nái để đồng bộ hóa quá trình động dục và rụng trứng. Ứng dụng này giúp tăng tỷ lệ rụng trứng và tỷ lệ mang thai mà không ảnh hưởng đến tỷ lệ sống sót của lợn.
• Để nâng cao khả năng chịu hạn của giống lúa Oryza sativa, các nhà khoa học Việt Nam đã thiết kế vector chuyển gene chứa protein điều hòa và promoter vào giống lúa Chành Trụi, từ đó tăng cường biểu hiện các gene liên quan đến khả năng đáp ứng với hạn hán ở cây lúa chuyển gene.

Trong y học:

• Liệu pháp kích hoạt và làm tăng gene CX3CR1 đang được nghiên cứu như một phương pháp điều trị tiềm năng cho bệnh Alzheimer trong tương lai.
• Các nhà nghiên cứu đang phát triển thuốc kích hoạt gene MC4R, gene có khả năng ngăn chặn cơn thèm ăn, giúp bảo vệ cơ thể khỏi béo phì, tiểu đường type 2 và bệnh tim.
• Chất 3,3’-diindolylmethane (DIM) được sử dụng để ức chế sự hình thành màng sinh học của vi khuẩn S. mutans, tác nhân gây sâu răng.
• Các nhà khoa học đã tạo ra chủng vi khuẩn S. gordonii chuyển gene có trình tự điều hòa, nhằm tăng cường biểu hiện kháng thể và kháng nguyên, phục vụ cho việc sản xuất vaccine uống.

Câu hỏi luyện tập và vận dụng trang 22

Câu hỏi 1 giải sinh 12 bài 3 trang 22 Sách mới

Nêu ý nghĩa của điều hòa biểu hiện đồng thời nhiều gene cùng lúc kiểu operon lac.

Trả lời:

Theo mô hình operon lac, các gene cấu trúc có chức năng tương tự sẽ chia sẻ một trình tự điều hòa phiên mã. Khi tế bào cần thực hiện chức năng do cụm gene này đảm nhiệm, sản phẩm từ các gene sẽ được biểu hiện đồng thời, hoặc ngược lại. Do đó, việc điều hòa biểu hiện nhiều gene cùng lúc theo kiểu operon lac giúp tế bào và cơ thể nhanh chóng đáp ứng nhu cầu, từ đó thích nghi kịp thời với những biến đổi trong môi trường.

Câu hỏi 2 trang 22 Sinh học 12

Nếu môi trường nuôi cấy vi khuẩn E. coli không có lactose nhưng operon lac vẫn hoạt động thì có thể dự đoán vi khuẩn bị hỏng ở bộ phận nào của operon lac? Giải thích.

Trả lời:

Nếu môi trường nuôi cấy vi khuẩn E. coli không có lactose nhưng operon lac vẫn hoạt động, có thể suy ra rằng vi khuẩn đã bị hỏng ở vùng O của operon lac.

Giải thích: Nếu vùng O của operon lac bị tổn thương, protein ức chế sẽ không thể gắn vào vùng này, dẫn đến việc không ngăn chặn được hoạt động của enzyme RNA polymerase. Kết quả là, operon lac vẫn hoạt động mặc dù môi trường không có lactose.

Câu hỏi 3 giải Sinh 12 trang 22 Sách mới

Các nhà khoa học nhận thấy loài vi khuẩn Streptococcus pneumoniae khi gặp môi trường bất lợi (có thuốc kháng sinh) thì một trong số các gene được kích hoạt là gene CSP, sản sinh ra protein CSP. Protein này làm cho tế bào dễ dàng nhận được các gene từ môi trường bên ngoài. Các nhà khoa học cho rằng gene CSP hoạt động khi môi trường có thuốc kháng sinh làm cho vi khuẩn nhanh chóng trở nên kháng thuốc kháng sinh. Hãy giải thích.

Trả lời:

Gene CSP trong vi khuẩn Streptococcus pneumoniae được kích hoạt khi gặp môi trường có thuốc kháng sinh, giúp sản sinh protein CSP. Protein này cho phép vi khuẩn dễ dàng nhận các gene từ môi trường bên ngoài, bao gồm các gene kháng thuốc từ các vi khuẩn khác. Do đó, vi khuẩn nhanh chóng có thể tích hợp các gene kháng thuốc, khiến chúng phát triển khả năng kháng thuốc kháng sinh một cách hiệu quả và nhanh chóng.

Bài viết này đã cung cấp giải bài tập Sinh 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene một cách chi tiết. Mong rằng các em sẽ áp dụng tốt vào việc ôn tập của mình.

<<Xem thêm>> Sinh vật biến đổi gene là gì? Nguyên lý tạo ra biến đổi gene