Hoạt động Mở đầu (trang 17) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: 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?
Trả lời:
- Tế bào gốc là những tế bào đặc biệt của con người có khả năng phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau để thay thế hoặc sửa chữa các tế bào bị tổn thương trong cơ thể. Tế bào gốc có thể phân chia và tạo ra các tế bào con có khả năng tái tạo (tự đổi mới) hoặc có được các đặc điểm của các loại tế bào trưởng thành hơn (biệt hóa), vì vậy mà chúng có thể trở thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể.
I. Thí nghiệm xác định cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac
Câu hỏi 1 (trang 17) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: 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?
Trả lời:
- Dựa trên sự gia tăng đồng thời của các loại enzyme, hai nhà khoa học nhận thấy các gene lacZ, lacY và lacA được phân bố nằm liền nhau thành cụm trên phần tử DNA (thuộc cùng một đơn vị phiên mã), được điều khiển bởi một vùng promoter và một vùng operator.
Câu hỏi 2 (trang 18) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: 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.
Trả lời:
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.
Luyện tập (trang 18) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: Trong cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac, tại sao lactose được xem là chất giúp cho gene được biểu hiện?
Lời giải:
- Vì khi môi trường có lactose thì một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose (allolactose) và liên kết với protein ức chế lacI khiến protein này thay đổi cấu hình dẫn đến không liên kết được với operator, do vậy enzyme RNA polymerase có thể liên kết với promoter và tiến hành phiên mã các gene cấu trúc, từ đó gene được biểu hiện.
II. Ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene
Câu hỏi 3 (trang 19) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: Dựa vào cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac, hãy cho biết ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene đối với quá trình trao đổi chất ở sinh vật.
Trả lời:
- Điều hòa biểu hiện gene ở vi khuẩn giúp chúng có khả năng tự điều chỉnh quá trình trao đổi chất trong tế bào, chỉ có những sản phẩm cần thiết cho hoạt động sống của tế bào mới được tạo ra với hàm lượng phù hợp. Nhờ đó, vi khuẩn có thể đáp ứng với những thay đổi của môi trường.
- Ở sinh vật đa bào, các tế bào tuy có hệ gene giống nhau nhưng mỗi tế bào chỉ tổng hợp các protein đặc trưng quy định cấu trúc và chức năng cho từng loại tế bào. Kết quả của quá trình điều hòa biểu hiện gene giúp 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.
Câu hỏi 4 (trang 20) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: 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.
Trả lời:
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.
Luyện tập (trang 20) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: 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 bị rối loạn sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển ở sinh vật đa bào:
+ Tế bào không đi vào con đường biệt hóa đặc trưng gây khó khăn trong việc hình thành các mô, cơ quan.
+ Cơ thể bị rối loạn, phát triển bất thường.
III. Ứng dụng điều hòa biểu hiện gene
Câu hỏi 5 (trang 20) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: Cho biết vai trò của một số ứng dụng điều hòa biểu hiện gene trong Bảng 3.2. Kể thêm ví dụ về ứng dụng điều hòa biểu hiện gene.
Trả lời:
- Ví dụ: Các nhà khoa học đang nghiên cứu sử dụng kỹ thuật CRISPR để sửa chữa các đột biến gen gây ra bệnh di truyền.
Vận dụng (trang 21) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 3: 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.