Lời giải bài tập Sinh học lớp 12 Bài 3: Điều hòa biểu hiện của gene sách Chân trời sáng tạo hay, ngắn gọn sẽ giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập môn Sinh học 12. Mời các bạn đón xem:

Giải bài tập Sinh học 12 Bài 3: Điều hòa biểu hiện của gene

Mở đầu trang 17 Sinh học 12 : Hiện nay, việc sử dụng tế bào gốc trong y học là một trong những thành tựu óc 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, ôm 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 :

Các yếu tố môi trường kích hoạt hoặc ức chế sự biểu hiện của các gen cụ thể, điều này dẫn đến sự thay đổi trong chức năng của tế bào → Tế bào gốc có thể trở thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể.

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 :

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 học 12 : Quan sát Hình 3.2 và 3.3, hãy: 

a) Mô tả cơ chế điều hòa 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) 

- Khi môi trường không có lactose, operon bị ức chế, trong tế bào vi khuẩn chứa rất ít enzyme chuyển hóa đường lactose.

- Khi bổ sung lactose vào môi trường nuôi cấy vi khuẩn, lactose

đóng vai trò là một chất cảm ứng gây bất hoạt protein điều hòa. Lúc này, các gene của operon Lac được biểu hiện dẫn đến số lượng enzyme chuyển hóa đường lactose trong tế bào tăng lên nhanh chóng.

b) Khi lactose hết → protein ức chế sẽ gắn vào vùng vận hành (operator) của operon lac, ngăn cản sự phiên mã của các gen cấu trúc.

Luyện tập 1 trang 18 Sinh học 12 : Trong cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac, tại sao lactose được xem là chất giúp cho gen được biểu hiện?

Lời giải :

Trong cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac, lactose được xem là chất giúp cho gen được biểu hiện vì Lactose là chất cảm ứng:

- Chất cảm ứng là một phân tử nhỏ có khả năng liên kết với protein ức chế (repressor) và làm thay đổi cấu trúc của protein này.

- Khi protein ức chế bị thay đổi cấu trúc, nó sẽ không thể gắn vào vùng vận hành (operator) của operon Lac, do đó cho phép ARN polymerase liên kết và khởi đầu quá trình phiên mã.

Câu hỏi 3 trang 19 Sinh học 12 : 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.

Lời giải :

- 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 học 12 : Quan sát Hình 3.5, hãy cho biết sự điều hòa biểu hiện gen có ý nghĩa như thế nào đối với sự phát triển cá thể ở sinh vật đa bảo.

Lời giải :

Sự điều hòa biểu hiện gen có ý nghĩa: hình thành các tế bào chuyên hóa các chức năng khác nhau cho cơ thể.

Luyện tập 2 trang 20 Sinh học 12 : Nếu cơ chế điều hòa biểu hiện gene bị rối loạn sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển ở sinh vật đa bào?

Lời giải :

Rối loạn cơ chế điều hòa biểu hiện gen có thể ảnh hưởng đến sự phát triển ở sinh vật đa bào theo nhiều cách khác nhau. Các rối loạn này có thể gây ra các bệnh di truyền, rối loạn phát triển, ung thư và các bệnh khác.

Câu hỏi 5 trang 20 Sinh học 12 : 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.

Lời giải :

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 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 :

Gene BRCA mã hóa cho các protein BRCA1 và BRCA2, đóng vai trò quan trọng trong việc sửa chữa DNA và ngăn ngừa sự phát triển của các tế bào ung thư.

Khi biểu hiện của gene BRCA bị rối loạn, có thể dẫn đến:

- Giảm khả năng sửa chữa DNA: Khi DNA bị tổn thương, các tế bào có thể bị đột biến và phát triển thành ung thư.

- Mất kiểm soát sự phân chia tế bào: Các tế bào có thể phân chia bất thường, dẫn đến hình thành khối u.

→ Do đó, người có rối loạn biểu hiện gene BRCA có nguy cơ mắc ung thư cao hơn, đặc biệt là ung thư vú và ung thư buồng trứng.

Xem thêm các bài giải bài tập Sinh học 12 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 2. Thực hành: Tách chiết DNA

Bài 3. Điều hòa biểu hiện của gene

Bài 4. Hệ gene, đột biến gene và công nghệ gene

Bài 5. Nhiễm sắc thể và đột biến nhiễm sắc thể

Bài 6. Thực hành: Quan sát đột biến NST; Tìm hiểu tác hại gây đột biến của một số chất độc

Bài 7. Di truyền học Mendel và mở rộng học thuyết Mendel

Lý thuyết Bài 3: Điều hòa biểu hiện của gene

Thí nghiệm phát hiện ra operon Lac ở vi khuẩn E.coli là gì?

Một trong số các thí nghiệm của hai ông được tiến hành như sau:

Lô đối chứng: Nuôi vi khuẩn E. coli trong môi trường không có lactose và có các amino acid đánh dấu phóng xạ.

Lô thí nghiệm: Nuôi vi khuẩn E. coli trong môi trường có lactose và các amino acid đánh dấu phóng xạ.

Kết quả: Ở lô đối chứng, các enzyme B-galatosidase, permease và transacetylase đánh dấu phóng xạ xuất hiện với lượng không đáng kể, trong khi ở lô thí nghiệm, lượng các enzyme đánh dấu phóng xạ trong tế bào tăng mạnh so với ở lô đối chứng.

Kết luận: Lactose đã kích hoạt tế bào tổng hợp đồng thời cả ba enzyme B-galatosidase, permease và transacetylase.

Cấu trúc operon Lac là gì?

Operon lac gồm vùng điều hòa và ba gene cấu trúc. Vùng điều hòa gồm trình tự P (promoter), là nơi enzyme RNA polymerase khởi động quá trình phiên mã các gene cấu trúc và trình tự O (operator), nơi liên kết với protein ức chế ngăn cản quá trình phiên mã. Tiếp đến là ba gene cấu trúc: lacZ quy định enzyme B-galatosidase, lacY quy định enzyme permease và gene lacA quy định enzyme transacetylase. Operon lac được điều hòa bởi gene điều hòa laci quy định protein ức chế (lacl). Tuy nhiên, gene lac/ không thuộc operon lac.

Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon Lac là gì?

Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế lacl liên kết với operator khiến enzyme RNA polymerase không thể liên kết được với promoter nên các gene cấu trúc không được phiên mã.

Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose 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. Vì vi khuẩn không có màng nhân và gene không phân mảnh nên 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.

Ý nghĩa của điều hòa hiệu hiện của gene?

Điều hòa hoạt động gene đảm bảo cho tế bào không bị lãng phí năng lượng. Ở sinh vật đa bào, điều hòa hoạt động gene khiến các tế bào trong cùng cơ thể được biệt hóa thực hiện các chức năng khác nhau trong quá trình phát triển cá thể.

Ứng dụng điều hòa biểu hiện của gene trong thực tiễn là gì?

Điều hòa hoạt động gene có thể được ứng dụng để sản xuất một số loại thuốc chữa bệnh hoặc điều khiển sự sinh trưởng, phát triển của vật nuôi, cây trồng, đem lại hiệu quả kinh tế cao.