Trả lời nhanh
Gen điều hòa của operon hoạt động cả khi môi trường có chất cảm ứng lẫn khi không có chất cảm ứng. Gen này luôn phiên mã và dịch mã để tạo protein ức chế. Chất cảm ứng (ví dụ lactôzơ) không bật hay tắt gen điều hòa. Nó chỉ tác động lên protein ức chế, từ đó quyết định các gen cấu trúc có được phiên mã hay không.
Nhắc lại cấu trúc operon Lac
Ở vi khuẩn E. coli, operon Lac gồm ba thành phần nối tiếp nhau: vùng khởi động P, vùng vận hành O và các gen cấu trúc Z, Y, A. Gen điều hòa R nằm ngoài operon, trước operon và có promoter riêng.
- Gen R: mã hóa protein ức chế.
- Vùng P: nơi enzim ARN polimeraza bám vào để bắt đầu phiên mã.
- Vùng O: trình tự mà protein ức chế có thể bám vào.
- Gen Z, Y, A: mã hóa các enzim phân giải lactôzơ.
Vì sao gen điều hòa hoạt động trong cả hai trường hợp?
Gen điều hòa có promoter riêng, không nằm dưới sự kiểm soát của vùng O. Vì vậy nó biểu hiện ở mức thấp nhưng liên tục, dù môi trường có lactôzơ hay không. Tế bào luôn có sẵn một lượng protein ức chế để “canh gác” operon.
Điều thay đổi theo môi trường là trạng thái của protein ức chế:
- Không có chất cảm ứng: protein ức chế giữ nguyên hình dạng, bám vào vùng O, ngăn ARN polimeraza trượt qua. Các gen Z, Y, A không phiên mã.
- Có chất cảm ứng (lactôzơ): một dạng đồng phân của lactôzơ gắn vào protein ức chế và làm nó đổi cấu hình. Protein rời khỏi vùng O. ARN polimeraza phiên mã được các gen Z, Y, A.
Bảng so sánh hai trạng thái môi trường
| Đối tượng | Không có lactôzơ | Có lactôzơ |
|---|---|---|
| Gen điều hòa R | Hoạt động | Hoạt động |
| Protein ức chế | Được tạo ra, bám vào O | Được tạo ra, bị bất hoạt và rời O |
| Gen cấu trúc Z, Y, A | Không phiên mã | Phiên mã |
| Enzim phân giải lactôzơ | Gần như không có | Được tổng hợp |
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm “operon hoạt động” với “gen điều hòa hoạt động”. Operon (Z, Y, A) chỉ hoạt động khi có chất cảm ứng. Gen điều hòa thì hoạt động luôn.
- Cho rằng gen R thuộc operon. Gen R nằm ngoài operon nên không bị vùng O kiểm soát.
- Nghĩ lactôzơ làm gen R ngừng hoạt động. Lactôzơ chỉ làm protein ức chế mất khả năng bám vào O.
Mẹo nhớ: gen điều hòa giống người bảo vệ luôn có mặt. Chất cảm ứng không đuổi người bảo vệ đi, chỉ làm anh ta buông tay khỏi cánh cổng (vùng O).
Bài luyện tập
Câu 1. Đột biến ở vùng O khiến protein ức chế không bám vào được. Khi môi trường không có lactôzơ, các gen Z, Y, A có phiên mã không?
Đáp án: Có. Không còn vật cản ở vùng O nên ARN polimeraza vẫn phiên mã, operon hoạt động liên tục.
Câu 2. Đột biến ở gen R làm protein ức chế mất khả năng gắn vào vùng O. Kết quả với operon là gì?
Đáp án: Operon phiên mã cả khi không có lactôzơ, vì không có protein ức chế nào chặn vùng O.
Câu 3. Đột biến làm vùng P mất khả năng gắn ARN polimeraza. Khi có lactôzơ, các gen Z, Y, A có phiên mã không?
Đáp án: Không. Dù protein ức chế đã rời O, enzim không bám được vào P nên không khởi đầu phiên mã.
Câu hỏi thường gặp
Gen điều hòa của operon hoạt động khi nào?
Gen điều hòa hoạt động liên tục, cả khi môi trường có chất cảm ứng lẫn khi không có, để luôn tạo ra protein ức chế.
Chất cảm ứng có tác dụng gì trong operon Lac?
Chất cảm ứng (dạng đồng phân của lactôzơ) gắn vào protein ức chế, làm protein này đổi cấu hình và rời khỏi vùng vận hành O, nhờ đó các gen cấu trúc được phiên mã.
Gen điều hòa có nằm trong operon không?
Không. Gen điều hòa nằm ngoài operon và có promoter riêng, nên không bị vùng vận hành O kiểm soát.
Khi nào các gen cấu trúc Z, Y, A không phiên mã?
Khi môi trường không có lactôzơ, protein ức chế bám vào vùng O và ngăn ARN polimeraza phiên mã. Khi vùng P bị đột biến mất chức năng, các gen này cũng không phiên mã.