Vì sao không phải gene nào cũng hoạt động như nhau?
Vi khuẩn không cần tạo một lượng lớn enzyme sử dụng lactose khi môi trường không có lactose. Ở cơ thể đa bào, tế bào cơ và tế bào thần kinh cũng tạo những protein khác nhau. Điều hoà biểu hiện gene giúp sản phẩm được tạo ở nơi, lúc và mức độ phù hợp.
Đọc mô hình operon Lac
Operon Lac gồm promoter **P**, operator **O** và các gene cấu trúc **lacZ–lacY–lacA**. Gene điều hoà **lacI** nằm ngoài operon và tạo protein ức chế.
| Thành phần | Vai trò |
|---|---|
| P | Nơi RNA polymerase bám để khởi đầu phiên mã |
| O | Vị trí protein ức chế có thể bám |
| Z, Y, A | Các gene cấu trúc được phiên mã chung |
| lacI | Gene tạo protein ức chế; không thuộc operon Lac |
Hai trạng thái của operon Lac
| Điều kiện | Protein ức chế | Phiên mã Z–Y–A |
|---|---|---|
| Không có chất cảm ứng | Bám O | Bị cản |
| Có chất cảm ứng | Đổi cấu hình, giảm khả năng bám O | Có thể diễn ra |
Đây là mô hình điều hoà âm tính. Có lactose không tự động đồng nghĩa biểu hiện tối đa: mức phiên mã còn phụ thuộc glucose và các cơ chế điều hoà khác.
Đọc bảng mRNA và protein
Đọc theo thứ tự:
1. Xét mRNA để biết phiên mã có diễn ra hay không.
2. Nếu có mRNA, xét lượng protein để đánh giá dịch mã hoặc độ bền sản phẩm.
3. Xét hoạt tính để biết protein tạo ra có hoạt động hay không.
| Kết quả | Kết luận vừa đủ |
|---|---|
| Không mRNA, không protein | Có thể hỏng phiên mã; chưa đủ xác định duy nhất vị trí đột biến |
| Có mRNA, không protein | Cần xét dịch mã hoặc độ bền protein |
| Có protein, mất hoạt tính | Protein được tạo nhưng có thể sai cấu trúc/chức năng |
Không đồng nhất “có protein” với “protein hoạt động”. Promoter bất hoạt cũng không được khôi phục chỉ bằng cách bỏ protein ức chế.
Đọc biến đổi ở operon Lac
Ở operon Lac, vùng O biến đổi làm protein ức chế không thể bám; P và các gene cấu trúc vẫn hoạt động bình thường. Khi không có lactose, điều gì xảy ra?
Giả thiết cho biết protein ức chế không thể bám vùng O đã biến đổi.
Đúng. Sự cản phiên mã qua việc protein ức chế bám O không còn thực hiện được.
P được giả thiết vẫn hoạt động bình thường; biến đổi ở O không đồng nghĩa P bất hoạt.
Lactose không được tạo ra để phục hồi khả năng bám của protein ức chế vào O.
Lời giải
Protein ức chế không bám được O nên không thể chặn phiên mã bằng cơ chế này; các gene cấu trúc có thể được phiên mã dù không có lactose. Dữ kiện chưa cho phép kết luận mức phiên mã là tối đa. Chọn B.
Điều hoà trong cơ thể đa bào và ứng dụng
Các tế bào có nhân của cùng một cơ thể thường có cùng hệ gene nhưng biểu hiện những nhóm gene khác nhau. Nhờ vậy, tế bào hình thành cấu trúc và chức năng chuyên hoá. Điều hoà còn thay đổi theo giai đoạn phát triển và tín hiệu mà tế bào nhận được.
Ở sinh vật nhân thực, điều hoà có thể xảy ra trước phiên mã, khi phiên mã, khi xử lí RNA, khi dịch mã và sau dịch mã. Mô hình operon Lac giúp hiểu một cơ chế cụ thể; không nên áp nguyên mô hình đó cho mọi gene ở người.
Trong nuôi cấy mô thực vật, thay đổi chất điều hoà sinh trưởng có thể hướng sự phân hoá mô. Đây là ứng dụng điều khiển hoạt động tế bào, không đồng nghĩa cứ thay điều kiện nuôi là đã tạo một đột biến gene.
Phân biệt gene và mức biểu hiện
Một tế bào có gene X nhưng hầu như không phát hiện sản phẩm X. Kết luận nào phù hợp?
Ít sản phẩm không chứng minh gene đã mất; sự có mặt của gene và mức biểu hiện là hai dữ kiện khác nhau.
Không có dữ kiện về trình tự DNA nên chưa thể kết luận gene bị đột biến.
Đúng. Mức sản phẩm thấp có thể do hạn chế phiên mã, dịch mã hoặc sản phẩm kém bền.
Mức sản phẩm thấp có thể chính là hệ quả của điều hòa biểu hiện gene.
Lời giải
Không phát hiện nhiều sản phẩm chỉ phản ánh mức sản phẩm tại thời điểm đo. Gene có thể vẫn tồn tại nhưng ít biểu hiện, hoặc sản phẩm bị phân giải nhanh. Chọn C.
Những điều cần nhớ
Xác định đúng vùng DNA, gene và protein trước khi giải thích operon. Điều hoà thay đổi mức sản phẩm gene; không nhất thiết thay đổi trình tự DNA. Với cơ thể đa bào, biểu hiện gene khác nhau góp phần tạo sự chuyên hoá của tế bào.
Đang học