Giải Sinh học 12 Kết nối tri thức Bài 3: Điều hòa biểu hiện gene

Mở đầu trang 18 Sinh học 12: Trong mỗi tế bào có hàng chục nghìn nhưng tại mỗi thời điểm chỉ một số gene hoạt động.

Lời giải:

Tong mỗi tế bào có hàng trục nghìn nhưng tại mỗi thời điểm chỉ một số gene hoạt động vì như vậy có thể tối ưu hóa nguyên liệu và năng lượng được sử dụng trong tế bào từ đó có thê giúp điều hòa được hoạt động của gene trong tế bào và tạo ra một lượng sản phẩm cần thiết và vừa đủ không làm lãng phí năng lượng của cả cơ thể. Ngoài ra, hoạt động sống và hoạt động của tế bào con phụ thuộc vào điều kiện môi trường mà con người đang sống và cũng phụ thuộc vào tình trạng sức khỏe của con người.

Câu hỏi 1 trang 20 Sinh học 12: Quan sát hình 3.1 và 3.2, hãy giải thích cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac.

Lời giải:

Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac:

- Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế liên kết với operator khiên 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 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.

Câu hỏi 2 trang 20 Sinh học 12: Tại sao môi trường có lactose thì protein ức chế lại không liên kết được với operator?

Lời giải:

Khi môi trường có lactose, một lượng nhỏ lactose chuyển thành đồng phân của lactose và liên kết với protein ức chế khiến protein này thay đổi cấu hình dẫn đến không liên kết được với operator.

Câu hỏi 1 trang 21 Sinh học 12: Phân tích ý nghĩa của điều hòa hoạt động gene trong tế bào và quá trình phát triển cá thể. Giải thích.

Lời giải:

- Nhờ có sự điều hòa biểu hiện của gene, tế bào chỉ tổng hợp những chất cần thiết và phù hợp với nhu cầu nên tiết kiệm được được năng lượng cho cơ thể. Điều hòa biểu hiện gene còn đảm bảo cho tế bào thích nghi được với sự thay đổi ở ngoài môi trường=> tế bào ít phải tiêu tốn năng lượng cần thiết cho tổng hợp protein.

- Điều hoà biểu hiện gene coa vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình phát triển của các sinh vật, do sự điểu hòa biểu hiện gene từ những hợp tử có thể tạo ra được cơ thể sinh vật hòa chỉnh từ các mô chuyên hóa khác nhau. Nếu quá trình điều hoà biểu hiện gene trong quá trình phát triển bị trục trặc, phôi thai có thể bị chết hoặc cá thể sinh ra sẽ bị dị dạng.

Câu hỏi 2 trang 21 Sinh học 12: Hãy tìm thêm một số ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene trong nông nghiệp và trong y học.

Lời giải:

Trong y học: Người bị lùn bẩm sinh do gene không tạo đủ hormone sinh trưởng có thể được chữa trị để có thể cao như người bình thường.

Trong nông nghiệp: Đóng mở gene nhất định ở cây trồng phù hợp với nhu cầu sản xuất.

Câu hỏi 1 trang 22 Sinh học 12: Nêu ý nghĩa điều hòa hoạt động đồng thời nhiều gene cùng lúc kiểu operon lac.

Lời giải:

Ý nghĩa điều hòa hoạt động đồng thời nhiều gene cùng lúc nhiều gene cùng lúc kiểu operon lac là: Tế bào phải tiêu tốn rất nhiều năng lượng cho việc tổng hợp protein. Ví dụ: Tế bào vi khuẩn E. coli phải dùng tới 90% số ATP mà tế bào tạo ra để tổng hợp protein. Nhờ có sự điều hoà hoạt động gene, tế bào chỉ tổng hợp sản phẩm của gene khi cần thiết, với lượng phù hợp với nhu cầu nên tiết kiệm được năng lượng. Ngoài ra, điều hoà hoạt động gene còn đảm bảo cho tế bào thích nghi được với sự thay đổi của môi trường. Ví dụ: Khi tế bào gặp điều kiện nhiệt độ môi trường cao bất thường, một số gene được kích hoạt để tạo ra các protein chống sốc nhiệt; hay các tế bào miễn dịch chỉ kích hoạt các gene tổng hợp kháng thể khi tiếp xúc với các tác nhân gây bệnh.

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.

Lời giải:

Nếu môi trường nuôi cấy vi khuẩn E. coli không có lactose nhưng operon lac vẫn hoạt động thì có thể dự đoán hai trường hợp:

+ Gen điều hòa bị đột biến hoặc bất hoạt, không tạo ra protein ức chế lac.

+ Vùng vận hành (operator) bị hỏng dẫn đến không thể liên kết được với protein ức chế lac.

Giải thích: Khi đó enzyme RNA polymerase liên kết được với vùng khởi động (promoter) và quá trình phiên mã xảy ra, điều này đồng nghĩa với việc operon lac vẫn hoạt động được.

Câu hỏi 3 trang 22 Sinh học 12: Các nhà khoa học nhận thấy loài 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.

Lời giải:

Loài vi khuẩn Streptococcus pneumoniae khi gặp môi trường bất lợi (có thuốc kháng sinh) sẽ kích hoạt gene CSP, sản sinh ra protein CSP. Protein này làm cho tế bào dễ dàng nhận được các gene mới từ môi trường bên ngoài, trong số đó sẽ có gene kháng kháng sinh. Trong môi trường kháng sinh, những vi khuẩn có gene kháng kháng sinh sẽ nhanh chóng thích nghi và phát triển mạnh, tạo nên tình trạng kháng kháng sinh.