Giải thích cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac

Lời giải chi tiết, đáp án chính xác cho câu hỏi: “Giải thích cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac” và phần kiến thức tham khảo hay nhất do Top lời giải biên soạn là tài liệu cực hữu dụng cho các bạn học sinh và thầy cô giáo trong quá trình dạy và học.

Câu hỏi: Giải thích cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac.

Trả lời:

Cơ chế điều hòa hoạt động của opêron Lac

- Khi môi trường không có lactozo:

+ Gen điều hòa quy định tổng hợp protein ức chế. Protein này liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã làm cho các gen cấu trúc không hoạt động.

- Khi môi trường có lactozo, một số phân tử lactozo liên kết với protein ức chế làm biến đổi cấu hình không gian ba chiều của nó làm cho protein ức chế không thể liên kết được với vùng vận hành và do vậy ARN polimeraza có thể liên kết được với vùng khởi động để tiến hành phiên mã. Sau đó, các phân tử mARN của các gen cấu trúc Z, Y, A được dịch mã tạo ra các enzim phân giải đường lactozo. Khi đường lactozo bị phân giải hết thì protein ức chế lại liên kết với vùng chỉ huy (vùng vận hành) và quá trình phiên mã bị dừng lại.

Kiến thức tham khảo về Operon lac:

1. Định nghĩa về Operon lac

- Opêron là một cụm các gen cấu trúc phân bố liền nhau, có liên quan về chức năng và có chung một cơ chế điều hòa trên phân tử ADN của vi khuẩn.

- Cơ chế điều hòa hoạt động operon lac được hai nhà khoa học người Pháp là François Jacob và Jacques Monod phát hiện và làm sáng tỏ (sau đó được trao giải Nobel Sinh lý học và Y khoa năm 1965) cũng như là một ví dụ tiêu biểu cho sự điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ. Xét về các cấp độ mức độ biểu hiện gen, quá trình điều hòa operon lac thuộc dạng điều hòa phiên mã trong khi xét về sự hoạt động thì operon lac thuộc dạng operon cảm ứng (tức chỉ hoạt động khi có sự cảm ứng từ yếu tố môi trường, trong tình huống này là allolactose – một dẫn xuất của lactose).

Xem thêm:

>>> Mô hình Operon lac là mô hình điều hòa ở cấp độ nào?

2. Cấu trúc về Operon lac

- Cấu trúc opêron Lac ở E.coli bao gồm:

+ Z, Y, A: Các gen cấu trúc kiểm soát tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactôzơ trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào.

+ O (operator): Vùng vận hành là trình tự nucleotit đặc biệt tại đó protein ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã.

+ P (promoter): Vùng khởi động, nơi mà ARN polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã.

- Một gen khác tuy không nằm trong thành phần của opêron, song cũng có vai trò quan trọng trong điều hòa hoạt động các gen của opêron là gen điều hòa R.

- Gen điều hòa R tuy không nằm trong thành phần của opêron song cũng có vai trò quan trọng trong điều hòa hoạt động các gen. Khi hoạt động sẽ tổng hợp nên prôtêin ức chế. Prôtêin này có khả năng liên kết với vùng vận hành dẫn đến ngăn cản quá trình phiên mã.

3. Cơ chế điều hòa hoạt động của Opêron Lac

- Khi môi trường không có lactozo:

Gen điều hòa quy định tổng hợp protein ức chế. Protein này liên kết với vùng vận hành ngăn cản quá trình phiên mã làm cho các gen cấu trúc không hoạt động.

- Khi môi trường có lactozo, một số phân tử lactozo liên kết với protein ức chế làm biến đổi cấu hình không gian ba chiều của nó làm cho protein ức chế không thể liên kết được với vùng vận hành và do vậy ARN polimeraza có thể liên kết được với vùng khởi động để tiến hành phiên mã. Sau đó, các phân tử mARN của các gen cấu trúc Z, Y, A được dịch mã tạo ra các enzim phân giải đường lactozo. Khi đường lactozo bị phân giải hết thì protein ức chế lại liên kết với vùng chỉ huy (vùng vận hành) và quá trình phiên mã bị dừng lại.