Giải Câu hỏi 1 trang 21 SGK Sinh học 12

Lời giải

Cấu trúc của operon lac (gồm các thành phần cần nhắc lại trước khi giải thích):

- Gene điều hoà lacI: nằm trước operon, mã hoá protein ức chế (protein điều hoà). Gene này có promoter riêng và luôn được phiên mã, dịch mã.
- Vùng khởi động P (promoter): nơi RNA polymerase bám vào để khởi đầu phiên mã.
- Vùng vận hành O (operator): nơi protein ức chế có thể bám vào.
- Cụm gene cấu trúc gồm lacZ, lacY, lacA: mã hoá ba enzyme tham gia phân giải lactose là β–galactosidase, permease và transacetylase.

a) Khi môi trường KHÔNG có lactose (Hình 3.1):

- Gene lacI phiên mã và dịch mã tạo ra protein ức chế ở trạng thái hoạt động.
- Protein ức chế liên kết với vùng vận hành O, làm cho RNA polymerase không bám được vào promoter P (hoặc bị cản trở không di chuyển tới cụm gene cấu trúc).
- Kết quả: cụm gene cấu trúc lacZ, lacY, lacA không được phiên mã → không tạo mRNA, không tổng hợp enzyme. Operon ở trạng thái bị ức chế (tắt). Tế bào không lãng phí nguyên liệu, năng lượng để tạo enzyme khi chưa cần.

b) Khi môi trường CÓ lactose (Hình 3.2):

- Gene lacI vẫn phiên mã, dịch mã tạo protein ức chế.
- Một phần lactose được chuyển hoá thành allolactose; allolactose đóng vai trò chất cảm ứng, liên kết với protein ức chế làm protein này biến đổi cấu hình không gian.
- Do bị biến đổi cấu hình, protein ức chế không còn khả năng liên kết với vùng vận hành O.
- Vùng O được giải phóng nên RNA polymerase bám được vào promoter P và tiến hành phiên mã cụm gene cấu trúc lacZ, lacY, lacA tạo mRNA.
- mRNA được ribosome dịch mã tạo ba enzyme: β–galactosidase, permease, transacetylase, giúp tế bào vận chuyển và phân giải lactose để sử dụng. Operon ở trạng thái hoạt động (mở).

Kết luận: Sự biểu hiện của operon lac được điều hoà tuỳ theo nhu cầu của tế bào, phụ thuộc vào sự có mặt của lactose (chất cảm ứng) trong môi trường: không có lactose → operon tắt; có lactose → operon hoạt động. Đây là cơ chế điều hoà biểu hiện gene ở sinh vật nhân sơ (điều hoà ở mức phiên mã theo kiểu cảm ứng).

Đáp số