CHÀO MỪNG CÁC EM
ĐẾN VỚI BÀI HỌC HÔM NAY!

KHỞI ĐỘNG
Nếu trong quá trình chuyển hóa của cơ thể
mà một phản ứng nào đó không diễn ra thì
hậu quả sẽ thế nào?

Sự rối loạn trong biểu hiện gene dẫn đến xuất hiện các kiểu hình
khác thường ví dụ như bệnh bạch tạng hay ung thư,...

Bệnh bạch tạng

U xơ tuyến vú

Tại sao lại xuất hiện các kiểu hình khác thường
mà chúng ta đang quan sát?

BÀI 3:
ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN
GENE

NỘI DUNG BÀI HỌC
I.
Điều hòa biểu hiện
gene của operon lac
ở vi khuẩn E.coli

II.

III.

Ý nghĩa của sự điều

Ứng dụng của điều

hòa biểu hiện gene

hòa biểu hiện gene

I.
ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN
GENE CỦA OPERON LAC
Ở VI KHUẨN E.COLI

1. Thí nghiệm
Jacques Lucien Monod
là nhà sinh vật học
người Pháp. Ông cùng
với François Jacob phát
hiện ra cơ chế điều hòa
hoạt động của gene.

Jacques Monod

François Jacob

Mô tả thí nghiệm:
Jacques Monod và François Jacob đã nghiên cứu sự biểu hiện
của các gene liên quan đến chuyển hóa lactose ở vi khuẩn E.coli:
Thí nghiệm lượng
enzyme
β–galactosidase
Permease
Transacetylase

Không có lactose,
có amino acid đánh dấu
Chỉ có một vài phân tử
enzyme 
Chỉ có một vài phân tử
enzyme 
Chỉ có một vài phân tử
enzyme 

Có lactose,
có amino acid đánh dấu
enzyme tăng lên khoảng 1000 lần
chỉ trong vòng 2-3 phút 
enzyme tăng lên khoảng 1000 lần
chỉ trong vòng 2-3 phút
enzyme tăng lên khoảng 1000 lần
chỉ trong vòng 2-3 phút 

Kết luận: Lactose đã kích hoạt tế bào tổng hợp đồng thời cả ba enzyme ß-galatosidase,
permease và transacetylase.

Giả thuyết: tồn tại một tín hiệu từ môi trường gây nên
biểu hiện đồng thời một cụm nhiều gene mã hóa các
enzyme tham gia chuyển hóa lactose.
Các gene này được phiên mã thành
một mRNA (mRNA polycistronic).

Dịch mã mRNA này tạo ra nhiều
chuỗi polypeptide.

Giải thích:
Khi tăng nồng độ lactose trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn E.coli,
nồng độ các protein và enzyme phân giải đường này cũng tăng vì:

Lactose đóng vai trò là
nguồn cung cấp năng lượng
cho E.coli.

Lactose

Giải thích:
Khi nồng độ lactose tăng, lactose có vai trò là chất cảm ứng,
kích hoạt các gene mã hóa protein vận chuyển lactose qua
màng tế bào và enzyme phân giải lactose biểu hiện.
Các sản phẩm của quá trình biểu hiện gene thực
hiện chức năng vận chuyển và phân giải lactose,
cung cấp vật chất và năng lượng cho các hoạt
động sống của vi khuẩn E.coli.

KẾT LUẬN
Thí nghiệm về sự biểu hiện đồng thời
các enzyme chuyển hóa lactose ở
E.coli bởi một tín hiệu (lactose) từ
môi trường cho thấy cơ chế điều hòa
biểu hiện phiên mã các gene theo
mô hình operon.

2. Cơ chế điều hòa biểu hiện gene ở operon lac

Khái niệm: Điều hoà biểu hiện của gene là sự điều chỉnh
lượng sản phẩm của gene trong tế bào

Operon là gì?

Khái niệm operon:
• Operon là cụm các gene cấu trúc có chung trình tự điều
hòa phiên mã và được phiên mã tạo thành một mRNA.

• Operon chỉ có ở hệ gene của sinh vật nhân sơ.

a) Cấu trúc operon lac

Cấu trúc một operon lac gồm 3 thành phần:
Vùng Plac

Vùng O

Trình tự khởi động phiên mã
các gene cấu trúc

Trình tự vận hành có vị trí
bám của protein ức chế

Các gene cấu trúc
LacZ, LacY, LacA tương ứng mã hóa các enzyme βgalactosidase, permease, transacetylase

Operon lac được kiểm soát bởi gene điều hòa I

- Nằm ngoài operon, điều hòa hoạt động của gene cấu trúc.
- Vai trò của gene điều hòa I: Tổng hợp protein ức chế.
- Protein ức chế liên kết với vùng vận hành O, ngăn cản quá trình
phiên mã của các gene cấu trúc.

Video tìm hiểu cấu trúc của operon lac

b) Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac
3.2a

3.2b

Khi môi trường không có lactose:

Protein ức chế (lacI) liên
kết với operator (O) làm
cho enzyme RNA
polymerase không thể liên
kết được với promoter (P)
nên các gene cấu trúc
không được phiên mã.

Hình 3.2a. Cơ chế điều hòa biểu hiện gene ở operon lac
của vi khuẩn E.coli môi trường không có lactose

Khi môi trường có lactose:

• Một lượng nhỏ lactose
chuyển thành allolactose liên
kết với protein ức chế, làm
cho protein bị thay đổi cấu
trúc nên không liên kết với
vùng O.
• Enzyme RNA polymerase liên

Hình 3.2b. Cơ chế điều hòa biểu hiện gene ở
operon lac của vi khuẩn E.coli môi trường có lactose

kết với vùng Plac để tiến hành
phiên mã các gene cấu trúc.

Video tìm hiểu cơ chế điều hòa hoạt động của operon lac

II.
Ý NGHĨA CỦA SỰ ĐIỀU
HÒA BIỂU HIỆN GENE

Một số ví dụ:
1
Khi môi trường có tryptophan, vi khuẩn E.coli sẽ ngưng sản xuất
các enzyme xúc tác cho quá trình tổng hợp tryptophan.
2
Ở người, gene mã hóa epsilon-2-globin (HBE2) chỉ biểu hiện ở
giai đoạn phôi, gene mã hóa beta-globin (HBB) chỉ biểu hiện ở
giai đoạn trưởng thành.

3
Ở người, gene quy định hình thái của cơ thể
chỉ biểu hiện ở giai đoạn phôi.
4
Trong quá trình biến thái ở bướm, các gene
biểu hiện khác nhau ở giai đoạn sâu bướm và
bướm trưởng thành.
Nêu nghĩa của điều hòa biểu hiện gene
đối với tế bào và sinh vật.

Ý NGHĨA CỦA ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE
Cơ chế góp phần làm cho sản phẩm của các gene được tạo thành
đúng thời điểm, có lượng phù hợp với tế bào và cơ thể.
Sinh vật có thể tối ưu các hoạt động sống và thích ứng với
môi trường thay đổi thường xuyên của môi trường.
Giúp tế bào tránh lãng phí năng lượng, không bị gây độc, tăng khả
năng sống sót và cạnh tranh của sinh vật khi nguồn sống bị hạn chế.
Quyết định tính đặc thù của mô, cơ quan và các giai đoạn phát triển
của cơ thể (ở sinh vật đa bào).

KẾT LUẬN
Điều hòa biểu hiện gene trong tế bào mà nhờ đó sinh vật
thích ứng với sự thay đổi của môi trường, tiết kiệm
năng lượng, hoạt động hiệu quả, chống chịu với điều
kiện bất lợi. Bên cạnh đó, ở sinh vật nhân thực, điều
hòa biểu hiện gene tạo nên tính đặc thù mô, cơ quan,
điều hòa sự phát triển cơ thể qua các giai đoạn.

III.
ỨNG DỤNG CỦA ĐIỀU
HÒA BIỂU HIỆN GENE

HOẠT ĐỘNG NHÓM 3 - 4HS
Đọc thông tin mục III SGK trang 21 - 22 và thực hiện nhiệm vụ:
• Ghi tóm tắt các ứng dụng của điều hòa
biểu hiện gene.
• Câu hỏi 4 (SGK - tr.21): Hãy nêu các
ứng dụng thực tế liên quan đến cơ chế
điều hòa biểu hiện gene trong kiểm soát
mật độ tế bào ở vi khuẩn hoặc tăng hiệu
quả sản xuất protein tái tổ hợp.

1. Ứng dụng điều hòa biểu hiện gene ở sinh vật nhân sơ
Kiểm soát mật độ tế bào vi khuẩn, phát triển thuốc điều trị các
bệnh nhiễm khuẩn, xử lí vi khuẩn gây ô nhiễm môi trường,...
Ví dụ:
 Sử dụng 3,3'-diindolylmethane (DIM)
có khả năng ức chế hình thành
màng sinh học (mảng bám răng) ở vi
khuẩn Streptococcus mutans.

 Sử dụng vi sinh vật để xử lí ô nhiễm môi trường:

2. Ứng dụng điều hòa biểu hiện gene ở sinh vật nhân thực
1

Ứng dụng trong sản xuất thuốc ức chế sản phẩm của gene.
Ví dụ:

Thuốc tamoxifen ức chế đặc
hiệu thụ thể estrogen alpha
để chữa ung thư vú do gene
biểu hiện quá mức.

2

Ứng dụng trong công nghệ chuyển gene: Điều hòa biểu hiện gene
được ứng dụng trong sản xuất protein tái tổ hợp.

Ví dụ:

Sử dụng vector chuyển gene mã hóa
protein điều hòa và promoter vào
giống lúa Chành Trụi giúp tăng cường
biểu hiện các gene liên quan với đáp
ứng hạn ở cây lúa chuyển gene.

3

Ứng dụng trong nuôi cấy mô thực vật và tế bào gốc động vật.

Ví dụ:

Tỉ lệ auxin và cytokinin điều khiển ra chồi hoặc ra rễ.

Auxin: cao, cytokinin: thấp

Auxin: thấp, cytokinin: cao

Auxin và cytokinin: trung bình

4

Chủ động đóng mở một số gene nhất định phù hợp với nhu cầu
sản xuất.

Ví dụ:

Thắp đèn vào ban đêm để kích thích

Sử dụng hormone 17α-methyltestosterone

cây thanh long ra hoa.

để sản xuất cá rô phi đơn tính đực.

LUYỆN TẬP
Câu 1: Thí nghiệm phát hiện operon lac ở vi khuẩn E.coli, Monod và
Jacob sử dụng môi trường nào sau đây để nuôi vi khuẩn E.coli trong
lô thí nghiệm?
A. Môi trường không có lactose
và có các amino acid đánh dấu
phóng xạ.

C. Môi
Môi trường
trường có
có lactose
lactose và
và các
các
amino
acidđánh
đánhdấu
dấu
phóng
amino acid
phóng
xạ.xạ.

B. Môi trường có lactose và

D. Môi trường không có lactose

không có các amino acid đánh

và không có các amino acid

dấu phóng xạ.

đánh dấu phóng xạ.

Câu 2: Trong cơ chế điều hòa hoạt động của operon lac, sự kiện nào
sau đây diễn ra cả khi môi trường có lactose và khi môi trường không
có lactose?

A. Một số phân tử lactose liên
kết với protein ức chế.

B. Gene điều hòa lacI tổng hợp
protein ức chế.

C. Các gene cấu trúc Z, Y, A
phiên mã tạo ra các phân tử
RNA tương ứng.
D. RNA polymerase liên kết với
vùng khởi động của operon lac
và tiến hành phiên mã.

Câu 3: Cấu trúc của operon lac ở vi khuẩn E.coli
không bao gồm

A. Vùng operator.

B. Các gene cấu trúc lacZ,
lacY, lacA.

C. Vùng promoter.

D. Gene điều hòa lacI.

Câu 4: Hình sau đây mô tả hoạt động của Operon Lac ở vi khuẩn E.coli trong
môi trường nuôi cấy. Phân tích hình và cho biết phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Vi
Vi khuẩn
khuẩnđang
đang
được
được
nuôi
nuôi
cấy cấy
trongtrong
môi

C. Hai vùng (P) luôn ở trạng thái liên

trường
môi trường
có đường
có đường
lactose.
lactose.

kết với enzyme RNA polymerase.

B. Chất X là enzyme β-galactosidase.

D. Operon Lac của vi khuẩn E.coli
đang ở trạng thái không hoạt động.

Câu 5: Khi nói về quá trình điều hòa hoạt động của gene, phát biểu nào sau
đây sai?
A. Điều hòa hoạt động của gene

C. Khi môi trường có lactose,

ở sinh vật nhân sơ xảy ra chủ

gene điều hòa không thực hiện

yếu ở mức phiên mã.

phiên mã.

B. Điều hòa hoạt động của gene

D. Quá trình điều hòa hoạt động

chính là điều hòa lượng sản

gene ở sinh vật có thể xảy ra ở

phẩm do gene tạo ra.

nhiều mức độ khác nhau.

Trắc nghiệm đúng - sai
Một học sinh sau khi quan sát hình (a) và hình (b) thể hiện cơ chế hoạt động
của operon lac ở 2 chủng E.coli bình thường và đột biến dưới đây.

(a) Dạng bình thường

(b) Dạng đột biến

Các nhận định sau là Đúng hay Sai về cơ chế hoạt động của operon lac ở 2
chủng E.coli dạng bình thường và dạng đột biến?

a) Hình (a) operon lac hoạt động là do có lactose đóng vai trò là chất cảm
ứng đã bất hoạt protein ức chế, làm cho vùng O được giải phóng.
Enzyme DNA polymerase liên kết với vùng Plac để tiến hành phiên mã
các gene cấu trúc.
b) Hình (b) do đột biến làm cho protein ức chế bị thay đổi cấu hình không
còn khả năng liên kết với vùng O. Operon lac hoạt động ngay cả khi
môi trường không có lactose.
c) Nếu đột biến xảy ra ở các gene cấu trúc Z, Y, A thì sẽ ảnh hưởng đến
cả quá trình phiên mã và dịch mã.
d) Nếu sử dụng 5-BU để gây đột biến ở giữa vùng mã hóa của gene lacY
chắc chắn sẽ làm thay đổi sản phẩm của các gene cấu trúc Z, Y, A.

Luyện tập (SGK - tr.21)
Hãy trình bày tóm tắt cơ chế điều hòa biểu hiện gene ở operon lac
của E.coli.

Gene điều hòa R
luôn hoạt động, tạo
ra protein ức chế.

Khi môi trường không có lactose: Protein ức
chế

liên

kết

với

vùng

O,

enzyme

RNA

polymerase không liên kết được với vùng Plac
nên các gene cấu trúc không được phiên mã.
Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ
lactose chuyển thành allolactose liên kết với
protein ức chế, làm cho protein bị thay đổi cấu
trúc nên không liên kết với vùng O. Enzyme
RNA polymerase liên kết với vùng Plac để tiến
hành phiên mã các gene cấu trúc.

VẬN DỤNG
RNA polymerase, β-galactosidase, permease, DNA polymerase,
transacetylase, protease, DNA ligase, restrictase. Có bao nhiêu
enzyme là sản phẩm của các gene cấu trúc trong operon lac ở
vi khuẩn E.coli?

3

Vận dụng (SGK - tr.23)
Tại sao các thuốc có đích tác động là cơ chế cảm ứng mật độ có nhiều
triển vọng ứng dụng trong điều trị bệnh do vi khuẩn kháng kháng sinh?

Gợi ý:

Một số vi khuẩn có khả năng tiết ra sản phẩm tạo thành
màng sinh học (biofilm) bao bọc vi khuẩn. Màng sinh học
làm giảm khả năng thấm của kháng sinh vào vi khuẩn, do
đó, các vi khuẩn tồn tại trên màng sinh học (biofilm) tăng
khả năng kháng kháng sinh, dẫn tới việc sử dụng kháng
sinh không hiệu quả đối với vi khuẩn ở màng sinh học.

 Các thuốc có đích tác động là cơ chế cảm ứng mật độ có
tác dụng ảnh hưởng tới con đường truyền tín hiệu, phá vỡ
cơ chế điều hòa hình thành màng sinh học và làm vi khuẩn
phân tách khỏi màng sinh học hoặc không hình thành
màng sinh học.
 Khi vi khuẩn tồn tại riêng rẽ dễ bị kháng sinh tiêu diệt hơn.
Các thuốc này thường không có tác dụng phụ cho người
sử dụng do đích tác động chỉ đặc hiệu với vi khuẩn (do
khác biệt về cơ chế hóa sinh và cấu trúc protein).

TỔNG KẾT

HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ
1

2

3

Ghi nhớ kiến thức

Hoàn thành bài tập

Chuẩn bị bài sau -

đã học trong bài

trong SBT

Bài 4: Đột biến
gene

CẢM ƠN CÁC EM ĐÃ
CHÚ Ý THEO DÕI BÀI GIẢNG!