Phân tử mRNA được tổng hợp theo chiều

Ở người, quá trình tổng hợp protein sữa của người mẹ để nuôi con được thực hiện từ lúc người mẹ bắt đầu mang thai. Các gene mang thông tin về cấu trúc của protein sữa sẽ tiến hành phiên mã để tổng hợp mRNA và dự trữ mRNA trong tế bào. Sau đó, khi người mẹ sinh con thì kho dự trữ mRNA được huy động để đồng loạt dịch mã nhằm tạo ra lượng lớn protein sữa để nuôi con. Quá trình tạo ra lượng lớn mRNA như trên là điều hòa hoạt động gene ở cấp độ nào sau đây? 

Hình 1 mô tả khái quát các thành phần cấu trúc của một gene ở sinh vật nhân thực. Thành phần cấu trúc nào mang triplet sau phiên mã sẽ quy định tín hiệu mở đầu quá trình dịch mã?

Điểm khác nhau về chức năng giữa gene cấu trúc và gene điều hòa là:

Để nghiên cứu về sự điều hòa theo mô hình operon ở tế bào vi khuẩn E. Coli, các nhà khoa học đã thiết kế một “operon lai”, trong đó chứa trình tự các gene của operon tryptophan (Trp) và operon Lactose (Lac), có trình tự điều hòa của operon Trp (như hình 4).

Giả sử sự sinh trưởng của tế bào vi khuẩn E.coli có liên hệ mật thiết với sự có mặt của amino acid tryptophan và chất cho carbon. Chuyển plasmid tái tổ hợp chứa “operon lai” vào dòng tế  bào vi khuẩn E. coli đột biến mất trình tự operon Trp và operon Lac. Trong các điều kiện môi trường nuôi cấy được đề cập như trong Bảng 1 có bao nhiêu môi trường có thể tạo khuẩn lạc?

Ở vi khuẩn E. Coly bình thường, cấu trúc số 4 trong operon lac không hoạt động khi

Vùng điều hoà của gene cấu trúc nằm ở vị trí nào của gene?

Một nhà khoa học đang nghiên cứu về trình tự của một đoạn DNA. Ông tách đoạn DNA kép này thành 2 mạch đơn rồi phân tích thành phần base Nitrogen của từng mạch. Sau khi xác định được mạch làm khuôn cho phiên mã, ông phân lập mạch này rồi bổ sung các protein cần thiết cho quá trình phiên mã xảy ra, riêng hỗn hợp B và hỗn hợp C ông còn bổ sung 1 số thành phần khác có liên quan đến xử lý mRNA. Tỉ lệ phần trăm các loại base Nitrogen của từng mạch đơn DNA và mRNA từ 3 hỗn hợp trên được thể hiện ở bảng dưới đây:

Hình 4 minh họa vai trò của protein TET trong quá trình oxygen hóa 5mC thành 5hmC và sự tương tác của yếu tố phiên mã với nucleosome để điều chỉnh biểu hiện gene. Hình 4A mô tả hoạt động của protein TET, khi TET xúc tác quá trình chuyển đổi 5-methylcytosine (5mC) thành 5-hydroxymethylcytosine (5hmC). Hình 4B minh họa vai trò của yếu tố phiên mã (TF) trong quá trình điều chỉnh hoạt động của TET. Khi TF₁ liên kết với nucleosome thì TET được gắn với vị trí tại đó, oxygen hóa 5mC thành 5hmC. TF₂ được gắn tiếp theo , với TF₁ làm thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, có thể liên quan đến quá trình kích hoạt enhancer (một yếu tố tăng cường phiên mã).

Trong quá trình hoạt động của TET, điều gì xảy ra với cấu trúc nhiễm sắc thể?

Ở sinh vật nhân thực, quá trình nào sau đây chỉ diễn ra ở tế bào chất.

Khi không có glucose, vi khuẩn E. coli có thể sử dụng arabinose (một loại đường pentose) để làm nguồn năng lượng thay thế. Operon arabinose (hình bên) bao gồm bốn gene aramino acid, araB, araC và araD, trong đó ba gene aramino acid, araB, araD có vai trò mã hoá cho các enzyme trực tiếp tham gia vào quá trình chuyển hoá đường arabinose. Gene araC mã hoá cho một loại protein điều hoà phiên mã có khả năng liên kết với trình tự promoter của operon arabinose.

Để tìm hiểu về những đặc tính của protein AraC, các nhà khoa học đã tạo ra một chủng vi khuẩn đột biến mất chức năng gene araC và xem xét những ảnh hưởng của đột biến đó lên cường độ phiên mã của gene ara trong hai điều kiện môi trường có bổ sung hoặc không bổ sung arabinose. Những bước thí nghiệm tương tự cũng được thực hiện đối với tế bào kiểu dại để làm đối chứng. Kết quả so sánh được tóm tắt trong bảng dưới đây.

Hình 8 mô tả mối quan hệ giữa Gene – RNA - Protein ở sinh vật nhân sơ. X và Y là các quá trình của cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử.

Hình dưới đây thể hiện các giai đoạn của các cơ chế di truyền xảy ra trong tế bào. Nếu quá trình di chuyển mRNA từ nhân ra tế bào chất bị gián đoạn, điều gì sẽ xảy ra?

Hình 5 mô tả mối quan hệ giữa DNA, RNA (mRNA, tRNA, rRNA), protein. Kí hiệu --- mô tả một trong những loại liên kết có trong từng loại phân tử DNA, RNA, protein (dạng xoắn α và gấp β). Mỗi nhận định sau đây là Đúng hay Sai về Hình 5 trên?

MYC là một loại protein gây ung thư được tìm thấy biểu hiện quá mức ở trong các tế bào ung thư vú. Để tìm hiểu con đường truyền tín hiệu bắt đầu từ EGFR có điều khiển sự biểu hiện của gene MYC (mã hoá protein MYC) hay không người ta tiến hành thí nghiệm, gồm các bước:

       1. Tiếp đến, ly giải tế bào và sử dụng kỹ thuật phù hợp (như Western Blot) để so sánh nồng độ protein MYC trong hai nhóm tế bào này.

       2. Nuôi cấy hai nhóm tế bào ung thư vú trong hai ống nghiệm khác nhau, một nhóm có một hoặc một số protein nằm xuôi dòng EGFR bị ức chế bởi các thuốc đặc hiệu, nhóm còn lại thì không (nhóm kiểm soát).

       3. Đánh giá nồng độ MYC giữa hai nhóm tế bào, ta rút ra kết luận EGFR có điều khiển sự biểu hiện của gene MYC (mã hoá protein MYC) hay không.

       4. Sau đó kích thích hoạt động của EGFR trong một khoảng thời gian nhất định bởi phối tử của nó.

       Hãy viết liền các số tương ứng với bốn bước theo trình tự thí nghiệm nghiên cứu EGFR có điều khiển sự biểu hiện của gene MYC (mã hoá protein MYC) hay không.

Ở vi khuẩn E. coli kiểu dại, sự biểu hiện của gene lac Z thuộc nhóm operon lac mã hóa Beta-galactoxidase phụ thuộc sự có mặt của glucose và lactose trong môi trường. Khi môi trường có cả glucose và lactose, enzyme này biểu hiện ở mức thấp, khi môi trường chỉ có lactose, enzyme được biểu hiện ở mức tăng cường trong các tế bào vi khuẩn kiểu dại. Bằng kĩ thuật gây đột biến và chuyển DNA plasmid mang các trình tự gene có nguồn gốc từ nhiễm sắc thể E. coli này vào các tế bào E. coli khác, người ta đã tạo được 3 chủng vi khuẩn đột biến có kiểu gene lưỡng bội về các gene và trình tự điều hòa tham gia phân giải lactose (chủng 1 tới 5) như Hình 7.

Trong đó:

I⁺, P⁺, O⁺, Z⁺ tương ứng là các trình tự kiểu dại của gene mã hóa protein ức chế (I) , vùng P , vùng O và gene lacZ.

P^-, O^-, Z^- là các trình tự đột biến mất chức năng so với trình tự kiểu dại tương ứng.

I- là đột biến làm protein ức chế mất khả năng gắn vùng O.

I^S là đột biến làm protein ức chế mất khả năng gắn vào đồng phân của lactose.

Xét các phát biểu dưới đây khi đưa các chủng trên vào các môi trường không có glucose và lactose, chỉ có lactose, có cả glucose và lactose.

Hình 3 mô tả cơ chế di truyền cấp độ phân tử của sinh vật

Phát biểu nào sau đây là đúng về quá trình này?

Nghiên cứu gene cấu trúc tham gia vào sự chuyển hoá một chất X gồm A, B, D và E. Một trình tự C liên kết với các trình tự A, B và D, còn E nằm cách xa. Người ta phân lập được các đột biến khác nhau ở trình tự C có ảnh hưởng đến sự biểu hiện của các gene cấu trúc. Họ tạo ra các kiểu gene ở các locut của gene A và trình tự C rồi xác định enzyme do gene A mã hoá có được tạo thành khi có mặt hoặc không có mặt chất X như sau:

C^C, C⁻: Đột biến; C⁺: bình thường.

Dấu (+): enzyme A được tổng hợp; dấu (−): enzyme A không được tổng hợp.

Dịch mã là quá trình:

Ở tế bào nhân thực, quá trình nào sau đây không diễn ra trong nhân tế bào?

Hình 4 minh họa vai trò của protein TET trong quá trình oxygen hóa 5mC thành 5hmC và sự tương tác của yếu tố phiên mã với nucleosome để điều chỉnh biểu hiện gene. Hình 4A mô tả hoạt động của protein TET, khi TET xúc tác quá trình chuyển đổi 5-methylcytosine (5mC) thành 5-hydroxymethylcytosine (5hmC). Hình 4B minh họa vai trò của yếu tố phiên mã (TF) trong quá trình điều chỉnh hoạt động của TET. Khi TF₁ liên kết với nucleosome thì TET được gắn với vị trí tại đó, oxygen hóa 5mC thành 5hmC. TF₂ được gắn tiếp theo , với TF₁ làm thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, có thể liên quan đến quá trình kích hoạt enhancer (một yếu tố tăng cường phiên mã).

Yếu tố nào có thể làm tăng hoạt động của TET?