WebLab STEM

Sinh học · 9. Sinh học phân tử & Điều hòa gen

Dòng thông tin di truyền: Phiên mã, dịch mã và điều hòa gen

Khám phá dòng chảy thông tin DNA → RNA → Chuỗi polypeptide và cơ chế bật/tắt gen qua mô hình Operon Lac kinh điển.

40 phútPhiên bản nội dung: 2.1
Bắt đầu lộ trình tương tácMở thí nghiệm mô phỏng

Câu hỏi dẫn đường

Làm sao một chuỗi 4 loại nucleotide trên DNA lại mã hóa chính xác cấu trúc và chức năng của hàng vạn protein khác nhau?

Phạm vi chương trình

GDPT 2018 Sinh học 12 (Chương 1: Di truyền phân tử); Cambridge A-Level Biology 9700 (Gene expression); AP Biology Unit 6.

Phạm vi và giới hạn mô hình

Bao gồm dòng thông tin di truyền ở sinh vật nhân sơ và nhân thực cơ bản; không bao gồm cơ chế sửa sai biểu sinh phức tạp ở người.

Mục tiêu học tập

  • Mô tả các giai đoạn phiên mã mARN từ mạch khuôn ADN (3′ → 5′) theo nguyên tắc bổ sung.
  • Giải thích cơ chế dịch mã tại Ribosome: nhận diện codon - anticodon, hình thành liên kết peptide và kết thúc dịch mã.
  • Phân tích cơ chế điều hòa âm tính của Operon Lac ở vi khuẩn E. coli khi có và không có lactose.

Kiến thức cần biết trước

  • Cấu trúc hóa học của nucleotide (A, T, G, C, U) và liên kết phosphodiester, liên kết hydro.
  • Mã di truyền bộ ba (triplet codon).

Kiến thức trọng tâm

Nguyên tắc bổ sung trong phiên mã

ARN polymerase bám vào vùng điều hòa (Promoter), tách xoắn ADN và tổng hợp mARN kéo dài theo chiều 5′ → 3′ (A liên kết U, T liên kết A, G liên kết C, C liên kết G).

Dịch mã và mã di truyền

Mã bộ ba gồm 64 codon (trong đó có 1 codon mở đầu AUG mã hóa Met/fMet và 3 codon kết thúc UAA, UAG, UGA không mã hóa axit amin).

Mô hình Operon Lac

Cụm gen cấu trúc lacZ, lacY, lacA dùng chung một promoter và operator. Khi không có lactose, protein ức chế bám vào operator ngăn cản phiên mã; khi có lactose (allolactose), protein ức chế biến đổi cấu hình rời khỏi operator, kích hoạt phiên mã.

Ví dụ mẫu có giải thích

Đoạn mạch khuôn ADN có trình tự 3′-TAC GGC TTA ACT-5′. Phiên mã tạo mARN: 5′-AUG CCG AAU UGA-3′. Dịch mã tạo chuỗi tripeptide: Met – Pro – Asn (codon UGA là tín hiệu kết thúc, không gắn thêm axit amin).

Ngộ nhận cần tránh

  • Mạch khuôn tổng hợp mARN là mạch 3′ → 5′, mARN luôn được tổng hợp theo chiều 5′ → 3′ (không bao giờ theo chiều ngược lại).
  • Gen điều hòa (lacI) không nằm trong thành phần cấu trúc của operon Lac mà có promoter riêng và phiên mã liên tục.

Quy trình thí nghiệm mô phỏng: Phiên mã, dịch mã và cơ chế Operon Lac

  1. Khởi động mô phỏng tổng hợp protein, thiết lập trình tự nucleotide mạch mẫu.
  2. Quan sát sự trượt của ARN polymerase, ghép cặp bazơ tự do và giải phóng sợi mARN trưởng thành.
  3. Đưa mARN vào phức hợp Ribosome, theo dõi tARN vận chuyển axit amin đến khớp mã đối mã và hình thành liên kết peptide.

An toàn và lưu ý

  • Trong thí nghiệm sinh học phân tử thật, thuốc thử nhuộm huỳnh quang Ethidium Bromide là chất gây đột biến mạnh; luôn đeo găng tay nitrile.

Bằng chứng cần thu thập

  • Bảng đối chiếu trình tự mạch gốc ADN, mARN tương ứng và chuỗi axit amin tạo thành.
  • Sơ đồ trạng thái Operon Lac (bật vs tắt) dưới điều kiện nồng độ glucose và lactose biến thiên.
Mở thí nghiệm mô phỏng
📋 Nhúng thí nghiệm này vào bài giảng điện tử (Dành cho Giáo viên & LMS)

Sao chép đoạn mã iframe dưới đây để nhúng mô phỏng tương tác này vào Google Sites, LMS Moodle, Canvas, Microsoft Teams hoặc blog học tập:

<iframe src="https://visuallab.win/bio-lab/?experiment=transcriptionTranslation&lang=vi" width="100%" height="560" frameborder="0" allow="fullscreen" loading="lazy"></iframe>

Kiểm tra đầu vào

1. Codon nào sau đây mang tín hiệu kết thúc dịch mã?

  1. UGA
  2. AUG
  3. UGG
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: UGA

Ba codon kết thúc dịch mã là UAA, UAG và UGA.

2. Chất nào đóng vai trò chất cảm ứng (inducer) làm bất hoạt protein ức chế trong Operon Lac?

  1. Allolactose (đồng phân lactose)
  2. Glucose
  3. Galactose
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Allolactose (đồng phân lactose)

Allolactose liên kết dị lập thể với protein ức chế làm biến đổi cấu hình, khiến nó rời khỏi vùng vận hành (operator).

Luyện tập vận dụng

1. Một phân tử mARN có 300 codon (bao gồm codon mở đầu và kết thúc). Chuỗi polypeptide hoàn chỉnh có bao nhiêu axit amin?

  1. 299 axit amin
  2. 300 axit amin
  3. 100 axit amin
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: 299 axit amin

Codon kết thúc không mã hóa axit amin; chuỗi polypeptide ban đầu có 300 − 1 = 299 axit amin (sau đó axit amin mở đầu Met có thể bị cắt bỏ còn 298).

2. Đột biến thay thế một nucleotide làm biến đổi codon mã hóa thành một codon kết thúc được gọi là đột biến gì?

  1. Đột biến vô nghĩa (Nonsense mutation)
  2. Đột biến sai nghĩa (Missense mutation)
  3. Đột biến đồng nghĩa (Silent mutation)
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Đột biến vô nghĩa (Nonsense mutation)

Đột biến vô nghĩa tạo ra codon kết thúc sớm, làm chuỗi polypeptide bị ngắn lại và thường mất chức năng.

3. Nếu vùng operator của operon Lac bị đột biến mất chức năng khiến protein ức chế không bám được, điều gì sẽ xảy ra?

  1. Các gen cấu trúc được phiên mã liên tục ngay cả khi không có lactose
  2. Operon bị đóng vĩnh viễn, không bao giờ phiên mã
  3. Vi khuẩn chết ngay lập tức
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Các gen cấu trúc được phiên mã liên tục ngay cả khi không có lactose

Do protein ức chế không thể gắn vào operator để chặn ARN polymerase, operon sẽ phiên mã liên tục (biểu hiện gen cấu thành).

Nguồn kiểm tra chuyên môn

  1. Cambridge IGCSE Biology 0610 — đề cương và tài liệu chính thức
  2. Cambridge AS & A Level Biology 9700 — đề cương chính thức
  3. OpenStax Biology 2e — sinh học nền tảng đã bình duyệt

Nội dung được duy trì theo các nguồn trích dẫn bên dưới. Mô phỏng là mô hình học tập và không thay thế quy trình an toàn của phòng thí nghiệm thực.

Đơn vị xuất bản nội dung
WebLab STEM
Phụ trách kỹ thuật
Đức Tiến — Kỹ sư Điều khiển và Tự động hóa