Title Chuyên đề 4. ADN, gen.doc ✅

Trang 1 CHUYÊN ĐỀ 4. ADN, GEN I. TRỌNG TÂM LÍ THUYẾT. 1. Kiến thức về ADN - ADN được cấu trúc theo nguyên tắc bổ sung, nguyên tắc đa phân mà đơn phân là 4 loại nuclêôtit A, T, G, X. - Phân tử ADN mạch kép luôn có số nuclêôtit loại A = T; G = X. Nguyên nhân là vì ở ADN mạch kép, A của mạch 1 luôn liên kết với T của mạch 2 và G của mạch 1 luôn liên kết với X của mạch 2. - Phân tử ADN xoắn kép có cấu trúc 2 mạch liên kết bổ sung và ngược chiều nhau. Cứ 10 cặp nuclêôtit tạo nên một chu kì xoắn có độ dài 34 o A (3,4nm). Gen là một đoạn ADN nên cấu trúc của gen chính là cấu trúc của 1 đoạn ADN. - Ở ADN mạch đơn, do A không liên kết bổ sung với T, G không liên kết với X nên A  T; G  X. Do vậy, ở một phân tử ADN nào đó, nếu thấy A  T hoặc G  X thì đó là ADN mạch đơn. - Phân tử ADN mạch kép có 2 mạch liên kết bổ sung và ngược chiều nhau. Cho nên khi biết trình tự các nuclêôtit trên mạch 1 thì sẽ suy ra trình tự các nuclêôtit trên mạch 2. - ADN của sinh vật nhân thực và ADN của sinh vật nhân sơ đều có cấu trúc mạch kép. Tuy nhiên ADN sinh vật nhân thực có dạng mạch thẳng còn ADN của sinh vật nhân sơ có dạng mạch vòng và không liên kết với prôtêin histon. ADN của ti thể, lục lạp có cấu trúc mạch vòng tương tự như ADN của vi khuẩn.  - Ở trong cùng một loài, hàm lượng ADN ở trong nhân tế bào là đại lượng ổn định và đặc trưng cho loài. ADN ở trong tế bào chất có hàm lượng không ổn định (vì số lượng bào quan ti thể, lục lạp không ổn định, thay đổi tùy từng loại tế bào), do đó hàm lượng ADN trong tế bào chất không đặc trưng cho loài. 2. Kiến thức về GEN - Gen là một đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm. Sản phẩm mà gen mã hóa là ARN (tARN, rARN) hoặc chuỗi pôlipeptit. Như vậy, về cấu trúc thì gen là 1 đoạn ADN; về chức năng thì gen mang thông tin di truyền mã hóa cho 1 loại sản phẩm. - Dựa vào chức năng của sản phẩm người ta chia gen thành 2 loại là gen điều hòa và gen cấu trúc. Gen điều hòa là những gen mà sản phẩm của nó làm nhiệm vụ điều hòa hoạt động của gen khác. Gen cấu trúc là những gen còn lại. - Gen không phân mảnh là gen mà vùng mã hóa của nó liên tục, toàn bộ thông tin di truyền trên gen được dịch thành axit amin. Gen phân mảnh là gen mà vùng mã hóa không liên tục, có các đoạn intron xen kẽ các đoạn exon. - Gen của sinh vật nhân sơ có cấu trúc không phân mảnh còn hầu hết gen của sinh vật nhân thực đều có cấu trúc phân mảnh. - Gen phân mảnh có khả năng tổng hợp được nhiều phân tử mARN trưởng thành. Nguyên nhân là vì khi gen phiên mã thì tổng hợp được mARN sơ khai, sau đó enzim sẽ cắt bỏ các đoạn intron và nối các đoạn exon theo các cách khác nhau để tạo nên các phân tử ARN trưởng thành. 3. Kiến thức về nhân đôi ADN - Được gọi là nhân đôi ADN là vì từ 1 phân tử tạo thành 2 phân tử và cả 2 phân tử này hoàn toàn giống với phân tử ban đầu. - Quá trình nhân đôi ADN cần nhiều loại enzim khác nhau, trong đó enzirn tháo xoắn làm nhiệm vụ tháo xoắn và tách 2 mạch của ADN; enzim ADN polimeraza làm nhiệm vụ kéo dài mạch mới theo chiều từ 5’ đến 3’. - Mạch mới luôn được tổng hợp kéo dài theo chiều từ 5’ đến 3’ là vì enzim ADN polimeraza có chức năng gắn nuclêôtit tự do vào đầu 3’OH của mạch polinuclêôtit. - Trong quá trình nhân đôi, trên mỗi phễu tái bản thì một mạch được tổng hợp liên tục, một mạch được tổng hợp gián đoạn. Nếu tính trên cả phân tử thì mạch nào cũng được tổng hợp gián đoạn (đầu này gián đoạn, đầu kia liên tục). - Quá trình nhân đôi của ADN diễn ra theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo tồn. Do đó từ 1 phân tử, sau k lần nhân đôi sẽ tạo ra được 2 k ADN, trong đó có 2 phân tử chứa một mạch của ADN mẹ đầu tiên. - Quá trình nhân đôi ADN là cơ sở cho sự nhân đôi của NST, từ đó dẫn tới sự phân chia tế bào và sự sinh sản của cơ thể sinh vật. II. CÂU HỎI KHÁI QUÁT
Trang 2 Câu 1. Đoạn mạch thứ nhất của gen có trình tự các đơn phân (các nuclêôtit) 3ATGTAXXGTAGGXXX5 . Hãy xác định: a. Trình tự các nuclêôtit của đoạn mạch thứ hai. b. Số nuclêôtit mỗi loại của đoạn gen này. c. Tỉ lệ AG TX   ở đoạn mạch thứ nhất, ở đoạn mạch thứ hai và của cả gen. d. Số liên kết hiđrô của đoạn gen này. e. Số liên kết cộng hoá trị giữa các nuclêôtit ở đoạn gen này. Hướng dẫn giải a. Gen có cấu trúc 2 mạch xoắn kép, liên kết bổ sung và có chiều ngược nhau. Do vậy mạch thứ hai sẽ bổ sung và có chiều ngược lại với mạch thứ nhất. Đoạn mạch thứ nhất của gen: 3ATGTAXXGTAGGXXX5 Đoạn mạch thứ 2 phải là: 5TAXATGGXATXXGGG3 . b. Hai mạch của gen liên kết bổ sung với nhau cho nên số lượng A của mạch này bằng số lượng T của mạch kia  A 1 = T 2 , G 1 = X 2 . T 1 = A 2 , X 1 = G 2 . Số nuclêôtit của gen bằng tổng số nuclêôtit trên cả hai mạch. Cho nên A gen = A 1 + A 2 . Số nuclêôtit mỗi loại của gen là: A gen = T gen = A 1 + A 2 = A 1 + T 1 = 3 + 3 = 6. G gen = X gen = G 1 + G 2 = G 1 + X 1 = 4 + 5 = 9. c. - Tỉ lệ AG TX   ở đoạn mạch thứ nhất là: 11 11 AG347 TX358    - Ở đoạn mạch thứ hai: 2211 2211 AGTX TXAG    (vì A 1 = T 2 và G 1 = X 2 ) 2211 112211 11 AGTX118 AG7TXAG7 8TX     Hai mạch có chiều ngược nhau nên tỉ lệ AG TX   ở mạch thứ nhất tỉ lệ nghịch với mạch thứ hai. - Tỉ lệ AG TX   của gen = tổng tỉ lệ này ở cả hai mạch 7815 1 8715    . Trên mỗi gen, tỉ lệ AG TX   luôn luôn bằng 1. d. Hai mạch của gen liên kết bổ sung với nhau bằng các liên kết hiđrô, trong đó A của mạch này liên kết với T của mạch kia bằng 2 liên kết hiđrô, G của mạch này liên kết với X của mạch kia bằng 3 liên kết hiđrô. Do vậy tổng số liên kết hiđrô của đoạn gen trên là: 2T 1 + 2A 1 + 3G 1 + 3X 1 = 2.(A 1 + T 1 ) + 3.(G 1 + X 1 ) = 2.(3 + 3) + 3.(4 + 5) = 39 liên kết. Vì A 1 + T 1 = A gen , G 1 + X 1 = G gen . Nên tổng số liên kết hiđrô của gen là 2A gen + 3G gen . e. Số liên kết cộng hoá trị giữa các nuclêôtit ở đoạn gen này. Trên mỗi mạch pôlinuclêôtit, hai nuclêôtit đứng kế tiếp nhau liên kết với nhau bằng 1 liên kết phôtphođieste (liên kết cộng hoá trị) giữa nuclêôtit này với nuclêôtit kế tiếp. Do vậy trên một mạch có x nuclêôtit thì sẽ có (x  1) liên kết cộng hoá trị giữa các nuclêôtit. Đoạn mạch trên có 15 nuclêôtit nên sẽ có 14 liên kết cộng hoá trị, cả 2 mạch của gen sẽ có 2.(15  1) = 28 liên kết. Vậy nếu một gen có N nuclêôtit thì số liên kết cộng hóa trị giữa các nuclêôtit là N  2. - Hai mạch của gen có chiều ngược nhau và liên kết theo nguyên tắc bổ sung, cho nên A gen = T gen = A 1 + T 1 ; G gen = X gen = G 1 + X 1
Trang 3 Nếu   AG TX của mạch thứ nhất bằng a b thì tỉ lệ này ở mạch thứ hai là b a . Số liên kết hiđrô của gen là 2A + 3G. - Số liên kết cộng hóa trị giữa các nuclêôtit ở trên gen là N – 2. (N là tổng số nuclêôtit của gen) Câu 2. Một gen có tổng số 3000 nuclêôtit và ađênin (A) chiếm 20%. Hãy xác định: a. Chiều dài và số chu kì xoắn của gen. b. Số nuclêôtit mỗi loại của gen. c. Số liên kết hiđrô của gen. Hướng dẫn giải a. Gen là một đoạn phân tử ADN cho nên mỗi chu kì xoắn dài 34 o A và có 10 cặp nuclêôtit. - Một chu kì xoắn có 10 cặp nuclêôtit (20 nuclêôtit) cho nên số chu kì xoắn N3000 150 2020 (chu kì xoắn). - Một chu kì xoắn dài 34 o A cho nên chiều dài của gen bằng số chu kì xoắn nhân với 34 hoặc bằng N .34 20 . Chiều dài của gen là 150. 34 = 5100 ( o A ). b. Tổng số nuclêôtit của gen là A + T + G + X = 100%. Vì A = T, G = X cho nên A + G = 50%  G = 50%  A = 50%  20% = 30%.  Số nuclêôtit mỗi loại của gen: A = T = 3000. 20% = 600. G = X = 3000.30% = 900. c. Số liên kết hiđrô của gen: 2A + 3G = 2.600 + 3.900 = 3900 (liên kết). Số chu kì xoắn NL 2034 (N là tổng số nuclêôtit, L là chiều dài của gen theo đơn vị o A ) Câu 3. Một phân tử ADN mạch kép có tỉ lệ AT3 GX7    . Trên mạch 1 của ADN có G = A = 10%. Hãy xác định: a. Tỉ lệ % số nuclêôtit mỗi loại của phân tử ADN này. b. Tỉ lệ % số nuclêôtit mỗi loại của mạch 1. Hướng dẫn giải a. Tỉ lệ % số nuclêôtit mỗi loại của phân tử ADN này. Tỉ lệ ATA33 AG GXG77    . Mà A + G = 50% (1) nên thay 3 AG 7 vào (1) ta có 310 GGG50% 77  G = 35%; A= 15%. Tỉ lệ số nuclêôtit mỗi loại của phân tử ADN này là A = T = 15%; G = X = 35%. b. Tỉ lệ % số nuclêôtit mỗi loại của mạch 1. Ta có %A 1 + %T 1 = 2.%A ADN . Và %G 1 + %X 1 = 2.%G ADN  A 1 = 10%  T 1 =2.15%  10% = 20%. G 1 = 10%  X 1 = 2.35%  10% = 60%. Câu 4. Một gen có chiều dài 4250 o A và ađênin (A) chiếm 22,4% số nuclêôtit của gen. Hãy xác định: a. Số chu kì xoắn của gen. b. Số nuclêôtit mỗi loại của gen.
Trang 4 c. Số liên kết hiđrô của gen. a. Một chu kì xoắn có chiều dài 34 o A cho nên số chu kì xoắn của gen = 4250 : 34 = 125 chu kì xoắn. b. Số nuclêôtit mỗi loại của gen - Tổng số nuclêôtit của gen 4250 22500 3,4 . Số nuclêôtit mỗi loại: A = T = 2500  22,4% = 560 G = X = 2500  27,6% = 690.  c. Số liên kết hiđrô của gen: Vì gen có cấu trúc là một đoạn phân tử ADN có 2 mạch liên kết bổ sung, trong đó A liên kết với T bằng 2 liên kết hiđrô, G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô.  Tổng liên kết hiđrô của gen là 2A + 3G = 2  560 + 3  690 = 3190 liên kết. Câu 5. Một gen có tổng số 5472 liên kết hiđrô và trên mạch 1 của gen có T = A; X = 2T; G = 3A. Hãy xác định số nuclêôtit mỗi loại của gen. Hướng dẫn giải - Trên mạch 1 của gen có T 1 = A 1 ; X 1 = 2T 1 ; G 1 = 3A 1 - Gen có 5472 liên kết hiđrô : 2A + 3G = 1824  2(A 1 + T 1 ) + 3.(G 1 + X 1 ) = 5472 (1) Thay T 1 = A 1 ; X 1 = 2T 1 ; G 1 = 3A 1 vào phương trình (1) ta được: 2.(A 1 + A 1 ) + 3.(3A 1 + 2A 1 ) = 19A 1 = 5472  A 1 = 5472 : 19 = 288  T 1 = 288, G 1 = 864, X 1 = 576. - Số nuclêôtit mỗi loại của gen B là A = T = A 1 + T 1 = 288 + 288 = 576 G = X = G 1 + X 1 = 864 + 576 = 1440. Câu 6. Một phân tử ADN vi khuẩn có chiều dài 34.10 6 o A và có tổng số 24.10 6 liên kết hiđrô. Phân tử ADN này nhân đôi liên tiếp 2 lần. Hãy xác định: a. Số nuclêôtit mỗi loại của phân tử ADN. b. Số nuclêôtit mỗi loại mà môi trường cung cấp cho quá trình nhân đôi. c. Số phân tử ADN được cấu tạo hoàn toàn từ nguyên liệu môi trường. d. Số liên kết cộng hỏa trị được hình thành giữa các nuclêôtit trong quá trình nhân đôi của ADN. Hướng dẫn giải a. Số nuclêôtit mỗi loại của phân tử ADN. - Một cặp nuclêôtit có chiều dài 3,4 o A nên tổng số nuclêôtit của phân tử ADN là 6 6L.234.2.10 N20.10 3,43,4 (nuclêôtit) Ta có hệ phưong trình: 2A + 2G = 20.10 7 (1) 2A + 3G = 24.10 7 (2) - Giải ra ta được số nuclêôtit mỗi loại của phân tử ADN là A = T = 30%.2.10 7 = 6.10 6 ; G = X = 20%.2.10 7 = 4.10 6 b. Số nuclêôtit mỗi loại mà môi trường cung cấp cho quá trình tự nhân đôi. Khi nhân đôi, nguyên liệu được lấy từ môi trường để cấu tạo nên các phân tử ADN con. Do vậy số nuclêôtit mà môi trường cung cấp bằng số nuclêôtit có trong các ADN con trừ số nuclêôtit có trong phân tử ADN ban đầu. A mt = T mt = A ADN .(2 k  1). A mt = T mt = 6.10 6 .(2 2  1) = 18.10 6 G mt = X mt = G ADN .(2 k  1). G mt = X mt = 4.10 6 .(2 2  1) = 12.10 6 c. Số phân tử ADN được cấu tạo hoàn toàn từ nguyên liệu môi trường. Khi phân tử ADN nhân đôi k lần thì sẽ tạo ra 2 k phân tử ADN, trong số các phân tử ADN con thì luôn có 2 phân tử ADN mang một mạch của ADN mẹ. Do vậy, số ADN có cấu tạo hoàn toàn mới là 2 k  2 = 22  2 = 2 (phân tử). d. Số liên kết cộng hóa trị được hình thành giữa các nuclêôtit.