Sơ đồ mô ta cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử
|
Gene là một đoạn phân tử DNA mang thông tin mã hóa một chuỗi polypeptide hay một phân tử RNA. Show
Mỗi gene có cấu trúc gồm 3 phần:  – Vùng điều hòa: nằm đầu 3’ mạch gốc, chứa trình tự nucleotide (nu) đặc biệt \( \Rightarrow \) khởi động phiên mã/điều hòa phiên mã. – Vùng mã hóa: mang thông tin mã hóa acid amin (aa). Gene ở sinh vật nhân thực có sự xen kẽ giữa đoạn nucleotide mã hóa aa (exon) và đoạn nu không mã hóa aa (intron) \( \Rightarrow \) gọi là gene phân mảnh. – Vùng kết thúc: nằm đầu 5’ mạch gốc, mang tín hiệu kết thúc. Là mã bộ ba nucleotide, có 4 đặc điểm: – Tính thoái hóa. – Tính đặc hiệu. – Tính phổ biến. – Được đọc từ một điểm xác định theo từng bộ ba nucleotide, không chồng lên nhau.
Là quá trình điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể – Vùng khởi động P (promoter): gắn với RNA polymerase, bắt đầu phiên mã. – Vùng vận hành O (operator): gắn với protein ức chế, ngăn chặn phiên mã. – Gen Z, Y, A: các gen cấu trúc tham gia tổng hợp enzyme phân giải đường lactose. – Lưu ý: Gen điều hòa không nằm trên operon Lac
ADN là phân tử lưu trữ thông tin di truyền của tế bào. Thông tin di truyền trên ADN được truyền đạt qua thế hệ sau và biểu hiện thành tính trạng thông qua quá trình nhân đôi ADN, quá trình phiên mã và quá trình dịch mã. Trong đó:
1.2. Quá trình tự nhân đôi ADN (tự sao hoặc tái bản ADN)Thời gian: pha S của kì trung gian trong chu kì tế bào. Nơi xảy ra: chủ yếu xảy ra trong nhân tế bào. Nguyên tắc: bổ sung, bán bảo toàn. Diễn biến: Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN Nhờ các enzim tháo xoắn 2 mạch đơn của phân tử ADN tách nhau dần tạo ra chạc ba tái bản (hình chữ Y). Bước 2: Tổng hợp các mạch ADN mới
Bước 3: (2 phân tử ADN con được tạo thành) Nhờ nguyên tắc bán bảo tồn mà trong mỗi phân tử ADN con có 1 mạch của phân tử ADN ban đầu và 1 mạch mới được tổng hợp. Kết quả: 1 ADN mẹ nhân đôi 1 lần tạo ra hai ADN con giống nhau và giống hệt mẹ. Mỗi ADN con có 1 mạch đơn có nguồn gốc từ ADN mẹ, một mạch có nguồn gốc từ môi trường nội bào. Ý nghĩa: Giúp truyền đạt vật chất di truyền từ tế bào mẹ sang tế bào con. Phân biệt quá trình nhân đôi ở tế bào nhân thực và tế bào nhân sơ: Quá trình nhân đôi ADN ở tế bào nhân thực có nhiều loại enzim tham gia và nhiều đơn vị tái bản hơn tế bào nhân sơ. 1.3. Quá trình phiên mãPhiên mã là quá trình tạo ra các loại ARN dựa trên mạch khuôn (mạch mã gốc) của ADN. Nơi xảy ra: chủ yếu trong nhân tế bào. Diễn biến: Khởi động: Enzim ARN polimeraza bám vào vùng điều hòa làm gen tháo xoắn, lộ mạch gốc (có chiều 3’ - 5’) và bắt đầu phiên mã tại vị trí đặc hiệu. Kéo dài: ARN pôlimeraza tổng hợp mARN (theo chiều 5’ - 3’) dựa trên khuôn mẫu của mạch mã gốc theo nguyên tắc bổ sung (A-U, G-X, T-A, X-G). Kết thúc: Khi ARN polimeraza gặp tín hiệu kết thúc thì dừng phiên mã giải phóng một phân tử mARN. Quá trình trưởng thành mARN:
1.4. Quá trình dịch mã
Có 64 cođon: 61 cođon mã hoá cho axit amin, trong đó có cođon 5’AUG3’ vừa là bộ ba mở đầu vừa mã hoá cho axit amin mêtiônin (hoặc formyl metionin ở sinh vật nhân sơ). 3 cođon 5’UAA3’, 5’UAG3’, 5’UGA3’ là bộ ba kết thúc, không mã hoá cho axit amin nào. Đặc điểm của mã di truyền:
Quá trình dịch mã: Dịch mã là quá trình tổng hợp nên phân tử prôtêin từ mạch khuôn mARN. Nơi xảy ra: Trong tế bào chất Diễn biến: Giai đoạn 1: Hoạt hóa axit amin Nhờ năng lượng ATP và các enzim đặc hiệu các axit amin được hoạt hóa và gắn với các tARN tương ứng để tạo phức hợp axit amin-tARN. Giai đoạn 2: Tổng hợp mạch pôlipeptit gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn mở đầu:
Giai đoạn kéo dài:
Giai đoạn kết thúc:
Lưu ý: Cùng lúc có thể có nhiều ribôxôm (pôlixôm) cùng hoạt động giúp tăng hiệu suất tổng hợp prôtêin khi nhu cầu cơ thể cần. 2. Công thức nhân đôi ADN2.1. Tính số ADN con và mạch đơn hình thành qua các lần nhân đôiSố ADN hình thành = Số ADN mới hoàn toàn = Số mạch đơn hình thành = 2.2. Tính số Nu môi trường nội bào cung cấp cho quá trình nhân đôi của 1 ADN3. Công thức phiên mã3.1. Tính số ARN tạo raSố ARN tạo ra = (số gen tham gia phiên mã) (số lần phiên mã của mỗi gen) 3.2. Tính số Nu môi trường cung cấp cho quá trình phiên mã(số ARN tạo ra) (số ARN tạo ra) (số ARN tạo ra) (số ARN tạo ra) 4. Công thức dịch mã4.1. Tính số phân tử protein tạo raSố phân tử pôlipeptit tạo ra = (Số gen ) (Số lần phiên mã) (Số Rbx trượt trên mỗi mARN) 4.2. Tính số axit amin môi trường cung cấp cho 1 chuỗi pôlipeptitSố a.a = 4.3. Tính số axit amin có trong 1 chuỗi pôlipeptit hoàn chỉnhSố a.a hoàn chỉnh = 4.4. Tính số liên kết peptit và số phân tử nước tạo thành trong quá trình dịch mãSố liên kết peptit = Số phân tử = (Số a.a) - 1 5. Bài tập vận dụng về ADNCâu 1: Một gen nhân đôi một số lần đã nhận của môi trường nội bào 18900 nuclêôtit tự do, trong đó có 3780 ađênin. Vậy tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit của gen là bao nhiêu? A. A = T =10% và G = X = 40% B. A = T = 40% và G = X =10% C. A = T = 35% và G = X =15% D. A = T = 20% và G = X = 30% Giải chi tiết: Tổng số nuclêôtit mtcc = N( – 1) = 18900 Số A mtcc = A( – 1) = 3780 Tỉ lệ %A = 100% = 100% = 20% Tỉ lệ %G = 50% - %A = 30% Đáp án D Câu 2: Một gen có tỉ lệ A/G = 2/3. Gen phiên mã hai lần đã lấy của môi trường 450 uraxin và 750 ađênin. Số liên kết hiđrô của gen nói trên là: A. 4050 B. 7800 C. 2760 D. 3900 Giải chi tiết: Gen phiên mã 2 lần 2 phân tử ARN Số rUmtcc = rU 2 = 450 rU = 225 Số rAmtcc = rA 2 = 750 rA = 375 Số nuclêôtit A trên gen = rA + rU = 600 Số nuclêôtit G trên gen = 3/2 A = 900 Số liên kết hiđrô = 2A + 3G = 3900 Đáp án D Câu 3: Trong quá trình dịch mã của 1 mARN ở vi khuẩn E. coli thấy có 1536 lượt tARN vào các riboxom để tổng hợp protein. Kết quả quá trình dịch mã tạo ra được 4 phân tử Protein, mỗi protein gồm 3 chuỗi pôlipeptit cùng loại. Chiều dài của mARN trên là: A. 1315,8 B. 1305,6 C. 2631,6 D. 1326 Giải chi tiết: Số chuỗi pôlipeptit được tạo ra = 4 × 3 = 12 Số a.a mtcc cho quá trình dịch mã = số lượt tARN = 1536 = 12 x (N/6 -1) N = 774 Chiều dài ARN = Chiều dài gen = N/2 × 3,4 = 1315,8 Đáp án A Câu 4: Mạch thứ nhất của một gen có tỉ lệ các nuclêôtit là 10%A, 20%T, 25%X. Phân tử mARN được phiên mã từ gen đó có 225 nuclêôtit loại X và 20% nuclêôtit loại U. Một phân tử mARN sinh ra từ gen nói trên có một số ribôxôm cùng hoạt động trong quá trình dịch mã cần môi trường nội bào cung cấp 1495 axit amin. Số ribôxôm đã trượt qua phân tử mARN. A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 Giải chi tiết: Chiều dài gen = 0,306µm N = 1800 Nu Từng mạch đơn của gen có: = 10% ; = 20% ; = 25% = 45% Phân tử mARN có rU = 20% % = 20% = % Mạch gốc là mạch 2 rX = 225 chiếm 25% số nuclêôtit của ARN rN = 225 : 25% = 900 Số a.a mtcc cho 1 chuỗi pôlipeptit = rN/3 – 1 = 299 Số chuỗi pôlipeptit được tạo ra = 1495/299 = 5 = 1 ARN x số Rbx trượt Số Rbx trượt trên mARN = 5 Đáp án D. Câu 5: Giả sử mỗi tế bào vi khuẩn E. coli ban đầu chỉ chứa 1 phân tử ADN vùng nhân được đánh dấu bằng trên cả 2 mạch đơn. Người ta lấy 5 tế bào vi khuẩn chuyển sang môi trường chỉ có chứa tiếp tục nuôi cấy 1 thời gian thu được các tế bào con. Tiến hành phá hủy tất cả các tế bào và phân tích thành phần các phân tử ADN thu được người ta thấy số mạch đơn chứa bằng 1/15 số mạch đơn chứa . Số tế bào con thu được sau quá trình nuôi cấy trên là: A. 40 B. 80 C. 160 D. 320 Giải chi tiết: Số mạch đơn chứa (mạch mẹ) = 2a Số mạch đơn chứa (mạch mới) = 2a x ( – 1) Ta có: (mạch đơn chứa )/(mạch đơn chứa ) = Số tế bào vi khuẩn được tạo ra = số ADN được tạo ra = Đáp án B. Giáo viên biên soạn: Nguyễn Quang Vũ Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến |
