CHUYÊN ĐỀ 3: AND VÀ GEN - Lý Thuyết

 

A. Lý thuyết:

Câu 1: Trình bày đặc điểm cấu tạo hóa học và cấu trúc không gian của ADN? Vì sao cấu trúc ADN chỉ có tính chất ổn định và tương đối.

* Cấu trúc hóa học của ADN.

 - ADN (axit đêôxiribônuclêic) được cấu tạo từ các nguyên tố chủ yếu là: C, H, O, N, P...

 - ADN là đại phân tử có kích thước và khối lượng phân tử lớn.

 - ADN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các nuclêôtit.

 - Một nuclêôtit gồm 3 thành phần: Axit phôtphoric H₃PO₄, đường đêôxiribô C₅H₁₀O₄ và bazơnitric, trong đó bazơnitric là thành phần quan trọng nhất. Có 4 loại bazơnitric là A, T, G, X. Do các nuclêôtit chỉ khác nhau ở thành phần bazơnitric nên người ta dùng tên bazơnitric để gọi tên các nuclêôtit.

  - Thành phần, số lượng trật tự sắp xếp các đơn phân đã tạo ra vô số loại ADN khác nhau từ đó quy định tính đa dạng cho sinh vật.

* Cấu trúc không gian của ADN.

 - Do Oatxơn và Cric công bố năm 1953.

 - ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn song song xoắn đều quanh một trục theo chiều từ trái sang phải.

 - Trên mỗi mạch đơn các nuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết hoá trị bền vững giữa đường của nuclêôtit này với axit của nuclêôtit bên cạnh.

 - Giữa hai mạch đơn các nuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô theo nguyên tắc bổ sung, trong đó một bazơnitric có kích thước lớn phải được bù bằng một bazơnitric có kích thước nhỏ. A đi với T bằng hai liên kết hiđrô, G đi với X bằng ba liên kết hiđrô. Do đó khi biết trật tự sắp xếp các nuclêôtit trên mạch đơn này có thể suy ra trật tự sắp xếp các nuclêôtit trên mạch đơn kia.

 - ADN xoắn có tính chất chu kì, mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nu, cao 34A⁰, đường kính 20A⁰.

 - Tỉ lệ (A+T)/(G+X) đặc trưng cho loài.

*  Tính ổn định của ADN chỉ có tính chất tương đối:

 - Cấu trúc ADN ổn định nhờ:

  + Trên hai mạch đơn các nuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết hoá trị bền vững.

  + Giữa hai mạch đơn các nuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô có số lượng rất lớn.

 - Tính ổn định của ADN chỉ có tính tương đối vì:

  + Liên kết hiđrô có số lượng lớn nhưng là liên kết yếu nên khi khi cần liên kết hiđrô có thể đứt, hai mạch đơn của ADN tách nhau ra để ADN tái sinh và sao mã.

  + ADN có khả năng đột biến (đột biến gen).

  + ở kì đầu giảm phân I có thể xảy ra hiện tượng bắt chéo trao đổi đoạn tạo thông tin di truyền mới.

 

Câu 2: Nêu đặc điểm cấu tạo của ARN. So sánh ADN và ARN.

1/Cấu tạo hóa học chung của các loại ARN

_-          ARN là các hạt đại phân tử, có cấu trúc đa phân với thành phần gồm các nguyên tố: C, H, O, N, P. và có cấu tạo bởi một mạch đơn

-         Mỗi đơn phân của ARN là một nuclêôtít có 4 loại nuclêôtít tạo ARN: ađênin, uraxin, guanin, xitôzin   ARN có từ hàng trăm đến hàng nghìn nuclêôtít

-         Bốn loại: A,U,G,X sắp xếp với thành phần, số lượng và trật tự khác nhau   tạo cho ARN vừa có tính đa dạng vừa có tính đặc thù

2/ So sánh cấu tạo của ARN với AND

a/ Các đặc điểm giống nhau:

-         Đều có kích thước và khối lượng lớn   cấu trúc theo nguyên tắc đa phân

-         Đều có thành phần cấu tạo từ các nguyên tố hóa học C, H, O, N, P

-         Đơn phân là nuclêôtít.  có 3 trong 4 loại nuclêôtít giống nhau là: A, G, X

-         Giữa các đơn phân có các liên kết nối lại tạo thành mạch

b/ Các đặc điểm khác nhau:

Cấu tạo của AND	Cấu tạo của ARN
- Có cấu trúc hai mạch song song và xoắn lại với nhau	- Chỉ có một mạch đơn
- Có chứa loại nuclêôtít timin T mà không có uraxin U	- Chứa uraxin mà không có ti min
- Có liên kết hydrô theo nguyên tắc bổ sung giữa các nuclêôtít trên 2 mạch	-Không có liên kết hydrô
-Có kích thước và khối lượng lớn hơn ARN	- Có kích thước và khối lượng nhỏ hơn ADN

 

Câu 3: Vì sao ADN có cấu tạo rất đa dạng và đặc thù? Phân tử ADN tự sao dựa theo những nguyên tắc nào?

*) ADN có tính đặc thù và đa dạng :

- Tính đa dạng và đặc thù của ADN được chi phối chủ yếu do ADN cấu trúc theo nguyên tắc đa phân với 4 loại đơn phân: A, T, G, X .....................................................................................

- Tính đặc thù của ADN do số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các loại nucleotit...................................... ......................

- Những cách sắp xếp khác nhau của 4 loại nucleotit tạo nên tính đa dạng của ADN.............................................................

*)  Những nguyên tắc trong quá trình tự nhân đôi của ADN:

- Nguyên tắc bổ sung : Mạch mới của ADN con được tổng hợp dựa trên mạch khuôn của ADN mẹ. Các nucleotit ở mạch khuôn liên kết với các nucleotit tự do trong môi trường nội bào theo nguyên tắc: A liên kết với T, G liên kết với X

- Nguyên tắc giữ lại một nửa( bán bảo toàn): Trong mỗi ADN con có một mạch của ADN mẹ(mạch cũ), mạch còn lại được tổng hợp mới

- Nguyên tắc khuôn mẫu: Sự hình thành mạch mới ở 2 ADN con đang dần được hình thành đều dựa trên mạch khuôn của ADN mẹ

Câu 4: Phân biệt quá trình tổng hợp ADN và ARN?

Cơ chế tự nhân đôi ADN	Cơ chế tổng hợp ARN
- Diễn ra suốt chiều dài của phân tử ADN	- Diễn ra trên từng đoạn của phân tử ADN, tương ứng với từng gen hay từng nhóm gen.
- Các nuclêôtit tự do liên kết với các nuclêôtit của ADN trên cả 2 mạch khuôn: A liên kêt với T và ngược lại	- Các nuclêôtit tự do chỉ liên kết với các nuclêôtit trên mạch mang mã gốc của ADN; A liên kết với U.
- Hệ enzim ADN polymeraza	- Hệ enzim ARN polymeraza
- Từ một phân tử ADN mẹ tạo ra 2 phân tử AND con giống nhau và giống mẹ.	- Từ một phân tử ADN mẹ có thể tổng hợp nhiều loại ARN khác nhau, từ một đoạn phân tử ADN có thể tổng hợp nhiều phân tử ARN cùng loại.
- Sau khi tự nhân đôi ADN con vẫn ở trong nhân.	- Sau khi tự nhân đôi ADN con vẫn ở trong nhân.
- Chỉ xảy ra trước khi tế bào phân chia.	- Xảy ra trong suốt thời gian sinh trưởng của tế bào.

Câu 5: Giải thích vì sao 2 phân tử ADN con được tạo ra qua cơ chế nhân đôi lại giống ADN mẹ? Có trường hợp nào qua nhân đôi ADN con lại khác ADN mẹ không? 

- Hai ADN con sau nhân đôi giống ADN mẹ do quá trình nhân đôi của ADN được diễn ra 
theo các nguyên tắc: 
+ Nguyên tắc khuôn mẫu: nghĩa là mạch mới tạo ADN con được tổng hợp dựa trên mạch 
khuôn của ADN mẹ. 
+ Nguyên tắc bổ sung: Sự liên kết các nu. ở mạch khuôn với các nu. tự do là cố định: A 
liên kết với T hay ngược lại; G liên kết với X hay ngược lại. 
+ Nguyên tắc giữ lại một nửa (bán bảo toàn): trong mỗi ADN con có 1 mạch của ADN mẹ 
(mạch cũ), còn 1 mạch mới được tổng hợp. 
- Có trường hợp ADN con khác ADN mẹ nếu xảy ra đột biến trong qua trình nhân đôi. 

Câu 6: Nguyên tắc bổ sung là gì? Nguyên tắc đó thể hiện như thế nào trong cấu trúc và cơ chế di truyền? Sự vi phạm nguyên tắc bổ sung sẽ dẫn đến hậu quả gì?

* NTBS là nguyên tắc ghép đôi giữa các đơn phân trên mạch kép của phân tử ADN. A của mạch này liên kết với T của mạch kia bằng 2 liên kết H, G của mạch này liên kết với X của mạch kia bằng 3 liên kết H

* NTBS thể hiện trong cơ chế di truyền:

+ ADN:

- Trong phân tử ADN gồm 2 mạch và A của mạch này liên kết với T của mạch kia, G của mạch này liên kết vói X  của mạch kia và ngược lại. Đảm bảo cho cấu trúc không gian của ADN được ổn định, khi biết thông trình tự sắp xếp các đơn phân của mạch này có thể suy ra trình tự sắp xếp các đơn phân của mạch kia.

- NTBS đảm bảo quá trình nhân đôi của ADN mẹ thành 2 ADN con giống hệt nhau và giống hệt ADN mẹ.

+ ARN:

- Cấu trúc của ARN được tổng hợp dựa trên mạch đơn của ADN, cơ chế tổng hợp ARN dựa trên mạch đơn của ADN theo NTBS A – U; T – A; G – X ; X – G

+ Prôtêin:

- Trong quá trình tổng hợp chuỗi axitamin,  tARN vận chuyển các axitamin tự do trong môi trường nội bào vào ribôxôm khớp với mARN theo nguyên tắc bộ 3 mã hoá, 3 nuclêôtit trên tARN khớp với 3 nuclêôtit trên mARN theo NTBS; A – U ; G – X.

 

Câu 7: So sánh cấu trúc phân tử của 3 loại ARN?

+ Giống nhau:

-         Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các nucleotit.

-         Có 4 loại nucleotit: A, U, G, X.

-         Các nu liên kết với nhau bằng các liên kết hóa trị giữa gốc phophat của nu này với đường của nu kia tạo nên mạch polynucleotit.

-         Có cấu tạo một mạch.

+ Khác nhau:

mARN	tARN	rARN
Mạch polynucleotit dạng thẳng	Mạch polynucleotit cuộn xoắn lại ở một đầu tạo nên các thùy tròn	Mạch polynucleotit có những đoạn xoắn
Không có liên kết hidro	Có liên kết hidro	Có liên kết hidro
Mỗi phân tử có khoảng 150 – 1500 Nu	Mỗi phân tử có khoảng 80 – 100 Nu	Mỗi phân tử có khoảng 160 – 13000 Nu
Chiếm khoảng: 2 – 5% tổng số ARN trong tế bào	Chiếm khoảng: 10 – 15% tổng số ARN trong tế bào	Chiếm khoảng: 80% tổng số ARN trong tế bào

 

Câu 8: Trình bày chức năng từng loại phân tử ARN?

- mARN có chức năng truyền đạt thông tin di truyền tử mạch gốc trên ADN đến chuỗi polipepetit.

- tARN có chức năng vận chuyển axit amin tới ribôxôm để tổng hợp nên chuỗi polipetit .

- rARN liên kết với các protein tạo nên các riboxom. rARN là loại ARN có cấu trúc có nhiếu liên kết hidro trong phân tử nhất và chiếm số lượng lớn nhất trong tế bào. 

Câu 9: Trình bày những điểm khác nhau cơ bản giữa gen cấu trúc và mARN?

Đại phân tử	Cấu trúc	Chức năng
ADN (gen)	-         Chuỗi xoắn kép -         Gồm 4 loại Nu: A, T, G, X -         Các Nu trên mỗi mạch đơn liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị -         Các Nu giữa hai mạch liên kết với nhau bằng liên kết Hidro theo NTBS	-         Lưu giữ thông tin di truyền -         Truyền đạt thông tin di truyền
ARN	-         Chuỗi xoắn đơn -         Gồm 4 loại Nu: A, U, G, X -         Các Nu trên mỗi mạch đơn liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị	-         Truyền đạt thông tin di truyền -         Vận chuyển axit amin -         Tham gia cấu trúc riboxom
Protein	-         Một mạch hay nhiều chuỗi đơn -         Gồm 20 loại axit amin -         Các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit	-         Thành phần cấu trúc của tế bào, biểu hiện thành tính trạng. -         Xúc tác và điều hòa các quá tình TĐC. Bảo vệ cơ thể (kháng thể) -         Vận chuyển cung cấp năng lượng.

 

Câu 10: Lập bảng khái quát sự phân biệt về đặc điểm cấu tạo và chức năng của 3 cấu trúc: ADN, ARN và Protein?

	Gen cấu trúc	mARN
Cấu trúc	Mạch kép, có liên kết hidro Có loại đơn phân Timin, không có đơn phân Uraxin	Chỉ có một mạch, không có liên kết Hidro Có loại đơn phân Uraxin, không có đơn phân Timin
Chức năng	Mang thông tin quy định cấu trúc của một loại protein cần tổng hợp	Truyền đạt thông tin quy định cấu trúc của một loại protein cần tổng hợp
Khả năng di truyền đột biến	Có khả năng di truyền cho thế hệ sau những biến đổi về câu trúc (đột biến)	Không khả năng di truyền cho thế hệ sau những biến đổi về câu trúc (đột biến)

 

Câu 11: Phân tử ADN có cấu trúc mạch kép có ý nghĩa gì về mặt di truyền?

- Cấu trúc bền vững, ổn định.

- Tạo thuận lợi cho quá trình tái bản ADN (Tiết kiệm vật chất, năng lượng và thời gian.
- Tạo điều kiện cho quá trình sửa sai trong quá trình tự nhân đôi.
- Sắp xếp của 2 mạch theo nguyên tắc bổ sung -> Chi phối truyền đạt thông tin di truyền.
Câu 12: So sánh quá trình phiên mã và dịch mã?

*) Giống nhau: + Đều có sự tham gia của các enzim

                           + Đều có sự lắp ráp các Nu theo NTBS: A = U; G = X và ngược lại

*) Khác nhau:

Phiên mã	Dịch mã
Nguyên liệu là Nu	Nguyên liệu là axit amin
Sự gắn kết các Nu của môi trường với các Nu trên mạch gốc	Sự gắn kết Nu giữa bộ ba đối mã (tARN) với bộ ba phiên mã (mARN)
Enzim ARN polimeraza trượt trên mạch gốc của gen	Riboxom trượt trên mARN
Tạo liên kết hóa trị giữa các Nu	Tạo liên kết peptit giữa các a.a
Sản phẩm là mARN mang thông tin di truyền của gen cấu trúc tham gia dịch mã.	Sản phẩm tạo ra là các chuỗi polypeptit hoàn thiện có cấu trúc không gian 4 bậc tham gia cấu tạo tế bào.

 

Câu 14: Vì sao trâu và bò đều ăn cỏ nhưng prôtêin của chúng lại khác nhau?

- Prôtêin của cỏ trong hệ tiêu hóa của trâu và bò đều được phân giải thành các axit amin riêng rẽ. Các axít amin được chuyển đến tế bào của trâu hoặc của bò. Tại tế bào dưới khuôn mẫu ADN của trâu hoặc bò đã tổng hợp nên prôtêin đặc trưng vì vậy prôtein của trâu và bò khác nhau. Sự khác nhau đó thể hiện ở số lượng,thành phần, trật tự sắp xếp các axit amin trong phân tử prôtêin .

Câu 15: ADN có những đặc điểm gì để được xem nó là cơ sở vật chất của hiện tượng di truyền ở cấp độ phân tử? 

- ADN thuộc loại đại phân tử. ADN  được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân tử mà các đơn phân là các nuclêôtit (có 4 loại: A, T, X, G).  Mỗi phân tử ADN được đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong cấu trúc của nó.

- Tính đa dạng và tính đặc thù của ADN là cơ sở cho tính đa dạng và tính đặc thù của các loài sinh vật.

- ADN là chuỗi xoắn kép gồm 2 mạch song song, xoắn đều. Các nuclêôtit giữa 2 mạch đơn liên kết với nhau thành từng cặp theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T, G liên kết với X, chính nguyên tắc này đã tạo nên tính chất bổ sung của 2 mạch đơn.

- ADN là nơi lưu giữ thông tin di truyền, nghĩa là thông tin về cấu trúc của Pr.

- ADN có khả năng tự nhân đôi, nhờ đó thông tin di truyền chứa đựng trong ADN có thể được truyền đạt  qua các thế hệ.

Câu 16: Nêu mối quan hệ giữa gen và ARN, giữa ARN và prôtêin. Nguyên tắc bổ sung được biểu hiện trong mối quan hệ ở sơ đồ dưới đây như thế nào?

          Gen (một đoạn ADN)         ¹         mARN          ²             Pr

- Gen là khuôn mẫu để tổng hợp mARN, mARN là khuôn mẫu để tổng hợp chuỗi axit amin cấu thành nên Pr.

- Như vậy thông tin về cấu trúc của Pr (thành phần, số lượng và trình tự sắp xếp axit amin) đã được xác định bởi dãy nuclêôtit  trong mạch ADN. Sau đó, mạch này được dùng làm mẫu để tổng hợp ra mạch mARN  diễn ra ở trong nhân. Tiếp theo, mạch mARN lại làm khuôn để tổng hợp chuỗi axit amin diễn ra ở tế bào chất.

Nguyên tắc...: 

- (1):  A liên kết với U; T liên kết với A; G liên kết với X và ngược lại.

- (2) : 3 nuclêôtit tương ứng với 1 axit amin.