Bài 1: Gen, mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN

BÀI 1: GEN, MÃ DI TRUYỀN VÀ QUÁ TRÌNH NHÂN ĐÔI ADN

I > LÝ THUYẾT CẦN NHỚ

A) GEN

1, Gen: là đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm xác định ( chuỗi polipeptit hoặc ARN)

2, Cấu trúc của gen

- Vùng điều hòa: chứa các trình tự nucleotit đặc biệt , là tín hiệu khởi động và kiểm soát phiên mã

- Vùng mã hóa : mang thông tin mã hóa các axit amin . Vùng mã hóa được phiên mã thành mARN.

- Vùng kết thúc : mang thông tin kết thúc quá trình phiên mã.

* Chú ý: +) ở SVNT : gen phân mảnh => có các đoạn mã hóa (Exon), xen lẫn các đoạn không mã hóa (Intron)

+) ở SVNS: gen không phân mảnh => vùng mã hóa liên tục

3, Phân loại gen: dựa vào chức năng của sản phẩm ta chia làm 2 loại gen:

+) Gen điều hòa: sản phẩm của nó làm nhiệm vụ kiểm soát hoạt động các gen khác (của 1 gen hoặc của một cụm gen )

+) Gen cấu trúc : sản phẩm của nó tham gia cấu trúc nên tế bào (protein cấu trúc ) hoặc thực hiện các chức năng khác trong tế bào ( enzym: xúc tác. bảo vệ cơ thể : kháng thể ,....)

B) MÃ DI TRUYỀN:

Mã di truyền là trình tự sắp xếp các nucleotit trong gen quy định trình tự sắp xếp các axit amin trong protein

- Đặc điểm của mã di truyền :

+ Mã di truyền là mã bộ ba : cứ 3 nucleotit ở trên mARN mang thông tin quy định 1 axit a min trên chuỗi polipeptit , được đọc từ 1 điểm xác định và liên tục ( không chồng gối lên nhau)

+Mã di truyền có tính đặc hiệu :1 bộ ba chỉ mã hóa cho một axit amin.

+ Mã di truyền có tính thoái hóa: nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hóa 1 loại axit amin ( trừ AUG : bộ ba mở đầu mã hóa axit amin meetionin ở SVNT hoặc Focmin metyonin ở SVNS )

+ Mã di truyền có tính đặc hiệu: 1 bộ ba chỉ mã hóa cho một loại axit amin.

+ Mã di truyền có tính phổ biến : tất cả các loài sinh vật đều có chung một bộ mã di truyền ( trừ một vài ngoại lệ) => chứng minh nguồn gốc chung của các loài.

+ Có 64 bộ ba trong đó 3 bộ không mã hóa cho axit amin là UAG, UGA, UAA : quy định tính hiệu kết thúc dịch mã

C ) NHÂN ĐÔI ADN:

1 ,Khái niệm : quá trình nhân đôi DNA ( tổng hợp DNA ) là cơ chế sao chép các phân tử DNA trước mỗi lần phân bào, tạo ra hai phân tử DNA hoàn toàn giống nhau ( chỉ sai khác với tần số rất thấp (thông thường dưới một phần vạn do đột biến )). =>Do quá trình sao chép ADN dựa trên

+ )Nguyên tắc bổ sung

+)Nguyên tắc bán bảo tồn

+) Tế bào có hệ thống tìm kiếm và sửa chữa các sai hỏng DNA một cách hiệu quả

2, Nguyên tắc :

- ADN có khả năng nhân đôi ( sao chép , tái bản) để tạo ra 2 phân tử ADN con giống nhau và giống với phân tử ADN mẹ

- Nhân đôi ở tế bào SVNS, SVNT và ADN của virut ( dạng sợi kép ) => đều theo NTBS và bán bảo tồn.

3, Diễn biến :

*) Ở tế bào SVNS

+> Bước 1: Tháo xoắn phân tử DNA

Hai mạch đơn của phân tử DNA tách nhau ra nhờ các enzym tháo xoắn => dần dần tạo nên chạc chữ Y để lộ ra hai mạch khuôn tái bản .

+> Bước 2: Tổng hợp mạch DNA mới

Enzym DNA polymeraza sử dụng 2 mạch đơn của ADN mẹ làm mạch khuôn tổng hợp nên mạch mới theo NTBS.

Vì enzym DNA polymeraza chỉ có thể xúc tác kéo dài mạch mới chỉ khi có sẵn đầu 3' OH tự do => chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5' - 3' ,nên:

- Trên mạch khuôn có chiều 3'-5', quá trình tổng hợp mạch mới diễn ra một cách liên tục (được gọi là mạch dẫn đầu.)

-Trên mạch khuôn 5'-3' quá trình tổng hợp gián đoạn tạo thành các đoạn okazaki ( ở tế bào vi khuẩn dài 1000-2000 nucleotit)=> tổng hợp gián đoạn và chậm hơn nên gọi là mạch ra chậm.

Sau đó các đoạn okazaki được nối lại với nhau nhờ enzym nối ligaza.

+> Bước 3: Hai phân tử DNA được tạo thành (kết thúc)

Mạch mới được tổng hợp và 2 mạch đơn xoắn lại với nhau tạo thành phân tử DNA con giống hoàn toàn với phân tử ADN mẹ ban đầu (gồm một mạch mới được tổng hợp còn mạch kia từ DNA mẹ (nguyên tắc bán bảo toàn))

*) Ở tế bào SVNT

Sự nhân đôi DNA ở sinh vật nhân thực có cơ chế giống với sự nhân đôi DNA ở sinh vật nhân sơ.Tuy nhiên:

-Tế bào sinh vật nhân thực có nhiều phân tử DNA có kích thước lớn.

-Sự nhân đôi DNA xảy ra ở nhiều điểm trong mỗi phân tử DNA tạo ra nhiều đơn vị tái bản (gồm 2 chạc chữ Y , mỗi chạc có 2 mạch, phát sinh từ 1 điểm khởi đầu và được nhân đôi đồng thời)

-Do nhiều loại enzym tham gia.

*Đặc biệt ở sinh vật nhân thực, quá trình tổng hợp mạch mới đầu mút của phân tử DNA xảy ra hiện tượng : sự cố đầu mút.(Do enzym ADN polymeraza phải có đoạn ARN mồi mới có thể kéo dài mạch mới. Nhưng ở vị trí đầu mút của ADN, sau khi loại bỏ ARN mồi, do không có đầu 3'OH nên ADN polymeraza không thể tổng hợp đoạn nulêôtit thay thế, kết quả là ADN bị ngắn dần qua các lần sao chép.)

*) Qúa trình nhân đôi của ADN diễn ra ở kì trung gian ( kì này kéo dài khoảng 6-10 giờ)

===> Các enzim tham gia quá trình nhân đôi ADN :

-Telomeraza: hạn chế sự cố đầu mút.( thường có trong các tế bào sinh dục hoặc các tế bào ung thư)

-Gyraza (còn được gọi là topoisomeraza II) => duỗi thẳng phân tử DNA.

-Helicase: Tách và cắt các liên kết hidro giữa hai mạch đơn của phân tử ADN

-Prôtêin SSB: giúp 2 mạch của ADN không bị dính lại với nhau trong quá trình sao chép.

-DNA polymeraza I: cắt bỏ đoạn ARN mồi và tổng hợp mạch polinucleotit mới.

-DNA polymeraza II: sửa các lỗi sai sau khi nối các đoạn okazaki.

-DNA polymeraza III: lắp ráp nu, kéo dài mạch đơn mới.

-Ligaza: nối các đoạn okazaki lại với nhau

-Primaza (ARN polymeraza):Tổng hợp các đoạn ARN mồi.

***Chú thích : -SVNS : Sinh vật nhân sơ

-SVNT: Sinh vật nhân thực

- NTBS: nguyên tắc bổ sung

II) BÀI TẬP :

Câu 1 : Trong quá trình nhân đôi, ADN sử dụng nguyên liệu nào sau đây để tổng hợp mạch polinucleotit :

A) Axit amin B) Nucleotit C) Ribonucleotit D) Glucozơ

Câu 2: Đoạn mạch thứ nhất của gen có trình tự các đơn phân là 3'ATGXXTTAG5'. hãy xác định trình tự các đơn phân đoạn mạch thứ 2:

A) 5'TAGXTTAGX3' B)3'XTAAGGXAT5'

C) 5'TAGGGAATX3' D) 5'XTAAGGXAT3'

Câu 3 : Gen của sinh vật nào sau đây có cấu trúc phân mảnh:

A) Nấm men B) Xạ khuẩn C) Vi khuẩn ecoli D)Vi khuẩn lam

Câu 4: Chuyển gen tổng hợp isulin của người vào vi khuẩn , vi khuẩn có thể tổng hợp insulin của người là vì mã di truyền có tính

A)Thoái hóa B)Phổ biến C) Đặc hiệu

Câu 5:Vật chất di truyền của một chủng vi rút là phân tử axit nucleotit được cấu tạo gồm 4 loại nu A,U,G,X, trong đó có A=U=G=24%. Vật chất di truyền của chủng virut này là:

A ) ADN mạch đơn B) ADN mạch kép

C)ARN mạch đơn D) ARN mạch kép

Câu 6: Điều nào sau đây chỉ có ở gen của SVNT mà không có ở gen của SVNS:

A) Mang thông tin di truyền đặc trưng cho loài

B) Cấu trúc mạch xoắn kép, xếp song song và ngược chiều nhau

C) Được cấu tạo từ 4 loại nu A, T ,G,X theo nguyên tắc bán bảo toàn và NTBS

D)Vùng mã hóa ở một số gen có chứa các đoạn exon xen kẽ các đoạn intron

Câu 7: Trong quá trình nhân đôi của ADN, mạch được tổng hợp gián đoạn là:

A) Mạch được kéo dài theo chiều 5'-3' so với chiều dãn xoắn

B) Mạch có chiều 5'-3'so với chiều trượt của nzim thóa xoắn

C)Mạch có chiều 3'-5' so với chiều trượt của enzim tháo xoắn

D) Mạch có trình tự các đơn phân giống như mạch gốc

Câu 8:Ở ADN, số nucleotit loại G Luôn bằng loại X, nguyên nhân là vì:

A) Hai mạch của ADN xoắn kép, và G chỉ liên kết với X , X chỉ liên kết với G

B) Hai mạch ADN xoắn kép và G và X có khối lượng bằng nhau

C)Hai mạch của ADN xoắn kéo có G và X có khối lượng như nhau

D) ADN nằm ở vùng nhân hoặc nằm trong tế bào chất

Câu 9: Đặc điểm khác biệt cơ bản giữa gen cấu trúc và gen điều hòa là:

A)Về cấu trúc của gen B)Về khả năng phiên mã của gen

C)Về vị trí phân bố của gen D) Về chức năng của protein do gen tổng hợp

Câu 10:Khi nói về nhân đôi ADN phát biểu nào sau đây sai:

A) Trên mỗi phân tử ADN của SVNS chỉ có 1 điểm khỏi đầu nhân đôi

B) Enzim ADN polimeraza có nhiệm vụ tháo xoắn phân tử ADN và kéo gài mạch mới

C)Tính theo chiều tháo xoắn thì mạch khuôn có chiều 5'-3' được tổng hợp gián đoạn

D) Sự nhân đôi của ADN ti thể xảy ra độc lập với ADN nhân tế bào

** ĐÁP ÁN

Câu 1: B => ADN cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là nucleotit

Câu 2:B

Vì gen có cấu trúc là hai mạch xoắn kép, liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung và theo chiều ngược nhau=> mạch thứ 2 bổ sung và có chiều ngược so với mạch thứ nhất

Câu 3: A

Vì gen có vùng mã hóa liên tục được gọi là gen không phân mảnh, còn gen có vùng mã hóa liên tục(itron) xen kẽ với vùng mã hóa không liên tục (exon) được gọi là gen phân mảnh

Xạ khuẩn, vi khuẩn ecoli và vi khuẩn lam là các SVNS nên có cấu trúc gen không phân mảnh. Nấm men thuộc SVNT có cấu trúc gen phân mảnh.

Câu 4: B

mã di truyền có tính phổ biến tức là: tất cả các loài sinh vật đều có chung một bộ mã di truyền ( trừ một vài ngoại lệ) => chứng minh nguồn gốc chung của các loài, điều này lí giải lí do vì sao khi chuyển gen tổng hợp insulin của người vào vi khuẩn thì ADN của người có thể dung hợp vào ADN của vi khuẩn nên tế bào vi khuẩn có thể tổng hợp được isulin

Câu 5:C

vì trong phân tử axit nucleotit có Uraxin nên nó là ARN chứ không thể là ADN được

và vì G=24% # X=100%-24%*3=28%==> ARN mạch đơn

Câu 6: D

vùng mã hóa chứa các đoạn intron xen lẫn exon nên đây là gen phân mảnh=> chỉ có ở SVNT chứ không có ở SVNS

Câu 7:C

Vì enzym DNA polymeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5' - 3' (DNA polymeraza chỉ có thể xúc tác kéo dài mạch mới khi có sẵn đầu 3' OH tự do.) Trên mạch khuôn có chiều 3'-5', quá trình tổng hợp mạch mới diễn ra liên tục (mạch mới này được gọi là mạch dẫn đầu.

-Trên mạch khuôn 5'-3' quá trình tổng hợp gián đoạn tạo thành các đoạn okazaki ( ở tế bào vi khuẩn dài 1000-2000 nucleotit). Mạch này tổng hợp gián đoạn và chậm hơn nên gọi là mạch ra chậm.

Câu 8: A

-Vì ADN có mạch kép, G của mạch này chỉ liên kết với X của mạch kia ( và ngược lại ); A của mạch này chỉ liên kết với T của mạch kia ( và ngược lại) ==> A = T còn G = X

Câu 9: D

Vì gen điều hòa tổng hợp protein làm nhiệm vụ kiểm soát hoạt động các gen khác (của 1 gen hoặc của một cụm gen )

Gen cấu trúc : tổng hợp protein tham gia cấu trúc nên tế bào (protein cấu trúc ) hoặc thực hiện các chức năng khác trong tế bào ( enzym: xúc tác. bảo vệ cơ thể : kháng thể ,....)