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

I.      GEN:

1. Khái niệm:

Gen là một đoạn ADN mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm xác định - có thể là ARN hay chuỗi polipeptit

2. Cấu trúc chung của gen:

a.      Cấu trúc chung của gen cấu trúc:

Vì gen là một đoạn phân tử ADN nên cấu trúc phân tử của gen tương tự cấu trúc phân tử ADN

-        Mỗi gen có 2 mạch xoắn kép liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung A liên kết T bằng 2 liên kết hiđrô, G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô.

-        Các nu trên cùng một mạch cũng liên kết với nhau bằng các liên kết hóa trị

-        Mỗi nu trên gen gồm 3 thành phần: đường C₅H₁₀O₄, H₃PO₄, 1 trong 4 loại bazơ nitơ A, T, G, X

-        Mỗi loại bazơ nitơ là đặc trưng cho từng loại nu, nên tên của nu được gọi theo tên của loại bazơ nitơ nó mang

-        Ở tế bào nhân thực ngoài các gen nằm trên NST trong nhân tế bào còn có các gen nằm trong các bào quan ngoài tế bào chất.

Mỗi gen mã hóa prôtêin gồm 3 vùng:

-        Vùng điều hoà: nằm ở đầu 3’ của gen mang tín hiệu khởi động và kiểm soát quá trình phiên mã

-        Vùng mã hóa: mang thông tin mã hóa các axit amin

-        Vùng kết thúc: nằm ở đầu 5’ của gen mang tín hiệu kết thúc phiên mã

b.      Cấu trúc không phân mảnh và phân mảnh của gen:

-        Ở sinh vật nhân sơ có vùng mã hóa liên tục (gen không phân mảnh)

-        Ở sinh vật nhân thực có vùng mã hóa không liên tục: xen kẽ các đoạn mã hóa axit amin (exôn) là các đoạn không mã hóa axit amin (intrôn). Vì vậy, các gen này được gọi là gen phân mảnh

II.    MÃ DI TRUYỀN:

1. Khái niệm:

-        Mã di truyền là trình tự sắp xếp các nucleotit trong gen (trong mạch khuôn) quy định trình tự sắp xếp các axit amin trong prôtêin

-        Trong ADN chỉ có 4 loại nu (A, T, G, X) nhưng trong prôtêin có khoảng 20 loại axit amin. Do đó mã di truyền phải là mã bộ ba (còn gọi là codon).

-        Mã di truyền gồm: bộ 3 mã gốc trên ADN, bộ 3 mã sao trên mARN và bộ 3 đối mã trên tARN. Ví dụ: mã gốc là 3’-TAX…-5’ --> mã sao là: 5’-AUG…-3’ --> mã đối mã là: UAX -->axit amin được qui định là Met

2. Đặc điểm chung:

-        Mã di truyền là mã bộ ba có tính đặc hiệu: cứ 3 Nu đứng kế tiếp nhau quy định 1 axit amin. Từ 4 loại nu A, T, G, X (trên gen - ADN) hoặc A, U, G, X (trên ARN) ta có thể tạo ra 4³ = 64 bộ 3 khác nhau.

-        Mã di truyền có tính liên tục: được đọc theo 1 chiều từ 1 điểm xác định trên mARN và liên tục từng bộ 3 Nu (không chồng lên nhau)

-        Mã di truyền có tính thoái hóa (dư thừa): có nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hóa cho 1 axit amin

-        Mã di truyền có tính phổ biến: tất cả các loài đều dùng chung bộ mã di truyền như nhau

-        Bộ ba mở đầu AUG: quy định axit amin Metionin ở sinh vật nhân thực và formin metionin ở sinh vật nhân sơ

-        Bộ ba UAA, UAG,UGA: 3 mã kết thúc (không quy định axit amin nào)

-        Vậy trong 64 bộ 3 chỉ có 61 bộ 3 qui định axit amin

III.  QUÁ TRÌNH NHÂN ĐÔI CỦA ADN (tự sao chép, tái bản)

1.      Nguyên tắc

-        ADN có khả năng nhân đôi để tạo thành 2 ADN con giống hệt nhau và giống ADN mẹ. Sự tự nhân đôi ADN là cơ sở cho sự nhân đôi của NST làm tiền đề cho quá trình phân chia nhân và phân chia tế bào.

-        Quá trình nhân đôi ADN ở tế bào nhân sơ, nhân thực và ADN virut đều theo NTBS và bán bảo toàn

-        Nguyên tắc bán bảo toàn (giữ lại một nữa) có nghĩa là mỗi ADN con được tạo ra có 1 mạch có nguồn gốc từ mẹ, mạch còn lại được tổng hợp từ môi trường nội bào

2.      Quá trình nhân đôi

-        Dưới tác dụng của enzim tháo xoắn làm đứt các liên kết hiđrô giữa 2 mạch, ADN tháo xoắn, 2 mạch đơn tách dần nhau ra.

-        Dưới tác dụng của enzim ADN – polimeraza, mỗi Nu trong mạch đơn liên kết với 1 Nu tự do của môi trường nội bào theo nguyên tắc bổ sung (A = T, G = X) để tạo nên 2 mạch đơn mới.

-        Vì enzim ADN – polimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’3’ nên trên mạch khuôn 3’ 5’ mạch bổ sung được tổng hợp liên tục

-        Còn trên mạch khuôn 5’3’ mạch bổ sung được tổng hợp theo chiều ngược lại tạo thành những đoạn ngắn gọi là đoạn Okazaki. Sau đó các đoạn Okazaki được nối lại với nhau nhờ enzim nối ADN – ligaza

-        Quá trình kết thúc 2 phân tử ADN con xoắn lại. (nhờ đó từ mỗi NST đơn cũng tạo thành cặp NST kép gồm 2 crômatit dính với nhau ở tâm động)

* Kết quả: từ 1 ADN mẹ qua quá trình tự nhân đôi tạo thành 2 ADN con giống hệt nhau và giống mẹ. Trong mỗi ADN con có 1 mạch có nguồn gốc từ mẹ, mạch còn lại được tổng hợp từ môi trường nội bào

* Vd: từ 2 ADN sau 3 lần tự sao số ADN con được tạo thành là: 2*2³ = 16 ADN con.

CÂU HỎI THAM KHẢO:

Câu 1.    Mô tả thành phần cấu tạo của một nuclêôtit và liên kết giữa các nuclêôtit. Điểm khác nhau giữa các nuclêôtit là gì?

           Lời giải

-        ADN có cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, mỗi đơn phân là một nuclêôtit.

-        Mỗi nuclêôtit có cấu tạo gồm 3 thành phần là đường đêôxiribôzơ, nhóm phôtphat và bazơ nitơ. Có 4 loại nuclêôtit là A, T, G, X, chúng phân biệt nhau về bazơ nitơ nên người ta gọi tên của các nuclêôtit theo tên của các bazơ nitơ ( A = Ađênin, T = Timin, G = Guanin và X = Xitôzin).

-        Các nuclêôtit trên một mạch liên kết với nhau bằng liên kết phôtphođieste tạo thành chuỗi pôli-nuclêôtit. Các nuclêôtit giữa 2 mạch liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô theo nguyên tắc bổ sung (A của mạch này liên kết với T của mạch kia bằng 2 liên kết hiđrô và ngược lại; G của mạch này liên kết với X của mạch kia bằng 3 liên kết hiđrô và ngược lại). Các liên kết phôtphodieste giữa các nuclêôtit trong chuỗi pôli- nuclêôtit là các liên kết bền vững, chỉ những tác nhân đột biến có cường độ mạnh mới có thể làm ảnh hưởng tới liên kết này do đó liên kết phôtphodieste giữ cho phân tử ADN sự bền vững nhất định. Ngược lại, liên kết hiđrô là liên kết yếu nhưng ADN có rất nhiều liên kết hiđrô nên ADN vừa bền vững vừa linh hoạt, chính nhờ tính linh hoạt này mà các enzim có thể sửa chữa các sai sót về trình tự sắp xếp các nuclêôtit.

Câu 2.    Phân tử ADN ở vi khuẩn E.coli chỉ chứa N¹⁵ phóng xạ. Nếu chuyển E.coli này sang môi trường chỉ có N¹⁴ thì sau 4 lần nhân đôi sẽ có bao nhiêu phân tử ADN còn chứa N¹⁵?

           Lời giải

 

Chỉ có 2 phân tử, vì theo nguyên tắc bán bảo toàn chỉ có 2 mạch cũ nằm ở 2 phân tử, còn tất cả các mạch mới đều chứa N¹⁴

Câu 3.    Đầu 3’ – 5’ trên phân tử axit nuclêic nói lên điều gì?

         

        Lời giải

 

đầu 3’ có nghĩa là đầu có vị trí cacbon thứ 3 của phân tử đường gắn với nhóm OH tự do; tương tự, đầu 5’ là đầu có vị trí cacbon thứ 5 của đường gắn với nhóm phosphát tự do. Nên người ta vẫn thường gọi là 3’OH và 5’P

-        Nguyên nhân của việc phải thêm dấu phẩy (3’OH – 5’P)  là vì trong mỗi nuclêôtit ngoài các phân tử đường thì các bazơ nitơ cũng có mạch cacbon nên để phân biệt mạch cacbon của 2 phân tử này nên người ta phải dùng dấu phẩy.

Câu 4.    Nêu những điểm giống và khác nhau giữa nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ (E.coli) với nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực?

 

 Lời giải

-        Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực có cơ chế giống nhau

-        Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ xảy ra ở một đơn vị nhân đôi còn ở sinh vật nhân thực xảy ra ở nhiều đơn vị nhân đôi. Mỗi đơn vị nhân đôi có 2 chạc hình chữ Y, mỗi chạc có 2 mạch được tổng hợp đồng thời. Như vậy nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực xảy ra ở nhiều đơn vị trong mỗi phân tử ADN, trên nhiều phân tử ADN, do đó rút ngắn thời gian nhân đôi của tất cả ADN.

Câu 5.    Giả sử có một dạng sống mà axit nuclêic của nó chỉ có một mạch đơn và gồm ba loại nuclêôtit A, G, U. Hãy cho biết: dạng sống đó là gì? Axit nuclêic của nó gọi là gì? Số bộ ba có thể có là bao nhiêu? Số bộ ba không chứa A là bao nhiêu? Có bao nhiêu bộ ba chứa ít nhất một A?

Lời giải

 

- Dạng sống đó là virut vì: axit nuclêic của nó chứa U.

- Axit nuclêic này là axit Ribonucleic.

- Số bộ ba có thể có là: 3x3x3 = 3³ = 27

- Số bộ ba không chứa A: 2x2x2 = 2³=8

- Số bộ ba chứa ít nhất 1 A: 19

Câu 6.    Theo dõi quá trình tự nhân đôi của một ADN, người ta thấy có 80 đoạn Okazaki, 90 đoạn mồi. Bằng kiến thức di truyền đã học hãy biện luận để xác định ADN trên có ở loại tế bào nào?

Lời giải

 

Mỗi đơn vị tái bản có số ARN mồi = số đoạn Okazaki +2

Vậy quá trình tái bản ở trên phải có nhiều đơn vị tái bản.

=> Số đơn vị tái bản =   đơn vị

Vậy, ADN trên có ở tế bào nhân thực vì có nhiều đơn vị tái bản cùng lúc.

Câu 7.    - Người ta tổng hợp một gen nhân tạo rồi chuyển gen đó vào vi khuẩn E. Coli. Hoạt động giải mã của gen có diễn ra trong E. coli không? Giải thích tại sao?

 

Lời giải

 

Hoạt động giải mã vẫn diễn ra được vì mã di truyền có tính phổ biến chung cho sinh giới.

Câu 8.    So sánh đặc điểm cấu tạo và tính chất di truyền của gen trong nhân và gen trong tế bào chất.

Lời giải

 

1/ Giống nhau:

- Đều có khả năng nhân đôi, sao mã và điều khiển giải mã tổng hợp Prôtêin.

- Đều có thể bị đột biến và di truyền cho thế hệ sau.

2/ Khác nhau:

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

 

Câu 1: Gen là một đoạn của phân tử ADN

A. Mang thông tin mã hoá chuỗi polipeptit hay phân tử ARN.

B. Mang thông tin di truyền của các loài.

C. Mang thông tin cấu trúc của phân tử prôtêin.

D. Chứa các bộ 3 mã hoá các axit amin.

Câu 2: Trong quá trình nhân đôi ADN, vì sao trên mỗi chạc tái bản có một mạch được tổng hợp liên tục còn mạch kia được tổng hợp gián đoạn?

A. Vì enzim ADN polimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5'→3'.

B. Vì enzim ADN polimeraza chỉ tác dụng lên một mạch.

C. Vì enzim ADN polimeraza chỉ tác dụng lên mạch khuôn 3'→5'.

D. Vì enzim ADN polimeraza chỉ tác dụng lên mạch khuôn 5'→3'.

Câu 3: Mã di truyền có tính đặc hiệu, tức là?

A. Tất cả các loài đều dùng chung một bộ mã di truyền.

B. Tã mở đầu là AUG, mã kết thúc là UAA, UAG, UGA.

C. Nhiều bộ ba cùng xác định một axit amin.

D. Một bộ ba mã hoá chỉ mã hoá cho một loại axit amin.

Câu 4: Tất cả các loài sinh vật đều có chung một bộ mã di truyền, trừ một vài ngoại lệ, điều này biểu hiện đặc điểm gì của mã di truyền?

A. Mã di truyền có tính đặc hiệu.                

B. Mã di truyền có tính thoái hóa.

C. Mã di truyền có tính phổ biến.                

D. Mã di truyền luôn là mã bộ ba.

Câu 5: Gen không phân mảnh có?

A. Vùng mã hoá liên tục.                            

B. Vùng mã hoá không liên tục.

C. Cả exôn và intrôn                                .

D. Các đoạn intrôn.

Câu 6: Một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hoá cho một chuỗi pôlipeptit hay một phân tử ARN được gọi là?

A. codon.                  B. gen.               C. anticodon.                D. mã di truyền.

Câu 7: Quá trình nhân đôi ADN được thực hiện theo nguyên tắc gì?

A. Hai mạch được tổng hợp theo nguyên tắc bổ sung song song liên tục.

B. Một mạch được tổng hợp gián đoạn, một mạch được tổng hợp liên tục.

C. Nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn.

D. Mạch liên tục hướng vào, mạch gián đoạn hướng ra chạc ba tái bản.

Câu 8: Bản chất của mã di truyền là?

A. Trình tự sắp xếp các nulêôtit trong gen quy định trình tự sắp xếp các axit amin trong prôtêin.

B. Các axit amin đựơc mã hoá trong gen.

C. Ba nuclêôtit liền kề cùng loại hay khác loại đều mã hoá cho một aa

D. Một bộ ba mã hoá cho một axit amin.

Câu 9: Vùng kết thúc của gen là vùng?

A. Mang tín hiệu khởi động và kiểm soát quá trình phiên mã

B. Mang tín hiệu kết thúc phiên mã

C. Ưuy định trình tự sắp xếp các aa trong phân tử prôtêin

D. Mang thông tin mã hoá các aa

Câu 10: Mã di truyền mang tính thoái hoá, tức là?

A. Nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hoá cho một loại axit amin

B. Tất cả các loài đều dùng chung nhiều bộ mã di truyền

C. Tất cả các loài đều dùng chung một bộ mã di truyền

D. Một bộ ba mã di truyền chỉ mã hoá cho một axit amin

Câu 11: Mã di truyền có tính phổ biến, tức là?

A. Tất cả các loài đều dùng chung nhiều bộ mã di truyền

B. Nhiều bộ ba cùng xác định một axit amin

C. Một bô ba mã di truyền chỉ mã hoá cho một axit amin

D. Tất cả các loài đều dùng chung một bộ mã di truyền, trừ một vài loài ngoại lệ

Câu 12: Mỗi ADN con sau nhân đôi đều có một mạch của ADN mẹ, mạch còn lại được hình thành từ các nuclêôtit tự do. Đây là cơ sở của nguyên tắc:

A. Bổ sung.                                        

B. Bán bảo toàn.

C. Bổ sung và bảo toàn.                      

D. Bổ sung và bán bảo toàn.

Câu 13: Mỗi gen mã hoá prôtêin điển hình gồm các vùng theo trình tự là?

A. Vùng điều hoà, vùng vận hành, vùng mã hoá.

B. Vùng điều hoà, vùng mã hoá, vùng kết thúc.

C. Vùng điều hoà, vùng vận hành, vùng kết thúc.

D. Vùng vận hành, vùng mã hoá, vùng kết thúc.

Câu 14: Vùng nào của gen quyết định cấu trúc phân tử protêin do nó quy định tổng hợp?

A. Vùng kết thúc.                              

B. Vùng điều hòa.

C. Vùng mã hóa.                                

D. Cả ba vùng của gen.

Câu 15: Trong quá trình nhân đôi ADN, các đoạn Okazaki được nối lại với nhau thành mạch liên tục nhờ enzim nối, enzim nối đó là?

A. ADN giraza                              

B. ADN pôlimeraza

C. Hêlicaza                                  

D. ADN ligaza 

Câu 16: Trong 64 bộ ba mã di truyền, có 3 bộ ba không mã hoá cho axit amin nào. Các bộ ba đó là:

A. UGU, UAA, UAG

B. UUG, UGA, UAG

C. UAG, UAA, UGA

D. UUG, UAA, UGA

Câu 17: Intron là:

A. Đoạn gen không mã hóa axit amin.

B. Đoạn gen mã hóa axit amin.

C. Gen phân mảnh xen kẽ với các êxôn.

D. Đoạn gen mang tính hiệu kết thúc phiên mã.

Câu 18: Vai trò của enzim ADN pôlimeraza trong quá trình nhân đôi ADN là:

A. Tháo xoắn phân tử ADN.

B. Lắp ráp các nuclêôtit tự do theo NTBS với mỗi mạch khuôn của ADN.

C. Bẻ gãy các liên kết hiđrô giữa hai mạch của ADN.

D. Nối các đoạn Okazaki với nhau.

Câu 19: Vùng mã hoá của gen là vùng:

A. Mang tín hiệu khởi động và kiểm soát phiên mã

B. Mang tín hiệu kết thúc phiên mã

C. Mang tín hiệu mã hoá các axit amin

D. Mang bộ ba mở đầu và bộ ba kết thúc

Câu 20: Gen phân mảnh là gen:

A. Chỉ có exôn

B. Có vùng mã hoá liên tục.

C. Có vùng mã hoá không liên tục.

D. Chỉ có đoạn intrôn.

Câu 21: Đơn vị mang thông tin di truyền trong ADN được gọi là:

A. Nuclêôtit.

B. Bộ ba mã hóa.

C. Triplet.

D. Gen.

Câu 22: Mã di truyền là:

A. Mã bộ một, tức là cứ một nuclêôtit xác định một loại axit amin.

B. Mã bộ bốn, tức là cứ bốn nuclêôtit xác định một loại axit amin.

C. Mã bộ ba, tức là cứ ba nuclêôtit xác định một loại axit amin.

D. Mã bộ hai, tức là cứ hai nuclêôtit xác định một loại axit amin.

Câu 23: Đặc điểm mà phần lớn các gen cấu trúc của sinh vật nhân chuẩn khác với gen cấu trúc của sinh vật nhân sơ là:

A. Không có vùng mở đầu

B. Ở vùng mã hoá, xen kẻ với các đoạn mã hoá axit amin là các đoạn không mã hoá axit amin.

C. Tín hiệu kết thúc quá trình phiên mã nằm ở vùng cuối cùng của gen.

D. Các đoạn mã hoá axit amin nằm ở phía trước vùng khởi đầu của gen.

Câu 24: Loại axit amin được mã hoá bởi nhiều loại bộ ba nhất so với các axit amin còn lại là:

A. Lơxin.

B. Alamin.

C. Phêninalamin

D. Mêtiônin.

Câu 25: Một nuclêôxôm có cấu trúc gồm:

A. Lõi là 9 phân tử histôn được quấn quanh bởi đoạn ADN chứa 140 cặp nuclêôtit.

B. Lõi là 8 phân tử histôn được một đoạn ADN chứa 146 cặp nuclêôtit quấn quanh 1 (3/4) vòng.

C. Lõi là một đoạn ADN chứa 146 cặp nuclêôtit được bọc ngoài bởi 8 phân tử histôn.

D. Phân tử prôtêin được quấn quanh bởi một đoạn ADN dài 146 cặp nucleotit.

Câu 26: Quá trình tự nhân đôi của ADN có các đặc điểm:

1. Diễn ra ở trong nhân, tại kì trung gian của quá trình phân bào.

2. Diễn ra theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn.

3. Cả hai mạch đơn đều làm khuôn để tổng hợp mạch mới.

4. Đoạn okazaki được tổng hợp theo chiều 5/ → 3/.

5 . Khi một phân tử ADN tự nhân đôi 2 mạch mới được tổng hợp đều được kéo dài liên tục với sự phát triển của chạc chữ Y

6. Qua một lần nhân đôi tạo ra hai ADN con có cấu trúc giống ADN mẹ.

Phương án đúng là:

A. 1, 2, 3, 4, 5.

B. 1, 2, 4, 5, 6.

C. 1, 3, 4, 5, 6.

D. 1, 2, 3, 4, 6.

Câu 27: Giả sử một gen được cấu tạo từ 3 loại nuclêôtit: A, T, G thì trên mạch gốc của gen này có thể có tối đa bao nhiêu loại mã bộ ba?

A. 6 loại mã bộ ba

B. 3 loại mã bộ ba.

C. 27 loại mã bộ ba.

D. 9 loại mã bộ ba.

Câu 28: Một gen có 480 ađênin và 3120 liên kết hiđrô. Gen đó có số lượng nuclêôtit là:

A. 2400

B. 1800

C. 3000

D. 2040

Câu 29: Trên một mạch của gen có 150 ađênin và 120 timin. Gen nói trên có 20% guanin. Số lượng từng loại nuclêôtit của gen là :

A. A = T = 180; G = X = 270

B. A = T = 270; G = X = 180

C. A = T = 360; G = X = 540

D. A = T = 540; G = X = 360

Câu 30: Một gen có chiều dài 1938 ăngstron và có 1490 liên kết hiđrô. Số lượng từng loại nuclêôtit của gen là:

A. A = T = 250; G = X = 340

B. A = T = 340; G = X = 250

C. A = T = 350; G = X = 220

D. A = T = 220; G = X = 350

Đáp án bài tập gen, mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN

1A	7C	13B	19C	25B	31C	37A
2A	8A	14C	20C	26D	32A	38C
3D	9B	15D	21D	27C	33C	39A
4C	10A	16C	22C	28A	34D	40B
5A	11D	17A	23B	29B	35B
6B	12B	18B	24A	30D	36A

 

Bài viết gợi ý: