Cấu tạo và chức năng của ADN và gen

Cấu tạo và chức năng của ADN và gen

ADN là đại phân tử hữu cơ cấu tạo theo nguyên tắc đa phân , các đơn phân là các nucleotit.ADN gồm hai chuỗi polinucleotit liên kết với với nhau theo nguyên tắc bổ sung Chức năng của ADN là mang , bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền

I. ADN

1. Cấu tạo hóa học của ADN

ADN là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các nucleotit. Mỗi nucleotit cấu tạo gồm 3 thành phần :

1 gốc bazơ nitơ (A, T, G, X) .
1 gốc đường đêoxiribôzơ (C5H10O4C5H10O4)
1 gốc Axit photphoric (H3PO4H3PO4)

Các loại nucleotit chỉ khác nhau ở bazo nito nên người ta đặt tên các loại nucleotit theo tên của bazo nito.

liền nhau liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị (phospho dieste) để tạo nên chuỗi polinucleotit.

Liên kết hóa trị là liên kết giữa gốc đường đêoxiribôzơ (C5H10O4C5H10O4) của nucleotit này với gốc axit photphoric (H3PO4H3PO4) của nucleotit khác .

Hình 1 : Cấu tạo của một chuỗi polinucleotit

2. Cấu trúc không gian của phân tử ADN

Mỗi phân tử ADN gồm có hai chuỗi polinucleotit song song ngược chiều nhau( chiều 3'→→5' và chiều 5'→→3') . Các nucleotit của hai mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung.

- A – T liên kết với nhau bằng 2 liên kết H

- G - X liên kết với nhau bằng 3 liên kết H

Từ hệ quả của nguyên tắc bổ sung thì ta có thể suy ra được số lượng nucleotit và thành phần của nucleotit ở mạch còn lại.

Hình 2 :Cấu tạo hóa học và cấu trúc không gian của phân tử ADN

Khoảng cách giữa hai cặp bazo là 3,4A⁰

Một chu kì vòng xoắn có 10 cặp nucleotit ( 20 nucleotit)

Đường kính của vòng xoắn là 20 A⁰

3. Chức năng của phân tử ADN

ADN có chức năng lưu giữ truyền đạt và bảo quản thông tin di truyền giữa các thế hệ.

II. GEN

Gen là một đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một chuỗi pôlipeptit hay ARN.

Từ định nghĩa gen ta thấy :

Gen có bản chất là ADN, trên một phân tử ADN chứa rất nhiều gen ,

Nhưng điều kiện đủ để 1 đoạn ADN dược gọi là một gen khi nó mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm nhất định .

1. Các loại gen :

Gen cấu trúc : mang thông tin mã hoá cho các sản phẩm tạo nên thành phần cấu trúc hay chức năng của tế bào.

Gen điều hoà : mang thông tin tạo ra sản phẩm kiểm soát hoạt động các gen khác.

2. Cấu trúc chung của gen cấu trúc

Mỗi gen có hai mạch polinucleotit , nhưng chỉ có mạch gốc ( 3 '→→5')mang thông tin mã hóa cho các axit amin, mạch còn lại được gọi là mạch bổ sung

Mỗi gen mã hóa prôtêin gồm 3 vùng trình tự nuclêôtit

Hình 3 : Cấu trúc chung của một gen điển hình

Vùng điều hòa: Nằm ở đầu 3’của gen,mang tín hiệu đặc biệt giúp ARN polimeraza nhận biết và liên kết để khởi động quá trình phiên mã và chứa trình tự nucleotit điều hòa quá trình phiên mã.

Vùng mã hoá : Mang thông tin mã hóa các axit amin.

Vùng kết thúc nằm ở đầu 5 ' của mạch mã gốc mang tín hiệu kết thúc phiên mã.

3.Phân biệt gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực .

Hình 4: Sự khác nhau của vùng mã hóa của SV nhân sơ và SV nhân thực

Gen ở SVNS và SVNT đều có cấu tạo 3 phần như nhau nhưng chúng phân biệt với nhau bởi cấu tạo vùng mã hóa :

Vùng mã hóa liên tục mã hóa axit amin có ở sinh vật nhân sơ nên được gọi là gen không phân mảnh.
Vùng mã hóa không liên thục có ở sinh vật nhân thực . Phần lớn các gen của sinh vật nhân thực có vùng mã hóa không liên tục , các đoạn mã hóa axit amin(exon) và không mã hóa axit amin (intron) xen kẽ nhau nên được gọi là gen phân mảnh.

III. CÁC CÔNG THỨC LIÊN QUAN ĐẾN CẤU TẠO CỦA ADN.

Tính số lượng các loại nucleotit trong phân tử ADN.

Theo nguyên tắc boror sung ta có : A liên kết với T bằng 2 liên kết hidro và G liên kết với X bằng 3 liên kết H

=> A = T; G = X

=> %A = %T; %G = %X.

=> %A+%G = %T+%X=50%.

=> N = A + T + G + X = 2A + 2G = 2 T + 2 X

Tính chiều dài gen:

L = N×3.42N×3.42 => N = 2L3,42L3,4

Tính số chu kì xoắn: C = N20N20 => N = C x 20

Tính số liên kết hiđrô của gen: H = 2A + 3G ( lk)

Tính khối lượng phân tử ADN (gen): M_ADN= N × 300 => N = M300M300

Tính số liên kết phôtphođieste .

Trong phân tử ADN : liên kết PHOTPHODIESTE gồm có liên kết giữa các gốc đường và gốc axit của cùng một nucleotit và liên kết cộng hóa trị giữa hai nucleotit.

+ Số lượng liên kết HÓA TRỊ giữa các nucleotit: HT = N - 2.

+ Số lượng liên kết giữa các gốc đường và gốc axit trong mỗi nucleotit = N

=> Tổng số liên kết PHOTPHODIESTEcủa ADN: N + (N - 2) = 2N - 2

Ví dụ 1 : Một gen có chiều dài là 5100 A⁰, số nuclêôtit loại Adenin chiếm 20%. Hãy xác định:

1. Số lượng từng loại nuclêôtit trên gen.

2. Số liên kết hydro của gen

3. Số chu kỳ xoắn của gen.

4. Số liên kết photphodieste trên mỗi mạch và trên phân tử ADN.

Hướng dẫn giải bài tập.

1.Số nuclêôtit của gen (N) N = L3,4L3,4×2 = ( 51003,451003,4 )×2 = 3000 (nu)

Số nuclêôtit từng loại (A, T, G, X)

Theo NTBS

%A = %T = 20% => A = T = 3000×20% = 600 (nu)

% G = %X = 50% - 20% = 30%

→ G = X = %G × N = 3000 × 30% = 900 (nu)

2. Số liên kết hyđrô trên gen

H = 2A + 3G = (2A + 2 G) + G = Nu + G = 3000 + 600 = 3600

3. Số chu kỳ xoắn = N20N20 = 3000230002 = 1500.

4. Số liên kết photphodieste

Trên mỗi mạch = N - 1 = 2999.

Trên phân tử ADN = 2N-2 = 5998.

BÀI TẬP

Bài 1. Một gen có chiều dài là 4080 A⁰, số nuclêôtit loại Adenin chiếm 20%.

1. Xác định số lượng từng loại nuclêôtit trên gen.

2. Xác định số liên kết hydro của gen

3. Xác định số ribonucleotit trên mARN do gen phiên mã

4. Xác định số chu kỳ xoắn của gen.

5. Xác định số liên kết photphodieste trên mỗi mạch và trên phân tử ADN.

Lời giải

1 . A = T = 480 ; G = X = 720

2. 3120 liên kết H

3. 1200 ribonucleotit

4. 120 chu kì xoắn

Bài 2. Một gen có 3120 liên kết hiđrô và có 480 Adenin.

1. Tính số lượng và tỷ lệ nuclêôtit của mỗi loại của gen.

2. Xác định chiều dài gen.

3. Xác định số liên kết hóa trị giữa các nucleotit .

Lời giải

1. G = X = 720; 30% và A = T = 480 ; 20% .

2. L : 4080 A⁰

3. 2398 liên kết

Lời giải

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Trong quá trình nhân đôi ADN, trên một mạch khuôn, mạch ADN mới được tổng hợp liên tục, còn trên mạch khuôn còn lại, mạch mới được tổng hợp ngắt quãng theo từng đoạn. Hiện tượng này xảy ra do

A. mạch mới luôn luôn được tổng hợp theo chiều tháo xoắn của ADN

B. mạch mới luôn luôn được tổng hợp theo chiều 3’ → 5’

C. mạch mới luôn luôn được tổng hợp theo chiều 5’ → 3’

D. mạch mới luôn luôn được tổng hợp theo hướng ngược chiều tháo xoắn của ADN

Câu 2: Tính thoái hóa của mã di truyền là hiện tượng nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hóa cho một loại axit amin. Những mã di truyền nào sau đây có tính thoái hóa?

A. 5’AUG3’, 5’UGG3’

B. 5’XAG3’, 5’AUG3’

C. 5’UUU3’, 5’AUG3’

D. 5’UXG3’. 5’AGX3’

Câu 3: Vùng nhân của vi khuẩn Helicobacter pylori có một phân tử ADN và ADN chỉ chứa N¹⁴. Đưa một vi khuẩn Helicobacter pylori vào trong môi trường dinh dưỡng chỉ chứa N¹⁵ phóng xạ và vi khuẩn sinh sản theo hình thức phân đôi tạo ra 16 vi khuẩn con. Khẳng định nào sau đây đúng?

A. Trong 16 phân tử ADN con được tạo ra ở vùng nhân, có 15 mạch được tổng hợp liên tục, 15 mạch được tổng hợp gián đoạn.

B. Trong 16 phân tử ADN con được tạo ra ở vùng nhân, có 16 mạch được tổng hợp liên tục, 16 mạch được tổng hợp gián đoạn.

C. Trong quá trình nhận đôi ADN, enzim nối ligaza chỉ tác động lên một trong hai mạch đơn mới được tổng hợp từ một phân tử mẹ ADN.

D. Tất cả phân tử ADN ở vùng nhân của các vi khuẩn con đều có những đơn phân chứ N¹⁵.

Câu 4: Tính đặc hiệu của mã di truyền được thể hiện như thế nào?

A. Mọi loài sinh vật đều có chung một bộ mã di truyền

B. Mỗi axit amin thường được mã hóa bởi nhiều bộ ba.

C. Mỗi bộ ba chỉ mã hóa cho một loại axit amin

D. Mã di truyền được dọc theo cụm nối tiếp, không gối nhau.

Câu 5: Khi nói về quá trình nhân đôi ADN, phát biểu nào sau đây sai?

A. Enzim ADN polimeraza tổng hợp và kéo dài mạch mới theo chiều 3’ → 5’

B. Enzim ligaza (enzim nối) nối các đoạn Okazaki thành mạch đơn hoàn chỉnh

C. Quá trình nhận đôi ADN diễn ra theo nguyên tắc bổ sung và nguyên r=tắc bán bảo tồn

D. Nhờ các enzim tháo xoắn, hai mạch đơn của ADN tách nhau dần tạo nên chạc chữ Y

Câu 6: Các bộ ba trên mARN có vai trò quy định tín hiệu kết thúc quá trình dịch mã là:

A. 3’UAG5’ ; 3’UAA5’ ; 3’UGA5’

B. 3’GAU5’ ; 3’AAU5’ ; 3’AGU5’

C. 3’UAG5’ ; 3’UAA5’ ; 3’AGU5’

D. 3’GAU5’; 3’AAU5’ ; 3’AUG5’

Câu 7: Sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực khác với sự nhân đôi của ADN ở E. coli về (1) Chiều tổng hợp. (2) Các enzim tham gia. (3) Thành phần tham gia. (4) Số lượng các đơn vị nhân đôi. (5) Nguyên tắc nhân đôi.

Phương án đúng là :

A. (1) và (2)

B. (2), (3) và (4)

C. (2) và (4)

D. (2), (3) và (5)

Câu 8: Ở cấp độ phân tử, thông tin di truyền được truyền từ tế bào mẹ sang tế bào con nhờ cơ chế

A. giảm phân và thụ tinh

B. nhân đôi ADN

C. phiên mã

D. dịch mã

Câu 9: Từ 3 loại nicleotit khác nhau sẽ tạo được nhiều nhất bao nhiêu loại bộ mã khác nhau?

A. 27

B. 48

C. 16

D. 9

Câu 10: Enzim ADN polimeraza có vai trò gì trong quá trình tái bản ADN?

A. Sử dụng đồng thười cả 2 mạch khuôn để tổng hợp ADN mới.

B. Lắp ráp nucleotit tự do theo nguyên tắc bổ sung với mỗi mạch khuôn của ADN theo chiều 5’ → 3’

C. Sử dụng một mạch khuôn để tổng hợp mạch mới theo chiều 3’ → 5’

D. Chỉ xúc tác tháo xoắn ADN mà không tổng hợp mạch mới

Câu 11: Một gen ở sinh vậy nhân sơ có số lượng các loại nucleotit trên một mạch là A = 70; G = 100; X = 90; T = 80. Gen này nhân đôi một lần, số nucleotit loại X mà môi trường nội bào cần cung cấp cho quá trình này là:

A. 100 B. 190

C. 90 D. 180

Câu 12: Một gen dài 5100A^o, số nucleotit loại A của gen bằng 2/3 số lượng một loại nucleotit khác. Gen này thực hiện tái bản liên tiếp 4 lần. Số nucleotit mỗi loại mà môi trường nội bào cung cấp cho quá trình tái bản trên là:

A. A=T= 9000; G=X=13500

B. A=T= 2400; G=X=3600

C. A=T=9600; G=X=14400

D. A=T=18000; G=X=27000

Câu 13: Dựa vào đâu để phân loại gen cấu trúc và gen điều hòa?

A. Dựa vào cấu trúc của gen

B. Dựa vào sự biểu hiện kiểu hình của gen

C. Dựa vào kiểu tác động của gen

D. Dựa vào chức năng sản phẩm của gen

Câu 14: Một phân tử ADN có cấu trúc xoắn kép, giả sử phân tử ADN này có tỉ lệ thì tỉ lệ nucleotit loại G của phân tử ADN này là:

A. 10% B. 40%

C. 20% D. 25%

Câu 15: Nguyên tắc bán bảo tồn được thể hiện trong cơ chế nhân đôi ADN có nghĩa là:

A. trong 2 phân tử ADN mới được hình thành, mỗi phân tử gồm có 1 mạch là của ADN ban đầu và 1 mạch mới tổng hợp.

B. sự nhân đôi xảy ra trên 2 mạch của phân tử ADN theo 2 hướng và ngược chiều nhau.

C. trong 2 phân tử ADN mới được hình thành, 1 phân tử giống với phân tử ADN mẹ còn phân tử kia có cấu trúc thay đổi.

D. 2 phân tử ADN mới được hình thành hoàn toàn giống nhau và giống với ADN mẹ ban đầu.

Câu 16: Điều nào dưới đây là đúng để giải thích vì sao trên mỗi chạc chữ Y chỉ có một mạch của phân tử ADN được tổng hợp liên tục còn một mạch được tổng hợp gián đoạn?

A. Do 2 mạch khuôn có cấu trúc ngược chiều nhưng enzim ADN polimeraza chỉ xúc tác tổng hợp mạch mới theo chiều 5’ → 3’.

B. Sự liên kết các nucleotit trên 2 mạch diễn ra không đồng thời.

C. Do giữa 2 mạch có nhiều liên kết bổ sung khác nhau.

D. Do 2 mạch khuôn có cấu trúc ngược chiều nhưng enzim ADN polimeraza chỉ xúc tác tổng hợp mạch mới theo chiều 3’ → 5’.

Câu 17: Người ta sử dụng một chuỗi polinucleotit có làm khuôn để tổng hợp nhân tạo một chuỗi polinucleotit bổ sung có chiều dài bằng chiều dài của chuỗi khuôn đó. Tính theo lí thuyết, tỉ lệ các loại nucleotit tự do cần cung cấp cho quá trình tổng hợp này là:

A. A+G=80%; T+X=20%

B. A+G=20%; T+X=80%

C. A+G=25%; T+X=75%

D. A+G= 75%; T+X=25%

Câu 18: Một gen gồm 150 vòng xoắn và có 3900 liên kết hidro, nhân đôi liên tiếp 3 lần. Số nucleotit tự do mỗi loại mà môi trường nội bào cần cung cấp cho quá trình này là:

A. A = T = 4200; G = X = 6300

B. A = T = 5600; G = X = 1600

C. A = T = 2100; G = X = 600

D. A = T = 4200; G = X = 1200

Câu 19: Có 8 phân tử ADN tự sao liên tiếp một số lần bằng nhau đã tổng hợp được 112 mạch nucleotit mới lấy nguyên liệu hoàn toàn từ môi trường nội bào. Số lần nhân đôi của mỗi phân tử ADN trên là:

A. 6 B. 3

C. 4 D. 5

Câu 20: Một gen ở sinh vật nhân thực có 3900 liên kết hidro và có 900 nucleotit loại guanine. Mạch 1 của gen có số nucleotit loại adenine chiếm 30% và số nucleotit loại guanine chiếm 10% tổng số nucleotit của mạch. Số nucleotit mỗi loại ở mạch 1 của gen này là:

A. A=450; T=150; G=150; X=750

B. A=750; T=150; G=150; X=150

C. A=450; T=150; G=750; X=150

D. A=150; T=450; G=750; X=150

Đáp án - Hướng dẫn giải

1 - C

2 - D

3 - D

4 - C

5 - A

6 - B

7 - C

8 - B

9 - A

10 - B

11 - B

12 - A

13 - D

14 - B

15 - A

16 - A

17 - B

18 - A

19 - B

20 - B

Câu 19:

Số phân tử ADN con được tạo ra sau k lần nhân đôi liên tiếp là 8 x 2^k tức là có 2 x 8 x 2^k mạch. Trong đó có 8 x 2 mạch của ADN mẹ ban đầu không phải từ nguyên liệu của môi trường nội bào → Tổng số mạch đơn mới lấy nguyên liệu hoàn toàn từ môi trường nội bào là: 8 x 2 x 2^k – 2 x 8 = 112 → k = 3.

Hãy áp dụng công thức 2 x a x (2^k – 1) = số mạch đơn mới (a: số phân tử ADN thực hiện nhân đôi k lần).