Gen – Protein

Gen  – Protein

Nội dung cần nắm:

• Phân biệt ADN và ARN
• Bản chất của protein

A - LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

I - PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO CỦA CÁC LOẠI AXIT NUCLEIC VÀ NUCLÊÔTIT

1. ADN (Axit đêôxiribônuclêic)

ADN(Axit đêôxiribônuclêic) là một loại axit nuclêic tồn tại chủ yếu trong nhân của tế bào nhân thực và phần vùng nhân của sinh vật nhân sơ.

ADN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phận đơn phân là nuclêôtit (gồm 1 phân tử đường, 1 gốc axit, 1 trong 4 loại bazơ nitơ A,T,G, X)

Cấu trúc không gian của ADN:

• Cấu trúc bậc 1: Các loại nuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết phôtphodieste theo một chiều xác định (chiều C số 5-HPO4 tại vị trí đường của bazơnitơ này  liên kết với C số 3 tại vị trí đường của bazơ nitơ bên cạnh, tạo nên chuỗi polinuclêôtit).
• Cấu trúc bậc 2: 2 chuỗi polinuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô giữa các nuclêôtit theo nguyên tắc bổ sung: Nuclêôtit loại A liên kết với nuclêôtit loại Tvới 2 liên kết hiđrô Nuclêôtit loại G liên kết với nuclêôtit loạiXvới 3 liên kết hiđrô.

1.1. Gen

Gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hoá cho một chuỗi polipeptit hay một phân tử ARN. Ở gen cấu trúc, trật tự sắp xếp các nuclêôtit trên mạch mã gốc của gen quy định trình tự các axit amin trong chuỗi polipeptit.

Cấu trúc của gen cấu trúc:

- Ở sinh vật nhân thực:

+ ADN trong nhân đa phần có cấu trúc 2 mạch xoắn song song quanh một trục, liên kết với prôtêin. Thường có nhiều phân tử.

+ ADN ở tế bào chất (ti thể và lục lạp) có cấu trúc hai mạch (xoắn kép), dạng vòng. Thường có nhiều phân tử.

- Ở sinh vật nhân sơ:

+ ADN ở vùng nhân có cấu trúc hai mạch (xoắn kép), dạng vòng, không liên kết với protein (ADN trần). Chỉ có một phân tử.

+ ADN ở tế bào chất (gọi là Plasmit) có cấu trúc hai mạch, dang vòng, kích thước nhỏ. Có khả năng nhận đối độc lập với ADN nhân.

- Ở Virut: ADN có thể có một mạch hoặc hai mạch.

1.2  Vai trò của ADN:

- ADN là cơ sở vật chất của hiện tượng di truyền ở cấp độ phân tử.

- Cùng với prôtêin là cơ sở vật chất chủ yếu của sự sống.

- Chứa thông tin di truyền, thông tin đặc trưng cho mỗi loại bởi trình tự phân bố các nucleotit trên phân tử ADN.

- Có khả năng nhân đôi chính xác để truyền thông tin di truyền qua các thế hệ.

- Chứa các gen khác nhau, giữ chức năng khác nhau.

- Có khả năng đột biến tạo nên thông tin di truyền mới.

1.3. Tính đặc trưng của phân tử ADN

+ ADN đặc trưng bởi số lượng, thành phần trình tự phân bố các nuclêôtit, vì vậy từ 4 loại nuclêôtit đã tạo nên nhiều loại phân tử ADN đặc trưng cho mỗi loài.

+ ADN đặc trưng bởi tỉ lệ (A + 1)/(G + X) + ADN đặc trưng bởi số lượng, thành phần trình tự phân bố các gen trong từng nhóm gen liên kết

2.  ARN (axit ribonuclêic)

Phần lớn các phân tử ARN có cấu trúc một mạch polynucleotit sắp xếp kế tiếp nhau trên cùng nuột nạch polinuclêôtit, liên kết với nhau bằng liên kết phosphodieste.

ARN được cấu tạo gồm 4 loại ribonucleotit A, G, X và U, với 3 loại chính: ARN thông tin (mARN), ARN vận chuyển (tARN), và ARN ribôxôm (rARN).

 

mARN	tARN	rARN
2-5% tổng lượng ARN của tế bào	Khoảng 10 – 15% tổng lượng ARN của tế bào	Khoảng 80% tổng lượng ARN của bào
Mạch đơn, thẳng	Mạch đơn, cấu trúc không gian khá phức tạp, cuộc xoắn hình thành các thùy	Cấu trúc dạng mạch đơn poliribonuclêôtit, với nhiều khúc cuộn
Mang thông tin quy định trình tự axit amin trong chuỗi pôlipeptit	Vận chuyển axit amin trong quy trình tổng hợp prôtêin	Kết hợp với một số phân tử đặc biệt tạo thành các ribôxôm ( là nơi tổng hợp protein cho tế bào)

 

II. CẤU TRÚC PROTEIN

1. Cấu trúc hoá học

• Là hợp chất hữu cơ gồm 4 nguyên tố cơ bản C, H, 0, N thường có thêm S và đôi lúc có P.

• Thuộc loại đại phân tử, phân tử lớn nhất dài 0,1 micromet, phân tử lượng có thể đạt tới. 1,5 triệu đvC.

- Thuộc loại đa phân tử, đơn phần là các axit amin.

+ Có 20 loại axit amin tạo nên các prôtêin, mỗi axit amin có 3 thành phần: gốc cacbon (R), nhóm amin [-NH,), nhóm cacboxyl (-COOH), chúng khác nhau bởi gốc R. Mỗi axit amin có kích thước trung bình 3A⁰.

- Trên phần tử prôtêin, các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit đó là liên kết giữa nhóm amin của axit amin này với nhóm cacboxy của axit amin bên cạnh cùng nhau mất đi một phân tử nước. Nhiều liên kết peptit tạo thành một chuỗi pôlipeptit. Mỗi phân tử prôtêin có thể gồm một hay một số chuỗi pôlipeptit cùng loại hay khác loại.

- Từ 20 loại axit amin đã tạo nên khoảng 101% - 10 loại prôtêin đặc trưng cho mỗi loài Các phân tử prôtêin phân biệt với nhau bởi số lượng thành phần, trình tự phân bố các axit amin.

2. Cấu trúc không gian

Có 4 bậc cấu trúc không gian

a. Cấu tạo prôtêin bậc 1

- Các axit amin liên kết lại với nhau bằng mối liên kết peptit tạo nên chuỗi pôlipeptit.

- Liên kết peptit là mối liên kết giữa gốc COOH của axit amin này với nhóm NH của axit amin bên cạnh.

- Chuỗi pôlipeptit là cơ sở cấu trúc bậc của prôtêin.

- Tuy nhiên, không phải mọi chuỗi pôlipeptit đều là prôtêin bậc I Nhiều chuỗi pôlipeptit chỉ tồn tại ở dạng tự do trong tế bào mà không tạo nên phân tử prôtêin. Những chuỗi pôlipeptit có trật tự axit amin xác định thì mới hình thành phần tử prôtêin.

- Cấu tạo bậc của prôtêin là trật tự các axit amin có trong chuỗi pôlipeptit

- Trật tự sắp xếp các axit amin trong chuỗi có vai trò quan trọng vì là cơ sở cho việc hình thành cấu trúc không gian của prôtêin và từ đó qui định đặc tính của prôtêin.

- Phân tử prôtêin ở bậc chưa có hoạt tính sinh học.

b. Cấu tạo prôtêin bậc II

- Chuỗi pôlipeptit có thể cuộn xoắn lại hoặc gấp nếp để hình thành nên cấu trúc bắc II.

- Cấu trúc bậc II của prôtêin là sự chuyển giao giữa cấu trúc mạch thẳng (bậc ) sang cấu trúc không gian.

- Prôtêin ở dạng cấu trúc bậc II chưa có hoạt tính sinh học.

C. Cấu tạo prôtêin bậc III

- Từ cấu trúc bậc II, phân tử prôtêin cuộn xoắn lại tạo nên cấu trúc bậc III.

3. Tính đặc trưng và tính nhiều dạng của prôtêin

• Prôtêin đặc trưng bởi số lượng thành phần trình tự phân bố các axit amin trong chuỗi pôlipeptit. Vì vậy, từ 20 loại axit amin đã tạo nên 10% - 10 loại prôtêin rất đặc trưng và đa dạng cho mọi loài sinh vật

• Protein đặc trưng bởi số lượng thành phần trình tự phân bố các chuỗi pôlipeptit trong mọi phân tử prôtêin.

• Prôtêin đặc trưng bởi các kiểu cấu trúc không gian của các loại prôtêin để thực hiện các chức năng sinh học.

4. Chức năng của prôtêin

• Là thành phần cấu tạo chủ yếu chất nguyên sinh hợp phần quan trọng xây dựng nên các bào quan, màng sinh chất...

- Tạo nên các enzim xúc tác các phản ứng sinh hoá.

- Tạo nên các hoocnon có chức năng điều hoà quá trình trao đổi chất trong tế bào, cơ thể. - Hình thành các kháng thể có chức năng bảo vệ cơ thể chống lại các vi khuẩn gây bệnh

- Tham gia vào chức năng vận động của tế bào và cơ thể

- Phân giải prôtêin tạo năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể

- Vận chuyên các chất hè ô lobin.)

- Thu nhận thông tin (thu theo

Tóm lại prôtêin đảm nhận nhiều chức năng liên quan đến toàn bộ hoạt động sống của tế bào, quy định tính trạng của cơ thể sống

 

B- Bài tập vận dụng:

Câu 1: Dựa vào đơn phần cấu tạo nên ADN. Hãy cho biết trong các nhận xét dưới đây, có bao nhiêu nhận xét đúng?

(1) Căn cứ vào loại bazơ nitơ liên kết với đường để đặt tên cho nuclêôtit.

(2) Một nuclêôtit gồm ba thành phần: axit phôtphoric, đường đèoxiribôzơ, bazơ nitơ

(3) Đường đệoxiribôzozơ có công thức phân tử là C₅H₁₀O₄; bazơ nitơ gồm có 4 loại: A, T,G, X.

(4) Trong một nuclêôtit có chứa 4 loại bazơ nitơ là A, T, G và X.

(5) Đường cấu tạo nên nuclêôtit của ADN là đường ribôzơ C₅H₁₀O₅

(6) Bazơ nitơ liên kết với đường tại vị trí cacbon số 5' và nhóm phôtphat liên kết với đường tại vị trí cacbon số 1.

A. 4                       B.5.                      C. 2                        D. 3.

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

1 gốc bazơ nitơ (1 trong 4 loại: A, T, G, X).

1 gốc đường đeoxiribôzơ C₅H₁₀O₄

1 gốc axit phôtphoric H₃PO₄.

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

Nuclêôtit liền nhau liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị (phôtpho đieste) để tạo nên chuỗi polinuclêôtit.

Liên kết hóa trị là liên kết giữa gốc đường đeoxiribôzơ C₅H₁₀O₄ , của nuclêôtit này với gốc axit phôtphoric H₃PO₄, của nuclêôtit khác.

Xét các phát biểu của đề bài:

Phát biểu 1 đúng vì các loại nuclêôtit chỉ khác nhau ở bazơ nitơ nên người ta đặt tên các loại nuclêôtit theo tên của bazơ nitơ.

Phát biểu 2 đúng.

Phát biểu 3 đúng.

Phát biểu 4 sai vì trong một nuclêôtit chỉ có 1 trong 4 loại bazơ nitơ: A, T, G, X chứ không phải chứa cả 4 loại.

Phát biểu 5 sai vì đường cấu tạo nên nuclêôtit là đường đeoxiribôzơ C₅H₁₀O₄

Phát biểu 6 đúng vì bazơ nitơ liên kết với đường tại vị trí cacbon số 1' và nhóm phôtphat liên kết với đường tại vị trí cacbon số 5’

à 2 nhận xét không đúng là các nhận xét: 4, 5.

Đáp án: A.

 

Câu 2: Có bao nhiêu nhận định đúng về gen?

(1) Gen mang thông tin mã hóa cho một chuỗi pôlipeptit hay một phân tử ARN.

(2) Dựa vào sản phẩm của gen người ta phân loại gen thành gen cấu trúc và gen điều hòa.

(3) Gen là một đoạn ADN mang thông ăn mã hóa cho một tARN, ARN hay một pôlipeptit hoàn chỉnh

(4) Xét về mặt cấu tạo, gen điều hòa có cấu tạo một mạch còn gen cấu trúc có cấu tạo hai mạch.

(5) Gen điều hòa mang thông tin mã hóa cho chuỗi pôlipeptit với chức năng điều hòa sự biểu hiện của gen cấu trúc.

(6) Trình tự các nuclêôtit trong gen là trình tự mang thông tin di truyền.

A. 4.                      B. 5.                      C. 6.                      D. 3

Kết các nhận định của đề bài:

Nhận định 1 dùng vì gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hóa một sản phẩm xác định một chuỗi pôlipeptit hay một phần tử ARN).

Nhận định 2 đúng và người ta dựa vào vai trò của các sản phẩm gen mà chia gen thành gen cấu trúc và gen điều hòa.

+ Gen cấu trúc: Trang thông tin mà hóa cho các sản phẩm tạo nên thành phần cấu trúc hay chức năng tế bào.

+ Gen điều hòa là gen tạo ra sản phẩm kiểm soát hoạt động của gen khác.

Nhận định 3 đúng vì nhìn qua chúng ta tưởng thiếu mARN nhưng thực tế muốn mã hóa cho chuỗi pôlipeptit thì phải mã hóa qua mARN.

Nhận định 4 sai vì cả gen điều hòa và gen cấu trúc đều có cấu trúc 2 mạch.

Nhận định 5 đúng.

Nhận định 6 đúng vị trình tự các nuclêôtit trong xen mang thông tin di truyền quy định trình tự các nuclêôtit trên phần tử mARN 4 quy định trình tự axit amin trong chuỗi pôlipeptit tự do hình thành nên tính trạng

Vậy có 5 nhận định đúng là các nhận định: 1,2,3,5,6.

Đáp án: B.

 

C/BÀI TẬP TỰ LUYỆN

1.Gen là một đoạn ADN

    A. mang thông tin cấu trúc của phân tử prôtêin.

2. mang thông tin mã hoá cho một sản phẩm xác định là chuỗi polipép tít hay ARN.
3. mang thông tin di truyền.
4. chứa các bộ 3 mã hoá các axitamin.

2.Mỗi gen mã hoá prôtêin điển hình gồm vùng

1. khởi đầu, mã hoá, kết thúc.
2. điều hoà, mã hoá, kết thúc.
3. điều hoà, vận hành, kết thúc.
4. điều hoà, vận hành, mã hoá.

3.Gen không phân mảnh có 

1. vùng mã hoá liên tục.
2. đoạn intrôn.
3. vùng mã hoá không liên tục.
4. cả exôn và intrôn.

4.Gen phân mảnh có 

1. có vùng mã hoá liên tục.
2. chỉ có đoạn intrôn.
3. vùng mã hoá không liên tục.
4. chỉ có exôn.

5.Ở sinh vật nhân thực

1. các gen có vùng mã hoá liên tục.
2. các gen không có vùng mã hoá liên tục.
3. phần lớn các gen có vùng mã hoá không liên tục.
4. phần lớn các gen không có vùng mã hoá liên tục.

6.Ở sinh vật nhân sơ

1. các gen có vùng mã hoá liên tục.
2. các gen không có vùng mã hoá liên tục.
3. phần lớn các gen có vùng mã hoá không liên tục.
4. phần lớn các gen không có vùng mã hoá liên tục.