[Sinh học 12] Gen, mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN

GEN- MÃ DI TRUYỀN VÀ QUÁ TRÌNH NHÂN ĐÔI CỦA ADN

A. LÝ THUYẾT CẦN NHỚ

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:

- Mỗi loại bazơ nitơ là đặc trưng cho từng loại Nucleotit, 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

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

* Ví dụ: từ 2 ADN sau 3 lần tự sao số ADN con được tạo thành là: 2 x 2³ = 16 (ADN con)

B. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Gen là gì? Cho ví dụ minh hoạ.
Đáp án và hướng dẫn giải bài 1:
• Gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hoá cho một sản phẩm nhất định. Sản phẩm đó có thể là một phân tử ARN hay một chuỗi pôlipeptit trong phân tử prôtêin.
• Gen cấu trúc ở sinh vật nhân sơ có vùng mã hoá liên tục (không phân mảnh), còn ở sinh vật nhân chuẩn là phân mãnh (bên cạnh các đoạn êxôn mã hoá axit amin còn được xen kẽ bởi các đoạn intron không mã hoá axit amin).
Ví dụ: gen hêmôglôbin anpha, gen hêmôglôbin bêta, mã hoá cho các chuỗi pôlipeptit trong phân tử hêmôglôbin.

Bài 2: Trình bày cấu trúc chung của các gen mã hoá prôtêin.
Đáp án và hướng dẫn giải bài 2:
•   Vùng mã hoá: mang thông tin mã hoá các axit amin. Các gen ở sinh vật nhân sơ có vùng mã hoá liên tục (gen không phân mảnh). Phần lớn các gen của sinh vật nhân thực có vùng mã hoá không liên tục, xen kẽ các đoạn mã hoá axit amin (êxôn) là các đoạn không mã hoá axit amin (intron). Vì vậy, các gen này được gọi là gen phân mảnh.
•   Vùng điều hoà đầu gen: nằm ở đầu của gen, có trình tự nuclêôtit đặc biệt giúp ARNpolimeraza có thể nhận biết và liên kết để khởi động quá trình phiên mã, đồng thời cũng chứa trình tự nuclêôtit điều hoà quá trình phiên mã.
•   Vùng kết thúc: nằm ở cuối gen, mang tín hiệu kết thúc phiên mã.

Bài 3: Giải thích nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo tồn trong quá trình nhân đôi ADN. Nêu ý nghĩa của quá trình nhân đôi ADN.
Đáp án và hướng dẫn giải bài 3:
• Nguyên tắc bổ sung: A luôn liên kết với T và G luôn liên kết với X.
• Nguyên tắc bán bảo tổn: Trong mỗi phân tử ADN con thì một mạch là mới được tổng hợp, còn mạch kia là của ADN mẹ.

Bài 4: Mã di truyền có các đặc điểm gì?
Đáp án và hướng dẫn giải bài 4:
•   Mã di truyền được đọc theo chiểu 5' -> 3' từ một điểm xác định trên mARN.
•   Mã di truyền không dấu phẩy, nghĩa là được đọc liên lục theo từng cụm ribômiclêôtit không ngắt quãng. Các bộ ba không gối lên nhau.
•   Mã di truyền mang tính phổ biến. Tất cả mọi sinh vật đều dùng chung một bộ mã di truyền.
•   Mã di truyền mang tính thoái hoá, được hiểu là một loại axit amin được mã hoá bởi 2 hay nhiều bộ ba, trừ hai ngoại lệ AUG mã hoá cho axit amin mở đầu (mêtiônin ở sinh vật nhân chuẩn hoặc foocmin mêtiônin ở sinh vật nhân sơ), UGG mã hoá cho triptôphan.
•   Mã di truyền có một bộ ba khởi đầu AƯG và ba bộ ba kết thúc (UAA, ƯAG, ƯGA).

Bài 5: Hãy giải thích vì sao trên mỗi chạc chữ Y chỉ có một mạch của phân tử ADN được tổng hợp liên tục, mạch còn lại được tổng hợp một cách gián đoạn.
Đáp án và hướng dẫn giải bài 5:
Do cấu trúc của phân tử ADN là có hai mạch polinucleotit đối song song , mà enzim polimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5′ → 3′ nên sự tổng hợp liên tục của cả hai mạch là không thể, mà đối với mạch khuôn 3′ → 5′, nó tổng hợp mạch bổ sung liên tục, còn mạch khuôn 5′ → 3′ xảy ra sự tổng hợp ngắt quãng với các đoạn ngắn (đoạn Okazaki) theo chiều 5′ → 3′. ngược với chiều phát triển của phễu tái bản, rồi sau đó nối lại nhờ enzim ADN ligaza.

C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
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

Câu 31: Một gen có chứa 600 cặp A – T và 3900 liên kết hiđrô. Số chu kì xoắn của gen là:
A. 90 chu kì. B. 120 chu kì
C. 150 chu kì . D. 180 chu kì
Câu 32: Trên một mạch của gen có 25% guanin và 35% xitôzin. Chiều dài của gen bằng 0,306 micrômet. Số lượng từng loại nuclêôtit của gen là:
A. A = T = 360; G = X = 540 B. A = T = 540; G = X = 360
C. A = T = 270; G = X = 630 D. A = T = 630; G = X = 270
Câu 33: Một gen nhân đôi 3 lần và đã sử dụng của môi trường 10500 nuclêôtit tự do, trong đó riêng loại ađênin nhận của môi trường bằng 1575 nuclêôtit. Tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit của gen là bao nhiêu?
A. A = T = 27,5%; G = X = 22,5% B. A = T = 20% ; G = X = 30%
C. A = T = 15% ; G = X = 35% D. A = T = 32,5%; G = X = 17,5%
Câu 34: Một gen nhân đôi 1 lần và đã sử dụng của môi trường 2400 nuclêôtit, trong đó có 20% ađênin. Số liên kết hiđrô có trong mỗi gen con được tạo ra là:
A. 2310 liên kết B. 1230 liên kết
C. 2130 liên kết D. 3120 liên kết
Câu 35: Tổng khối lượng của các gen con tạo ra sau 2 lần nhân đôi của một gen mẹ là 1440000 đơn vị cacbon. Chiều dài của mỗi gen con tạo ra là:
A. 3060 ăngstron B. 2040 ăngstron
C. 4080 ăngstron D. 5100 ăngstron
Câu 36: Một gen có chiều dài bằng 0,2346 micrômet thì số liên kết hóa trị giữa các đơn phân trên mỗi mạch của gen bằng bao nhiêu?
A. 689 B. 688 C. 1378 D. 1879
Câu 37: Một gen nhân đôi đã sử dụng của môi trường 42300 nuclêôtit, các gen con được tạo ra chứa 45120 nuclêôtit. Số lần nhân đôi của gen nói trên là:
A. 4 lần B. 6 lần C. 7 lần D. 5 lần
Câu 38: Một gen có chứa 72 vòng xoắn tiến hành tự sao 5 lần và đã sử dụng của môi trường 10044 nuclêôtit loại timin. Tỉ lệ từng loại nuclêôtit của gen nói trên là:
A. A = T = 15% ; G = X = 35% B. A = T = 27,5% ; G = X = 22,5%
C. A = T = 22,5% ; G = X = 27,5% D. A = T = 25% ; G = X = 25%
Câu 39: Trên một mạch của gen có chứa 150 ađênin và 120 timin. Gen nói trên có chứa 20% số nuclêôtit loại xitôzin. Số liên kết hiđrô của gen nói trên bằng:
A. 1080 B. 990 C. 1020 D. 1120
Câu 40: Một gen có chiều dài 3468 ăngstron và có tỉ lệ từng loại nuclêôtit bằng nhau. Gen tự nhân đôi liên tiếp 6 lần. Kết luận nào sau đây sai là:
A. Gen có 2550 liên kết hiđrô
B. Các gen con chứa 65280 nuclêôtit
C. Môi trường cung cấp cho gen nhân đôi: A = T = G = X = 32130
D. Quá trình nhân đôi đã hình thành 128394 liên kết phôtphođieste