Cơ sở vật chất di truyền ADN

C¬ së vËt chÊt di truyÒn ADN I. CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, TÍNH ĐẶC TRƯNG VÀ CƠ CHẾ TỔNG HỢP ADN 1. Cấu trúc ADN a. Cấu tạo hoá học: - ADN là một loại axit nuclêic, được cấu tạo từ các nguyên tố hoá học C, H, O, N và P - ADN thuộc loại đại phân tử có kích thước lớn có thể dài tới hàng trăm mircômét và khối lượng đạt tới hàng triệu đơn vị cácbon - ADN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm nhiều đơn phân. Đơn phân là Nuclêôtít, mỗi nuclêôtit có khối lượng trung bình là 300 đvC và kích thước trung bình là 3,4 Ao, bao gồm 3 thành phần: + Một phân tử axit phốtphoric: H3PO4 + Một phân tử đường đêôxiribô C5H10O4 + Một trong 4 loại bazơ nitơ: A,T, G, X - Các loại nuclêôtít liên kết với nhau bằng liên kết hoá trị giữa các axit phốtphoric của nuclêôtít này với phân tử đường của nuclêôtít kế tiếp hình thành nên chuỗi pôlinuclêôtít - Bốn loại Nuclêôtít sắp xếp với thành phần, số lượng và trình tự sắp xếp khác nhau tạo cho ADN có tính đa dạng và tính đặc thù là cơ sở cho tính đa dạng và đặc thù ở các loài sinh vật b. Cấu trúc không gian: Mô hình cấu trúc không gian của ADN được Oatxơn và Críc công bố vào năm 1953 có những đặc trưng sau: - ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch polinuclêôtít quấn quanh một trục tưởng tượng theo chiều từ tráI sang phải như một cái thang dây xoắn với hai tay thang là các phân tử đường và axit phôtphoric xếp xen kẽ, còn bậc thang là các cặp bazơnitơ A – T, G – X - Các nuclêôtít trên hai mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung: A có kích thước lớn liên kết với T có kích thước nhỏ bằng hai liên kết hiđrô, G có kích thước lớn liên kết với X có kích thước nhỏ bằng ba liên kết hiđrô. - Các nuclêôtít liên kết với nhau tạo nên các vòng xoắn, mỗi vòng xoắn gồm 10 cặp nuclêôtít, có đường kính 20Ao và chiều dài là 34Ao - Dựa vào nguyên tắc bổ sung, nếu biết trình tự sắp xếp của một mạch thì có thể suy ra trình tự sắp xếp của mạch còn lạivà trong phân tử ADN luôn có : A = T, G = X , tỉ số hàm lượng luôn là một hằng số khác nhau cho từng loài 2. Chức năng của ADN - ADN lưu giữ và bảo quản thông tin di truyền: + Thông tin di truyền ddược mã hoá trong ADN dưới dạng các bộ ba nuclêôtít kế tiếp nhau, trình tự này qui định trình tự các axitamin trong phân tử prôtêin được tổng hợp + Mỗi đoạn của ADN mang thông tin qui định cấu trúc một loại prôtêin gọi là gen cấu trúc, mỗi gen cấu trúc có từ 600 – 1500 cặp nuclêôtít - ADN có chức năng truyền đạt thông tin di truyền: + ADN có khả năng tự nhân đôI và phân li. Sự tự nhân đôi và phân li của ADN kết hợp tự nhân đôi và phân li của NST trong phân bào là cơ chế giúp cho sự truyền đạt thông tin di truyền từ tế bào này sang tế bào khác, từ thế hệ cơ thể này sang thế hệ cơ thể khác + ADN có khả năng sao mã tổng hợp ARN qua đó điều khiển giiảI mã tổng hợp prôtêin. Prôtêin được tổng hợp tương tác với môI trường thể hiện thành tính trạng 3. Tính đặc trưng của ADN - Đặc trưng bởi số lượng, thành phần, trình tự phân bố các nuclêôtít, vì vậy từ 4 loại nuclêôtít tạo nên nhiều phân tử ADN đặc trưng cho loài - Đặc trưng bởi tỉ lệ - Đặc trưng bởi số lượng, thành phần, trình tự sắp xếp các gen trong nhóm gen liên kết 4. Cơ chế tổng hợp ADN (tự nhân đôi, tái sinh, tự sao) - Quá trình tổng hợp ADN diễn ra trong nhân tế bào tại NST ở kì trung gian của quá trình phân bào khi NST ở trạng thái sợi mảnh duỗi xoắn - Dưới tác dụng của enzim ADN - pôlimeraza, hai mach đơn của ADN tháo xoắn và tách dần nhau ra đồngthời các nuclêôtít trong môI trường nội bào vào liên kết với các nuclêôtít trên hai mạch đơn của ADN theo nguyên tắc bổ sung( A liên kết với T bằng 2 liên kết hiđrrô và ngược lại, G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô và ngược lại). Kết quả từ 1 phân tử ADN mẹ tạo ra 2 phân tử ADN con giống nhau và giống ADN mẹ, trong mỗi ADN con có một mạch đơn là của ADN mẹ, mạch còn lại là do các nuclêôtít môi trường liên kết tạo thành - Trong quá trình tổng hợp ADN, một mạch được tổng hợp liên tục theo chiều 5’ – 3’, mạch còn lại được tổng hợp gián đoạn theo chiều 3’ – 5’ - ADN được tổng hợp theo 3 nguyên tắc: + NTBS: A liên kết với T bằng 2 liên kết hiđrrô và ngược lại, G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô và ngược lại + Nguyên tắc bán bảo toàn: trong mỗi ADN con có một mạch là của ADN mẹ + Nguyên tắc khuân mẫu: hai mạch đơn của ADN được dùng làm khuân để tổng hợp * ý nghĩa của quá trình tự nhân đôi: - Sự nhân đôi của ADN là cơ sơ rcho nhân đôi của NST - Sự nhân đôi của ADN và NST kết hợp với cơ chế phân li của chúng trong nguyên phân, giảm phân và cơ chế tái tổ hợp của chúng trong thụ tinh tạo ra sự ổn định của ADN và NST qua các thế hệ tế bào và cơ thể II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP 1. Các công thức tính Dạng 1: Tính số lượng , % từng loại Nu của mỗi mạch và của gen Theo NTBS: A1 = T2, T1 = A2 , G1 = X2, X1 = G2 A1 + T1 + G1 + X1 = Suy ra A + G = và %A + %G = 50%N % A gen = % T gen = % G gen = % X gen = Dạng 2: Tính chiều dài số vòng xoắn và khối lượng của ADN - Tính chiều dài của gen Lgen = Lmạch = . 3,4 Ao ( 1 Ao = 10-4 Micrômet) - Tính số vòng xoắn C = = - Tính khối lượng: M = N . 300 đvC Dạng 3: Tính số liên kết hoá học trong gen - Tính số liên kết hoá trị giữa đường và axit bằng tổng số nuclêôtit trừ đi 1 rồi nhân với 2 2( + - 1) = 2(N - 1) - Số LK hiđrô : H = 2A + 3G Dạng 4: Tính số Nu do môi trường cung cấp cho quá trình tự nhân đôi Tổng số nu do môi trường cung cấp = (2x - 1). N trong đó x là số lần nhân đôi N là số Nu của gen - Số lượng từng loại Nu do môi trường cung cấp Amt = Tmt = (2x - 1).Agen Gmt = Xmt = (2x - 1).Ggen Tỉ lệ % từng loại Nu do môi trường cung cấp luôn bằng tỉ lệ % từng loại Nu trong gen Dạng 5: Tính số Liên kết Hyđrô bị phá vỡ và số LK hoá trị bị phá vỡ và được hình thành trong quá trình tự nhân đôi của gen - Tổng số LK hyđrô bị phá = (2x - 1). H - Tổng số LK hyđrô được hình thành = 2x . H - Tổng số LK hoá trị được hình thành = (2x - 1). (N - 2) Dạng 6: Tính thời gian tự nhân đôi của ADN Tốc độ nhân đôi được tính bằng số nuclêôtit của môi trường liên kết vào một mạch trong 1 giây Thời gian tự nhân đôi được tính bằng số Nuclêôtit trên một mạch chia cho số nuclêôtit liên kết được trên một mạch trong một giây 2. Bài tập vận dụng * Bài 1: Trên mach thứ nhất của gen có 10% A và 35 % G, trên mạch thứ hai có 25%A và 450 G - Tính tỉ lệ % và số lượng từng loại Nuclêôtit ttrên mỗi mạch và cả gen * Bài 2: Một gen có chu kỳ soắn là 90 vòng và có A = 20%. Mạch 1 của gen có A= 20 và T = 30%. Mạch 2 của gen có G = 10% và X = 40%. Tính chiều dài và khối lượng của gen Tính số lượng từng loại Nu trên mỗi mạch và của cả gen * Bài 3: Một gen có khối lượng là 9.105 đvC và có G – A = 10%. Tính chiều dài gen và số lượng tỉ lệ % của từng loại Nu của gen * Bài 4: Một gen dài 0,408 Micômet. Mạch 1 có A = 40%, gấp đôI số A nằm trên mạch 2. Tính số liên kết hoá trịn và số liên kết hyđrô của gen? * Bài 5: Một gen táI sinh một số đợt đã sử dụng của môi trường 21000 nu, trong đó loại A chiếm 4200. Biết tổng số mạch đơn trong các gen tạo ra gấp 8 lần số mạch đơn của gen mẹ ban đầu. a. Tính số lần táI sinh b. Tính tỉ lệ % và số lượng từng loại nu của gen * Bài 6: Gen nhân đôI 4 lần đã lấy của môI trường nội bào 36000 nu trong đó có 10800 G. tính số lượng và tỉ lệ % từng loại nu của gen * Bài 7: Một gên nhân đôI liên tiếp 3 lần đã lấy của môi trường nội bào 16800 Nu. Gen có tỉ lệ A: G = 3 : 7 a. Tính số LK hiđrrô bị phá vỡ và được hình thành b. Tính số LK hoa strị được hình thành * Bài 8: Một gen có chiều dài 0,51 Micrômet tự nhân đôi một số lần. Thời gian tách và liên kết các Nu của môi trường của một chu ki xoắn là 0,05 giây. Biết tốc độ lắp ghép đều nhau. Tính tốc độ nhân đôi và thời gian nhân đôi của gen