Đề tài Phân dạng và rèn luyện kĩ năng giải bài tập di truyền phân tử

Phân dạng và rèn luyện kĩ năng giải bài tập di truyền phân tử A.Đặt vấn đề Vấn đề dạy và học là vấn đề được xã hội đặc biệt quan tâm và đối với người giáo viên dạy và học như thế nào cho hiệu quả lại là điều trăn trở . Trong quá trình giảng dạy môn Sinh học 9 tôi nhận thấy học sinh còn gặp khá nhiều lúng túng trong việc giải bài tập một phần do các em chưa nắm chắc kiến thức phần lí thuyết mặt khác do các em đã quen với phương pháp học môn Sinh học ở lớp dưới theo hướng trả lời các câu hỏi lí thuyết là chủ yếu do vậy các em không khỏi bỡ ngỡ khi làm quen với bài tập sinh học nhằm giúp các em biết phương pháp và có kĩ năng giải bài tập sinh học một cách có hệ thống tôi đưa ra đề tài : “Phân dạng và rèn luyện kĩ năng giải bài tập di truyền phân tử ’’tuy nhiên với chương trình hiện nay giáo viên không thể truyền thụ hết cho học sinh trong các tiết học vì vậy giáo viên có thể lồng ghép trong phần kiểm tra bài củ hay phần củng cố bài có thể chọn một vài ví dụ để hướng dẫn thêm các em trong các bài luyện tập , ôn tập hoặc các buổi học thêm B.Giải quyết vấn đề 1.Cơ sở lý thuyết a. Cấu tạo hóa học của phân tử ADN ADN ( a xit đe o xi ri bo nu cle ic ) thuộc loại a ixit nucleic được cấu tạo từ các nguyên tố chính là C,H, O, N, và P . ADN là đại phân tử có kích thước và khối lượng lớn , có thể dài tới hàng trăm mi cro met và khối lượng lớn đạt tới hàng triệu, hàng chục triệu đơn vị cacbon (đvC) ADN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm nhiều đơn phân .Đơn phân của ADN là nu cleic gồm có 4 loại nu cle ic khác nhau kí hiệu là A ( a đe nin ) , T(timin) X(xitozin) và G(guanin).Mỗi đơn phân gồm ba thành phần : một bazơ nitơ , một đường đe ô xi ri bô và một phân tử H3PO4, các đơn phân chỉ khác nhau bởi các baz ơ ni tơ .Mỗi phân tử ADN gồm hàng vạn đến hàng triệu đơn phân bốn loại nu cle o tit trên liên kết với nhau theo chiều dọc và tùy theo số lượng của chúng mà xác định chiều dài của ADN , đồng thời chúng sắp xếp theo nhiều cách khác nhau tạo ra được vô số loại phân tử ADN.Các phân tử ADN phân biệt nhau không chỉ bởi trình tự sắp xếp mà còn cả về số lượng và thành phần các nu cleo tit b.Cấu trúc không gian của phân tử ADN Năm 1953 J. O at xơn và F .Cric đã công bố mô hình cấu trúc không gian của phân tử ADN .Theo mô hình này , ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn song song , xoắn đều quanh một trục tưởng tượng từ trái qua phải . Các nu cle otit giữa hai mạch liên kết với nhau bằng các liên kết hi đro tạo thành các cặp .Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nu cle o tit có chiều cao 34 Ao .Đường kính mỗi vòng xoắn là 20Ao . Các nucleotit giữa hai mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) trong đó A liên kết với T bằng hai liên kết hi đro , G liên kết với X bằng 3 liên kết hidro và ngược lại Do NTBS của từng cặp nu cle otit đã đưa đến tính chất bổ sung của hai mạch đơn .Vì vậy khi biết trình tự sắp xếp các nucleotit trong mạch đơn này có thể suy ra trình tự sắp xếp các nucleotit trong mạch đơn kia Cũng theo NTBS trong phân tử ADN có số A bằng số T và số G bằng số X do đó ta có : A + T = G + X tỉ số trong các phân tử ADN khác nhau thì khác nhau và mang tính chất đặc trưng cho từng loài c. Cơ chế nhân đôi của ADN Quá trình tự nhân đôi diễn ra theo nguyên tắc sau : + Nguyên tắc khuôn mẫu : nghĩa là mạch mới ( ADN con ) được tổng hợp dựa trên khuôn mẫu là mạch khuôn của ADN mẹ + NTBS : Sự liên kết của các nucleotit ở mạch khuôn với các nucleotit tự do trong môi trường nội bào là A liên kết với T bằng hai liên kết hi đro hoặc ngược lại , g liên kết với X bằng ba liên kết hi đro hoặc ngược lại + Nguyên tắc giữ lại một nửa ( bán bảo toàn ) trong mỗi ADN con có một mạch là của ADN mẹ ( mạch củ ) còn một mạch là mạch mới vừa tổng hợp 2.Một số dạng bài tập Dạng 1. Tính chiều dài , số lượng nuclêôtít và khối lượng của phân tử ADN Hướng dẫn và công thức. Hai mạch pholinuclêôtít của ADN xếp song song nhau nên chiều dài của ADN bằng chiều dài của một mạch. Ký hiệu: * N : Số nuclêôtít của ADN * : Số nuclêôtít của 1 mạch * L : Chiều dài của ADN * M : Khối lượng của ADN Mỗi nuclêôtít dài 3,4 A0 và có khối lượng trung bình là 300 đvc, nên: L = . 3,4 A0 N = M = N 300 dvc 2. Một số ví dụ minh họa Ví dụ1: Một phân tử ADN dài 1,02 mm. Xác định số lượng nuclêôtit và khối lượng của phân tử ADN. Biết 1mm = 107A0. Giải. Chiều dài của phân tử ADN: 1,02mm = 1,02 107A0 Số lượng nuclêôtit của phân tử ADN: N = = = 6.106 = 6000000 ( nu) Khối lượng của phân tử ADN: M = N. 300 đvc = 6.106 300 = 18. 108 đvc Ví dụ 2. Có hai đoạn ADN - Đoạn thứ nhất có khối lượng là 900000 đvc - Đoạn thứ hai có 2400nuclêôtit Cho biết đoạn ADN nào dài hơn và dài hơn là bao nhiêu. Giải. - Xét đoạn ADN thứ nhất: Số lượng nuclêôtít của đoạn: N = = = 3000 (nu) Chiều dài của đoạn ADN: L = . 3,4 A0 = 3,4 = 5100 A0 Xét đoạn AD N thứ hai: Chiều dài của đoạn ADN: L = . 3,4 A0 = . 3,4 A0 = 4080 A0 Vậy đoạn ADN thứ nhất dài hơn đoạn ADN thứ hai. 5100 A0 – 4080 A0 = 1020 A0 Ví dụ3. Gen thứ nhất có chiều dài 3060 A0. Gen thứ hai nặng hơn gen thứ nhất 36000đvc. Xác định số lượng nuclêôtít của mỗi gen. Giải. Số lượng nuclêôtit của gen thứ nhất: N = = Khối lượng của gen thứ nhất. M = N.300 đvc = 1800 300 đvc = 540000 đvc Khối lượng của gen thứ hai: 540000 đvc + 36000 đvc = 516000 đvc Số lượng nuclêôtít của gen thứ hai: N = (nu) Dạng 2 : Tính số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của phân tử ADN Hướng dẫn công thức Theo nguyên tắc bổ sung trong phân tử ADN , số nucleotit loại ađenin luôn bằng số timin và guanin luôn bằng xitozin : A= T ; G = X Số lượng nucleotit của phân tử ADN: A + T + G + X = N hay 2A + 2G = N A + G = N/2 * Suy ra tương quan tỉ lệ các loại nucleotit trong phân tử ADN : A + G = 50% N ; T + X = 50% N Ví dụ 1 : Một đoạn của phân tử ADN có khối lượng là 1440000 đ vC và có số nucle otit loại ađenin là : 960 Tính số lượng và tỉ lệ phần trăm từng loại nu cle o tit của đoạn phân tử ADN Tính chiều dài của đoạn ADN Giải a.Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của đoạn ADN Tổng số nu cle otit của đoạn ADN : N = = = 4800 nu b. Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của đoạn ADN là : A = T = 960 nu % A = % T = . 100% = 20% suy ra G = X = 50 % - 20% = 30% % G = %X = 4800 . 30 % = 1440 nu c.Chiều dài của đoạn phân tử ADN L = N/2 . 3,4 Ao = . 3,4 Ao = 8160 Ao Ví dụ 2 : Một gen dài 0,408 um và có số nucleotit loại G bằng 15% . Xác định số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen Cho biết 1um = 104Ao Giải Tổng số nu cle otit của gen N = = = 2400 nu Gen có G = X = 15% A = T = 50 % - 15 % = 35 % Vậy tỉ lệ và số lượng từng loại nucleotit của gen là A = T = 35 % = 35% . 2400 = 840 nu G = X = 15 % = 13 % . 2400 = 360 nu Dạng 3: Xác định trình tự và số lượng các loại nucleotit trên mỗi mạch polinucleotit của phân tử ADN Hướng dẫn công thức - Xác định trình tự nucleotit trên mỗi mạch của phân tử ADN dựa vào nguyên tắc bổ sung : A trên mạch này liên kết với T mạch kia và G trên mạch này liên kết với X trên mạch kia - Gọi A1, T1 , G1, X1 lần lượt là số nucleotit mỗi loại trên mạch thứ nhất và A2, T2 , G2, X2 lần lượt là số nucleotit mỗi loại trên mạch thư hai . A1 T1 G1 X1 A1 = T2 T1 = A2 ------------------------- mạch 1 ------------------------- mạch 2 G1 = X2 X1 = G2 T2 A2 X2 G2 A = T = A1 + A2 ; G = X = G1 + G2 Ví dụ 1 Một đoạn phân tử ADN có trật tự các nucleotit trên mạch đơn thứ nhất như sau : ... – AAT – AXA – GGX – GXA – AAX- TAG- ... a.Viết trật tự các nucleotit trên mạch thứ hai của đoạn ADN b. Xác định số lượng từng loại nucleotit của mỗi mạch và của đoạn ADN đã cho Giải a . Trật tự nucleotit của đoạn mạch thứ hai : ...- TTA – TGT- XXG – XGT- TTG – ATX - ... b.Số lượng từng loại nucleotit Theo đề bài và NTBS ta có số nucleotit trên mỗi mạch A1 = T2 = 8 nu T1 = A2 = 2 nu G1 = X2 = 4 nu X1 = G2 = 4 nu Số lượng từng loại nucleotit của đoạn ADN: A = T = A1 + A2 = 8 + 2 = 10 nu G = X = G1 + G2 = 4 + 4 = 8 nu Ví dụ 2 Một gen có chiều dài 5100 Ao và có 25 % ađenin . Trên mạch thứ nhất có 300 timin và trên mạch thứ hai có 250 xito xin . Xác định : Số lượng từng loại nucleotit của cả gen Số lượng từng loại nucleotit của mỗi mạch gen Giải a. Số lượng từng loại nucleotit của cả gen Tổng số nucleotit của gen : N = = = 3000 ( nu ) A = T = 25 % Suy ra G = X = 50 % - 25 % = 25 % Vậy số lượng từng loại nu cleotit của gen đều bằng nhau A = T = G = X = 25% . 3000 = 750 ( nu ) b. Số lượng từng loại nucleotit của mỗi mạch Theo đề bài và NTBS ta có T1 = A2 = 300 ( nu ) A1 = T2 = A – A1 = 750 – 300 = 450 (nu ) G1 = X2 = 250 nu = > X1= G2 = G – G1 = 750 – 250 = 500 nu Ví dụ 3 Gen có khối lượng 707400 đvC Trên mạch thứ nhất của gen có 320 ađe nin và 284 ti min .Trên mạch thứ hai của gen có 325 guanin . Xác định số lượng từng loại nucleotit trên mỗi mạch gen và của cả gen Giải Số lượng nucleotit của gen N = = = 2358 nu Số lượng nucleotit trên mỗi mạch gen = = 1179 nu Theo đề bài và NTBS ta có số lượng từng loại nucleotit trên mỗi mạch gen : A1 = T2 = 320 nu T1 = A2 = 284 nu X1 = G2 = 325 nu áp dụng : A1 + T1 + G1 + X1 = Suy ra : G1 = - ( A1 + T1 + X1 ) Nên : G1 = X2 = 1179 – ( 320 + 284 + 325 ) = 250 nu số lượng từng loại nucleotit của cả gen A = T = A1 + A2 = 320 + 284 = 604 nu G = X = G1 + G2 = 250 + 325 = 575 nu Dạng 4 : tính số liên kết hyđro của phân tử ADN Hướng dẫn công thức : Trong phân tử ADN A trên mạch này liên kết với T trên mạch kia bằng 2 liên kết hyđro T trên mạch này liên kết với X trên mạch kia bằng 3 liên kết hyđro gọi H là số liên kết hyđro của phân tử ADN H = ( 2 . số cặp A – T ) + ( 3 . số cặp G – X ) số cặp A – T = số A ; số cặp G – X = số G Nên : H = 2A + 3G Ví dụ 1 Một gen có 2700 nucleotit và có hiệu số giữa A với G bằng 10 % số nucleotit của gen Tính số lượng từng loại nucleotit của gen Tính số liên kết hyđro của gen Giải Số lượng từng loại nucleotit của gen: Theo đề bài : A – G = 10 % Theo NTBS : A + G = 50 % suy ra 2A = 60 % Vậy A = T = 60 % : 2 = 30 % G = X = 50 % - 30 % = 20 % số lượng từng loại nucleotit : A = T = 30% . 2700 = 810 nu G = X = 20 % . 2700 = 540 nu b. Số liên kết hyđro của gen : H = 2A + 3G = 2 . 810 + 3 . 540 = 3240 liên kết Ví dụ 2 Một gen có 2720 liên kết hyđro và có số nu cle otit loại X là 480 . Xác định : Số lượng từng loại nucleotit của gen Chiều dài của gen Giải Số lượng từng loại nucleotit của gen Theo đề bài G = X = 480 nu Gen có 2720 liên kết hyđro nên : H = 2A + 3G 2720 = 2. A + 3 . 480 Suy ra : A = = 640 nu Vậy số lượng từng loại nucleotit của gen: A = T = 640 nu ; G = X = 480 nu b. Chiều dài của gen Số lượng nucleotit trên một mạch gen : = A + G = 480 + 640 = 1120 nu Chiều dài của gen : L = . 3,4 Ao = 1120 . 3,4 Ao = 3808 Ao