Lý thuyết và bài tập chuyên đề 3 - ADN & GEN Sinh học 9

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ 3: ADN & GEN SINH HỌC 9

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 chủ yếu là C, H, O, N và P

- ADN thuộc loại đại phân tử (có kích thước và khối lượng lớn), kích thước có thể dài tới hàng trăm mircômét và khối lượng đạt tới hàng triệu đvC

- ADN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân (mỗi phân tử ADN 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 A^o,

- Các loại nuclêôtít liên kết với nhau theo chiều dọc bằng liên kết hoá trị  hình thành nên chuỗi pôlinuclêôtít, nếu chuỗi pôlinuclêôtít có a đơn phân thì sẽ có a - 1 liên kết hóa trị

- 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. Tính đa dạng và đặc thù của ADN 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 (xoắn phải) như một cái thang dây xoắn.

- 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 2 liên kết hiđrô, G có kích thước lớn liên kết với X có kích thước nhỏ bằng 3 liên kết hiđrô.

- Phân tử ADN xoắn như vậy tạo nên các vòng xoắn (chu kỳ xoắn), mỗi vòng xoắn gồm 10 cặp nuclêôtít, có đường kính 20A^o và chiều dài là 34A^o

- 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 lại và trong phân tử ADN luôn có : A = T,

G = X , tỉ số hàm lượng \(\frac{{A + T}}{{G + X}}\) luôn là một hằng số khác nhau tùy loài

2. Chức năng của ADN

{-- Nội dung mục 2: Chức năng của ADN của tài liệu Lý thuyết và bài tập chuyên đề 3 - ADN & GEN Sinh học 9 vui lòng xem ở phần xem online hoặc tải về --}

3. Tính đặc trưng của ADN

- Đặc trưng bởi số lượng, thành phần, trình tự sắp xếp các nuclêôtít, vì vậy từ 4 loại nuclêôtít tạo nên nhiều phân tử ADN đặc trưng cho loài

- Đặc trưng bởi tỉ lệ \(\frac{{A + T}}{{G + X}}\)  và hàm lượng ADN trong nhân (đặc trưng cho loài)

- 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)

{-- Nội dung mục 4: Cơ chế tổng hợp ADN (tự nhân đôi, tái sinh, tự sao) của tài liệu Lý thuyết và bài tập chuyên đề 3 - ADN & GEN Sinh học 9 vui lòng xem ở phần xem online hoặc tải về --}

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 = \(\frac{N}{2}\)

Suy ra                  A +  G = T + X  = \(\frac{N}{2}\) và  %A + %G = 50%N

                % A gen = % T gen = \(\frac{{\% A1 + \% A2}}{2} = \frac{{\% T1 + \% T2}}{2}\)

                % G gen = % X gen = \(\frac{{\% G1 + \% G2}}{2} = \frac{{\% X1 + \% X2}}{2}\)

Dạng 2: Tính chiều dài số vòng xoắn và khối lượng của ADN

- Tính chiều dài của gen

            Lgen = Lmạch = \(\frac{N}{2}\). 3,4 A^o  ( 1 A^o = 10^-4 Micrômet)

- Tính số vòng xoắn

            C = \(\frac{N}{{20}}\) = \(\frac{L}{{34}}\)

- 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(\(\frac{N}{2}\) + \(\frac{N}{2}\) - 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 = (2^x – 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 = (2^x – 1).Agen

                Gmt = Xmt = (2^x – 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 = (2^x – 1). H

- Tổng số LK hyđrô được hình thành = 2^x . H

- Tổng số LK hoá trị được hình thành = (2^x – 1). (N – 2)

2. Bài tập vận dụng

{-- Nội dung mục 2: Bài tập vận dụng phần ADN của tài liệu Lý thuyết và bài tập chuyên đề 3 - ADN & GEN Sinh học 9 vui lòng xem ở phần xem online hoặc tải về --}

ARN

I. CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG VÀ CƠ CHẾ TỔNG HỢP ARN 

1. Cấu trúc ARN

- ARN là một loại axit nuclêic, được cấu tạo từ các nguyên tố hoá học chủ yếu là: C, H, O, N và P

- ARN thuộc loại đại phân tử có kích thước và khối lượng lớn nhưng nhỏ hơn nhiều so với ADN

- ARN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm nhiều đơn phân. Đơn phân là nuclêôtít, mỗi nuclêôtít có khối lượng trung bình là 300 đvC và kích thước trung bình là 3,4 A^o

- Các loại nuclêôtít liên kết với nhau theo chiều dọc bằng liên kết hoá trị  hình thành nên chuỗi pôlinuclêôtít

- Bốn loại nuclêôtít sắp xếp với thành phần, số lượng và trình tự sắp xếp khác nhau tạo cho ARN có tính đa dạng và tính đặc trưng

- Phân loại: Có 3 loại ARN :

            + ARN thông tin (mARN): chiếm khoảng 5 - 10% lượng ARN trong tế bào, có cấu tạo một mạch thẳng không cuộn xoắn, có khoảng 600 - 1500 đơn phân, có chức năng là bản sao thông tin di truyền về cấu trúc của phân tử Prôtêin được tổng hợp từ ADN tới ribôxôm trong tế bào chất

            + ARN vận chuyển (tARN): Chiếm khoảng 10 - 20% , cũng có cấu trúc một mạch nhưng cuộn lại theo kiểu đặc trưng. Trong mạch, một số đoạn các cặp bazơ nitơ liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung A - U và G - X , một số đoạn tạo thành thuỳ tròn, một trong các thuỳ tròn mang bộ ba đối mã, đầu tự do của ARN mang axitamin, có chức năng vận chuyển axitamin dến ribôxôm để tổng hợp prôtêin

            + ARN ribôxôm (rARN): chiếm khoảng 70 - 80 %, cũng có cấu trúc một mạch , có chức năng tham gia cấu tạo của ribôxôm

2. Cơ chế tổng hợp ARN (Cơ chế sao mã hoặc phiên mã)

{-- Nội dung mục 2: Cơ chế tổng hợp ARN (Cơ chế sao mã hoặc phiên mã) của tài liệu Lý thuyết và bài tập chuyên đề 3 - ADN & GEN Sinh học 9 vui lòng xem ở phần xem online hoặc tải về --}

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

1. Các công thức tính

Dạng 1: Tính số lượng , % từng loại Nu của ARN

            Theo NTBS:  A_gốc = U_ARN, T_gốc = A_ARN , G_gốc = X_ARN, X_gốc = G_ARN

                          rA + rT + rG + rX = rN = \(\frac{N}{2}\)

Suy ra                  Agen = Tgen = rA + rU và   Ggen = Xgen = rG + rX        

                % A gen = % T gen = \(\frac{{\% A1 + \% A2}}{2} = \frac{{\% T1 + \% T2}}{2}\)= \(\frac{{\% rU + \% rA}}{2}\)

               % G gen = % X gen = \(\frac{{\% G1 + \% G2}}{2} = \frac{{\% X1 + \% X2}}{2}\)= \(\frac{{\% rG = \% rX}}{2}\)

Dạng 2: Tính chiều dài số vòng xoắn và khối lượng của ADN

- Tính chiều dài của gen

       Lgen = L1 mạch = LARN = \(\frac{N}{2}\). 3,4 A^o  ( 1 Ao = 10-4 Micrômet)

- Tính khối lượng:

       MARN = rN . 300 đvC = \(\frac{N}{2}\).300 đvC

Dạng 3: Tính số liên kết hoá trị trong phân tử ARN

- Tính số liên kết hoá trị giữa đường và axit bằng tổng số nuclêôtit một mạch của gen trừ đi 1

                          Tổng số LKHT = N – 1

Dạng 4: Tính số ri bô Nu do môi trường cung cấp và số lần sao mã của gen

- Tổng số ribônu do môi trường cung cấp = k. rN  = k. \(\frac{N}{2}\) 

     trong đó k là số lần sao mã

                   N là số Nu của gen

- Số lượng từng loại Nu do môi trường cung cấp

                   rA mt = k . rA = k. Tgốc

                   rUmt = k . rU = k. Agốc

                   rG mt = k . rG = k. Xgốc

                   rX mt = k . rX = k. Ggốc

- Số lần sao mã của gen : k = (rN môi trường) : (rN của 1 ARN)

Dạng 5: Tính số Liên kết Hyđrô của gen và số LK hoá trị của ARN trong quá trình sao mã của gen

- Tổng số LK hyđrô bị phá = k. H

- Tổng số LK hyđrô được hình thành =  H

- Tổng số LK hoá trị được hình thành = k.(rN – 1)

2. Bài tập vận dụng

{-- Nội dung mục 2: Bài tập vận dụng phần ARN của tài liệu Lý thuyết và bài tập chuyên đề 3 - ADN & GEN Sinh học 9 vui lòng xem ở phần xem online hoặc tải về --}

PRÔTÊIN

I. CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, TÍNH ĐẶC TRƯNG VÀ ĐA DẠNG CỦA PRÔTÊIN - CƠ CHẾ TỔNG HỢP PRÔTÊIN

1. Cấu trúc Prôtêin

a. Cấu tạo hoá học:

- Là hợp chất hữu cơ gồm 4 nguyên tố cơ bản C, H, O, N ngoài ra còn có thêm S và P

- Thuộc loại đại phân tử có kích thước dài tới 0,1 micrômét, khối lượng có thể đạt tới 1,5 triệu đvC

- Được cấu tạo theo nguyen tắc đa phân, gồm nhiều đơn phân. Đơn phân là axitamin, có hơn 20 loại axitamin. Mỗi loại axitamin có khối lượng trung bình là 110 đvC, kích thước trung bình là 3 A^o và có 3 thành phần:

             + Một nhóm amin (- NH₂)

             + Một nhóm cacbôxil (- COOH)

             + Một gốc cácbon (- R)

- Các axitamin liên kết với nhau bằng liên kết peptit là liên kết giữa nhóm amin của axitamin này với nhóm cacbôxil của axitamin kế tiếp và giải phóng ra môi trường một phân tử nước

- Từ hơn 20 loại axitamin đã tạo nên khoảng 10¹⁴ – 10¹⁵ loại prôtêin đặc trưng cho mỗi loài, các phân tử prôtêin phân biệt với nhau bởi số lượng, thành phần, trình tự sắp xếp các axitamin.

b. Cấu trúc không gian:

Prôtêin có 4 bậc cấu trúc cơ bản:

- Cấu trúc bậc 1: là trình tự  sắp xếp các axitamin trong chuỗi pôlipeptit

- Cấu trúc bậc 2: là chuỗi axitamin tạo các vòng xoắn lò xo đều đặn

- Cấu trúc bậc 3: là hình dạng không gian 3 chiều của prôtêin do cấu trúc bậc 2 cuộn xếp theo kiêu đặc trưng cho từng loại prôtêin

- Cấu trúc bậc 4: là cấu trúc của một số loại prôtêin gồm hai hay nhiều chuỗi axitamin cùng loại hay khác loại liên kết với nhau

2. Chức năng của prôtêin

- Là thành phần cấu tạo chủ yếu chất nguyên sinh hợp phần quan trọng xây dựng nên các bào quan và màng sinh chất từ đó hình thành nên các đặc điểm giải phẫu , hình thái của các mô, cơ quan, hệ cơ quan và cơ thể

- Là chất xúc tác các phản ứng sinh hoá: Bản chất của enzim là các prôtêin, mỗi loại enzim tham gia vào một phản ứng xác định

- Có chức năng điều hoà các quá trình trao đổi chất trong tế bào và cơ thể; Bản chất các hoocmon là các prôtêin

- Hình thành kháng thể có chức năng bảo vệ cơ thể chống lại vi khuẩn xâm nhập gây bệnh

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

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

3. Tính đặc trưng và đa dạng của Prôtêin

- Prôtêin đặc trưng bởi số lượng, thành phần, trình tụe sắp xếp các axitamin trong chuỗi pôlipeptit, từ hơn 20 loại axitamin đã tạo nên khoảng 10¹⁴ – 10¹⁵ loại prôtêin đặc trưng và da dạng cho mỗi loài sinh vật

- Đặc trưng bởi số lượng thành phần trình tự phân bố các chuỗi pôlipeptit trong mỗi phân tử prôtêin

- Đặc trưng bởi các kiểu cấu trúc không gian của các loại prôttêin để thực hiện chức năng sinh học

4. Cơ chế tổng hợp prôtêin

{-- Nội dung mục 4: Cơ chế tổng hợp prôtêin của tài liệu Lý thuyết và bài tập chuyên đề 3 - ADN & GEN Sinh học 9 vui lòng xem ở phần xem online hoặc tải về --}

II. MỐI QUAN HỆ GIỮA GEN VÀ TÍNH TRẠNG

- Mối liên hệ: Thông tin về cấu trúc của phân tử prôtêin được xác định bởi dãy nuclêôtit trong mạch ADN. Sau đó mạch này được dùng làm khuân để tổng hợp mARN diễn ra trong nhân tế bào, tiếp theo mạch mARN được dùng làm khuân để tổng hợp chuỗi aa diễn ra trong tế bào chất.

- Bản chất: Trình tự các nuclêôtit trong mạch khuân ADN qui định trình tự sắp xếp các nuclêôtít trên phân tử mARN, sau đó trình tự này qui định trình tự các axitamin trong chuỗi pôlipeptit của prôtêin. Prôtêin tham gia trực tiếp vào cấu trúc và hoạt động sinh lý của tế bào , từ đó biểu hiện ra thành tính trạng của cơ thể. Như vậy thông qua prôtêin, gen qui định tính trạng của cơ thể

Gen (Đoạn ADN) - > mARN - > Prôtêin - > tính trạng

III. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

1. Các công thức tính

1. Tính số bộ ba mật mã =\(\frac{N}{{2.3}} = \frac{{rN}}{3}\)
2. Số bộ ba mã hoá = \(\frac{N}{{2.3}} - 1 = \frac{{rN}}{3} - 1\)
3. Số kiểu bộ ba = (số loại nu mạch gốc)³ = (Số ribiiNu của mARN)³
4. Số phân tử prôtêin được tông rhợp = n . k (n là số RBX; k là số phân tử mARN)
5. Số aa môi trường cung cấp = \((\frac{N}{{2.3}} - 1)x = (\frac{{rN}}{3} - 1)x\) (x là số phân tử prôtêin)
6. SốLk peptit hình thành = số phân tử nước giải phóng = \((\frac{N}{{2.3}} - 2)x = (\frac{{rN}}{3} - 2)\)
7. Số aa trong các phân tử Protêin hoàn chỉnh = \((\frac{N}{{2.3}} - 2)x = (\frac{{rN}}{3} - 2)x\)
8. Số LK peptit trong các phân tử Protêin hoàn chỉnh = \((\frac{N}{{2.3}} - 3)x = (\frac{{rN}}{3} - 3)x\)

2. Bài tập vận dụng

{-- Nội dung mục 2: Bài tập vận dụng phần Protein của tài liệu Lý thuyết và bài tập chuyên đề 3 - ADN & GEN Sinh học 9 vui lòng xem ở phần xem online hoặc tải về --}