Cung cấp các cơ sở lý thuyết, cơ sở tính toán và công thức liên quan. Những bài tập áp dụng và có giải chi tiết
Trang 1I.Lí thuyết
1 Các enzim có trong quá trình nhân đôi DNA
- Gyraze: ( một loại topoisomerase II ) : gỡ rối ADN và tháo xoắn
- Helicase: giãn xoắn phân tử ADN sợi kép
- ADN primase : tổng hợp đoạn ARN mồi
- ADN ligase : nối các đoạn Okazaki
- ADN polimerase : 5 loại :
+ ADN polimerase I: tổng hợp ADN, thay thế đoạn mồi ARN, đọc sửa
+ ADN polimerase II: sửa chữa ADN
+ ADN polimerase III: tổng hợp DNA chính, đọc sửa
+ ADN polimerase IV và V : sửa chữa ADN
Chú ý: 3 enzim được tô màu xanh vô cùng quan trọng , trong các đề thi thử và tuyển sinh đại học
họ rất thường hay hỏi về chúng
2.Các nguyên tắc trong quá trình nhân đôi DNA
-Nguyên tắc bổ sung (NTBS)
-Nguyên tắc bán bảo tồn ( hay giữ lại một nữa)
-Nguyên tắc nữa gián đoạn
3.Các thành phần tham gia
-DNA khuôn
-các enzim
-các nucleotit tự do
-ATP
4.Thời gian và vị trí xảy ra quá trình nhân đôi DNA
- Thời gian: trước khi tế bào bước vào giai đoạn phân chia tế bào
CHUYÊN ĐỀ II
Trang 2- Vị trí: xảy ra trong nhân tế bào
5.Diễn biến quá trình nhân đôi DNA ở sinh vật nhân sơ
-Chương trình cơ bản:
Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN
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
Bước 2: Tổng hợp các mạch ADN mới
- 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
Bước 3: Hai phân tử ADN được tạo thành
Trong mỗi ADN con có 1 mạch có nguồn gốc từ mẹ, mạch còn lại được tổng hợp từ môi trường nội bào
-Chương trình nâng cao:
+ Sự khởi đầu sao chép :
- Prôtêin DnA gắn vào vị trí khởi dầu sao chép, làm giãn xoắn đồng thời làm gãy các liên kết hiđro giữa các cặp bazơnitơ, có sử dụng năng lượng ATP
- DnB và DnC vào vị trí khởi đầu sao chép hình thành phức hệ khởi đầu sao chép gồm : DnA, DnB, DnC
Trang 3- Phức hệ các enzim helicase, gyrase và protein SSB : làm giãn xoắn và phân tách hai mạch đơn của phân tử ADN sợi kép làm khuôn
+ Sự hình thành phức hệ tạo ARN mồi ( primosome):
Enzim ADN primase gắn vào và hình thành nên primosome: tức tạo ARN mồi ở đầu 5’ của mỗi đoạn ADN mới được tổng hợp cũng như đầu 5’ ở mỗi doạn Okazaki
+ Tổng hợp mạch ADN dẫn đầu ( mạch được tổng hợp liên tục ):
- Chiều mạch mới đang được tổng hợp ( 5’ 3’ ) thuận chiều với hoạt động của ADN
polymerase nên chỉ cần 1 đoạn ARN mồi duy nhất
- ADN pol III sẽ gắn vào vị trí đoạn mồi này và xúc tác phản ứng kéo dài chuỗi ( bằng việc lắp ráp các nu vào đầu 3’ theo NTBS ) cho đến khi kết thúc mạch ADN làm khuôn
+ Tổng hợp mạch ADN theo sau ( mạch được tổng hợp gián đoạn ):
- Đoạn ARN mồi được tổng hợp nhờ phức hệ primosome
- Mạch ADN khuôn quay ngược 1800 và gắn vào phức hệ ADN pol III và phức hệ enzim này xúc tac phản ứng kéo dài chuỗi
- Quá trình kéo dài chuỗi tiếp diễn đến khi ADN pol III hoàn thành việc kết nối khoảng 1000 –
2000 nu và tiếp cận được đầu 5’ của đoạn Okazaki phía trước
- ADN pol III rời khỏi mạch kkhuôn và protein SSB cũng được giải phóng ra khỏi mạch khuôn
- Khi quá trình tổng hợp ADN xảy ra ở đoạn Okazaki tiếp theo, ngày càng có nhiều protein SSB gắn vào phía sau enzim ADN polymerase trên mạch khuôn được dùng tổng hợp sợi theo sau
- Sau khi protein SSB gắn vào mạch ADN khuôn , phức hệ primosome sẽ xúc tác việc tổng hợp một đoạn ARN mồi mới , và theo sau là đoạn ADN được tổng hợp nhờ ADN pol III Cứ như vậy chu kỳ tổng hợp các đoạn Okazaki tiếp diễn
- Khi tích luỹ được nhiều đoạn Okazaki ( có ít nhất 2 doạn Okazaki ) E ADN pol I hoạt động : loại bỏ ARN mồi và bổ sung nu vào đầu 3’ của một đoạn Okazaki
- E ADN ligaze sử dụng NAD+ để xúc tác phản ứng hình thành liên kết photphodieste giữa hai đoạn Okazaki liền kề
6 Diễn biến quá trình nhân đôi DNA ở sinh vật nhân thực ( Chỉ có ở chương trình nâng cao)
Ở sinh vật nhân thực, quá trình nhân đôi ADN phức tạp hơn rất nhiều, chủ yếu khác với vi khuẩn ở:
Trang 4- Nhân đôi gắn liền với quá trình tháo xoắn nhiễm sắc thể và nhiều quá trình sinh tổng hợp khác, diễn ra vào kỳ trung gian (dài 6 đến 10 giờ)
- Số loại enzim và nhân tố khác tham gia nhiều hơn
- Nhân đôi xảy ra đồng loạt ở nhiều điểm trên cùng 1 ADN
- Ở mỗi đơn vị nhân đôi, sự tổng hợp có thể diễn ra ở cả 2 chạc chữ Y cùng lúc
7 Ý nghĩa
- Cơ sở cho sự nhân đôi của nhiễm sắc thể
- Cơ sở cho sự ổn định của ADN và nhiễm sắc thể qua các thế hệ tế bào và các thế hệ của loài
II Thiết lập công thức
A Chương trình cơ bản
<! >Vì là chương trình cơ bản chỉ học quá trình nhân đôi ở sinh vật nhân sơ nên ta sẽ có những công thức áp dụng như sau:
-Qua k đợt nhân đôi thì ta có tổng số con được tạo thành là : 2k
-Số DNA có 2 mạch hoàn toàn mới sau k đợt nhân đôi là : 2k-2
-Số Nu mới môi trường cần dùng:
Trang 5 Amt = Tmt = A( 2k – 1 )
Gmt = Xmt = G( 2k – 1 )
Nmt = N( 2k – 1 ) -Số liên kết hidro bị phá vỡ sau k đợt nhân đôi: Hbị phá vỡ = H( 2k – 1 )
-Số liên kết hóa trị được hình thành sau k đợt nhân đôi: HThình thành = ( N – 2 )( 2k – 1 )
-Thời gian tự sao:
TGtự sao =d t N
2 Trong đó : dt là thời gian tiếp nhận và liên kết 1 nu
TGtự sao=
ts v N
Trong đó :v là tốc độ tự sao ts
-Phương pháp xác định số lần nhân đôi DNA:
+ Số lần tái bản của DNA ( hay gen) là số nguyên dương
+ Các DNA cùng nằm trong 1 tế bào có số lần tự sao mã bằng nhau
+ Các DNA nằm trong các tế bào khác nhau có số lần tái bản có thể khác nhau hoặc bằng nhau + Khi biết được số lần tái bản , dựa vào đó ta suy ra số gen con, số nucleotit tự do môi trường cần cung cấp, số đợt phân bào của gen đó
Gen tái bản bao nhiêu lần thì trong nguyên phân , tế bào chứa nó phân bào bấy nhiêu lần
Nếu gen trong tế bào sinh dục , số lần tái bản của gen bằng số đợt phân bào trừ 1 ( vì tron giảm phân , lần phân bào thứ hai DNA không tái bản)
-Chiều dài của DNA chính bằng chiều dài các đoạn okazaki đã được nối lại
B Chương trình nâng cao
Xét thêm ở sinh vật nhân thực :
Trang 6+ Liên quan đến các đoạn exon , và intron Phương pháp giải xem lại bài giảng gen và mã di truyền
+ Số đoạn mồi = số đoạn okazaki + 2 Số đơn vị tái bản
III Bài tập luyện tập
Câu 1 Trong quá trình nhân đôi của ADN các nucleotit tự do sẽ kết hợp với các nucleotit trên mỗi mạch của phân tử ADN theo cách:
A Ngẫu nhiên
B Nucleotit loại nào sẽ kết hợp với nucleotit loại đó
C Theo nguyên tắc bổ sung A liên kết với T, G liên kết với X và ngựợc lại
D Các bazơ nitric có kích thước lớn sẽ bổ sung cho các bazơ nitric kích thước bé
Câu 2 Trong quá trình tự nhân đôi ADN, mạch mới luôn luôn đựợc tổng hợp:
A Theo chiều 3’ – 5’ B Theo chiều 5’ – 3’
C Theo chiều tháo xoắn của ADN D Ngựợc chiều tháo xoắn của ADN
Câu 3 Trong quá trình tự nhân đôi ADN, các đoạn okazaki đựợc tổng hợp theo chiều:
A 3’ đến 5’ cùng chiều tháo xoắn của ADN
B 5’ đến 3’ ngược chiều tháo xoắn của ADN
C 5’ đến 3’ cùng chiều tháo xoắn của ADN
D 3’ đến 5’ ngược chiều tháo xoắn của ADN
Câu 4 Trong quá trình nhân đôi của ADN một mạch mới được tổng hợp liên tục, còn một mạch mới còn lại được tổng hợp thành từng đoạn Hiện tượng này xảy ra là do enzim ADN
polymeraza chỉ di chuyển trên mỗi mạch khuôn của ADN theo chiều:
A 3’ đến 5’
B 5’ đến 3’
C 3’ đến 5’ trên mạch khuôn này và 5’ đến 3’ trên mạch khuôn kia
D Di chuyển ngẫu nhiên
Câu 5 Vai trò của enzim ADN Heclicaza trong quá trình tự nhân đôi ADN là:
A Tháo xoắn ADN và bẻ gẫy các liên kết hydro
B Tổng hợp đoạn mồi mới
Trang 7C Lắp ráp các nu tự do với từng mạch khuôn của ADN
D Nối các đoạn Okazaki tạo thành mạch bổ sung
Câu 6 Vai trò của enzim ADN polymeraza trong quá trình tự nhân đôi ADN là:
A Tháo xoắn ADN và bẻ gẫy các liên kết hydro
B Tổng hợp đoạn mồi mới
C Lắp ráp các nu tự do với từng mạch khuôn của ADN
D Nối các đoạn Okazaki tạo thành mạch bổ sung
Câu 7 Trong quá trình nhân đôi ADN, một trong những vai trò của enzim ADN pôlimeraza là
A bẻ gãy các liên kết hiđrô giữa hai mạch của phân tử ADN
B nối các đoạn Okazaki để tạo thành mạch liên tục
C tổng hợp mạch mới theo nguyên tắc bổ sung với mạch khuôn của ADN
D tháo xoắn và làm tách hai mạch của phân tử ADN
Câu 8 Vai trò của enzim ADN ligaza trong quá trình tự nhân đôi ADN là:
A Tháo xoắn ADN và bẻ gẫy các liên kết hydro
B Tổng hợp đoạn mồi mới
C Lắp ráp các nu tự do với từng mạch khuôn của ADN
D Nối các đoạn Okazaki tạo thành mạch bỗ sung
Câu 9 Việc nối các đoạn Okazaki để tạo nên một mạch đơn hoàn chỉnh là nhờ enzim
Câu 10 Một trong những đặc điểm khác nhau giữa quá trình nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực với quá trình nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ là
A số lượng các đơn vị nhân đôi
B nguyên liệu dùng để tổng hợp
C chiều tổng hợp
D nguyên tắc nhân đôi
Câu 11 Khi nói về quá trình nhân đôi ADN (tái bản ADN) ở tế bào nhân thực, phát biểu nào sau đây là không đúng?
Trang 8A Trong quá trình nhân đôi ADN, enzim ADN pôlimeraza không tham gia tháo xoắn phân tử ADN
B Trong quá trình nhân đôi ADN, có sự liên kết bổ sung giữa A với T, G với X và ngược lại
C Trong quá trình nhân đôi ADN, enzim nối ligaza chỉ tác động lên một trong hai mạch đơn mới được tổng hợp từ một phân tử ADN mẹ
D Sự nhân đôi ADN xảy ra ở nhiều điểm trong mỗi phân tử ADN tạo ra nhiều đơn vị nhân đôi (đơn vị tái bản)
Câu 12 ADN có 2 mạch, nhưng chỉ 1 mạch mang mật mã gốc, vậy mạch kia có thừa không?
A Không, vì mạch kia để làm khuôn nhân đôi (tự tái bản)
B Thừa về mã di truyền, nhưng cần cho cấu trúc xoắn kép
C Không, vì có 2 mạch thì ADN mới cấu trúc xoắn kép
D Mạch kia cần cho chuỗi xoắn kép, nhân đôi và phiên mã
Câu 13.Khi nói về DNA nhận xét nào dưới đây là Đúng :
(1) Enzim ligaza dùng để nối các đoạn okazaki trong quá trình nhân đôi DNA
(2) Quá trình nhân đôi DNA xảy ra ở quá trình phân bào và ở trong nhân tế bào
(3) Các DNA cùng nằm trong 1 tế bào có số lần tự sao mã bằng nhau
(4) Qua 8 đợt nhân đôi thì tổng DNA con được tạo thành là 27 (DNA)
(5) Trong mỗi ADN con có 1 mạch có nguồn gốc từ mẹ, mạch còn lại được tổng hợp từ môi
trường nội bào
A.(1),(2),(4),(5) B.(1),(3),(5) C.(2),(3),(5) D.(2),(3),(4),(5)
Câu 14 Nhận định nào dưới đây là SAI khi nói về quá trình nhân đôi DNA ở sinh vật nhân sơ:
(1) Trong quá trình nhân đôi DNA một trong những nguyên tắc có trong quá trình là nguyên tắc nữa gián đoạn
(2) Khi enzim DNA-polimeraza tiếp xúc với phân tử DNA thì phân tử bị bẽ gãy liên kết hidro và để lộ chạc chữ Y
(3) Mạch mẹ của phân tử DNA có chiều tử 5’ 3’ được tổng hợp liên tục , mạch còn lại tổng hợp theo nguyên tắc nữa gián đoạn và tạo thành các đoạn DNA nhỏ gọi là đoạn okazaki
(4) Trong quá trình nhân đôi DNA thì số đoạn okazaki luôn luôn lớn hơn số đoạn mồi (5) Nếu gen trong tế bào sinh dục , số lần tái bản của gen bằng số đợt phân bào trừ 1 (6) Sự nhân đôi của DNA là cơ sở của sự nhân đôi NST
A.(1),(5),(6) B.(2),(4),(5) C.(2),(3),(4) D.(1),(3),(5)
Câu 15.Nhận định nào dưới đây là ĐÚNG khi nói về quá trình nhân đôi DNA ở sinh vật nhân
thực:
Trang 9(1) Nhân đôi gắn liền với quá trình tháo xoắn nhiễm sắc thể và nhiều quá trình sinh tổng hợp khác,diễn ra vào kỳ trung gian
(2) Trong quá trình nhân đôi DNA xảy ra ở một điểm trên 1 phân tử DNA
(3) Ở mỗi đơn vị nhân đôi, sự tổng hợp có thể diễn ra ở cả 2 chạc chữ Y cùng lúc
(4) Enzim ADN primase giúp tổng hợp các đoạn ARN mồi trong quá trình nhân đôi
(5) Trong quá trình nhân đôi DNA ở sinh vật nhân thực ta luôn có : Số đoạn mồi = số đoạn okazaki + 2
A.(1),(2),(4),(5) B.(1),(2),(3),(5) C.(1),(3),(4) D.(1),(2),(3) Câu 16.Xét 2 gen A và B thuộc gen của sinh vật nhân sơ:
+ Ở mạch thứ nhất của gen A có tỉ lệ
3
2
X G
T A
,A=T,G=X, và biết chiều dài của gen A là L=24361 Ao
+Ở gen B có tỉ lệ tổng 2 loại nu không bổ sung với nhau =
5
1
Tổng 2 loại nu không bổ sung với nhau ở gen A.Biết rằng số liên kết hidro của gen B =3624
Khi gen B trải qua 3 đợt tự nhân đôi Thì cần số nu môi trường cần cung cấp và số LKHT được hình thành lần lượt là:
A.Nmt=20068,HTht=20042 B.Nmt=20069,HTht=20041
Câu 17 Ở sinh vật nhân sơ có chiều dài của gen là 329,8nm Quá trình tự sao mã của gen đã tạo
ra 1024 mạch đơn trong các gen con , trong đó chứa 269312 nu loại Timin Thì số lần sao mã của gen , số nu tự do môi trường cần cung cấp cho quá trình lần lượt là:
Câu 18.Xét một đoạn đoạn DNA nhân đôi trong môi trường chứa toàn bộ các nu tự do được đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ Cuối quá trình đã tạo ra số gen con gồm 6 mạch có đánh dấu và 2 mạch thì không Số lần nhân đôi của DNA trên:
Câu 19.Xét 2 gen ở sinh vật nhân sơ :
+ Gen A và gen B có khối lượng bằng nhau
+ Chiều dài của mỗi gen A và gen B thuộc đoạn [0,204m,0,225m].Khi cả 2 gen này tái bản cần được môi trường tế bào cung cấp tổng cộng 18300 nu tự do Vậy khối lượng của gen A
Trang 10khoảng là
A.392100 đvC B.391200 đvC C.391500 đvC D.391800 đvC
Câu 20.Xét ở một gen không phân mảnh , có số LKH2 bằng 23600 liên kết Tỉ lệ giữa 2 loại nu không bổ sung nhau là
5
2
( Điều kiện A,T,G,X là những số tròn ).Gen này thực hiện tái bản 3 lần Số gen con hoàn toàn mới được tạo thành và số liên kết hidro bị phá vỡ lần lượt là:
A.ADNmới=8,LKH2=165200 B.ADNmới=6,LKH2=163200
C.ADNmới=7,LKH2=70800 D.ADNmới=5,LKH2=70800
Câu 21 Một phân tử ADN khi thực hiện tái bản 1 lần có 100 đoạn Okazaki và 120 đoạn mồi, biết kích thước của các đơn vị tái bản đều bằng 0,408µm Môi trường nội bào cung cấp tổng số nucleotit cho phân tử ADN trên tái bản 4 lần là:
Câu 22 Trong quá trình tái bản ADN ở sinh vật nhân thực đã tạo ra được 5 đơn vị tái bản Đơn
vị tái bản 1 có 14 đoạn Okazaki, đơn vị tái bản 2 có 16 đoạn Okazaki, đơn vị tái bản 3 có 18 đoạnOkazaki, đơn vị tái bản 4 có 12 đoạn Okazaki và đơn vị tái bản 5 có 16 đoạn Okazaki
Số lượng đoạn ARN mồi cần cung cấp cho quá trình tái bản trên
Câu 23.Một phân tử ADN của sinh vật khi thực hiện quá trình tự nhân đôi đã tạo ra 3 đơn vị tái bản Đơn vị tái bản 1 có 15 đoạn okazaki, đơn vị tái bản 2 có 18 đoạn okazaki Đơn vị tái bản 3
có 20 đoạn okazaki.Số đoạn ARN mồi cần cung cấp để thực hiện quá trình tái bản trên là:
A.53 B.56 C.59 D.50
Câu 24 Trong quá trình nhân đôi NST, có 5 điểm khởi đầu, tạo 45 đoạn Okazaki Số lượt
enzyme ligaza đến xúc tác là
Câu 25 Ở sinh vật nhân sơ, 1 ADN thực hiện nhân đôi, người ta thấy xuất hiện 12 ARN mồi, giả
sử mỗi ARN mồi có 10 rN, mỗi đoạn Okazaki có 990 Nu Hỏi quá trình nhân đôi hoàn tất môi trường đã cung cấp bao nhiêu nu?
IV.Hướng dẫn giải bài tập
Câu 1 Trong quá trình nhân đôi của ADN các nucleotit tự do sẽ kết hợp với các nucleotit trên mỗi mạch của phân tử ADN theo cách:
