Giúp học sinh nhận biết các dạng bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử, từ đó các em biết vận dụng làm bài tập tốt hơn và đạt hiệu quả học tập cao hơn. Góp phần nâng cao số lượng và chất lượng sinh học giỏi lớp 9 ở cấp trung học cơ sở.
Trang 1BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI
MÔN SINH HỌC 9 Năm học 2015 – 2016
I MỤC ĐÍCH:
- Giúp học sinh nhận biết các dạng bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ
phân tử, từ đó các em biết vận dụng làm bài tập tốt hơn và đạt hiệu quả học tập cao hơn
- Góp phần nâng cao số lượng và chất lượng sinh học giỏi lớp 9 ở cấp trung
học cơ sở
II ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI.
- Học sinh lớp 9 trường cấp trung học cơ sở.
- Hướng dẫn HS phương pháp giải bài tập liên quan đến phần cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử
III PHƯƠNG PHÁP.
- Phương pháp nghiên cứu lí luận.
- Phương pháp phân tích chất lượng kết quả giảng dạy và bồi dưỡng HSG qua nhiều năm
- Sử dụng phương pháp sưu tầm tài liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu, đọc và phân loại tài liệu, rút ra những điều cần thiết phục vụ cho công trình nghiên cứu khoa học của mình
- Tiến hành điều tra thực tiễn công tác dạy học môn Sinh học ở trường phổ thông làm cơ sở thực tiễn để đưa ra những phương pháp khoa học phục vụ công tác giáo dục học sinh, nâng cao chất lượng dạy và học cho sinh học bậc THCS
- Kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh để chứng minh tính khả thi của đề tài
- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm
IV GIỚI HẠN VỀ KHÔNG GIAN.
- Chuyên đề nghiên cứu trong quá trình được áp dụng cho công tác bồi dưỡng HSG môn Sinh học 9 tại trường THCS Cao Phong
- Thời gian: 12 tiết
V NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ.
“PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN
Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ”.
Trang 2Khi học về nội dung giải bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử Mỗi giáo viên cần hướng dẫn cho học sinh học và ghi nhớ được các kí hiệu và công thức cần thiết để học sinh có kiến thức vận dụng làm các dạng bài tập.
1 Những số liệu và kí hiệu cần ghi nhớ để vận dụng giải bài tập
a) Những số liệu cần nhớ:
- Kích thước của một nuclêôtit hay ribônuclêôtit là 3,4 Å
- Khối lượng trung bình mỗi nulcêôtit là 300 đvC
- Theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng 2 cầu nối hiđrô, G liên kết với X bằng 3 cầu nối hiđrô
- Khối lượng phân tử trung bình của mỗi axít amin là 110 đvC
b) Bảng đổi đơn vị:
1mm =107 Å 1 Å = 10-7mm
1µm = 104 Å 1 Å = 10-4 µm
c) Các kí hiệu và viết tắt:
- Chiều dài của phân tử ADN hay gen L
- Khối lượng phân tử của ADN hay gen M
- Số lượng nuclêôtit của ADN hay gen N
- Nguyên tắc bổ sung viết tắt là NTBS
- Nuclêôtit viết tắt là nu
- Ribônuclêôtit viết tắt là rn
- Các loại đơn phân của cả phân tử ADN hay gen A, T, G và X; còn ở mạch một: A1, T1, X1, G1; ở mạch 2: A2, X2, T2, G2
- Các loại đơn phân của phân tử ARN thông tin ( mARN) : Am, Gm, Um, Xm
2 Các dạng bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử.
2.1 Dạng 1: Cách xác định khối lượng của phân tử, chiều dài và số lượng nuclêôtit của cả phân tử ADN hay gen.
2.1.1 Nội dung lý thuyết:
Trong các bài tập phân tử, một trong những câu hỏi cần phải xác định là chiều dài, khối lượng phân tử, số lượng nuclêôtit của ADN hay gen Để tính được một trong 3 đại lượng đó thì đề bài thường cho một trong các đại lượng
đó khác với đại lượng cần tìm Vì vậy, ta phải xác lập mối tương quan giữa khối lượng phân tử, chiều dài và số lượng nuclêôtit của phân tử ADN hay gen
Mối tương quan giữa ba đại lượng đó được xác định bằng những công thức sau:
Trang 33, 4Å
2
N
Công thức trên được vận dụng khi đã tính được số lượng nuclêôtit của phân
tử ADN hay gen (N)
Tương tự như vậy, ta suy tiếp ra các công tính N như sau:
L
M = × × = × N
Thông qua các công thức trên, ta rút ra nhận xét là chỉ cần biết một trong ba đại lượng ( L, M, N ) của ADN hay gen là xác định được hai đại lượng còn lại
Trang 4Bài tập 2: Một phân tử ADN có 2.106 nuclêôtit Xác định chiều dài và khối lượng phân tử của phân tử ADN đó.
Một phân tử ADN có chứa 150000 vòng xoắn hãy xác định:
a Chiều dài và số lượng nucleotit của ADN
b Số lượng từng loại nucleotit của ADN Biết rằng loại ađênin chiếm 15% tổng số nucleotit
Giải:
a Chiều dài và số lượng nucleotit của ADN
- Chiều dài của ADN
L = C 34 Å = 150000 34 Å = 5100000 (Å)
- Số lượng nucleotit của ADN
- N = C.20 = 150000.20 = 3000000 (nu)
b Số lượng từng loại nucleotit của ADN
Theo đề bài ra: A = T = 15% N
a Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen
b Chiều dài của gen
Giải :
a Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen
Số lượng nucleotit của gen:
Trang 5a Xác định số vòng xoắn và số nucleotit của gen.
b Tính số lượng từng loại nucleotit của gen
Bài 2:
a Gen thứ nhất có chiều dài bằng 4080 ăngstrong và có hiệu số giữa ađênin với guanine bằng 5% số nucleotit của gen
Tính số lượng từng loại nucleotit của gen thứ nhất
b Gen thứ hai có cùng tổng số nucleotit với gen thứ nhất nhưng ít hơn gen thứ nhất 180 nucleotit thuộc loại ađênin
Xác định số lượng từng loại nucleotit của gen thứ hai
2.2 Dạng 2 Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen.
2.2.1 Nội dung lý thuyết:
Xác định số lượng, hoặc tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân
tử ADN hay gen cũng là một trong những câu hỏi cơ bản của bài tập phân tử
Để giải đáp câu hỏi này trước tiên phải xác định được một số công thức cơ bản, từ đó để thấy được tương quan của các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen Phân tử ADN hay gen có 4 loại nuclêôtit là A, T, G,X Về mặt số lượng nuclêôtit thì : A + T +X + G = N, về mặt tỉ lệ phần trăm thì A+
T +G + X = 100% Theo nguyên tắc bổ sung thì số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen bao giờ cũng là:
A = T
G = X
Trang 6Xác lập tương quan giữa các loại nuclêôtit bổ sung với nhau Công thức đó còn cho phép xác định được mối tương quan giữa các loại nuclêôtit không
bổ sung trong phân tử ADN hay gen
Về mặt số lượng vì A = T, và G = X suy ra:
Phương pháp xác định số nuclêôtit từng loại trong ADN hay gen còn được tiến hành dựa trên số liên kết hiđrô của ADN hay gen
Theo NTBS, A liên kết với T bằng 2 liên kết hiđrô, còn G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô Tính theo số cặp nuclêôtit bổ sung từng loại ta xác lập được mối tương quan giữa số nuclêôtit và số liên kết hiđrô trong phân tử ADN hay gen như sau:
Theo NTBS, %A = %T, %X = %G Vậy ta có tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong gen:
(% A) 2 + (% X) 2 = 100%
Chia 2 vế cho 2 ta được
Trang 7% A+ % X = 50%
A + X = 1
2
Từ công thức trên ta rút ra kết luận sau:
Tổng tỉ lệ phần trăm của 2 loại nuclêôtit không bổ sung với nhau trong phân tử ADN hay gen luôn bằng 50% tổng số nuclêôtit của cả gen
Trang 8Số lượng nuclêôtit trên 1 mạch đơn của phân tử ADN là :
Trang 9Gọi N là số nu của gen ta có:
a- Tính chiều dài của đoạn ADN nói trên
b- Tính số lượng Nu mỗi loại trên ADN
c- Tính số liên kết hyđrô
( Đề thi trường THCS Phạm Kiệt 2015 – 2016)
Trang 10b Người ta làm thí nghiệm, sử dụng 2 loại enzym khác nhau để cắt đôi một
đoạn phân tử ADN theo một đường thẳng sao cho số lượng nuclêôtit của 2 nửa bằng nhau
- Với enzym 1 thu được số nuclêôtit của một nửa là: A = T = G = 1000, X = 1500
- Với enzym 2 thu được số nuclêôtit của một nửa là: A = T = 750, X = G = 1500
Hãy xác định cách cắt của mỗi loại enzym trên ?
Từ những phân tích ở trên, em hãy dự đoán loài vi khuẩn nào có thể sống được
suối nước nóng tốt hơn? Giải thích
( Đề thi chọn HSG lớp 9 THCS năm 2010 – 2011 Yên Lạc)
Bài 5:
Cho hai gen có chiều dài bằng nhau Khi phân tích gen I người ta thấy trên mạch
Trang 11thứ nhất có số Nu loại A là 200, loại G là 400, trên mạch đơn thứ hai có số Nu loại A là
400, loại G là 500 Gen II có 3600 liên kết hiđro
Tính số lượng và tỉ lệ % từng loại từng loại Nu của mỗi gen
Bài 6:
Trong phân tử ADN có 78.104 liên kết hydro và nucleotit Adenin bằng 20% tổng số nucleotit của AND AND đó nhân đôi một số lần và môi trường đã cung cấp 84.104 Adenin tự do
1 Tính chiều dài của ADN ?
2 Tính số lượng nucleotit từng loại của ADN ?
3 Tính số lần nhân đôi của A DN ?
(Đề thi OLIMPIA năm 2009-2010 thành phố Cần Thơ
Tính chiều dài của đoạn ADN trên
Tính số lượng mỗi loại nucleeotit trong ADN con mà cả 2 mạch đơn đều cấu tạo bởi vật liệu di truyền hoàn toàn mới khi đoạn ADN trên tự sao 3 lần liên tiếp
(Sách phương pháp giải bài tập Sinh học có logic toán)
Trang 12Bài 9:
Trong 1 phân tử ADN só liên kết hydro giữa hai mạch đơn là 531.104 và số liên kết hydro trong các cặp A – T bằng số chu kỳ xoắn trong phân tử Phân tử ADN tái bản một số lần và môi trường nội bào đã cung cấp 1143.104 nucleotit
tự do
1 Khi phân tử ADN nhân đôi một số lần môi trường đã cung cấp số nucleotit từng loại là bao nhiêu ?
2 Tính khối lượng ADN
3 Tính số lần nhân đôi của ADN ?
( Đề thi chọn HSG lớp 9 THCS năm 2009 – 2010 thành phố HCM )
2.3 Dạng 3 Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit ở mạch đơn của gen hay phân tử ADN.
2.3.1.Nội dung lý thuyết :
Các nuclêôtit giữa 2 mạch đơn của gen liên kết với nhau theo nguyên tắc
bổ sung và cũng theo NTBS ta suy ra được về mặt tỉ lệ phần trăm cũng như số lượng từng loại nuclêôtit trên 2 mạch đơn tương quan với nhau như sau:
Trong các bài tập phân tử, mỗi tương quan giữa các loại nuclêôtit của cả gen và trên mỗi mạch đơn rất phổ biến, trong đó cho biết số nuclêôtit một loại của cả gen và ở một mạch đơn, xác định số nuclêôtit tương ứng trên mạch đơn còn lại hoặc từ số nuclêôtit trên mạch 1 và 2 xác định số nuclêôtit cùng loại của cả gen…
Trang 13Việc giải đáp những câu hỏi đặt ra ở các bài tập được xác định thông qua các công thức phản ánh mối tương quan giữa các loại nuclêôtit của cả gen và trên mối mạch đơn của nó về mặt số lượng như sau:
A = T = A1 + A2 = T1 + T2 = A1 + T1 = A2 + T2
G = X = G1 + G2 = X1 + X2 = G1 + X1 = G2 + X2
Về mặt tỉ lệ phần trăm cần lưu ý phân biệt 2 trường hợp đối với từng loại nuclêôtit trên mạch đơn là tính theo 1 mạch và tính theo cả gen Thông thường thì tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trên mỗi mạch đơn được tính theo 1 mạch, trong trường hợp này có công thức sau:
Dựa vào công thức đã học suy ra:
% X1 + % G1 = 100% - ( % A1 + T1)
= 100% - 60% = 40 %Theo công thức: % X1 + % G1 = % X2 + % G2
Vậy ta có hệ phương trình:
Trang 14Giải:
Số lượng nuclêôtit của cả gen:
900nu 100
300030
Trang 15A1 = ( 2 x 30% ) – 40% = 20%
X2 = ( 2 x 20% ) – 10% = 30%
Vậy theo NTBS ta có:
A= X = 30%
Trang 16a Xác định từng loại nucleotit trên mạch đơn.
b Xác định số lượng từng loại nucleotit trên gen
Bài tập 2:
Một gen có 3450 liên kết hydro và có hiệu số giữa A với một loại nu không bổ sung bằng 20% tổng số nu của gen Trên mARN có G = 300nu và A = 600nu
a Tính số nu mỗi loại của gen
b Tính chiều dài và khối lượng của gen
c Tính số lượng nu mỗi loại của mARN
d Nếu gen tự nhân đôi 6 đợt thì nhu cầu về mỗi loại cần cung cấp là bao nhiêu ? Trong quá trình đó có bao nhiêu liên kết hydro bị phá ? Có bao nhiêu liên kết hóa trị được hình thành
e Nếu mỗi gen con sao mã 3 lần, mỗi bản sao mã cho 5 riboxom trượt qua không lặp lại thì môi trường phải cung cấp bao nhiêu a a ? Có bao nhiêu liên kết pectit trong các phân tử protein hoàn chỉnh
( Sách cẩm nang ôn luyện Sinh học – NXB ĐHQG Hà Nội :tg : Nguyễn
Minh Công)
2.4 Dạng 4 Cách xác định số lượng, tỉ lệ các loại ribônuclêôtit của phân tử ARN thông tin ( m ARN) và tính số lượng nucleotit môi trường cung cấp và
số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen
2.4.1.Nội dung lý thuyết:
2.4.1.1 Cách xác định số lượng, tỉ lệ các loại ribônuclêôtit của phân tử ARN thông tin ( m ARN).
Việc xác định cầu trúc của mARN cũng là một trong những câu hỏi cơ bản
trong các bài tập phân tử Nó là phần lồng ghép giữa phần cấu trúc với phần cơ chế sao mã
Trang 17Để giải đáp phần câu hỏi trên cần lưu ý tới một số điểm của cấu trúc mARN và xác lập được mối tương quan giữa các loại ribônuclêôtit trong mARN với các loại nuclêôtit ở gen tổng hợp ra mARN đó.
Chiều dài và số lượng đơn phân trên mạch mARN đúng bằng chiều dài và
số lượng đơn phân trên một mạch của gen tổng hợp ra nó
Các loại ribônuclêôtit trong phân tử mARN không có mối tương quan theo NTBS như ở gen, ví dụ A = T và G = X Cấu trúc của mARN tùy thuộc vào cấu trúc ở mạch đơn của gen làm khuôn tổng hợp ra nó Chính từ đó ta có thể xác lập được mối tương quan giữa các loại ribônuclêôtit của mARN với các loại nuclêôtit của cả gen tổng hợp ra mARN đó qua các công thức sau:
1.Tính số lượng nucleotit môi trường cung cấp cho gen.
Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN
Gen sao mã 2 lần tổng hợp 2 phân tử ARN
Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN
số lần sao mã của gen bằng số phân tử ARN được tổng hợp.
Khi Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN có tổng số rN nu với từng loại rA, rU, rG, rX đều lấy từ môi trường nội bào theo NTBS với mạch gốc của gen
Trang 18Khi Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN thì số lượng từng loại nu môi trường cung cấp là:
b.Tính số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen
Từ công thức trên, suy ra số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen bằng số phân
Số nucleotit loại đó trong 1 ARN
Lưu ý: khi bài toán đề cập tới quá trình sao mã mà không cho biết mạch gốc;
Trang 19tổng hợp xong phân tử ARN, hai mạch của gen hình thành trở lại H liên kết hydro và xoắn lại như cũ.
Khi gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN gen phải có K lần bị đứt H liên kết hydro để các nu tự do của môi trường vào liên kết với các nu trên mạch gốc Sau khi tổng hợp xong phân tử ARN, hai mạch của gen hình thành trở lại H liên kết hydro và xoắn lại như cũ
Vậy nếu gen sao ma K lần thì:
- Tổng số liên kết Hydro bị phá vỡ = K H
- Số liên kết Hydro được hình thành = H
b Số liên kết hóa trị của ARN được hình thành trong quá trình sao mã.
Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN có rN nu chứa rN liên kết hóa trị giữa các nu
Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN có K rN nu và số liên kết hóa trị giữa các nu được hình thành là:
K ( rN – 1)
2.4.2 Các dạng bài tập:
Bài tập 1:
Một gen dài 0,408µm, có 720A Mạch mARN được tổng hợp từ gen có 240 Um
và 120 Xm Xác định số ribônuclêôtit còn lại của mARN
Một gen có hiệu giữa nuclêôtit loại T với loại nuclêôtit khác bằng 10% số
nuclêôtit của gen Mạch đơn mang mã gốc của gen có 20% nuclêôtit loại A( so với cả mạch) Mạch bổ sung của gen có 10% nuclêôtit loại X ( so với một
Trang 20mạch) Xác định tỉ lệ phần trăm các loại ribônuclêôtit của mARN được tổng hợp từ gen đó.
Mạch bổ sung của gen có X = 10% , do vậy mạch khuôn có G = 10%, do đó
Xm được tổng hợp từ G cũng chiếm 10% số đơn phân của mARN
Dựa vào công thức đã học ta xác định được tỉ lệ phần trăm 2 loại ribônuclêôtit còn lại của mARN:
Trang 21Vậy nếu mạch 1 là mạch gốc sao mã thì số lượng và tỷ lệ % từng loại nu của phân tử mARN là :
1 Tính tỷ lệ % từng loại nu của gen đã tổng hợp nên phân tử ARN nói trên
2 Nếu gen đó dài 4080 Ao thì số lượng từng loại nu của gen và của ARN là bao nhiêu ?
Trang 22A, Xét gen :
Số lương nu của gen : 2 4080 / 3,4 Ao = 2400 nu
Gen có : A = T = 19% 2400 = 456nu
G = X = 31% 2400 = 744 nu
B, xét phân tử ARN: phân tử ARN có : 2400 : 2 = 1200 nu
Số lượng từng loại nu của ARN là:
Phân tử mA RN có A = 2U = 3G = 4X và có khối lượng 27 104 đvc
1, Tính chiều dài của gen điều khiển tổng hợp mARN trên
2, Tính số lượng từng loại nu của mARN ?
3, Phân tử mA RN có tổng số bao nhiêu liên kết hóa trị ?
4, Khi gen đó nhân đôi 3 lần thì số lượng từng loại nu.môi trường cung cấp
là bao nhiêu?
Giải:
1, Chiều dài gen:
Số lượng nu của mARN : rN = 27 104 / 300đvc = 900 nu
Chiều dài của gen bằng chiều dài của phân tử mA RN do gen điều khiển tổng hợp: =
900 nu 3,4Ao = 3060 Ao
2, Số lượng từng loại nu của mARN :