MỘT số vấn đề cơ bản về các đại PHÂN tử hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG PHỔ THÔNG VÙNG CAO VIỆT BẮC !"# CHUYÊN ĐỀ TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XI MÃ: SI15 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CÁC ĐẠI PHÂN TỬ HỮU CƠ Người thực hiện: Tổ môn : Ths Bùi Thị Thu Thủy Ths Nguyễn Thị Ngọc Lí – Hóa - Sinh Thái Nguyên, tháng năm 2015 i" MỤC LỤC MỞ ĐẦU" "1" NỘI DUNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CÁC ĐẠI PHÂN TỬ HỮU CƠ" Tổng quan tài liệu" "2" Hệ thống hóa kiến thức đại phân tử hữu dạng đồ khái niệm (BDDKN)" "3" Câu hỏi tập liên quan" "17" KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ" Kết luận" "32" Đề nghị" "32" TÀI LIỆU THAM KHẢO" "33" " ii" " MỞ ĐẦU " Lí chọn đề tài Trong thực tế ôn luyện học sinh giỏi cấp, để đáp ứng lượng thông tin kiến thức ngày sâu rộng yêu cầu ngày cao đề thi học sinh giỏi, giáo viên dạy chuyên phải sưu tầm thông tin chuyên môn từ nhiều nguồn khác (Sách đại học sư phạm, Đại học nông nghiệp, Đại học y, Campbell, Phillips - Chilton, đề thi học sinh giỏi cấp nước quốc tế, buổi học chuyên đề với giáo sư đầu ngành) tham khảo kinh nghiệm giảng dạy giáo viên khác Vì vậy, thông tin chuyên môn mà giáo viên có cần tích lũy, giữ gìn trao đổi sâu rộng đội ngũ giáo viên học sinh Trong trình ôn luyện học sinh giỏi cấp (cấp tỉnh, cấp quốc gia, học sinh giỏi Trại hè Hùng vương, Học sinh giỏi Vùng Duyên hải Đồng Bắc Bộ…), kiến thức phần di truyền học phân tử nói chung đại phân tử sinh học (cacbohidrat, lipit, protein axit nucleic) nói riêng chiếm vị trí quan trọng, với khối lượng kiến thức lớn khó, có liên quan đến kiến thức môn học khác (môn hóa học), đòi hỏi người dạy người học cần phải làm chủ nội dung, có phương pháp hệ thống hóa kiến thức, xây dựng mối liên hệ kiến thức với kiến thức có, từ vận dụng kiến thức để giải câu hỏi tập liên quan Xuất phát từ thực tế đó, chọn đề tài “Một số vấn đề đại phân tử hữu cơ” nhằm cung cấp nhìn tổng thể đại phân tử hữu Mục đích đề tài Hệ thống hóa kiến thức đại phân tử hữu nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức tối thiểu cần thiết trình ôn thi học sinh giỏi cấp Đưa hệ thống câu hỏi tập mức độ khó khác để học sinh luyện tập nhằm củng cố, khắc sâu, mở rộng kiến thức Cấu trúc đề tài Ngoài phần mở đầu kết luận, nội dung đề tài gồm nội dung sau: Tổng quan tài liệu Hệ thống hóa kiến thức đại phân tử hữu dạng đồ khái niệm (BDDKN) Câu hỏi tập liên quan 1" ! Hình BĐKN đại phân tử hữu 4! ! " NỘI DUNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CÁC ĐẠI PHÂN TỬ HỮU CƠ Tổng quan tài liệu Trong số 92 nguyên tố hóa học có tự nhiên, có khoảng 25 nguyên tố (C, H, O, N, S, P, K, Na, Ca, Mg…) tham gia cấu tạo nên thể sống Như vậy, cấp độ nguyên tử giới vô hữu có tính thống Sự kết hợp nguyên tố hóa học theo cách khác tạo nên phân tử, đại phân tử khác từ phân biệt giới vô hữu Sự sống Trái Đất vô đa dạng phong phú nên sinh vật có mức độ đa dạng phân tử lớn Tuy nhiên, thực tế, phân tử lớn quan trọng tất vật thể sống lại gồm có bốn nhóm chính: cacbohidrat, lipit, protein axit nucleic Ở mức độ phân tử, cacbohidrat, protein axit nucleic có kích thước lớn, cấu tạo theo nguyên tắc đa phân nên gọi đại phân tử (polymer) Các nhóm polymer khác chất monomer chúng, chế hóa học để tạo phá hủy polymer giống cho nhóm Các monomer liên kết lại nhờ phản ứng, hai phân tử liên kết lại liên kết cộng hóa trị qua việc phân tử nước; phản ứng gọi phản ứng trùng ngưng hay phản ứng khử nước Polymer bị phân tách thành monomer nhờ trình thủy phân – trình quan trọng ngược với phản ứng khử nước Cacbohidrat bao gồm đường polymer đường Cacbohidrat đơn giản monosaccarit, gọi đường đơn Disaccarit đường đôi gồm hai monosaccarit liên kêt với liên kết cộng hóa trị Cacbohidrat bao gồm đại phân tử gọi polysaccarit (đường đa) – polymer cấu tạo từ nhiều đơn phân đường Gần hoạt động chức thể sống phụ thuộc vào protein Thực tế tầm quan trọng protein nhấn mạnh tên gọi chúng, tên gọi xuất phát từ chữ Hy Lạp proteios, nghĩa “vị trí đầu tiên” Protein chiếm 50% trọng lượng khô hầu hết tế bào chúng gần phương tiện để thể làm việc Một số protein đẩy nhanh phản ứng hóa học, số khác đóng vai trò giá đỡ cấu trúc, dự trữ, vận chuyển, thông tin tế bào, vận động bảo vệ chống lại chất lạ Con người có hàng chục nghìn protein khác nhau, loại có cấu trúc chức riêng; thực tế protein phân tử có cấu trúc tinh vi biết Để phù hợp với đa dạng chức năng, chúng có cấu trúc đa dạng, loại protein có hình dạng ba chiều độc Nếu cấu trúc bậc chuỗi polypeptit xác định hình dạng protein xác định cấu trúc bậc đó? Trình tự axit amin chuỗi polypeptit 2" " chương trình hóa nhờ đơn vị di truyền gọi gen Các gen cấu tạo từ ADN, polymer thuộc nhóm chất gọi axit nucleic Có hai loại axit nucleic axit deoxiribonucleoic (ADN) axit ribonucleic (ARN) giúp thể sống sản sinh thành phần phức tạp từ hệ sang hệ khác Là số loại phân tử, ADN định hướng chép ADN định hướng tổng hợp ARN, thông qua ARN, kiểm soát trình tổng hợp protein Cơ chế di truyền tuân theo quy luật ADN thể trình tái (tự ADN), phiên mã, dịch mã điều hòa hoạt động gen Cơ chế không tuân theo quy luật ADN thể chế biến dị, cụ thể đột biến gen, bao gồm dạng đột biến điểm cặp nucleotit, thêm cặp nucleotit thay cặp nucleotit cặp nucleotit khác Lipit nhóm phân tử sinh học lớn, không thực polymer, nói chung, không đủ lớn để coi đại phân tử Các hợp chất gọi lipit nhóm lại chúng có đặc điểm quan trọng: Chúng hòa tan Tính chất kị nước lipit cấu trúc phân tử chúng Mặc dù chúng có số liên kết phân cực với oxy, lipit chủ yếu cấu tạo từ vùng hidrocacbon Các lipit khác hình dạng chức Lipit bao gồm chất sáp, sắc tố định loại lipit quan trọng mặt sinh học chất béo, photpholipit steroid Thế giới sống tổ chức theo nguyên tắc thứ bậc cấp độ cấu trúc, tổ chức cấp thấp tảng để xây dựng cấp tổ chức cao Các phân tử, đại phân tử kết hợp với theo cách khác tạo nên bào quan từ cấu trúc nên tế bào Trong bốn nhóm hợp chất hữu trên, cacbohidrat lipit chủ yếu tham gia cấu trúc nên tế bào tham gia vào hoạt động sống tế bào Đối với protein axit nucleic, chức chúng có tham gia vào trình di truyền biến dị Mỗi tế bào có hàng nghìn loại đại phân tử khác nhau; tập hợp dao động từ loại tế bào sang loại tế bào khác, chí thể Sự khác biệt bẩm sinh anh chị em phản ánh biến dạng polymer, đặc biệt ADN protein Sự khác biệt mức phân tử cá thể quan hệ họ hàng lớn khác biệt loài lớn Tính đa dạng đại phân tử giới sống vô to lớn tính biến dị coi không giới hạn Hệ thống hóa kiến thức đại phân tử hữu dạng đồ khái niệm (BĐKN) 2.1 Khái quát đại phân tử hữu 3" ! Có bốn nhóm đại phân tử hữu chính: Cacbohidrat, lipit, protein axit nucleic Trong nhóm lại gồm nhiều hợp chất khác nhau: Cacbohidrat gồm đường đơn (monosaccarit), đường đôi (disaccarit) đường đa (polysaccarit); lipit gồm lipit đơn giản lipit phức tạp; axit nucleic gồm ADN ARN; protein gồm protein đơn giản (cấu trúc bậc 1) protein phức tạp (các bậc cấu trúc 2,3,4) Chúng có cấu trúc phù hợp với chức năng, có chế hình thành (polymer polymer) biến đổi (đột biến gen) đặc trưng, từ cấu tạo nên tế bào, giúp tế bào thực chức sống di truyền đặc điểm cho hệ sau (Hình 1) 2.2 Cấu trúc chức đại phân tử hữu 2.2.1 Cacbohidrat Cacbohidrat bao gồm nhóm: đường đơn (monosaccarit), đường đôi (disacarit) đường đa (polysacarit) Đường đơn lại bao gồm hai nhóm: đường pentozo đường hexozo Ribozo deoxiribozo đường cacbon tham gia cấu tạo nên đơn phân axit nucleic Glucozo, fructozo galactozo đường cacbon có công thức chung C6H12O6 Mantozo, lactozo saccarozo đường đôi có công thức chung C12H22O11, cấu theo nguyên tắc trùng hợp (nhị phân) cách hình thành liên kết glicozit có vai trò dự trữ, cung cấp lượng Có nhiều loại polysaccarit khác tinh bột, xenlulozo, glicogen kitin Chúng cấu tạo theo nguyên tắc đa phân cách hình thành liên kết glicozit đơn phân Tuy nhiên chúng khác nhiều công thức phân tử công thức cấu tạo Chúng hợp chất có vai trò dự trữ lượng tham gia cấu trúc nên tế bào thể (Hình 2) 2.2.2 Lipit Lipit bao gồm hai nhóm lipit đơn giản lipit phức tạp Lipit đơn giản bao gồm dầu, mỡ sáp; cấu tạo từ glixerol axit béo; chúng có chức dự trữ cung cấp lượng Lipit phức tạp bao gồm photpholipit steroit Ngoài glixerol axit béo, thành phần photpholipit có nhóm photphat, nhóm photphat tạo đầu ưa nước axit béo tạo đuôi kị nước, chúng có thành phần màng sinh chất Steroit bao gồm vòng bốn nguyên tử cacbon, thành phần hoocmon sinh dục, vitamin, diệp lục… (Hình 3) 5! ! ! Hình BĐKN Cacbohidrat 6! ! ! Hình BĐKN Lipit 7! ! ! 2.2.3 Protein Hình BĐKN protein 8! ! ! Câu (Đề HSG Quốc gia 2014) : Trong tế bào nhân thực, số lượng prôtêin ribôxôm rARN cần tổng hợp đồng thời lớn Tuy nhiên, hệ gen tế bào nhân thực chứa lượng lớn (thường 100) gen mã hóa cho rARN, lại có gen mã hóa cho prôtêin ribôxôm Giải thích số hai nhóm gen khác vậy? Hướng dẫn trả lời: Sự khác biệt số nhóm gen do: - Sản phẩm cuối gen rARN phân tử rARN Vì vậy, hệ gen cần nhiều để lúc tổng hợp nhiều phân tử rARN - Ngược lại, prôtêin ribôxôm sản phẩm trình dịch mã mARN tổng hợp nhiều lần (lặp lặp lại) phân tử mARN để tạo nhiều phân tử prôtêin ribôxôm cần thiết để tổng hợp ribôxôm Câu (Đề HSG Quốc gia 2014) : Tại biểu đột biến gen thường có hại, chọn giống người ta sử dụng phương pháp gây đột biến gen tác nhân vật lý, hóa học? Hướng dẫn trả lời: - Đột biến gen thường có hại vì: + Có thể đưa đến đột biến vô nghĩa làm xuất sớm ba kết thúc đột biến nguyên khung dịch khung gây Loại đột biến tạo chuỗi peptit thường ngắn so với bình thường, prôtêin tạo chức + Có thể đưa đến đột biến sai nghĩa đột biến nguyên khung dịch khung tạo Đột biến sai nghĩa phần lớn gây hại thường làm giảm hay hoạt tính prôtêin dẫn đến sai hỏng biểu chức tế bào Mức độ gây hậu đột biến gen tùy thuộc vị trí axit amin bị thay (nằm vùng trung tâm hay ngoại biên enzim loại axit amin bị thay (cùng nhóm hay khác nhóm) Đây dạng đột biến gen gây hại phổ biến sinh vật - Trong chọn giống người ta sử dụng phương pháp gây đột biến nhân tạo tác nhân vật lý, hóa học để tạo đột biến gen, vì: + Tuy đa số đột biến gen có hại, có số đột biến gen có lợi dùng làm nguyên liệu cho chọn giống trồng vi sinh vật, đặc biệt đột biến có giá trị suất, phẩm chất, khả chống chịu (hạn, mặn, rét ) đối tượng trồng 19! ! ! + Bản thân đột biến có giá trị tương đối, môi trường có hại, sang môi trường khác có lợi tổ hợp gen lợi vào tổ hợp khác trở thành có lợi Vì vậy, đột biến tạo dùng làm nguyên liệu cho trình lai giống để tạo tổ hợp gen có kiểu hình đáp ứng mục tiêu sản xuất Câu 6: Cho hợp chất chất sau đây: tinh bột, xenlulozơ, chuỗi polipeptit cấu trúc bậc a Có loại liên kết chất hợp chất đó? b Hãy cho biết loại liên kết hình thành từ nhóm hay gốc nào? Hướng dẫn trả lời: a - Xenlulose có loại liên kết β4 glicozit liên kết hidro - Tinh bột có loại liên kết 1α glicozit 1α4 glicozit - Chuỗi polipeptit cấu trúc bậc có liên kết peptit b - Liên kết glicozit hình thành hai gốc OH giải phóng phân tử H2O - Liên kết peptit hình thành nhóm COOH NH2 giải phóng phân tử H2O - Liên kết H2 hình thành cấu trúc sợi phân tử xenluzơ Câu 7: a So sánh tinh bột, glicogen xenlulozơ? b Tại colesteron cần cho thể nguy hiểm cho thể? Hướng dẫn trả lời: a So sánh: * Giống nhau: Đều chất đa phân gồm đơn phân glucozơ liên kết với liên kết glicozit * Khác nhau: Glicogen tinh bột mạch có nhánh bên, xenlulozơ mạch nhánh bên tạo thành nhiều sợi bền Từ dẫn đến đặc tính hóa học sinh học khác b Colesteron cần cho thể lại nguy hểm cho thể do: - Colesteron thành phần xây dựng nên màng tế bào, chúng nguyên liệu dể chuyển hóa thành hoocmon sinh dục quan trọng testosteron, ơstrogen…nên chúng cần cho thể 20! ! ! - Colesteron thừa tích lũy lại thành mạch máu gây nên xơ vữa động mạch nguy hiểm dễ dẫn đến bệnh đột quỵ tim… Câu 8: Những nhận định sau hay sai? Nếu sai sửa lại cho a Trong phân tử xenlulose, đơn phân glucose liên kết với liên kết α -1,4-glicozit, không phân nhánh b Khi tỉ lệ photpholipit/cholesterol cao làm tăng tính mềm dẻo màng tế bào thực vật c Amilaza protein cầu Myosin protein sợi d Trong chuỗi đơn ADN, đường đêôxiribôzơ gắn với axit photphoric vị trí C3’ e Trong ba loại ARN, mARN đa dạng Tại đêm trước dự báo có băng, người nông dân tưới nước lên trồng để bảo vệ cây? Hướng dẫn trả lời: a Sai Trong phân tử xenlulose, đơn phân glucose liên kết với liên kết β -1,4-glicozit, không phân nhánh b Sai Khi tỉ lệ photpholipit/cholesterol cao làm tăng tính mềm dẻo màng tế bào c Đúng d Sai Trong chuỗi đơn ADN, nucleotit, đường đêôxiribôzơ gắn với axit photphoric vị trí C5’; nucleotit với nhau, đường đêôxiribôzơ nucleotit gắn với axit photphoric nucleotit khác vị trí C3’ e Đúng Ngay đêm trước dự báo có băng, người nông dân tưới nước lên trồng để bảo vệ vì: - Nước có tính phân cực nên phân tử nước hình thành liên kết hidro - Khi nhiệt độ xuống 0oC, nước bị khóa lưới tinh thể, phân tử nước liên kết hidro với bốn phân tử nước khác tạo lớp băng bao phủ bên 21! ! ! - Lớp băng cách li với môi trường, bảo vệ nước không bị đóng băng, đảm bảo cho trình trao đổi chất diễn bình thường Câu 9: Trong tế bào có đại phân tử sinh học: xenlulozo, photpholipit, AND, tinh bột protein Những phân tử có liên kết hidro hình thành? Vai trò liên kết hydro cấu trúc hợp chất trên? Chất cấu trúc đa phân ? Chất lục lạp tế bào? Nêu vai trò xenlulozơ thể sống Hướng dẫn trả lời: Những phân tử có lk hidro hình thành: xenlulozo, ADN protein * Vai trò lk hydro cấu trúc hợp chất trên: - Xenlulozo: Các lk hidro phân tử mạch hình thành nên bó dài dạng vi sợi xếp xen phủ tạo nên cấu trúc dai - ADN: Các nu mạch đơn ÁN lk với theo NTBS (A- T, G- X) đảm bảo cấu trúc ADN bền vững - Protein: Các chuỗi polypeptit bậc hình thành lk nhóm C-O với N-H vòng xoắn gần hình thành cấu trúc protein bậc 2 - Chất cấu trúc đa phân: photpholipit - Chất lục lạp TB: Xenlulozơ - Vai trò xenlulozơ: + Đối với thực vật: Cấu tạo nên thành TB, nguồn thức ăn cho số loài + Đối với động vật: Điều hoà hệ thống tiêu hoá, hỗ trợ thải cặn bã, giảm lượng mỡ colesteron máu Câu 10: Các câu hỏi sau hay sai, giải thích a) Phân tử xenllulozơ, gồm nhiều đơn phân loại glucôzơ liên kết với liên kết α 1,4 glycôzít 22! ! ! b) Sáp loại pôlisaccarít có chức hạn chế thoát nước c) Cấu trúc phân tử photpholipít có axit béo gắn với glyxerol, nhóm hydroxyl thứ glyxerol gắn kết với nhóm photphát tích điện âm d) Cấu trúc bậc hai prôtêin có tham gia liên kết hidrôgen nguyên tử khung chuỗi pôlipeptít Loại ARN đa dạng nhất? Loại ARN có số lượng nhiều tế bào nhân thực? Giải thích Hướng dẫn trả lời: a) Sau: Phân tử xenllulôzơ gồm nhiều đơn phân loại glucozơ liên kết với liên két β1,4 glycôzít b) Sai sáp loại lipit c) Sai Cấu trúc phân tử photpholipít có axit béo gắn với glyxenrol d) Đúng: Cấu trúc bậc hai prôtêin có tham gia liên kết hidrôgen nguyên tử khung chuỗi pôlipeptit 2.- mARN đa dạng tế bào có nhiều gen mã hoá prôtêin - rARN chiếm tỉ lệ nhiều tế bào nhân thực, gen mã hoá rARN thường lặp lại nhiều lần Số lượng ribôxôm tế bào lớn ribôxôm dùng để tổng hợp tất loại prôtêin tế bào Câu 11: 20 loại axit amin phân tử prôtêin hình thành qua trình chuyển hóa từ loại axit amin nào? Viết phản ứng hình thành loại axit amin cho biết nguồn gốc chất tham gia phản ứng Hướng dẫn trả lời: - 20 loại axit amin phân tử prôtêin hình thành qua trình chuyển hóa từ loại axit amin là: Alanin, glutamin aspactic - Các phản ứng: (1) Axit piruvic + NH3 + 2H+ → Alanin + H2O (2) Axit α xêtôglutaric + NH3 + 2H+ → Glutamin + H2O (3) Axit fumaric + NH3 → Aspactic 23! ! ! (3) Axit ôxalô axêtic + NH3 + 2H+ → Aspactic + H2O - Nguồn gốc chất tham gia phản ứng sản phẩm trung gian trình hô hấp Câu 12: Lai phân tử gì? Nêu vai trò lai phân tử? Cơ sở khoa học lai phân tử gì? Hướng dẫn trả lời: * Khái niệm: Lai phân tử tượng lai phân tử ADN loài khác ADN với ARN * Cơ sở: - Các bazơ nitơ mạch đơn bắt cặp với liên kết với theo nguyên tắc bổ sung A-T, G-X - Dựa vào thuộc tính biến tính hồi tính ADN: Khi phân tử ADN vào môi trường làm tăng nhiệt độ dẫn mạch đơn dần tách ra, nhiệt độ nóng chảy cáo 950C → gọi biến tính Còn hạ nhiệt độ từ từ mạch đơn lại liên kết với theo nguyên tắc bổ sung trở lại trạng thái ban đầu gọi hồi tính * Vai trò: Dựa vào khả bắt cặp ADN loài để xác định mối quan hệ họ hàng loài + Dựa vào kết lai phân tử (tỉ lệ) xác định mối quan hệ họ hàng loài với Căn vào tỉ lệ % khả bắt cặp tỉ lệ bắt cặp cao quan hệ họ hàng gần + Xác định vị trí AND nhiễm sắc thể (lai mARN với ADN) + Xác định cấu trúc gen sinh vật nhân thực (ở vùng mã hóa exon intron) + Trong công nghệ di truyền: AND tái tổ hợp dùng lai phân tử để phân lập dòng AND tái tổ hợp Câu 13: Nêu khác chế tái sinh vật nhân sơ sinh vật nhân thực? Hướng dẫn trả lời: Đặc điểm Sinh vật nhân sơ Sinh vật nhân thực Đơn vị chép đơn vị chép Nhiều đơn vị chép Thời gian chép Ngắn Dài Tốc độ chép Diễn nhanh: 850 – Diễn chậm: 10 – 100 1500 cặp nu/giây cặp nu/giây Số enzim tham gia Nhiều 24! ! ! Câu 14: Nêu điểm có trình tái sinh vật nhân thực mà sinh vật nhân sơ? Hướng dẫn trả lời: - ADN sinh vật nhân thực: tế bào soma có đoạn mồi đầu mạch liên tục mạch gián đoạn sau bị loại bỏ khả phục hồi lại đoạn ADN thay mà ADN bị ngắn dần qua lần nguyên phân ảnh hưởng đến gen quan trọng làm ảnh hưởng đến tuổi thọ gây chết tế bào - tế bào sinh dục tượng ngắn dần đoạn ADN không xảy hoạt động enzim Telomeraza giúp cho tổng hợp đoạn ADN thay đoạn mồi Còn sinh vật nhân sơ tượng ADN bị ngắn có cấu trúc ADN mạch vòng có tượng AND polimelaza tổng hợp đoạn ADN thay - Trong chế tự sinh vật nhân thực gắn liền với tính chất nhiễm sắc thể giúp cho việc đóng, tháo xoắn ADN gắn với nhiễm sắc thể chu kỳ tế bào Câu 15: Có quan niệm cho cấu trúc gen sinh vật nhân thực hơp lý gen sinh vật nhân sơ Đúng hay sai? Giải thích? Hướng dẫn trả lời: - Sai vì: + Nhân sơ kích thước tế bào nhỏ, thời gian tồn ngắn, cấu trúc di truyền chế di truyền gọn nhẹ thích nghi với khả trao đổi chất với môi trường → hợp lí với hệ gen đơn giản + Sinh vật nhân thực cấu trúc đa bào phức tạp, xoang hóa, thời gian tồn lâu dài kích thước tế bào lớn → cấu trúc gen phức tạp → Sự khác cấu trúc giải thích phiên mã sinh vật nhân sơ sinh vật nhân thực khác Câu 16: Cấu trúc gen sinh vật nhân thực tiến hóa gen sinh vật nhân sơ, hay sai? Giải thích Hướng dẫn trả lời: - Cấu trúc gen sinh vật nhân thực gen phân mảnh Gen phân mảnh có tác dụng: bảo lưu thông tin di truyền đột biến xảy (chủ yếu đột biến thay thế) ảnh hưởng - Do đan xen đoạn exon intron làm AND dài dẫn đến NST dài tiếp hợp trao đổi chéo thuận lợi dẫn tới tái tổ hợp gen → nguồn dự trữ vật chất di truyền - Cơ chế cắt nối exon theo trình tự khác dịch mã tạo nên nhiều chuỗi polipeptit khác tạo mARN trưởng thành có trình tự khác → gen có khả tổng hợp số loại protein khác 25! ! ! Chú ý: Ở số sinh vật nhân thực tồn số gen không phân mảnh ví dụ gen tổng hợp protein loại histon (cấu trúc NST) → chứng minh nguồn gốc tiến hóa từ tế bào nhân sơ đến tế bào nhân thực Cấu trúc hệ gen chia giới sinh vật thành siêu giới: - Vi khuẩn: Chưa có nhân , gen liên tục - Vi khuẩn cổ: có nhân, gen phân mảnh - Sinh vật nhân thực: có nhân, gen phân mảnh Câu 17: Sự khác phiên mã sinh vật nhân sơ sinh vật nhân thực? Hướng dẫn trả lời: Phiên mã sinh vật nhân sơ Phiên mã sinh vật nhân thực Các gen sinh vật nhân sơ thường tồn Mỗi gen cấu trúc tồn thành đơn vị nhóm tạo thành đơn vị phiên mã, phiên mã riêng mARN nghĩa mARN tổng hợp tạo mang mã gen mang nhóm gen Quá trình phiên mã dịch mã sinh vật nhân sơ diễn đồng thời không gian, phiên mã đến đâu dịch mã đến Vì cấu trúc tế bào nhân sơ nhân hay màng nhân bao bọc đồng thời gen không phân mảnh, thời gian tồn ngắn Quá trình phiên mã diễn trước nhân, dịch mã diễn sau tế bào chất trình phiên mã dịch mã diễn không gian thời gian khác điều sinh vật nhân thực có màng nhân bao bọc, cấu trúc gen phân mảnh, thời gian tồn tế bào lâu Quá trình phiên mã dịch mà đơn Quá trình phiên mã dịch mã diễn giản, aa foocmin metionin phức tạp có kiện gắn chóp metyl guanine, gắn đuôi poliA Có tác dụng tín hiệu cho trình dịch mà độ bền vững ổn định ARN, đồng thời diễn cắt nội tạo mARN trưởng thành khác nhau, từ tạo nên loại chuỗi polipeptit khác Axit amin mở đầu metionin Câu 18: Nêu khác chế phiên mã tự sinh vật nhân sơ? Hướng dẫn trả lời: 26! ! ! Nội dung Phiên mã sinh vật nhân sơ Tự sinh vật nhân sơ Nguyên liệu A, U, G, X Nguyên liệu: A, T, G, X Mạch khuôn đoạn mạch đơn làm Mạch khuôn: mạch khuôn tổng hợp mARN, dùng làm khuôn tổng hợp chiều dài mạch đơn AND chiều dài nhóm gen cấu trúc Protein enzim loại ARN polimeraza Phạm vi, mức độ: phiên mã diễn Diễn suốt mạch đơn đoạn AND tương ứng với 1nhóm gen cấu trúc Nguyên tắc - Bổ sung A-U, T-A, G-X - Bổ sung - Khuôn mẫu - Khuôn mẫu Nhiều loại enzim ARN polimeraza có tác dụng tháo xoắn, tách mạch, tổng hợp đoạn mồi, tổng hợp đoạn … với hệ thống protein khác đóng vai trò tháo xoắn giữ mạch - Bán bảo toàn Kết tạo nhiều Tạo AND con, giống mARN AND mẹ Câu 19: Các trình tự không mã hóa di truyền? Vai trò tiến hóa? Hướng dẫn trả lời: - Trình tự lặp lại: không mã hóa di truyền dị nhiễm sắc - Intron: + Vai trò: bảo vệ hệ gen → đột biến không biểu 27! ! ! Củng cố vị trí trao đổi chéo Vai trò điều hòa Đột biến → xuất gen Xáo trộn exon → tính đa dạng di truyền - Gen giả - Vùng liên gen: Nối 5’ với 3’ gen - Vùng điều hòa: P O - Trình tự kết thúc - Tâm động: trình tự lặp lại giúp NST phân li Câu 20: Các yếu tố di truyền vận động góp phần vào tiến hóa hệ gen nào? Hướng dẫn trả lời: - Yếu tố di truyền vận động có trình tự tương đồng, phân tán khắp hệ gen, tạo điều kiện cho tái tổ hợp nhiễm sắc thể khác (cung cấp yếu tố tái tổ hợp) - Sự vận động yếu tố xen vào vùng điều hòa, xen vào vùng mã hóa làm thay đổi biểu gen - Các yếu tố di truyền vận động dịch chuyển mang gen theo exon theo Câu 21: Nêu khác cấu trúc hệ gen mã hóa rARN gen mã hóa protein globin người Với hệ gen giải thích lợi kiểu cấu trúc hệ gen đó? Hướng dẫn trả lời: - Gen mã hóa rARN có nhiều liên tiếp lặp lại (lớn 200 lặp lặp lại) phiên mã đơn vị phiên mã → thuộc đơn vị phiên mã đa cistron sau cắt biến đổi thành rARN khác điều có vai trò tổng hợp đồng loại rARN khác tổng hợp nhiều riboxom vốn máy dịch mã có vai trò sống sống tế bào - Gen protein globin hệ gen có tồn số gen không hoàn toàn giống Sự khác biệt loại protein – globin gen mã hóa tạo loại phân tử hemoglobin phù hợp cho giai đoạn phát triển khác thể Câu 22: Trình bày đặc điểm phản ứng trùng hợp ADN tái bản? Hướng dẫn trả lời: - Tại đầu mà ADN kéo dài, enzim AND polimeraza xúc tác phản ứng hình thành liên kết phophodieste gắn nhóm 3’ OH nu cuối chuỗi với đầu 5’P tiền chất dNTP Năng lượng hoạt hóa phản ứng thu từ giải phóng 28! ! ! nhóm P ~P dNTP, lúc mạch ADN kéo dài để ADN polimeraza xúc tác gắn nu vào đầu 3’OH tự - Tại mức trình kéo dài chuỗi ADN, ADN polimeraza tìm tiền chất dNTP tường ứng với nu mạch khuôn lắp ráp với mạch kéo dài với tốc độ 850nu/giây (sinh vật nhân sơ) 60-90 nu/giây (sinh vật nhân thực) - Chiều tổng hợp mạch ADN luốn 5’ - 3’ thuộc tính ADN polimeraza phù hợp với xu hướng hóa phân tử đứt gẫy P ~P dNTP Câu 23: Vì gen sinh vật nhân thực không bị sau chu kỳ chép ADN nối tiếp tế bào soma? Hướng dẫn trả lời: Vùng đầu mút nhiễm sắc thể không tồn gen thay vào trình tự nucleoit ngắn, lặp lại nhiều lần trình tự nu TTAGGG lặp lại tới hàng trăm, hàng nghìn lần nhớ bảo vệ gen đầu mút nhiễm sắc thể không bị xâm phạm Ngoài protein đặc hiệu liên kết với AND đầu mút có tác dụng ngăn cản đầu sole AND Câu 24: Gen giả gì? Hãy cho biết gen giả hình thành trình tiến hóa từ gen bình thường cách nào? Hướng dẫn trả lời: - Gen giả có trình tự nucleotit giống gen bình thường không phiên mã - Gen giả hình thành theo chế sau: + Do trao đổi chéo không cân nhiễm sắc tử chị em không chị em nhiễm sắc tử tương đồng cặp tương đồng → tượng lặp gen Sau đột biến xảy làm hỏng đoạn promoter khiến ARN không phiên mã gen + Trong trình trao đổi chéo không cân gen lặp lại bị mất đoạn Promoter Câu 25: Nêu tác động gen nhảy tế bào? Gen nhảy có tác động tới tiến hóa hệ gen? Hướng dẫn trả lời: - Gen nhảy (yếu tố di truyền vận động) có trình tự tương đồng phân tán loại gen tạo điều kiện cho tái tổ hợp xảy nhiễm sắc thể không tương đồng - Sự vận động gen nhảy vào vùng điều hòa hay mã hóa gen làm thay đổi biểu hiên gen - Các gen nhảy mang theo gen khác → phân tán gen số trường hợp ảnh hưởng đến biểu kiểu hình chúng 29! ! ! - Nếu gen nhảy mang theo exon cài vào gen bổ sung thêm chức vào vùng phân tử protein ban đầu Đây xáo trộn exon Câu 26: Trong tế bào sinh vật nhân thực làm để ARN polimeraza nhận biết gen cần phiên mã? Hướng dẫn trả lời: - ADN pol tự nhận biết gen cần phiên mã ARN pol chạy dọc theo phân tử ADN liên kết promter gen cần phiên mã có protein đặc biệt, gọi yếu tố phiên mã bám promoter gen - ARN pol kết hợp với yếu tố phiên mã tạo nên phức hợp phiên mã sau gen phiên mã Câu 27: ARN thực chức enzim nào? Hướng dẫn trả lời: ARN thực chức enzim nhờ vai trò sau: - Có cấu trúc mạch đơn nên phân tử kết hợp bổ sung với vùng phân tử tạo nên cấu trúc không gian đặc thù điều kiện tạo nên chức xúc tác ribozim - Một số nucleotit ARN mang theo nhóm chức tham gia vào hoạt động xúc tác giống số axit amin số enzim - Có khả hình thành số liên kết hirdro với phân tử axit nucleic khác (ADN, ARN) làm tăng tính đặc hiệu hoạt động xúc tác - Sự bắt cặp bổ sung cặp bazơ nitơ thành phần ADN cắt nối phân tử mARN giúp định vị xác vị trí mà riboxom xúc tác phân tử mARN Câu 28: Trong trình phiên mã tạo mARN đột biến không? Nếu có mức độ giới hạn nào? Hướng dẫn trả lời: Có: - Trong trình phiên mã có lắp ráp nhầm nu xảy đột biến - Những sai sót trình phiên mã gây hại cho thể sinh vật trình phiên mã tạo nhiều phân tử mARN, số mARN đột biến liên tiếp so với bình thường số chuỗi polipeptit bị đột biến không ảnh hưởng đến chức nói cung phân tử protein Câu 29: Phân biệt loại gen nhảy (yếu tố di truyền vận động – transposon) Hướng dẫn trả lời: 30! ! ! - Gen nhảy hay yếu tố di truyền vận động trình tự ADN di chuyển genom, tạo làm đột biến, thay đổi cấu trúc, kích thước genom tế bào - Gen nhảy chia thành nhóm, dựa chế di chuyển + Nhóm I (retrotransposon): gen nhảy thuộc nhóm có chế phiên mã từ ADN sang ARN, sản phẩm ARN phiên mã ngược tạo ADN Sau đó, đoạn ADN chèn vào vị trí genom Hình thức di truyền vận động tương đồng với hoạt động retro-virus HIV Retrotransposon chia thành nhóm chính: TEs, LINEs, SINEs + Nhóm II (ADN transposons): gen nhảy thuộc nhóm chất vùng trình tự ADN có phương thức vận động không liên quan tới ARN mà phụ thuộc vào hoạt động enzyme transposase Trong đó, số enzym vừa liên kết không đặc hiệu với vị trí vị trí mộtADN đối tượng, vừa liên kết với trình tự ADN đặc biệt gen nhảy Enzym tạo vị trí cắt đặc hiệu vị trí liên kết với ADN đối tượng mạch 5’-3’, tạo nên đầu dính cho trình nối ADN sau Đồng thời enzym cắt rời đoạn ADN gen nhảy gắn chúng vào vị trí đầu dính ADN đối tượng, dẫn đến chuyển vị trí gen nhảy genom Câu 30 (Đề HSG Quốc gia 2014) : Một gen lặp lại xảy theo chế nào? Vì lặp gen có vai trò quan trọng tiến hóa gen? Hướng dẫn trả lời: Cơ chế lặp gen: - Hiện tượng "trượt" xảy chép ADN, chẳng hạn mạch làm khuôn xê dịch so với mạch tương đồng tổng hợp phần mạch làm khuôn dùng làm khuôn lần Kết đoạn ADN bị lặp lại - Trao đổi chéo không cân kỳ đầu giảm phân I cặp nhiễm sắc thể tương đồng (giữa nhiễm sắc tử chị em không chị em) dẫn đến nhiễm sắc thể lặp đoạn đưa đến lặp gen - Các gen lặp lại xảy đột biến gen tạo alen tạo nhiều alen khác với chức làm phong phú vốn gen quần thể, từ tạo nguyên liệu cho trình tiến hóa - Lặp gen làm tăng cường độ biểu tính trạng Lặp gen hình thành gen giả, gen giả tích lũy đột biến có hội biểu nguồn nguyên liệu cho tiến hóa 31! ! ! KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận Có bốn nhóm hợp chất hữu sống, cacbohidrat, protein axit nucleic polymer, chuỗi gồm nhiều monomer; lipit thường có thành phần biến động Chính đặc điểm cấu trúc chức hợp chất hữu đặc tính di truyền biến dị tạo nên đa dạng lớn phân tử sinh học, sở tạo nên giới sống vô đa dạng phong phú Đề nghị Với mong muốn xây dựng chuyên đề hỗ trợ nhằm nâng cao hiệu giảng dạy phần di truyền học phân tử cố gắng nghiên cứu, sưu tầm, chọn lọc xếp phù hợp với logic kiến thức Để hoàn thiện chuyên đề cần có hệ thống nhiều tập áp dụng hơn, nhiều nội dung kiến thức mức phân tử có liên quan mà chuyên đề chưa đề cập tới Nhưng thời gian có hạn nên chuyên đề chắn không tránh khỏi sai sót Vì mong nhận đóng góp thầy cô, đồng nghiệp bạn bè 32! ! ! TÀI LIỆU THAM KHẢO Campbell & Reece (2011), Sinh học, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Hồ Huỳnh Thùy Dương (1997), Sinh học phân tử, NXB Giáo dục Nguyễn Như Hiền, Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2012), Bài tập tài liệu giáo khoa chuyên sinh học trung học phổ thông phần sinh học tế bào, NXB Giáo dục Nguyễn Như Hiền, Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2012), Tài liệu giáo khoa chuyên sinh học trung học phổ thông phần sinh học tế bào, NXB Giáo dục Phạm Thành Hổ, Ngô Giang Liên (2012), Bồi dưỡng học sinh giỏi sinh học THPT, sinh học tế bào, NXB Giáo dục Võ Thị Thương Lan (2002), Sinh học phân tử, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (2000), Cơ sở di truyền học, NXB Giáo dục Phan Khắc Nghệ, Trần Mạnh Hùng (2013), Bồi dưỡng học sinh giỏi sinh học 10, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội W.D Phillips-TJ Chilton (2006), Sinh học, NXB Giáo dục 10 Các đề thi học sinh giỏi quốc gia, Olympic Quốc tế, đề đề xuất học sinh giỏi Duyên hải bắc bộ, Trại hè Hùng Vương (2009 – 2014) 33! ! [...]... cây Câu 12: Lai phân tử là gì? Nêu vai trò của lai phân tử? Cơ sở khoa học của lai phân tử là gì? Hướng dẫn trả lời: * Khái niệm: Lai phân tử là hiện tượng lai các phân tử ADN của các loài khác nhau hoặc ADN với ARN * Cơ sở: - Các bazơ nitơ của các mạch đơn khi bắt cặp với nhau liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung A-T, G-X - Dựa vào thuộc tính biến tính và hồi tính ở ADN: Khi phân tử ADN vào môi... dẫn trả lời: Sự khác biệt về số bản sao của 2 nhóm gen là do: - Sản phẩm cuối cùng của các gen rARN là một phân tử rARN Vì vậy, hệ gen sẽ cần nhiều bản sao để cùng lúc có thể tổng hợp được nhiều phân tử rARN - Ngược lại, các prôtêin ribôxôm là sản phẩm của quá trình dịch mã trên mARN có thể được tổng hợp nhiều lần (lặp đi lặp lại) trên cùng một phân tử mARN để tạo ra nhiều phân tử prôtêin ribôxôm cần... lần Số lượng ribôxôm trong tế bào rất lớn và các ribôxôm được dùng để tổng hợp tất cả các loại prôtêin của tế bào Câu 11: 20 loại axit amin trong các phân tử prôtêin được hình thành qua quá trình chuyển hóa từ những loại axit amin cơ bản nào? Viết các phản ứng hình thành các loại axit amin cơ bản và cho biết nguồn gốc của các chất tham gia các phản ứng đó Hướng dẫn trả lời: - 20 loại axit amin trong các. .. 1 phân tử H2O - Liên kết peptit hình thành giữa nhóm COOH và NH2 giải phóng 1 phân tử H2O - Liên kết H2 hình thành giữa các cấu trúc sợi phân tử xenluzơ Câu 7: a So sánh tinh bột, glicogen và xenlulozơ? b Tại sao colesteron rất cần cho cơ thể nhưng cũng rất nguy hiểm cho cơ thể? Hướng dẫn trả lời: a So sánh: * Giống nhau: Đều là các chất đa phân gồm các đơn phân là glucozơ liên kết với nhau bằng các. .. tác của ribozim - Một số nucleotit của ARN mang theo nhóm chức có thể tham gia vào các hoạt động xúc tác giống như một số axit amin trong một số enzim - Có khả năng hình thành một số liên kết hirdro với các phân tử axit nucleic khác (ADN, ARN) làm tăng tính đặc hiệu trong hoạt động xúc tác của nó - Sự bắt cặp bổ sung của các cặp bazơ nitơ trong thành phần ADN có thể cắt nối phân tử trên mARN giúp định... lớn về các phân tử sinh học, là cơ sở tạo nên thế giới sống vô cùng đa dạng và phong phú 2 Đề nghị Với mong muốn xây dựng một chuyên đề hỗ trợ nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy phần di truyền học phân tử tôi đã cố gắng nghiên cứu, sưu tầm, chọn lọc và sắp xếp phù hợp với logic các kiến thức Để hoàn thiện chuyên đề cần có hệ thống nhiều các bài tập áp dụng hơn, rất nhiều nội dung kiến thức ở mức phân. .. (Hình 6) 9! ! ! Hình 6 BĐKN về Axit nucleic 10! ! ! 2.3 Cơ chế của các đại phân tử 2.3.1 Tái bản ADN (Tự sao) ADN có khả năng nhân đôi (tự sao, sao chép, tái bản) để tạo thành 2 phân tử ADN con giống nhau và giống phân tử ADN mẹ Quá trình này tuân theo nguyên tắc bổ sung, nguyên tắc bán bảo toàn và nguyên tắc khuôn mẫu Để quá trình tái bản diễn ra thì cần có sự tham gia của các loại enzim, protein, nucleotit... nhờ cơ chế điều hòa hoạt động gen 18! ! ! Câu 4 (Đề HSG Quốc gia 2014) : Trong mỗi tế bào nhân thực, số lượng prôtêin ribôxôm và rARN cần được tổng hợp đồng thời là rất lớn Tuy nhiên, hệ gen trong mỗi tế bào nhân thực chứa một lượng lớn (thường trên 100) bản sao của các gen mã hóa cho các rARN, nhưng lại chỉ có một bản sao duy nhất của các gen mã hóa cho các prôtêin ribôxôm Giải thích vì sao số bản. .. Câu 9: Trong tế bào có các đại phân tử sinh học: xenlulozo, photpholipit, AND, tinh bột và protein 1 Những phân tử nào ở trên có liên kết hidro hình thành? Vai trò của các liên kết hydro trong cấu trúc các hợp chất trên? 2 Chất nào không có cấu trúc đa phân ? Chất nào không có trong lục lạp của tế bào? 3 Nêu vai trò của xenlulozơ trong cơ thể sống Hướng dẫn trả lời: 1 Những phân tử có lk hidro hình thành:... 3 Câu hỏi và bài tập liên quan Câu 1 (Olympic Quốc tế 2010): Tất cả các nhóm lipid khác nhau hình thành nên màng sinh chất có đặc điểm hóa học chung nào dưới đây A Đều có các đầu phân cực B Đều có thành phần đường C Đều có khung glycerol D Đều có nhóm phosphat E Đều có vùng kị nước Đáp án: E Câu 2 (Đề HSG Quốc gia 2014) : a Các phân tử mARN, tARN và rARN có cấu trúc mạch đơn thuận lợi cho việc thực