I.DT PHÂN TỬ

CHUYÊN ĐỀ CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ A MỘT SỐ CÔNG THỨC CƠ BẢN: PHẦN I: CẤU TRÚC CỦA PHÂN TỬ ADN Đối với mạch: Trong ADN, mạch bổ sung nên số nu chiều dài mạch Mạch 1: A1 T1 G1 X1 A1 = T2 ; T1 = A2 ; G1 = X2 ; X1 = G2 Mạch 2: T2 A2 X2 G2 Đối với mạch: Số nu loại ADN số nu loại mạch A = T = A1 + A2 = T1 + T2 = A1 + T1 = A2+ T2 %A + %G = %T + %X= 50% A + G = T + X = N/2 G = X = G1 + G2 = X1 + X2 = G1 + X1 = G2 + X2 %A1 + %A2 %G1 + %G2 = = %T1 + %T2 %X1 + % X2 = = %A = %T %G = %X + Do chu kì xoắn gồm 10 cặp nu = 20 nu nên ta có: N = 20 x Số chu kì xoắn ADN Số chu kì xoắn = Chiều dài ADN : 34A0 +Mỗi nu có khối lượng 300 đơn vị cacbon nên ta có: N = Khối lượng phân tử ADN 300 Chiều dài phân tử ADN: L= 10-4Amicromet(µm) = 10-1nanomet(nm) Mỗi mạch0 có N/2 nu, chiều dài 1A nu là=3,4 N x 3,4 A = 10-7 milimet(mm) = 10-10met(m) Số liên kết Hidro: Theo nguyên tắc bổ sung (NTBS): A mạch liên kết với T mạch liên kết hidro G mạch liên kết với X mạch liên kết hidro → A = T; G = X H = 2A + 3G= 2T +3X Số liên kết cộng hóa trị: - Trong mạch đơn, nu nối với liên kết hóa trị, N/2 nu có số liên kết hóa trị N/2 – liên kết → Số liên kết hóa trị nu mạch ADN là: ( N/2 – )2 = N – - Trong nu có liên kết hóa trị axit photphoric với đường C 5H10O4 Số liên kết hóa trị mạch ADN = ( N/2 – 1) + N/2 = N -1 → Số liên kết hóa trị phân tử ADN là: N – + N = 2N – = (N-1) Thí dụ l Một gen có 3000 nuclêơtit, chiều dài gen : A 2040 Ao B 3060 Ao Giải Áp dụng công thức L = C 4080 Ao D 5100 Ao N 3000 Nu x 3,4Ao = x 3,4Ao = 5100 Ao 2 Thí dụ Một gen có chiều dài 0,408µm Số chu kì xoắn gen : A 60 B 90 Giải Áp dụng công thức C = C 120 D 150 L 0, 408 x104 Ao = = 120 34 Ao 34A o Thí dụ Một gen có khối lượng x 105 đvC Gen có số nuclêơtit : A 3000Nu B 2400Nu Giải Áp dụng công thức N = C 1800Nu D 1500Nu M x105 dvC = = 3000Nu 300dvC 300dvC Thí dụ Một gen có 3000 Nu Gen có hiệu số Xitôzin với loại nuclêôtit khác 20% số nuclêôtit gen Tỉ lệ phần trăm loại nuclêôtit gen : A %A=%T=20%, %G=%X=30% B %A=%T=30%, %G=%X=20% C %A=%T=35%, %G=%X=15% D %A=%T=15%, %G=%X=35% Giải Theo NTBS ta có phương trình %X + %A = 50% (1) Theo giả thiết ta có phương trình %X - %A = 20% (2) % X + % A = 50% % X = 35% ⇔ % X − % A = 20%  % A = 15% Ta có hệ phương trình  Thí dụ Một gen có 3000 Nu Gen có hiệu số Xitơzin với loại nuclêôtit khác 10% số nuclêôtit gen Số lượng loại nuclêôtit gen : A A = T = 1050Nu, G = X = 450Nu B A = T = 450Nu, G = X = 1050Nu C A = T = 900Nu, G = X = 600Nu D A = T = 600Nu, G = X = 900Nu Giải Theo NTBS ta có phương trình %X + %A = 50% (1) Theo giả thiết ta có phương trình %X - %A = 10% (2) % X + % A = 50% % X = 30% ⇔  % X − % A = 10% % A = 20% Ta có hệ phương trình  Mà N = 3000Nu tính 100% ⇒ A = T = 3000 x 20% = 600N 100% N 3000 -A= - 600 = 900Nu 2 G=X= Thí dụ Một gen có khối lượng 9.105 đvC Tích số phần trăm Timin với loại nuclêôtit khác không bổ sung với 4% Biết số lượng Timin nhiều số lượng nuclêơtit khơng bổ sung Tỉ lệ phần trăm loại nuclêôtit gen : A %A = %T = 40%, %G = %X = 10% B %A = %T = 30%, %G = %X = 20% C %A = %T = 35%, %G = %X = 15% D %A = %T = 10%, %G = %X = 40% Giải N = M x105 dvC = = 3000Nu 300dvC 300dvC Theo NTBS ta có phương trình %T + %G = 50% (1) Theo giả thiết ta có phương trình %T x %G = 4% (2) Áp dụng định lý Vi-et ta có phương trình %T – 0,5%T + 0,04 = Suy %T = %A = 40%, %G = %X = 10% Thí dụ Một gen có khối lượng 9.105 đvC Tích số phần trăm Timin với loại nuclêơtit khác khơng bổ sung với 4% Biết số lượng Timin nhiều số lượng nuclêôtit không bổ sung Số lượng loại nuclêơtit gen : A A = T = 900Nu, G = X = 600Nu B A = T = 1200Nu, G = X = 300Nu C A = T = 1050Nu, G = X = 450Nu D A = T = 600Nu, G = X = 900Nu Giải Tương tự thí dụ ta có %A = %T = 40%, %G = %X = 10% 3000 x 40% = 1200Nu 100% Mà N = 3000Nu %N = 100% ⇒ T = A = G=X= N 3000 - A ⇒G = X = - 1200 = 300Nu 2 Thí dụ Một gen có 150 vịng xoắn hiệu bình phương Ađênin với loại không bổ sung 15% tổng số nuclêôtit gen Số nuclêôtit loại gen : A A = T = 900Nu, G = X = 600Nu B A = T = 600Nu, G = X = 900Nu C A = T = 1050Nu, G = X = 450Nu D A = T = 1200Nu, G = X = 300Nu Giải Ta có N = 20.C = 20 x 150 = 3000Nu Theo NTBS ta có phương trình %A + %G = 50% 2 Theo giả thiết ta có phương trình %A - %G = 15% (1) (2) Thế (1) vào (2) ta 50%(%A - %G) = 15% ⇒ %A - %G = 30% (2’) % A + %G = 50% % A − %G = 30% Kết hợp (1) với (2’) ta  Suy %A = %T = 40%, %G - %X = 10% Mà N = 3000Nu, tính 100% ⇒ A = T = Do G – X = 3000 x 40% = 1200Nu 100% N 3000 - A Vậy G = X = - 1200 = 300Nu 2 *Mối tương quan số lượng gen mạch đơn A T G X gen T A X G Do gen có hai mạch đơn, mà hai mạch đơn, nuclêôtit liên kết theo NTBS, suy A = T2, Tl = A2, Gl = X2, Xl = G2 Mặt khác ta có A = T= A1 + A2 = A1 + Tl = A2 + T2 = Tl + T2 = Tương tự G = X = Gl + G2 = Gl + X1 = G2 + X2 = Xl + X2 Thí dụ Một gen có 900 Guanin tỉ lệ A/G = 2/3 Mạch thứ gen có 250 Ađênin Mạch thứ hai có 400 Guanin Số lượng loại nuclêơtil mạch đơn gen : A A1 = T2 = 250Nu, T1 = A2 = 350Nu, G1= X2 = 400Nu, X1 = G2 = 500Nu B A1 = T2 = 350Nu, T1 = A2 = 250Nu, G1= X2 = 500Nu, X1 = G2 = 400Nu C A1 = T2 = 250Nu, T1 = A2 = 350Nu, G1= X2 = 500Nu, X1 = G2 = 400Nu D A1 = T2 = 350Nu, T1 = A2 = 250Nu, G1= X2 = 400Nu, X1 = G2 = 500Nu Giải Theo giả thiết, ta có G = 900Nu Vì A/G = 2/3 nên A = 2G 2.900 = = 600Nu 3 Mặt khác Al = 250Nu ; G2 = 400Nu Dựa vào mối tương quan số lượng loại nuclêôtit gen mạch đơn, kết hợp NTBS ta có : Mạch : Al = 250Nu; Tl = A – Al = 600Nu - 250Nu = 350Nu Xl = G2 = 400Nu; Gl = G – Xl = 900Nu – 400Nu = 500Nu Từ mạch theo NTBS ta có mạch gen : A2 = Tl = 350Nu; T2 = Al = 250Nu; G2 = 400Nu, X2 = Gl = 500Nu Thí dụ 10 Một gen dài 3386,4 A°, có 2739 liên kết hidrơ Gen tái sinh tạo mạch đơn thứ lấy từ môi trường nội bào nuclêơtit tự do, có 149 Ađênin 247 Xitơzin để góp phần hình thành gen Số lượng loại nuclêôtit mạch đơn gen : A A1= T2 = 149Nu, T1 = A2 = 100Nu, G1 = X2 = 500Nu, X1 = G2 = 247Nu B A1= T2 = 149Nu, T1 = A2 = 200Nu, G1 = X2 = 400Nu, X1 = G2 = 247Nu C A1= T2 = 149Nu, T1 = A2 = 100Nu, G1 = X2 = 247Nu, X1 = G2 = 500Nu D A1= T2 = 249Nu, T1 = A2 = 100Nu, G1 = X2 = 400Nu, X1 = G2 = 247Nu 2L x 3386,4A o Giải N = = = 1992Nu 3, Ao 3,4A o Mặt khác H = N + G ⇒ G = X = H – N = 2739 – 1992 = 747Nu Ta lại có N = 2(A + G) ⇒ A = T = N 1992 −G= - 747 = 249Nu 2 Mạch đơn mạch gen ⇒ Al = l49Nu; Xl = 247Nu Dựa vào mối tương quan số lượng nuclêôtit gen mạch đơn, ta có : Mạch gen : Al = l49Nu ; Tl = A – Al = 249 – 149 = 100Nu ; Xl = 247Nu ; Gl = G – Xl = 747 – 247 = 500Nu Theo NTBS ta có mạch : A2 = Tl = 100Nu; T2 = Al = l49Nu; G2 = X1 = 247Nu; X2 = Gl = 500Nu *Mối tương quan tỉ lệ phần trăm gen mạch đơn : 100% A T G X gen 100% T A X G Toàn gen tính 100%, mạch đơn gen tính 100% %A1 + %T1 + %G1 + %X1 = %A2 + %T2 + %G2 + %X2 = 100% Nên tính phần trăm gen dựa vào mạch đơn ta phải chia hai Từ số lượng nuclêôtit mạch đơn gen ta suy : số lượng tỷ lệ phần trăm (nhưng tỷ lệ phần trăm số lượng bội số nhau) ⇒ %A1 = %T2 ; ⇒ %A= %T= %G = X= %Tl = %A2 ; %G1 = %X2 ; %Xl = %G2 %A1 + %A %A1 + %T1 %A + %T2 %T1 + %T2 = = = 2 2 %G + %G %G + % X % G + % X % X + % X = = = 2 2 Thí dụ 11 Một gen dài 3383 A° có 2388 liên kết hidrơ Gen tái sinh tạo mạch đơn lấy từ nuclêôtit tự mơi trường nội bào, có 199 Ađênin 199 Xitơzin để góp phần hình thành gen Tỉ lệ phần trăm loại nuclêôtit mạch đơn gen : A %A1= %T2= 20%, %T1 = %A2 = 30%, %G1 = %X2 = 30%, %X1 = %G2 = 20% B %A1= %T2= 20%, %T1 = %A2 = 40%, %G1 = %X2 = 20%, %X1 = %G2 = 20% C %A1= %T2= 40%, %T1 = %A2 = 20%, %G1 = %X2 = 20%, %X1 = %G2 = 20% D %A1= %T2= 15%, %T1 = %A2 = 35%, %G1 = %X2 = 30%, %X1 = %G2 = 20% Giải N = 2L x3383 Ao = = 1990Nu 3, Ao 3, Ao Mặt khác H = N + G ⇒ G = X = H – N = 2388 – 1990 = 398Nu Ta lại có N = 2(A + G) ⇒ A = T = 1990 N −G= - 398 = 597Nu 2 Mạch đơn mạch gen ⇒ Al = l99Nu ; Xl = 199Nu Dựa vào mối tương quan số lượng nuclêôtit gen mạch đơn, ta có : Mạch gen : Al = l99Nu; Tl = A – Al = 597Nu – 199Nu = 398Nu; Xl = 199Nu; Gl = G – Xl = 398Nu – 199Nu = 199Nu Mỗi mạch đơn chiếm tỉ lệ 100%, suy : %A1= 199 398 x100% = 20%, %T1= x100%=40% 995 995 %G1=%X1=20% (vì A1 = G1 = X1 = 199Nu) Theo NTBS ta có mạch 2: %A2 = %Tl = 40%; %T2 = %X2 = %G2 = 20% Thí dụ 12 Mạch đơn thứ gen có 10% Adênin, 30% Guanin Mạch đơn thứ hai gen có 20% Ađênin Tỉ lệ phần trăm loại nuclêôtit mạch đơn : A %A1 = %T2 = 20%, %T1 = %A2 = 10%, %G1 = %X2 =30%, %X1 = %G2 = 40% B %A1 = %T2 = 10%, %T1 = %A2 = 20%, %G1 = %X2 =40%, %X1 = %G2 = 30% C %A1 = %T2 = 10%, %T1 = %A2 = 20%, %G1 = %X2 =30%, %X1 = %G2 = 40% D %A1 = %T2 = 10%, %T1 = %A2 = 30%, %G1 = %X2 =30%, %X1 = %G2 = 30% Giải Theo giả thiết ta có %Al = 10% ; %Gl = 30% ; %A2 = 20% Theo NTBS : %Tl = %A2 = 20% Mà mạch đơn gen tính 100% Suy %X1 = 100% - (%A1 + %Tl + %G1) = 100% - (l0% + 20% + 30%) = 40% Từ mạch ta có mạch : % A2 = %Tl = 20% ; %T2 = %Al = 10% ; %G2 = %Xl = 40% ; %X2 = %Gl = 30% Thí dụ 13 Xét cặp nhiễm sắc thể tương đồng chứa cặp gen dị hợp, gen dài 4080 Angstron Gen trội A có 3120 liên kết hydrô Số lượng loại nuclêôtit gen : A A = T = 900Nu, G = X = 600Nu B A = T = 480Nu, G = X = 720Nu C A = T = 720Nu, G = X = 480Nu D A = T = 525Nu, G = X = 975Nu 2L x 4080 A = 2400 Nu Gen A có số liên kết hiđrô H = N + G o = 3,4A 3, Ao o Giải N = ⇒ G = X = H – N = 3120 – 2400 = 720Nu A = N = N 2400 −G = − 720 = 480 Nu 2 Thí dụ 14 Một gen có 20% Ađênin so với số nuclêơtit gen 3120 liên kết hydrô Số lượng loại nuclêôtit gen là: A A = T = 350Nu, G = X = 250Nu B A = T = 525Nu, G = X = 975Nu C A = T = 250Nu, G = X = 350Nu D A = T = 480Nu, G = X = 720Nu Giải Ta có %A + %G = 50% ⇒ %G = 50% - %A ⇒ %G = 50% - 20% = 30% H= 2%A.N 2%G.N 2.20%.N 3.30%.G.N + + = 100% 100% 100% 100% ⇒ 3120 = 40%.N 90%.N + 100% 100% Mà %N = 100% ⇒ A = T = G=X= ⇒N= 3120.100% = 2400Nu 130% 2400 x 20% = 480 Nu 100% N 2400 −A = − 480 = 720Nu 2 Thí dụ 15 Một gen có 2346 liên kết hyđrơ Hiệu số Ađênin gen với loại nuclêôtit khác 20% tổng số nuclêơtit gen Chiều dài gen là: A 3060A° B 3468A° C 4080A° D 5100A° Giải Theo NTBS ta có phương trình %A + %G = 50% (1) Theo giả thiết ta có phương trình %A - %G = 20% (2) % A + %G = 50% % A − %G = 20% Kết hợp lại ta có hệ phương trình  Suy %A = %T = 35% ; %G = %X = l5% Ta có H = 2%A.N 3%G.N x 35%.N + 3x15% N ⇔ 2346 = + 100% 100% 100% ⇒N= 2364 x100% = 2040 Nu 115% Chiều dài gen : L = N 2040 x 3,4Ao = x 3,4ªo = 3468ªo 2 Thí dụ 16 Một gen có chu kì xoắn 120 Số liên kết hoá trị gen : A 4798 B 4800 C 2398 D 2400 Giải Số liên kết hóa trị gen tổng số liên kết hóa trị ngang dọc Ta có N = 20.C = 20 x 120 = 2400 Nu ; Lk = 2(N-1)= 2(2400-1) Thí dụ 17 Một gen sinh vật nhân thật có chiều dài 0,51µm Số liên kết phosphodieste nuclêôtit gen : A 5998 B 6000 C 2998 D 300 Giải Đây số liên kết hóa trị dọc gen Ta có N= 2L 2.0,51.104 Ao = = 3000Nu Mà Lk dọc = N – = 3000 – = 2998 3, Ao 3,4A o PHẦN II: Q TRÌNH NHÂN ĐƠI ADN ( tự sao, tái bản, chép) Khi phân tử ADN nhân đơi x lần liên tiếp thì: a Qua đợt nhân đôi: Amt = Tmt = A = T Gmt = Xmt = G = X b Qua nhiều đợt tự nhân đôi: - Tổng số ADN tạo thành: ∑ - Số ADN có mạch hồn tồn mới: ∑ - ADN có mạch hoàn toàn = 2x – Số ADN tạo thêm: ∑ - ADN tạo thành = 2x ADN tạo thêm = 2x – Số nu tự môi trường cung cấp: Amt = Tmt = A( 2x – ) Gmt = Xmt = G( 2x – )= Nmt = N( 2x – ) G = X = G 2x= X 2x N = N 2x = T ( 2x – ) - Số nu ADN tạo thành: A = T = A 2x = T 2x - Mối qua hệ số đoạn Okazaki số đoạn mồi: Gọi O số đoạn Okazaki, M số đoạn mồi Đ số đơn vị tái - chạc chữ Y: M = O + - đơn vị tái bản: M = O + - Số đoạn mồi tổng hợp: ΣM = (O + 2.Đ)(2x – 1) - Tỉ lệ Nu mạch ADN A1 + G1 = a  A2 + G2 = b T1 + X1 b T2 + X2 a X( A1 + T1 = a  A2 + T2 = a G1 + X1 b G2 + X b - Số liên kết hóa trị hình thành X(nu sau k lần nhân đơi : + Đối với ADN mạch thẳng : (N-2)(2k-1) + Đối với ADN mạch vịng : N(2k-1) Thí dụ Một gen nhân đôi liên tiếp lần Số gen hoàn toàn là: A 30 B 32 x C 14 D 16 Giải Áp dụng công thức – với k = 4, ta có – = 14 c) Số mạch đơn hình thành sau x lần tự nhân đôi gen Do gen cấu tạo từ hai mạch đơn, suy số mạch đơn tạo thành 2.2x = 2x + Thí dụ Một gen nhân đơi liên tiếp lần Số mạch đơn gen là: A 30 B 32 x C 14 D 16 Giải Áp dụng công thức 2.2 với k = 4, ta có 2.2 = 32 d) Số mạch đơn hồn toàn Số mạch đơn hoàn toàn số mạch đơn tổng hợp từ nuclêôtit môi trường nội bào hay số nuclêôtit đánh dấu gen nhân đôi môi trường chứa nuclêôtit đánh dấu 2.2x – = 2(2x – 1) Thí dụ Một gen nhân đôi liên tiếp lần Số mạch đơn gen hoàn toàn là: A 30 B 32 x C 14 D 16 Giải Áp dụng công thức 2(2 – 1) với x = 4, ta có 2(2 – 1) = 30 Số nuclêơtit mơi trường nội bào cung cấp cho q trình tự nhân đơi gen Thí dụ Một gen tự lấy từ môi trường nội bào 9000 nuclêơtit, có 2700 Ađênin Số lượng loại nuclêôtit gen là: A A = T = 700Nu, G = X = 1400Nu B A = T = 800Nu, G = X = 700Nu C A = T = 600Nu, G = X = 900Nu D A = T = 900Nu, G = X = 600Nu Giải Do gen có số lượng nuclêơtit dao động từ 1200Nu đến 3000Nu Gọi x số lần tự gen, N số lần nuclêôtit gen Áp dụng công thức N = Nmt 2x −1 Lập bảng biến thiên: x N >lim 3000 lẽ rN = 1260 ribônu Số lượng loại ribônuclêôtit phân tử ARN : rA = 1260 / 1+3+4+6 = 90 riboânu