skkn sử DỤNG KIẾN THỨC PRÔTÊIN và ENZIM để GIẢI THÍCH cơ sở PHÂN tử của QUY LUẬT TƯƠNG tác GEN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG KIẾN THỨC PRƠTÊIN VÀ ENZIM ĐỂ GIẢI THÍCH CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA QUY LUẬT TƯƠNG TÁC GEN Họ tên: Lê Hồng Điệp Chức vụ: Giáo viên Bộ môn: Sinh học Đơn vị: THPT chuyên Lam Sơn Thanh hoá, tháng năm 2011 Sử dụng kiến thức prơtêin enzim để giải thích sở phân tử quy luật tương tác gen Phần I ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đề thi Đại học đặc biệt đề thi học sinh giỏi, tốn di truyền khơng theo kiểu học sinh phải nhớ kiến thức cách máy móc mà theo hướng học sinh phải làm rõ chất di truyền Trong quy luật di truyền, tập di truyền tương tác gen đặc biệt tương tác át chế dạng tập khó, để hiểu chất di truyền học sinh cần phải hiểu chế chuỗi phản ứng hoá sinh phản ứng enzim, tương tác protein protein với enzim…Nếu không hiểu chất di truyền khả ghi nhớ giải quyêt tình huống, tập phức tạp học sinh khó khăn Tuy nhiên, kiến thức protein enzim kiến thức khó, thời lượng chương trình (2 tiết) học từ năm lớp 10, nên việc liên hệ giải tập di truyền (ở lớp 12) trở nên khó khăn Hơn nữa, việc giải thích sở phân tử quy luật di truyền tương tác gen, đặc biệt tương tác át chế chưa nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu làm rõ Trên sở tìm hiểu cấu trúc chế hoạt động protein enzim, giới hạn viết xin mạnh dạn đưa giả thuyết giải thích chế phân tử số kiểu tương tác quy luật tương tác gen Hy vọng giúp ích phần cho học sinh giáo viên Phần II NỘI DUNG I Kiến thức để giải thích quy luật tương tác gen Để giải thích sở phân tử kiểu tương tác gen ta cần lưu ý: - Sự tương tác xảy sản phẩm gen với gen khác sản phẩm gen khác - Sản phẩm gen thường prôtêin enzim, chúng đại phân tử nên bề mặt chúng thường có nhiều vị trí có khả tham gia tương tác bổ sung với phân tử khác Do chúng có khả gắn đồng thời với phân tử (phối tử) khác Trong số trường hợp, phân tử gắn với vị trí A phân tử prơtêin làm thay đổi cấu hình lập thể vị trí B dẫn đến thay đổi tương tác vị trí B với số phân tử khác Cơ chế quan trọng nhờ mà phân tử thay đổi hoạt tính phân tử thứ hai (ví dụ prơtêin) cách thay đổi khả tương tác phân tử thứ hai với phân tử thứ ba - Trong tế bào sống ln có mặt hàng nghìn phân tử enzim khác enzim xúc tác cho phân tử riêng biệt với độ đặc hiệu cao Một số enzim tập hợp thành cụm (phức) enzim xúc tác chuỗi phản ứng theo trình tự định II Giải thích sở sinh hoá quy luật tương tác gen Trên sở hiểu biết prôtêin enzim chúng tơi xin đưa số giả thuyết giải thích chế phân tử số kiểu tương tác quy luật tương tác gen chương trình học phổ thông Tương tác bổ trợ - Tỉ lệ : Ví dụ: Ở đậu thơm : P F1 (hoa trắng) AAbb  aaBB (hoa trắng) AaBb (hoa màu) F1  F1 → F2 : 9A-B- : 3A-bb : 3aaB- : 1aabb Kiểu hình hoa màu : hoa trắng Kiểu tương tác giải thích chuỗi phản ứng enzim sau: gen A gen B EA EB S (màu trắng) S1 (màu trắng) P (sắc tố antoxian) Trong tế bào có q trình biến tiền chất S khơng màu (trắng) thành sản phẩm S1 nhờ enzim EA, S1 tiếp tục biến đổi thành P (sắc tố antoxian) nhờ enzim EB làm cho hoa có màu Alen A tạo sản phẩm EA có hoạt tính xúc tác cho phản ứng biến S thành S1 Alen a tạo sản phẩm Ea khơng có hoạt tính, khơng xúc tác cho phản ứng biến S thành S1 Alen B tạo sản phẩm EB có hoạt tính xúc tác cho phản ứng biến S1 thành P Alen b tạo sản phẩm Eb khơng có hoạt tính, khơng xúc tác cho phản ứng biến S1 thành P Vì kiểu gen (A-B-) có mặt đồng thời gen A B, tạo enzim EA (tổng hợp từ gen A) EB (tổng hợp từ gen B) biến tiền chất S thành sản phẩm P (antoxian), hoa có màu Kiểu gen aaB- không tạo enzim EA, không biến tiền chất thành S1 → kiểu hình hoa màu trắng Kiểu gen A-bb khơng tạo enzim EB, tạo S1 S1 không biến đổi thành P (antơxian) → kiểu hình hoa màu trắng Kiểu gen aabb không tạo enzim EA, EB mà tạo enzim Ea, Eb khơng có hoạt tính → khơng biến tiền chất thành S1 P → kiểu hình hoa màu trắng - Tỉ lệ : : Ví dụ: P  (hoa trắng) AAbb aaBB (hoa trắng) AaBb (hoa hồng) F1 F1  F1 → F2 : 9A-B- : 3A-bb : 3aaB- : 1aabb Kiểu hình hoa đỏ : hoa hồng : hoa trắng Có thể giải thích sau: Gen A EA P (sắc tố antoxian) S (màu trắng) Gen B EB S (màu trắng) P (sắc tố antoxian) Cả gen A B tổng hợp enzim EA EB có hoạt tính biến đổi tiền chất khơng màu thành sắc tố quy định màu hồng Các alen a b tổng hợp enzim Ea Eb khơng có hoạt tính, khơng xúc tác biến S thành P Khi có mặt A B, lượng enzim tạo → sản phẩm sắc tố đỏ tạo → hoa có màu hồng Khi có mặt A B lượng sản phẩm sắc tố đỏ tạo nhiều → hoa có màu đỏ Tương tác át chế : - Tỉ lệ 13 : Ví dụ: Ở chuột: P AAbb (lơng trắng)  aaBB (lông nâu) F1 AaBb (lông trắng) F2 A-B- : 3A-bb : 1aabb : 3aaB- Kiểu hình: Quy ước: 13 lông trắng : lông nâu A át, aa không át B – nâu, b - trắng Có thể giải thích sở sinh hố sơ đồ sau: Gen A PA _ _ Gen B EB S (màu trắng) P (sắc tố nâu) (Dấu – ức chế) Bình thường tế bào gen B tạo sản phẩm EB có hoạt tính, xúc tác cho q trình biến tiền chất S (màu trắng) thành sản phẩm P (sắc tố nâu) Alen b tạo sản phẩm khơng có hoạt tính, khơng có khả xúc tác cho phản ứng biến S thành P Khi có mặt gen A tạo sản phẩm PA có khả ức chế biểu gen B cách: Tương tác với protein điều hoà làm cho protein điều hoà gắn vào vùng vận hành gen B, ngăn cản trình phiên mã, dịch mã gen B không tạo sản phẩm EB; tương tác với enzim EB làm thay đổi cấu hình khơng gian EB làm cho EB hoạt tính xúc tác khơng biến S thành P Alen a tạo sản phẩm Pa khơng có hoạt tính, khơng có khả ức chế hoạt động gen B Vì vậy, kiểu gen khơng có mặt A tính trạng B quy định biểu Như vậy, kiểu gen A-B- ; A-bb ; aabb : màu trắng kiểu gen aaB- : màu nâu - Tỉ lệ 12 : : Ví dụ: Ở thỏ P AAbb (lông trắng)  aaBB (lông đen) F1 AaBb (lông trắng) F2 A-B- : 3A-bb : aaB- : 1aabb Kiểu hình: Quy ước: 12 ơng trắng : lông đen : lông xám A át, aa khơng át B lơng đen, b lơng xám Có thể giải thích sở sinh hố sau: Gen B Gen A PA _ _ EB P1 (sắc tố đen) S (màu trắng) Gen b Gen A PA _ _ S (màu trắng) Eb P2 (sắc tố xám) Gen B tổng hợp enzim EB biến S thành sản phẩm P1 (sắc tố đen), b tổng hợp Eb xúc tác biến S thành P2 (sắc tố xám) Cũng giải thích hoạt tính EB mạnh hơn, tạo nhiều sắc tố → lơng có màu đen, Eb xúc tác tạo sắc tố → lơng có màu xám Gen A tạo sản phẩm PA có hoạt tính, có khả ức chế biểu gen B b cách tương tác với gen B b sản phẩm gen B (EB) b (Eb) (giải thích tương tự trường hợp 13 : 3) → kiểu gen có A S khơng biến thành sắc tố (P1, P2) → lơng có màu trắng Alen a tạo sản phẩm Pa khơng có hoạt tính, khơng có khả ức chế hoạt động gen B b Vì vậy, kiểu gen khơng có mặt A tính trạng B b quy định biểu Như vậy, kiểu gen A-B- , A-bb: màu trắng; kiểu gen aaB- : màu nâu; kiểu gen aabb: màu xám III Một số tập minh hoạ: Bài Ở loài thực vật, màu sắc hoa tác động hai cặp gen (A,a B,b) phân li độc lập Gen A gen B tác động đến hình thành màu sắc hoa theo sơ đồ: gen A gen B Enzim A Chất không màu gen B Enzim B Chất không màu Sắc tố đỏ Các alen a b khơng có chức Lai hai hoa trắng (khơng có sắc tố đỏ) chủng thu F1 gồm toàn có hoa đỏ Cho F1 tự thụ phấn, tỉ lệ kiểu hình thu F2 A hoa đỏ : hoa trắng B hoa đỏ : hoa trắng C 15 hoa đỏ : hoa trắng D 13 hoa đỏ : hoa trắng (Đề thi đại học năm 2009) Đáp án: B Hướng dẫn: Với tập này, học sinh không hiểu chuỗi phản ứng sinh hố khơng nhận biết chế tương tác khó chọn đáp án Khi hiểu chế phản ứng sinh hoá, học sinh dẽ dàng nhận biết phương án phương án B Vì: Chỉ có mặt alen A B tạo enzim A enzim B biến tiền chất thành sắc tố đỏ, làm hoa có màu đỏ Khi vắng mặt A B vắng A B khơng tạo enzim để biến tiền chất thành sắc tố đỏ Bài Ở lồi hoa có gen phân li độc lập kiểm sốt hình thành sắc tố đỏ hoa k+, l+, m+ Ba gen hoạt động đường hoá sinh sau: k+ Chất không màu l+ Chất không màu m+ Sắc tố vàng cam Sắc tố đỏ Các alen đột biến cho chức khác thường alen k, l, m mà alen lặn so với alen dại Một hoa đỏ đồng hợp alen dại lai với không màu đồng hợp alen đột biến lặn Tất F1 có hoa màu đỏ Sau cho F1 giao phấn với để tạo F2 Hãy xác định tỉ lệ F2 có: a Hoa màu vàng cam b Hoa màu đỏ c Hoa không màu (Đề thi HSG quốc gia năm 2001) Hướng dẫn: Theo sơ đồ sinh hóa kiểu tương tác bổ trợ P k+k+l+l+m+m+  kkllmm → F1 k+kl+lm+m a Để tạo thành kiểu hình màu vàng cam cần điều kiện: - Ít phải có alen dại k+ để phản ứng: Chất khơng màu → chất khơng màu xảy - Ít phải có alen dại l+ để phản ứng: Chất không màu → sắc tố vàng cam xảy - Cá thể phải m/m để phản ứng: Sắc tố vàng cam → Sắc tố đỏ khơng xảy Như vậy, kiểu hình vàng cam kết kiểu gen: k+-l+-mm Từ phép lai F1  F1, tỉ lệ kiểu gen là: 3/4  3/4  1/4 = 9/64 b Các hoa đỏ có kiểu gen k+-l+-m+ tỉ lệ có hoa màu đỏ là: 3/4  3/4  3/4 = 27/64 c Tỉ lệ có hoa khơng màu: – 27/64 – 9/64 = 28/64 Có thể tính tỉ lệ loại kiểu gen F2 cho hoa không màu cộng lại Bài Cho kiểu gen kiểu hình t-ơng ứng d-ới : AB :màu xám Abb : bạch tạng aaB : đen aabb : bạch tạng Quá trình sinh hoá giải thích t-ợng : A Sản phẩm gen B Tiền chất không màu Sản phẩm gen A sắc tố xám Sản phẩm gen B sắc tố đen Sản phẩm gen A B Tiền chất không màu sắc tố đen sắc tố xám 10 Sản phẩm gen A C Tiền chất không màu Sản phẩm gen B sắc tố xám sắc tố đen Sản phẩm gen B Sản phẩm không màu product of A gene D Sản phẩm gen A Sắc tố đen Sắc tố xám agouti (Đề thi olympic sinh học quốc tế năm 2008) Đáp án: B Hướng dẫn: Q trình sinh hố giải thích tượng sơ đồ B, vì: - Từ tiền chất khơng màu tác dụng sản phẩm gen B (enzim B) tạo sắc tố đen - Sắc tố đen tác dụng sản phẩm gen A (enzim A) tạo sắc tố xám Phần III KẾT LUẬN Sau giảng dạy, kiểm tra, đánh giá thấy hiểu đựơc chế phân tử quy luật di truyền tương tác gen thơng qua phản ứng sinh hố, học sinh giải tốn cách dễ dàng hơn, biết tư linh hoạt tình khác khơng làm tập cách máy móc Điều làm tăng hiệu việc dạy học đặc biệt hiệu kì thi đại học, thi HSG quốc gia quốc tế Ngoài ra, em hiểu chế sinh hố em hiểu đời sống hàng ngày, loại bệnh có nhiều nguyên nhân gây nên, mơi trường, gen khác gây nên Vì vậy, cách chữa trị phải thận trọng 11 Tài liệu tham khảo §inh Quang Báo, Nguyễn Đức Thành (1998), Lý luận dạy học sinh học (phần đại c-ơng), NXB Giáo dục Vũ Văn Vụ, Vũ Đức L-u, Nguyễn Nh- Hiền, Ngô Văn H-ng, Nguyễn Đình Quyến, Trần Quý Thắng (2006), Sinh học 10 Nâng cao, SGK & SGV, NXB Giáo dục Vũ Văn Vụ, Nguyễn Nh- Hiền,Vũ Đức L-u, Trịnh Đình Đạt, Chu Văn Mẫn, Vũ Trung Tạng, (2008), Sinh học 12 Nâng cao, SGK & SGV, NXB Giáo dục Phạm Thành Hổ (2000), Di truyền học, NXB Giáo dục Đề thi học sinh giỏi quốc gia, quốc tế môn Sinh học từ năm 1997 – 2010 12 ... Kiến thức để giải thích quy luật tương tác gen Để giải thích sở phân tử kiểu tương tác gen ta cần lưu ý: - Sự tương tác xảy sản phẩm gen với gen khác sản phẩm gen khác - Sản phẩm gen thường prôtêin. . .Sử dụng kiến thức prơtêin enzim để giải thích sở phân tử quy luật tương tác gen Phần I ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đề thi Đại học đặc biệt... số enzim tập hợp thành cụm (phức) enzim xúc tác chuỗi phản ứng theo trình tự định II Giải thích sở sinh hố quy luật tương tác gen Trên sở hiểu biết prôtêin enzim xin đưa số giả thuyết giải thích