Tổng hợp lí thuyết và công thức phần ADN

Tổng hợp lí thuyết cơng thức phần ADN - Phiên mã - Dịch mã Điện thoại độc lạ 2TEKVN tháng 24, 2013 Di truyền, Luyện thi Đại học I - CẤU TRÚC & CƠ CHẾ TỰ NHÂN ĐÔI ADN Cấu trúc ADN Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân nuclêơtit Nuclêơtit có chiều dài 3,4Å, khối lượng 300 đvC Gồm phần: + Đường đêơxiribơzơ (đường pentơzơ 5C) + Nhóm phơtphat: liên kết với C5’ đường + Bazơ nitơ liên kết với C1’ đường Có loại: A (ađênin), T (timin), G (guanin), X (xitôzin) Các nuclêôtit liên kết liên kết với nhau: + Theo chiều dọc: đường nuclêôtit liên kết với nhóm phơtphat nuclêơtit tạo nên chuỗi pôlinuclêôtit + Theo chiều ngang: mạch pôlinuclêôtit liên kết với liên kết hiđrô bazơ nitơ theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T liên kết hiđrô (A=T), G liên kết với X liên kết hiđrô (G≡X) Phân tử ADN có cấu tạo dạng xoắn kép, chu kì xoắn có chiều dài 34Å, gồm 20 nu Số lượng, thành phần cách xếp nuclêôtit định tính đặc thù đa dạng ADN Trong ADN, mạch bổ sung nhau, nên số Nu chiều dài mạch Trong mạch, A T G X, không liên kết bổ sung nên không thiết phải Sự bổ sung có mạch: A mạch bổ sung với T mạch kia, G mạch bổ sung với X mạch Vì vậy, số nu loại mạch số nu loại bổ sung mạch N = A + T+ G +X Theo nguyên tắc bổ sung: A = T, G = X => N = 2A + 2G = 2T + 2X = 2(A+ G) Số nu loại ADN số nu loại mạch: A =T = A1 + A2 = T1 + T2 = A1 + T1 = A2 + T2 G =X = G1 + G2 = X1 + X2 = G1 + X1 = G2 + X2 A + G = N/2 Tổng loại nu khác nhóm bổ sung ln ln nửa số nu ADN 50% số nu ADN Vì vậy, biết : + Tổng loại nu = N/2 50% loại nu phải khác nhóm bổ sung (A+G, A+X, T+G, T+X) + Tổng loại nu khác N/2 khác 50% loại nu phải nhóm bổ sung (A+T, G+X) %A +%G =50%N %A = %T = (%A1 + %A2)/2 = (%T1 + %T2)/2 %G = %X = (%G1 + %G2)/2 = (%X1 + %X2)/2 - Một chu kì xoắn gồm 10 cặp nu = 20 nu C = N/20 => N = C × 20 Một nu có khối lượng trung bình 300 đvC => M = N × 300đvC Phân tử ADN chuỗi gồm mạch đơn chạy song song xoắn đặn quanh trục, chiều dài ADN chiều dài mạch chiều dài trục Mỗi mạch có nuclêơtit, độ dài nu 3,4 Å => L = N/2 × 3,4 Å => N = (L/3,4) × nu Đơn vị thường dùng:1m =103mm=106µm (micrơmet)=109 nm (nanơmet)=1010 Å (angstron) Theo ngun tắc bổ sung + A mạch nối với T mạch liên kết hiđrô + G mạch nối với X mạch liên kết hiđrô Vậy số liên kết hiđrô gen là: H = 2A + 3G = 2T + 3X = N + G = N + X - Số liên kết hóa trị Đ – P ADN Trong mạch đơn: + nuclêôtit nối với liên kết hóa trị + nuclêơtit nối liên kết hóa trị… => N/2 nuclêôtit nối N/2 - liên kết hóa trị => Số liên kết hóa trị nối nuclêôtit với mạch 2(N/2 -1) = N - Trong nuclêơtit: nhóm phơtphat đường nối với liên kết hóa trị => Số liên kết hóa trị nối nhóm phơtphat đường nuclêơtit có mạch N => Số liên kết hóa trị Đ – P ADN là: HT = (N – 2) + N = 2(N – 1) Gen cấu trúc Gen đoạn ADN mang thơng tin mã hố chuỗi pôlipeptit hay phân tử ARN Cấu trúc chung gen cấu trúc: gồm phần 3’ Mạch mã gốc 5’ Vùng điều hồ Vùng mã hố Vùng kết thúc 5’ Mạch bổ sung 3’ + Vùng điều hòa: nằm đầu 3’ mạch gốc Có trình tự nuclêơtit đặc biệt giúp ARN pôlimeraza nhận biết liên kết => khởi động phiên mã Chứa trình tự nuclêơtit điều hồ phiên mã + Vùng mã hố: mang thơng tin mã hoá axit amin Sinh vật nhân sơ: vùng mã hố liên tục (gen khơng phân mảnh) Sinh vật nhân thực: vùng mã hố khơng liên tục (gen phân mảnh) xen kẽ đoạn mã hố axit amin (êxơn) đoạn khơng mã hố axit amin (intrơn) + Vùng kết thúc: nằm đầu 5’ mạch gốc, mang tín hiệu kết thúc phiên mã Cơ chế tự nhân đôi ADN Thời điểm: trước tế bào bước vào giai đoạn phân chia, tạo nhiễm sắc thể kép gồm crômatit Diễn biến + Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN: Nhờ enzim tháo xoắn, hai mạch đơn phân tử ADN tách dần tạo nên chạc chữ Y để lộ hai mạch khuôn + Bước 2: Tổng hợp mạch ADN theo nguyên tắc bổ sung: A=T, G≡X Enzim ADN pôlimeraza tổng hợp mạch theo chiều 5’ – 3’ Trên mạch khuôn 3’=>5’: mạch bổ sung tổng hợp liên tục Trên mạch khuôn 5’=>3’: mạch bổ sung tổng hợp ngắt quãng tạo đoạn Okazaki Các đoạn Okazaki nối lại với nhờ enzim nối + Bước 3: Hai phân tử ADN tạo thành theo nguyên tắc bán bảo tồn: phân tử ADN tạo thành mạch mạch ADN ban đầu Q trình nhân đơi ADN diễn theo nguyên tắc bổ sung nguyên tắc bán bảo tồn Nhờ đó, hai phân tử ADN tạo hoàn toàn giống giống với phân tử ADN mẹ ADN mẹ qua đợt tự nhân đôi tạo 2= 21 ADN ADN mẹ qua đợt tự nhân đôi tạo 4= 22 ADN ADN mẹ qua đợt tự nhân đôi tạo 8= 23 ADN ADN mẹ qua x đợt tự nhân đôi tạo 2x ADN = > Qua x đợt tự nhân đôi tổng số ADN = 2x Dù đợt tự nhân đôi nào, số ADN tạo từ ADN ban đầu, có ADN mà ADN có chứa mạch cũ ADN mẹ Vì số ADN lại có mạch cấu thành hồn tồn từ nu mơi trường nội bào => Số ADN có mạch hồn tồn= 2x– Khi ADN tự nhân đơi hồn toàn mạch liên kết nu tự theo NTBS: AADN nối với TTự dovà ngược lại; GADN nối với XTự ngược lại Vì số nu tự loại cần dùng số nu mà loại bổ sung: Atd =Ttd = A = T; Gtd = Xtd = G = X Số nu tự cần dùng số nu ADN: Ntd = N Số nu tự cần dùng ADN trải qua x đợt tự nhân đôi tổng số nu sau coup ADN trừ số nu ban đầu ADN mẹ + Tổng số nu sau ADN con: N.2x + Số nu ban đầu ADN mẹ: N => Tổng số nu tự cần dùng cho ADN qua x đợt tự nhân đôi: ∑Ntd = N.2x – N = N(2x –1) Số nu tự loại cần dùng là: ∑Atd = ∑Ttd = A(2x –1) ∑Gtd = ∑Xtd = G(2x –1) Nếu tính số nu tự ADN mà có mạch hồn tòan : ∑Ntd = N(2x – 2) ∑Atd = ∑Ttd = A(2x – 2) ∑Gtd = ∑Xtd = G(2x – 2) II- CẤU TRÚC & CƠ CHẾ TỔNG HỢP ARN (PHIÊN MÃ) Cấu trúc ARN ARN thông tin (memory – mARN): + Dùng làm khn cho q trình tổng hợp prơtêin nên có cấu tạo mạch thẳng Trên ARN có mã di truyền ba mã hoá (cođon) axit amin prôtêin, mã di truyền tương ứng với ba nuclêôtit ADN (triplet) + Ở đầu 5’ gần ba mở đầu có trình tự nuclêơtit đặc hiệu để ribôxôm nhận biết gắn vào + Sau tổng hợp prôtêin, mARN enzim phân huỷ ARN vận chuyển (transport – tARN): + Mang axit amin đầu 3’ tới ribôxôm để tổng hợp prôtêin + Có ba đối mã (anticơđon) nhận bắt đôi bổ sung với mã ba mARN => tham gia dịch trình tự mã ba mARN thành trình tự axit amin chuỗi pôlipeptit ARN ribôxôm (ribosome – rARN): + Kết hợp với prôtein tạo nên ribôxôm gồm hai tiểu đơn vị tồn riêng rẽ tế bào chất, tổng hợp prôtêin chúng liên kết với thành prôtêin hoạt động chức Cơ chế tổng hợp ARN (phiên mã) Khởi đầu phiên mã: ARN pôlimeraza bám vào vùng điều hồ, gen tháo xoắn, mạch gốc có chiều 3’=>5’ lộ trình phiên mã bắt đầu vị trí đặc hiệu Đặc điểm phiên mã: theo chiều 5’=>3’, theo nguyên tắc bổ sung Khi tới cuối gen, gặp tín hiệu kết thúc enzim ngừng phiên mã Kết quả: + Sau phiên mã tế bào nhân sơ: tạo thành mARN trưởng thành sử dụng trực tiếp làm khuôn để tổng hợp prôtêin + Sau phiên mã tế bào nhân thực: tạo mARN sơ khai, phải cắt bỏ intron, nối êxon lại thành mARN trưởng thành qua màng nhân tế bào chất làm khuôn tổng hợp prôtêin Trong ARN A U G X không liên kết bổ sung nên không thiết phải Sự bổ sung có A, U, G, X ARN với T, A, X, G mạch gốc ADN Vì số ribơnu loại ARN số nu bổ sung mạch gốc ADN rA = T gốc ; rU = A gốc; rG = X gốc; rX = G gốc - Chú ý: Ngược lại, số lượng tỉ lệ % loại nu ADN tính sau: + Số lượng: A = T = rA + rU; G = X = rG + rX + Tỉ lệ %: % A = %T = (%rA + %rU)/2 ; %G = % X = (%rG + %rX)/2 ARN thường gồm loại ribônu: A, U, G, X tổng hợp từ mạch ADN theo nguyên tắc bổ sung => Số ribônu ARN số nu mạch AND: rN= rA + rU + rG + rX = N/2 Một ribơnu có khối lượng trung bình 300 đvC, nên: MARN = rN.300 đvC = (N/2).300 đvC ARN gồm có mạch rN với độ dài nu 3,4Å Vì chiều dài ARN chiều dài ADN tổng hợp nên ARN => LARN = LADN = rN × 3,4Å = N/2 × 3,4 Å Trong mạch ARN: ribônu nối liên kết hố trị ribơnu nối liên kết hoá trị… => Số liên kết hoá trị nối ribơnu = rN – Trong ribơnu có liên kết hố trị gắn thành phần nhóm phơtphhat vào đường Do số liên kết hóa trị loại có ARN = rN => Số liên kết hoá trị Đ – P ARN: HTARN = rN – + rN = 2.rN – Khi tổng hợp ARN, mạch gốc ADN làm khuôn mẫu liên ribônu tự theo NTBS : Ag = UARN Tg = AARN Gg = XARN Xg = GARN => Số ribônu tự loại cần dùng số nu loại mà bổ sung mạch gốc ADN rAtd = Tg rUtd = Ag rGtd = Gg rXtd = Xg => Số ribônu tự loại cần dùng số nu mạch ADN: rNtd = N/2 Mỗi lần phiên mã tạo nên phân tử ARN nên số phân tử ARN sinh từ gen số lần phiên mã gen => Số phân tử ARN = Số lần phiên mã = k Số ribônu tự cần dùng số ribơnu cấu thành phân tử ARN Vì qua k lần phiên mã tạo thành phân tử ARN tổng số ribơnu tự cần dùng là: ∑rNtd = k.rN + Suy luận tương tự , số ribônu tự loại cần dùng : ∑rAtd = k.rA = k.Tg ∑rUtd = k.rU = k.Ag ∑rGtd = k.rG = k.Xg ∑rXtd = k.rX = k.Gg * Chú ý: Khi biết số ribônu tự cần dùng loại: + Muốn xác định mạch khuôn mẫu số lần mã chia số ribơnu cho số nu loại bổ sung mạch mạch ADN => Số lần mã phải ước số số ribbơnu số nu loại bổ sung mạch khuôn mẫu + Trong trường hợp vào loại ribônu tự cần dùng mà chưa đủ xác định mạch gốc, cần có số ribơnu tự loại khác số lần mã phải ước số chung só ribơnu tự loại cần dùng với số nu loại bổ sung mạch gốc - Số liên kết hiđrô: Hphá vỡ = HADN Hhình thành = HADN => Hđứt = Hhình thành = HADN - Số liên kết hố trị: HThình thành = rN – - Tổng số liên kết hiđrơ bị phá vỡ: ∑Hphá vỡ = k×HADN - Tổng số liên kết hố trị hình thành : ∑HThình thành = k×(rN – 1) Số mã di truyền = N/(2x3) = rN/3 Số ba mã hóa = Số mã di truyền – (vì mã kết thúc khơng mã hoá) Số kiểu ba = (Số loại nu mạch gốc)3 = (Số loại ribơnu mARN)3 III- PRƠTÊIN & Q TRÌNH TỔNG HỢP PRƠTÊIN (DỊCH MÃ) Cấu trúc prôtêin Định nghĩa: Prôtêin đại phân tử hữu có cấu trúc đa phân với đơn phân axit amin Có 20 loại axit amin khác Số lượng, thành phần, trình tự xếp 20 axit amin khác => prôtêin khác Cấu trúc bậc 1: Bậc thấp nhất, đơn giản Là trình tự xếp axit amin với liên kết peptit => chuỗi polipeptit - Cấu trúc bậc 2: Cấu trúc bậc co xoắn a gấp nếp b - Cấu trúc bậc 3: Cấu trúc bậc tiếp tục xoắn Cấu trúc bậc 4: Các chuỗi polypeptit liên kết với nhau, cuộn lại tạo cấu trúc bậc Prôtêin cấu tạo từ chuỗi pôlypeptit trở lên có cấu trúc bậc Quá trình tổng hợp prơtêin (dịch mã) a Hoạt hóa axit amin + Điều kiện: enzim đặc hiệu, ATP + Nguyên liệu: axit amin, tARN tương ứng + Kết quả: tạo nên phức hợp aa-tARN b Tổng hợp chuỗi pôlipeptit Mở đầu + Tiểu đơn vị bé ribôxôm gắn với mARN vị trí đặc hiệu + Phức hợp Met-tARN bổ sung với côđon mở đầu (AUG) + Tiểu đơn vị lớn ribơxơm kết hợp tạo ribơxơm hồn chỉnh + Thường mARN gắn với nhóm ribơxơm gọi polisome giúp tăng hiệu phiên mã Kéo dài + Phức hợp aa – tARN gắn với côđon thứ + Ribôxôm khung đỡ mARN phức hợp aa-tARN + Khi aa liên kết với nhau, ribôxôm dịch côđon để đỡ phức hợp aa-tARN Kết thúc + Khi ribôxôm tiếp xúc mã kết thúc (UAG) Sau dịch mã + Axit amin mở đầu cắt khỏi chuỗi pôlipeptit tổng hợp + Chuỗi pơlipeptit tiếp tục hình thành cấu trúc bậc cao hơn, trở thành prơtêin có hoạt tính sinh học Ngồi mã kết thúc khơng mã hóa axit amin, mã mở đầu có mã hóa axit amin, axit amin không tham gia vào cấu trúc phân tử prôtêin => Số axit amin phân tử prôtêin là: rN/3 - Số axit amin môi trường cung cấp (số axit amin cần)= (số ba –1) × Số phân tử prôtêin - Số liên kết peptit = Số phân tử nước = (số ba –2) × Số phân tử prôtêin  ... ADN ADN mẹ qua đợt tự nhân đôi tạo 8= 23 ADN ADN mẹ qua x đợt tự nhân đôi tạo 2x ADN = > Qua x đợt tự nhân đôi tổng số ADN = 2x Dù đợt tự nhân đôi nào, số ADN tạo từ ADN ban đầu, có ADN mà ADN. .. mạch khuôn + Bước 2: Tổng hợp mạch ADN theo nguyên tắc bổ sung: A=T, G≡X Enzim ADN pôlimeraza tổng hợp mạch theo chiều 5’ – 3’ Trên mạch khuôn 3’=>5’: mạch bổ sung tổng hợp liên tục Trên mạch... trải qua x đợt tự nhân đôi tổng số nu sau coup ADN trừ số nu ban đầu ADN mẹ + Tổng số nu sau ADN con: N.2x + Số nu ban đầu ADN mẹ: N => Tổng số nu tự cần dùng cho ADN qua x đợt tự nhân đôi: ∑Ntd