Bồi dưỡng HSG Sinh học 9 Chương III

BDHSG – Trường THCS Lam Sơn CHƯƠNG III: ADN VÀ GEN I ADN VÀ BẢN CHẤT CỦA GEN Trình bày cấu tạo hóa học phân tử ADN − − − − − − − ADN (Axit Đêôxiribônuclêic) loại axit nuclêic, cấu tạo từ nguyên tố: C, H, O, N P ADN đại phân tử, có kích thước lớn, dài đến hàng trăm µm (micrômét) khối lượng lớn đạt đến hàng triệu, hàng chục triệu đơn vị cacbon (đvC) ADN cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm hàng vạn đến hàng triệu đơn phân Đơn phân nuclêôtit gồm loại: ênin (A), timin (T), xitôzin (X) guanin (G) Các nuclêôtit liên kết với theo chiều dọc, chúng xếp theo nhiều cách khác tạo vô số loại ADN khác ADN loài đặc thù thành phần, số lượng trình tự xếp nuclêôtit ADN đa dạng trình tự xếp khác loại nuclêôtit mạch đơn VD: đọan mạch ADN có 20 nuclêôtit có đến 20 cách xếp khác Tính đa dạng tính đặc thù ADN sở phân tử cho tính đa dạng đặc thù loài sinh vật Trong tế bào, ADN chủ yếu tập trung nhân có khối lượng ổn định, đặc trưng cho loài Trong giao tử, hàm lượng ADN giảm nửa, sau thụ tinh phục hồi hợp tử VD: hàm lượng ADN nhân tế bào lưỡng bội người 6,6.10 -12g, tinh trùng hay trứng 3,3.10-12g Trình bày cấu trúc không gian phân tử ADN − − − − ADN chuỗi xoắn kép gồm mạch đơn song song, xoắn quanh trục theo chiều từ trái sang phải (xoắn phải), ngược chiều kim đồng hồ Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nuclêôtit có chiều cao 34 Å Đường kính vòng xoắn 20 Å (ăngstrong) Các nuclêôtit mạch đơn liên kết liên kết hiđrô tạo thành cặp theo nguyên tắc bổ sung (NTBS): A liên kết với T liên kết hiđrô, G liên kết với X liên kết hiđrô Do NTBS cặp nuclêôtit đưa đến tính chất bổ sung mạch đơn Hệ NTBS biết trình tự xếp nuclêôtit mạch đơn suy trình tự nuclêôtit mạch lại Về mặt số lượng đơn phân , theo NTBS: soá A = soá T, soá G = soá X, đó: A+ G = T+X Tỉ số (A+T) / (G+X) ADN khác khác đặc trưng cho loài Hệ nguyên tắc bổ sung thể điểm nào? Hệ nguyên tắc bổ sung thể điểm sau: − Tính chất bổ sung mạch, biết trình tự đơn phân mạch suy trình tự đơn phân cuả mạch lại _ Về mặt số lượng tỉ lệ loại đơn phân ADN: A = T, G = X → A + G=T+X ⇒A + G / T +X=1 GV: Nguyễn Thị Mỹ Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn Mô tả sơ lược trình tự nhân đôi ADN (quá trình tự sao) − − ADN có đặc tính quan trọng tự nhân đôi mẫu Quá trình tự nhân đôi ADN diễn nhân tế bào, NST kì trung gian, lúc NST dạng sợi mảnh dãn xoắn * Cơ chế: − Khi bắt đầu trình tự nhân đôi, tác dụng enzim, phân tử ADN tháo xoắn, mạch đơn tách dần Tách đến đâu, nuclêôtit mạch đơn liên kết với nuclêôtit tự môi trường nội bào theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết T, G liên kết X ngược lại) để hình − * − − thành mạch Mạch ADN hình thành dần mạch khuôn ADN mẹ ngược chiều Kết thúc trình tự nhân đôi, phân tử ADN hình thành đóng xoắn, chúng giống hệt giống hệt ADN mẹ Quá trình tự nhân đôi ADN diễn theo nguyên tắc: Nguyên tắc bổ sung: mạch ADN tổng hợp mạch khuôn ADN mẹ Các nuclêôtit mạch khuôn liên kết với nuclêôtit tự môi trường nội bào theo NTBS: A liên kết với T hay ngược lại, G liên kết với X hay ngược lại Nguyên tắc giữ lại nửa (bán bảo toàn): ADN có mạch ADN mẹ (mạch cũ), mạch lại mạch tổng hợp Đây nguyên tắc bảo đảm ADN giống ADN mẹ Giải thích ADN tạo qua chế nhân đôi lại giống ADN mẹ? − Qua nhân đôi, ADN tạo giống ADN mẹ NTBS qui định liên kết nuclêôtit môi trường với nuclêôtit mạch khuôn sau: + A mạch khuôn liên kết với T môi trường + T mạch khuôn liên kết với A môi trường + G mạch khuôn liên kết với X môi trường + X mạch khuôn liên kết với G môi trường − Mặt khác, nguyên tắc khuôn mẫu: mạch tách mạch ADN làm khuôn mẫu để tổng hợp nên mạch Nêu chất hóa học chức gen a Bản chất hóa học gen: − Bản chất hóa học gen ADN Mỗi gen cấu trúc đọan mạch phân tử ADN mang thông tin qui định cấu trúc loại prôtêin Trung bình gen có khoảng 600 – 1500 cặp nuclêôtit có trình tự xác định − Tế bào loài thường chứa nhiều gen VD: ruồi giấm có 4000 gen, người có 35 vạn gen b Chức năng: − Gen mang thông tin di truyền qui định cấu trúc loại prôtêin, từ qui định tính trạng − Sự biến đổi cấu trúc cuả gen làm thay đổi cấu trúc ADN tương ứng, từ tổng hợp nên prôtêin làm thay đổi tính trạng Chức ADN: ADN xem sở vật chất di truyền cấp độ phân tử nhờ thực chức sau: − Lưu giữ thông tin di truyền (thông tin cấu trúc prôtêin) GV: Nguyễn Thị Mỹ Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn − Truyền đạt thông tin di truyền qua hệ tế bào hệ thể nhờ đặc tính tự nhân đôi II MỐI QUAN HỆ GIỮA GEN VÀ ARN Cấu trúc ARN ( Axit Ribônuclêic): − − ARN loại axit nuclêic, cấu tạo từ nguyên tố C, H, O, N P ARN thuộc loại đại phân tử kích thước khối lượng nhỏ nhiều so với ADN ARN cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm hàng trăm, hàng ngàn đơn phân Đơn phân ribônuclêôtit, có loại: ênin (A), uraxin (U), xitôzin (X), guanin (G) Các đơn phân liên kết tạo thành chuỗi xoắn đơn Các ARN phân biệt số lượng, thành phần trật tự xếp đơn phân Vì vậy, từ loại đơn phân tạo nên vô số phân tử ARN − − Chức ARN: Tùy theo chức năng, có loại: − mARN (ARN thông tin) (chiếm khỏang - 5% tổng số ARN tế bào): truyền đạt thông tin qui định cấu trúc prôtêin cần tổng hợp, khuôn mẫu tổng hợp prôtêin tARN (ARN vận chuyển) (chiếm khoảng 10 - 20% ARN tế bào): vận chuyển axit amin tương ứng đến mARN ribôxôm để trực tiếp tham gia trình tổng hợp prôtêin rARN (ARN ribôxôm) (chiếm khoảng 70 - 80% ARN tế bào): thành phần cấu tạo chủ yếu ribôxôm (nơi tổng hợp prôtêin) − − 10 So sánh ADN, mARN ARN cấu tạo chức a Giống nhau: * Về cấu tạo: − Đều đại phân tử, có cấu trúc đa phân − Đơn phân nuclêôtit Có loại nuclêôtit giống A, G, X − Đều cấu tạo nguyên tố C, H, O, N P * Về chức năng: − Đều có chức trình tổng hợp prôtêin để truyền đạt thông tin di truyền b Khác nhau: - Cấ u t a ï o Chư ùc nă ng - - ADN Chuỗi xoắn kép gồm mạch đơn Có kích thước, khối lượng phân tử lớn Đơn phân là: A, T, G, X Đường C5H10O4 - - - mARN Mạch đơn thẳng Có kích thước, khối lượng phân tử nhỏ Đơn phân là: A, U, G, X Đường C5H10O5 - - - - - Là mã Lưu giữ, bảo quản khuôn mẫu ADN, truyền đạt thông tin di mang thông tin di truyền truyền từ nhân tế bào chất Có khả tự Không có khả điều khiển - - ARN Chuỗi xoắn đơn Có kích thước, khối lượng phân tử nhỏ Đơn phân là: A, U, G, X Đường C5H10O5 Tùy loại mà có chức khác nhau: + mARN: caâu + tARN: caâu + rARN: câu GV: Nguyễn Thị Mỹ Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn - - trình mã tự Điều khiển hoạt động Trực tiếp tham gia tế bào thông qua giải mã, điều khiển chế đóng mở gen trình tổng hợp Tồn qua prôtêin hệ tế bào hệ sinh vật nhờ đặc - Chỉ tồn thời gian tính tự nhân đôi ngắn đời sống tế bào, bị phân hủy sau vài lần tổng hợp prôtêin rA RN: câu 11 Trình bày trình tổng hợp ARN (quá trình phiên mã), trình dựa nguyên tắc nào? − Quá trình tổng hợp loại ARN diễn nhân tế bào, thuộc kì trung gian NST dạng sợi mảnh chưa xoắn − Cơ chế: + Các loại ARN tổng hợp dựa khuôn mẫu ADN tác động enzim Khi bắt đầu tổng hợp, gen (1 đọan ADN) tháo xoắn tách dần mạch đơn, đồng thời nuclêôtit mạch khuôn vừa tách liên kết với nuclêôtit tự môi trường nội bào thành cặp theo NTBS (A liên kết với U, T liên kết với A, G liên kết với X X liên kết với G) để hình thành dần phân tử ARN + Khi kết thúc trình phiên mã, phân tử ARN tách khỏi gen Nếu trình tổng hợp mARN, phân tử ARN rời khỏi nhân tế bào chất để tham gia tổng hợp prôtêin Nếu trình tổng hợp tARN hay rARN phân tử ARN tiếp tục hoàn thiện mạch nuclêôtit để hình thành phân tử tARN hay rARN hoàn chỉnh 12 Quá trình tổng hợp ARN dựa nguyên tắc nào? − Quá trình tổng hợp ARN dựa khuôn mẫu mạch đơn gen − Các nuclêôtit mạch khuôn liên kết với nuclêôtit tự môi trường nội bào theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với U, T liên kết với U, G liên kết với X, X liên kết với G − Mạch ARN tổng hợp có trình tự nuclêôtit tương ứng với trình tự nuclêôtit mạch khuôn theo NTBS, hay giống trình tự nuclêôtit mạch bổ sung với mạch khuôn, khác T thay U Qua cho thấy trình tự nuclêôtit mạch khuôn gen qui định trình tự nuclêôtit mạch ARN 13.Nêu chất mối quan hệ theo sơ đồ: gen → ARN Quá trình tổng hợp ARN dựa khuôn mẫu mạch đơn gen diễn theo NTBS: A liên kết với U, T liên kết với A, G liên kết với X, X liên kết với G, trình tự nuclêôtit mạch khuôn gen qui định trình tự nuclêôtit mạch ARN 14 So sánh trình tổng hợp ARN với trình tự nhân đôi ADN a Giống nhau: − Đều xảy nhân tế bào, NST kì trung gian, lúc NST chưa xoắn GV: Nguyễn Thị Mỹ Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn − − Có tham gia enzim lượng Đều có tượng liên kết nuclêôtit môi trường nội bào với nuclêôtit mạch khuôn ADN theo NTBS b Khác nhau: - - Quá trình tổng hợp ARN Hai mạch đơn ADN tháo xoắn đọan Chỉ mạch gen làm mạch khuôn để tổng hợp ARN Các nuclêôtit mạch khuôn mẫu liên kết với nuclêôtit tự theo NTBS: A - U, T –A, G – X Từ mạch khuôn tạo nhiều ARN tham gia trình tổng hợp prôtêin - - Quá trình tự nhân đôi ADN Hai mạch đơn ADN tháo xoắn toàn Cả mạch ADN làm mạch khuôn mẫu Các nuclêôtit mạch đơn liên kết với nuclêôtit tự theo NTBS: A - T, G – X Từ ADN mẹ tạo ADN phân chia cho tế bào III PRÔTÊIN 15 Cấu tạo hóa học cấu trúc không gian prôtêin: a Cấu tạo hóa học: − Prôtêin hợp chất hữu gồm nguyên tố C, H, O, N có số nguyên tố khác − Prôtêin thuộc loại đại phân tử, có khối lượng kích thước lớn (có thể dài tới 0,1µm, khối lượng hàng triệu đvC) − Prôtêin cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, gồm hàng trăm đơn phân gọi axit amin, có 20 loại axit amin khác b Cấu trúc không gian prôtêin: prôtêin có bậc cấu trúc không gian: − Cấu trúc bậc 1: trình tự xếp axit amin chuỗi axit amin (mạch pôlypeptit) (là loại cấu trúc xác định tính đặc thù prôtêin) − Cấu trúc bậc : chuỗi axit amin tạo vòng xoắn lò xo đặn Các vòng xoắn prôtêin dạng sợi bện lại với theo kiểu dây thừng tạo cho sợi chịu lực khỏe − Cấu trúc bậc 3: hình dạng không gian chiều prôtêin cấu trúc bậc cuộn xếp tạo thành kiểu đặc trưng cho loại prôtêin VD: prôtêin dạng sợi (như miôzin), dạng cầu (như miôglôbin) − Cấu trúc bậc 4: gồm hay nhiều chuỗi axit amin loại hay khác loại kết hợp với VD: phân tử hêmôglôbin (Prôtêin thực chức chủ yếu cấu trúc bậc 4) − Prôtêin có tính đa dạng đặc thù thành phần, số lượng, trình tự xếp axit amin, cấu trúc không gian số chuỗi axit amin GV: Nguyễn Thị Mỹ Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn 16 Vì prôtêin có tính đa dạng đặc thù? − − − Tính đa dạng đặc thù prôtêin thể thành phần, số lượng trình tự xếp axit amin chuỗi axit amin cấu trúc không gian prôtêin Về tính đa dạng: Với 20 loại axit amin khác tạo vô số cách xếp khác chuỗi axit amin, tạo tính đa dạng prôtêin (tổng số loại prôtêin lên đến 10 14 – 1015) Về tính đặc thù: Mỗi loại prôtêin có thành phần, số lượng trình tự xếp axit amin khác Tính đặc thù prôtêin thể cấu trúc không gian (chủ yếu cấu trúc bậc 1), số chuỗi axit amin có phân tử 17 Chức prôtêin: (Vì nói prôtêin có vai trò quan trọng tế bào thể?) a Chức cấu trúc : Là thành phần cấu tạo chủ yếu tế bào (màng, chất nguyên sinh bào quan), từ qui định đặc điểm hình thái, cấu tạo thể VD: + Histôn loại prôtêin tham gia vào cấu trúc NST + Côlagen elastin (prôtêin dạng sợi) thành phần chủ yếu da mô liên kết + Kêratin móng, sừng, tóc lông b Chức xúc tác trình trao đổi chất : Là thành phần cấu tạo enzim, có vai trò xúc tác phản ứng hoá sinh tế bào VD: + ARN – pôlimeraza tham gia tổng hợp ARN + Enzim ribônuclêaza phân giải ARN thành nuclêôtit c Chức điều hoà trình trao đổi chất: Cấu tạo nên phần lớn hooc-môn, có vai trò điều hòa trình trao đổi chất tế bào thể VD: + Insulin điều hòa hàm lượng đường máu + Tirôxin điều hòa sức lớn thể d Chức bảo vệ: Prôtêin tạo nên kháng thể bảo vệ thể e Chức vận động: Prôtêin tạo nên loại có vai trò vận động thể (động tác nuốt, co bóp tim, vận động chân, tay…) f Cung cấp lượng: Lúc thể thiếu hụt gluxit, lipit, tế bào phân hủy prôtêin cung cấp lượng cho hoạt động sống tế bào thể * Như vậy, prôtêin đảm nhiệm nhiều chức liên quan đến toàn hoạt động sống tế bào, biểu thành tính trạng cuả thể, nên prôtêin có vai trò quan trọng tế bào thể 18 Vì nói prôtêin dạng sợi có cấu trúc tốt? Prôtêin dạng sợi nguyên liệu có cấu trúc tốt vòng xoắn dạng sợi bện lại với kiểu dây thừng tạo cho sợi chịu lực khỏe 19 Nêu điểm giống khác ADN, ARN prôtêin cấu tạo chức a Giống nhau: * Về cấu tạo: − Đều thuộc loại đại phân tử, có kích thước khối lượng lớn tế bào − Đều cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, nhiều đơn phân tạo thành − Giữa đơn phân có liên kết hóa học nối lại với tạo thành mạch hay chuỗi GV: Nguyễn Thị Mỹ Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn − Đều có tính đa dạng đặc thù thành phần, số lượng trình tự xếp đơn phân qui định * Về chức năng: − Đều có chức truyền đạt thông tin di truyền cấp độ phân tử b Khác nhau: - Cấu tạo - ADN Chuõi xoắn kép Đơn phân nuclêôtit (A, T, G, X) Cấu tạo nguyên tố: C, H, O, N, P Có kích thước khối lượng lớn ARN prôtêin - ARN Chuỗi xoắn đơn Đơn phân nuclêôtit (A, U, G, X) Cấu tạo nguyên tố: C, H, O, N, P Có kích thước khối lượng nhỏ ADN lớn prôtêin - - Nội dung câu 10 10 Nội dung câu - Chức - PRÔTÊIN Một hay nhiều chuỗi đơn Đơn phân axit amin (20 loại) Cấu tạo chủ yếu nguyên tố: C, H, O, N Có kích thước nhỏ (so với ADN ARN) Cấu trúc phận tế bào bào quan Enzim xúc tác trình trao đổi chất Hooc-môn điều hòa trình trao đổi chất Vận động, cung cấp lượng, bảo vệâ… IV MỐI QUAN HỆ GIỮA GEN VÀ TÍNH TRẠNG 20 Trình bày trình tổng hợp chuỗi axit amin (chuỗi pôlypeptit) tế bào (Quá trình dịch mã) − Gen cấu trúc tổng hợp mARN nhân tế bào Sau hình thành, mARN rời khỏi nhân chất tế bào đến ribôxôm để tổng hợp chuỗi axit amin − Trong trình tổng hợp, ribôxôm dịch chuyển ba nuclêôtit theo chiều dài mARN tARN mang axit amin tương ứng đến lắp ráp vào vị trí mARN Các tARN có ba đối mã liên kết theo NTBS với ba mã mARN (A liên kết với U, G liên kết với X ngược lại) GV: Nguyễn Thị Mỹ Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn − Khi ribôxôm dịch chuyển hết chiều dài mARN chuỗi axit amin tổng hợp xong Sau đó, chuỗi axit amin tiếp tục hình thành cấu trúc không gian prôtêin − Vậy tạo thành chuỗi axit amin dựa khuôn mẫu mARN diễn theo NTBS: A – U, G – X, X – G, đồng thời theo tương quan nuclêôtit ứng với axit amin Từ đó, cho thấy trình tự nuclêôtit mARN qui định trình tự axit amin prôtêin 21 NTBS biểu mối quan hệ sơ đồ: Gen (một đọan ADN) → mARN → Prôtêin nào? Nêu ý nghóa biểu NTBS biểu mối quan hệ: − Gen (một đọan ADN) → mARN: Trong qúa trình tổng hợp mARN: + A mạch khuôn liên kết với U môi trường + T mạch khuôn liên kết với A môi trường + G mạch khuôn liên kết với Xmôi trường + X mạch khuôn liên kết với G môi trường • nghóa: giúp thông tin di truyền mạch khuôn gen chép nguyên vẹn sang phân tử mARN − mARN → Prôtêin: Trong qúa trình tổng hợp prôtêin, phân tử tARN mang axit amin vào ribôxôm khớp với mARN theo cặp nuclêôtit theo NTBS: + A tARN khớp với U mARN ngược lại + G tARN khớp với X mARN ngược lại * nghóa: giúp ribôxôm tổng hợp phân tử prôtêin có trình tự axit amin giống với thông tin qui định từ gen ADN 22 Nêu mối quan hệ gen ARN, ARN prôtêin: * Quan hệ gen với ARN: − Gen tổng hợp ARN dựa mạch gen (mạch gốc) Gen mã gốc, ARN mã ARN tổng hợp từ gen cấu trúc mARN, mARN mang thông tin di truyền từ nhân tới chất tế bào để tham gia tổng hợp prôtêin * Quan hệ ARN với prơtêin: − Trình tự phân bố Nuclêơtit ARN qui định trình tự phân bố axit amin phân tử prôtêin theo nguyên tắc mã ba đối mã di truyền, ba đối mã tARN với ba mã mARN lắp ráp tạm thời theo nguyên tắc bổ sung (A-U, G-X) Nhờ mà đặt xác axit amin vào vị trí mã thơng tin di truyền gen cấu trúc qui định 23 Neâu mối quan hệ gen tính trạng − Mối quan hệ gen tính trạng thể theo sơ đồ: Gen (một đọan ADN) → mARN → Prôtêin → Tính trạng − Theo sơ đồ trên, gen khuôn mẫu để tổng hợp mARN, mARN khuôn mẫu để tổng hợp chuỗi axit amin cấu thành prôtêin Prôtêin chịu tác động môi trường trực tiếp biểu thành tính trạng thể 24 Nêu chất mối quan hệ gen tính trạng qua sơ đồ: Gen (một đọan ADN) → mARN → Prôtêin → Tính trạng GV: Nguyễn Thị Mỹ Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn − Bản chất mối quan hệ gen tính trạng là: Trình tự nuclêôtit mạch khuôn mẫu ADN qui định trình tự nuclêôtit mạch mARN (phiên mã) Trình tự lại qui định trình tự axit amin cấu trúc bậc I prôtêin (dịch mã) Prôtêin trực tiếp tham gia vào cấu trúc hoạt động sinh lý tế bào, tương tác với môi trường hình thành tính trạng thể Vậy thông qua prôtêin nói: gen qui định tính trạng 25 Ngun tắc thể khâu: a/ Gen → mARN: nguyên tắc bổ sung (A-U, T-A, G-X, X-G) b/ ARN → prơtêin: ngun tắc mã hóa ba đối mã di truyền c/ Prơtêin → tính trạng: tương tác với môi trường phù hợp để tạo tính trạng đặc trưng 26 Giải thích trâu, bò ăn cỏ thịt trâu lại khác thịt bị? − Vì ADN trâu khác ADN bị, có nguyên liệu axit amin giống lấy từ cỏ khuôn mẫu ADN trâu khác bị nên tổng hợp nên prơtêin trâu bị khác GV: Nguyễn Thị Myõ Giang ... mẫu: mạch tách mạch ADN làm khuôn mẫu để tổng hợp nên mạch Nêu chất hóa học chức gen a Bản chất hóa học gen: − Bản chất hóa học gen ADN Mỗi gen cấu trúc đọan mạch phân tử ADN mang thông tin qui... NTBS: A - T, G – X Từ ADN mẹ tạo ADN phân chia cho tế bào III PRÔTÊIN 15 Cấu tạo hóa học cấu trúc không gian prôtêin: a Cấu tạo hóa học: − Prôtêin hợp chất hữu gồm nguyên tố C, H, O, N có số... Giang BDHSG – Trường THCS Lam Sơn - - trình mã tự Điều khiển hoạt động Trực tiếp tham gia tế bào thông qua giải mã, điều khiển chế đóng mở gen trình tổng hợp Tồn qua prôtêin hệ tế bào hệ sinh vật