Đề tài Phương pháp giải bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử17407

Nội dung lý thuyết: Trong các bài tập phân tử, một trong những câu hỏi cần phải xác định là chiều dài, khối lượng phân tử, số lượng nuclêôtit của ADN hay gen.. L = 3, 4Å M   Công thứ

“PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN

Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ”.

Khi học về nội dung giải bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử Mỗi giáo viên cần hướng dẫn cho học sinh học và ghi nhớ được các kí hiệu và công thức

cần thiết để học sinh có kiến thức vận dụng làm các dạng bài tập

1 Những số liệu và kí hiệu cần ghi nhớ để vận dụng giải bài tập

a) Những số liệu cần nhớ:

- Kích thước của một nuclêôtit hay ribônuclêôtit là 3,4 Å

- Khối lượng trung bình mỗi nulcêôtit là 300 đvC

- Theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng 2 cầu nối hiđrô, G liên kết với

X bằng 3 cầu nối hiđrô

- Khối lượng phân tử trung bình của mỗi axít amin là 110 đvC

b) Bảng đổi đơn vị:

1mm =107 Å 1 Å = 10-7mm

1µm = 104 Å 1 Å = 10-4 µm

c) Các kí hiệu và viết tắt:

- Chiều dài của phân tử ADN hay gen L

- Khối lượng phân tử của ADN hay gen M

- Số lượng nuclêôtit của ADN hay gen N

- Nguyên tắc bổ sung viết tắt là NTBS

- Nuclêôtit viết tắt là nu

- Ribônuclêôtit viết tắt là rn

- Các loại đơn phân của cả phân tử ADN hay gen A, T, G và X; còn ở mạch một:

A1, T1, X1, G1; ở mạch 2: A2, X2, T2, G2

- Các loại đơn phân của phân tử ARN thông tin ( mARN) : Am, Gm, Um, Xm

2 Các dạng bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử.

2.1 Dạng 1: Cách xác định khối lượng của phân tử, chiều dài và số lượng nuclêôtit của cả phân tử ADN hay gen.

2.1.1 Nội dung lý thuyết:

Trong các bài tập phân tử, một trong những câu hỏi cần phải xác định là chiều dài, khối lượng phân tử, số lượng nuclêôtit của ADN hay gen Để tính được một trong 3 đại lượng đó thì đề bài thường cho một trong các đại lượng đó khác với đại lượng cần tìm Vì vậy, ta phải xác lập mối tương quan giữa khối lượng phân tử, chiều dài và số lượng nuclêôtit của phân tử ADN hay gen

Mối tương quan giữa ba đại lượng đó được xác định bằng những công thức

L = 3, 4Å M





Công thức trên cho thấy chiều dài ADN hay gen bằng khối lượng phân tử ( M)

của ADN chia cho khối lượng trung bình của 1 nucleotit( 300 đvC) để xác định số

nuclêôtit của ADN, rồi chia tiếp cho 2 để xác định số nuclêôtit trên một mạch đơn

và nhân tiếp với kích thước của một nuclêôtit ( 3,4 Å ) để xác định chiều dài của

một mạch đơn của phân tử ADN Vì chiều dài của ADN hay gen chính bằng chiều

dài mạch đơn của nó

3, 4Å

2

N

Công thức trên được vận dụng khi đã tính được số lượng nuclêôtit của phân tử

ADN hay gen (N)

Tương tự như vậy, ta suy tiếp ra các công tính N như sau:

2

3, 4Å 300

Còn việc xác định khối lượng phân tử ( M) được tính bằng công thức sau:

2 300 300

3, 4Å

L

M      N

Thông qua các công thức trên, ta rút ra nhận xét là chỉ cần biết một trong ba đại

lượng ( L, M, N ) của ADN hay gen là xác định được hai đại lượng còn lại

2.1.2 Các dạng bài tập:

Bài tập 1:

Một đoạn ADN có tổng số nuclêôtit là 3000 Tính chiều dài của đoạn ADN này?

Giải:

Số nuclêôtit trên mỗi mạch ADN:

3000 = 1500 nu

2

Vậy chiều dài của ADN:

L = 3,4 Å 1500 = 5100 Å

Bài tập 2: Một phân tử ADN có 2.106 nuclêôtit Xác định chiều dài và khối lượng

phân tử của phân tử ADN đó

Giải:

Số lượng nuclêôtit trên một mạch đơn của phân tử ADN là:

2 106 nu : 2 = 106 nu

Chiều dài của phân tử ADN được xác định:

L = 3,4 Å x 106 = 34 105 Å

Khối lượng phân tử của phân tử ADN là:

M = 300 đvC x 2 106 = 6 108đvC

Bài tập 3:

Một phân tử ADN có chứa 150000 vòng xoắn hãy xác định:

nucleotit của ADN

của ADN Biết rằng loại ađênin chiếm 15% tổng số nucleotit

Giải:

nucleotit của ADN

- Chiều dài của ADN

L = C 34 Å = 150000 34 Å = 5100000 (Å)

- Số lượng nucleotit của ADN

- N = C.20 = 150000.20 = 3000000 (nu)

của ADN

Theo đề bài ra: A = T = 15% N

Suy ra A= T = 15% 3000000 = 450000 (nu)

G = X = N/2 - 450000 = 1050000 (nu)

Bài tập 4:

Một gen có 90 chu kì xoắn và có hiệu số giữa ađênin với guanin bằng 10% số nucleotit của gen

Hãy xác định :

nucleotit của gen

Giải :

nucleotit của gen

Số lượng nucleotit của gen:

N= C 20 = 90 20 = 1800 (nu)

Suy ra: A = 180 + G

Mà A + G = N/2 = 1800/2 = 900

Thay A = 180 + G vào ta được:

=> G = 360(nu)

A= 180 + G = 180 + 360 = 540 (nu)

Vậy số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen:

A = T = = 540 (nu)

= 540 100% = 30%

1800

G = X = 360 (nu)

= 360 100% = 20%

1800

2.1.3 Bài tập đề nghị:

Bài 1:

Một gen có chiều dài bằng 4080 ăngstrong và có tỉ lệ A + T = 2

G + X 3

Xác định số vòng xoắn và số nucleotit của gen

nucleotit của gen

Bài 2:

dài bằng 4080 ăngstrong và có hiệu số giữa ađênin với guanine bằng 5% số nucleotit của gen

Tính số lượng từng loại nucleotit của gen thứ nhất

tổng số nucleotit với gen thứ nhất nhưng ít hơn gen thứ nhất 180 nucleotit thuộc loại ađênin

Xác định số lượng từng loại nucleotit của gen thứ hai

2.2 Dạng 2 Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân

tử ADN hay gen.

2.2.1 Nội dung lý thuyết:

Xác định số lượng, hoặc tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen cũng là một trong những câu hỏi cơ bản của bài tập phân tử Để giải đáp câu hỏi này trước tiên phải xác định được một số công thức cơ bản, từ đó để thấy được tương quan của các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen Phân tử ADN hay gen có 4 loại nuclêôtit là A, T, G,X Về mặt số lượng nuclêôtit thì : A +

T +X + G = N, về mặt tỉ lệ phần trăm thì A+ T +G + X = 100% Theo nguyên tắc

bổ sung thì số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen bao giờ cũng là:

A = T

G = X

Xác lập tương quan giữa các loại nuclêôtit bổ sung với nhau Công thức đó còn cho phép xác định được mối tương quan giữa các loại nuclêôtit không bổ sung trong phân tử ADN hay gen

Về mặt số lượng vì A = T, và G = X suy ra:

2A +2 X = N A+X =

2

N

Từ công thức trên, ta rút ra nhận xét:

Tổng số nuclêôtit của hai loại nuclêôtit không bổ sung với nhau trong 1 phân tử ADN ( hay gen) bao giờ cũng bằng một nửa số nuclêôtit của cả phân tử ADN đó ( hay gen) hoặc chính bằng số nuclêôtit trong một mạch đơn của phân tử ADN đó ( hay gen đó)

Cũng từ công thức trên suy ra:

hoặc

2

N

A X

2

N

X  A

Từ các công thức trên cho phép xác định được số nuclêôtit từng loại trong phân tử ADN ( hay gen) Cụ thể là trong bài tập thường cho biết số nuclêôtit tổng số của gen

và của một loại nuclêôtit cụ thể và yêu cầu xác định số lượng nuclêôtit còn lại

Phương pháp xác định số nuclêôtit từng loại trong ADN hay gen còn được tiến hành dựa trên số liên kết hiđrô của ADN hay gen

Theo NTBS, A liên kết với T bằng 2 liên kết hiđrô, còn G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô Tính theo số cặp nuclêôtit bổ sung từng loại ta xác lập được mối tương quan giữa số nuclêôtit và số liên kết hiđrô trong phân tử ADN hay gen như sau:

2A + 3X = H

2A + 2X = N

Ở đây H là tổng số liên kết hiđrô của gen Từ công thức trên cho phép ta xác định được X rồi từ đó suy ra A của gen

Về mặt tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen được xác định dựa trên mối tương quan giữa hai loại nuclêôtit không bổ sung trong ADN hay gen

Theo NTBS, %A = %T, %X = %G Vậy ta có tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong gen:

(% A) 2 + (% X) 2 = 100%

Chia 2 vế cho 2 ta được

% A+ % X = 50%

A + X = 1

2

Từ công thức trên ta rút ra kết luận sau:

Tổng tỉ lệ phần trăm của 2 loại nuclêôtit không bổ sung với nhau trong phân tử ADN hay gen luôn bằng 50% tổng số nuclêôtit của cả gen

% A = 50% - % X hay % X = 50 % - % A

A = 1 - X hay X = - A

2

1 2 Vận dụng các công thức đã học cho phép xác định được tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen

2.2.2 Các dạng bài tập:

Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen.

Bài tập 1: Khối lượng phân tử của một phân tử ADN bằng 6.108 đvC Trong phân

tử ADN này số lượng nuclêôtit loại Timin ít hơn loại nuclêôtit khác là 2.105 nuclêôtit Xác định số lượng từng loại nuclêôtit trong phân tử ADN đó

Giải:

Số nuclêôtit của cả phân tử ADN đó là :

6 108 : 300 = 2 106

Loại nuclêôtit khác trong đề bài ta phải hiểu là loại không bổ sung với T, ví như G hoặc X, còn theo NTBS thì A = T

X + T = 106

X – T = 2 10 5

Giải hệ phương trình ta được:

Vậy số X của phân tử ADN bằng:

4.105 + 2.105 = 6.105

Số nuclêôtit từng loại trong ADN là :

A= T = 4 105

G = x = 6 105

Bài tập 2:

Một phân tử ADN dài 3,4.106 Å Số lượng nuclêôtit loại A trong phân tử ADN đó bằng số nuclêôtit của cả phân tử ADN Xác định số lượng từng loại nuclêôtit trong 1 5

phân tử ADN

Giải:

Số lượng nuclêôtit trên 1 mạch đơn của phân tử ADN là :

3,4 106 : 3,4 = 106

Số nuclêôtit của cả phân tử ADN:

106 x 2= 2.106

Số nuclêôtit loại A trong phân tử ADN là:

2 106 : 5 = 4 105

Số nuclêôtit loại X là:

X = 106 – 4.105 = 6.105

Số nuclêôtit từng loại trong phân tử ADN là:

A= T= 4.105

G = X = 6.105

Bài tập 3:

Một gen dài 0,51µm, có 3900 liên kết hiđrô Xác định số nuclêôtit từng loại của gen

Giải:

Số nuclêôtit của gen bằng:

4

0, 51.10 2

3000

3, 4

Theo bài ra ta có hệ phương trình:

2A + 3X = 3900 2A + 2X = 3000 Giải hệ phương trình ta được X = 900

Từ X suy ra 3000 900 600 nu

2

Vậy số nuclêôtit từng loại của gen là :

A= T = 600 nu

G = X = 900 nu

Bài tập 4:

Một gen có hiệu số giữa nuclêôtit loại Ađênin với 1 loại nuclêôtit khác bằng 20%

và có 2760 liên kết hyđrô Tính số lượng từng loại nuclêôtit của gen

Giải:

Số lượng từng loại nu từng loại của gen

Gọi N là số nu của gen ta có:

A - G = 20% N

A + G = 50% N

-> 2A = 70% N -> A = T = 35% N

-> G = X = 15%N

Gen có 2760 liên kết H Ta có : H = 2A + 3G = 2760

Hay : 35 15

2 - N + 3 - N = 2760

100 100

 75 N + 45 N = 276000  115 N = 276000

N = 2400 nu

Vậy số lượng từng loại nu là:

A = T = 35% 2400 = 840 nu

G = X = 15% 2400 = 360nu

Bài tập 5:

Một phân tử ADN có hiệu số giữa T với loại nuclêôtit khác bằng 30% Xác định tỉ lệ phẩn trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN đó

Giải:

Theo đề bài thì loại nuclêôtit khác ở đây là G và X , còn % A = %T Dựa vào công thức đã học và đề bài ta có hệ phương trình:

T + X = 50%

T - X = 30%

Giải hệ phương trình ta được: 2X = 20 % X = 10% = G

Suy ra : T= 50% - 10% = 40% = A

2.2.3 Bài tập đề nghị :

Bài 1 :

Một đoạn ADN có 120 chu kỳ xoắn Trên mạch đơn thứ nhất có 300 Nu loại A, trên mạch đơn thứ 2 có 240 Nu loại A và 260 Nu loại X

a- Tính chiều dài của đoạn ADN nói trên

b- Tính số lượng Nu mỗi loại trên ADN.

( Đề thi trường THCS Phạm Kiệt 2015 – 2016)

Bài 2:

Hai gen đều có số liên kết hiđro bằng nhau là 2760

Gen I có 840 ađenin,

Gen II có 480 ađenin

Cho biết gen nào dài hơn? Xác định chênh lệch chiều dài đó là bao nhiêu

( Đề thi phòng GD& ĐT Thanh thủy năm 2012 – 2013)

Bài 3:

a Giả sử 1 mạch đơn của phân tử ADN có tỉ lệ (A+G): (T+X) = 0,5 thì tỉ lệ này trên mạch bổ sung và trên cả phân tử ADN là bao nhiêu?

b Người ta làm thí nghiệm, sử dụng 2 loại enzym khác nhau để cắt đôi một đoạn

phân tử ADN theo một đường thẳng sao cho số lượng nuclêôtit của 2 nửa bằng nhau

- Với enzym 1 thu được số nuclêôtit của một nửa là: A = T = G = 1000, X = 1500

- Với enzym 2 thu được số nuclêôtit của một nửa là: A = T = 750, X = G = 1500 Hãy xác định cách cắt của mỗi loại enzym trên ?

( Đề thi chọn HSG lớp 9 THCS năm 2009 – 2010 Vĩnh Phúc)

Bài 4:

Khi phân tích thành phần của gen của hai loài vi khuẩn, người ta thấy cả 2 Gen đều

có số liên kết hiđrô bằng nhau Ở loài vi khuẩn 1 có G = 10% tổng số Nu của gen Trên mạch 1 của gen này có A = 205, T = 350 Ở loài vi khuẩn 2 có hiệu số giữa Nu loại G và A là: 150 ?

Từ những phân tích ở trên, em hãy dự đoán loài vi khuẩn nào có thể sống được suối

nước nóng tốt hơn? Giải thích

( Đề thi chọn HSG lớp 9 THCS năm 2010 – 2011 Yên Lạc)

Bài 5:

Cho hai gen có chiều dài bằng nhau Khi phân tích gen I người ta thấy trên mạch thứ nhất có số Nu loại A là 200, loại G là 400, trên mạch đơn thứ hai có số Nu loại A

là

Tính số lượng và tỉ lệ % từng loại từng loại Nu của mỗi gen.

Bài 6:

Trong phân tử ADN có 78.104 liên kết hydro và nucleotit Adenin bằng 20% tổng số nucleotit của AND AND đó nhân đôi một số lần và môi trường đã cung cấp 84.104 Adenin tự do

1 Tính chiều dài của ADN ?

2 Tính số lượng nucleotit từng loại của ADN ?

3 Tính số lần nhân đôi của A DN ?

(Đề thi OLIMPIA năm 2009-2010 thành phố Cần Thơ

Bài 7:

Một gen có chiều dài 2193 Ao , quá trình tự sao của gen đó tạo ra 64 mạch đơn trong các gen con , trong đó chứa 8256 nucleeotit lọai Adenin

Tính số lần tự sao của gen , số nucleotit tự do mỗi loại môi trường cung cấp cho quá trình tự sao , tỷ lệ % và số lượng từng loại nucleotit ban đầu của gen

(Sách phương pháp giải bài tập Sinh học có logic toán)

Bài 8:

Trong 1 đọan phân tử ADN người ta nhận thấy tổng lập phương tỷ lệ của 2 loại nucleotit không bổ sung bằng 3,5 % số nucleotit của ADN và tổng số liên kết hydro của đoạnADN là 1040 ( trong đó nucleotit loại A > loại G )

Tính chiều dài của đoạn ADN trên

Tính số lượng mỗi loại nucleeotit trong ADN con mà cả 2 mạch đơn đều cấu tạo bởi vật liệu di truyền hoàn toàn mới khi đoạn ADN trên tự sao 3 lần liên tiếp

(Sách phương pháp giải bài tập Sinh học có logic toán)

Bài 9:

Trong 1 phân tử ADN só liên kết hydro giữa hai mạch đơn là 531.104 và số liên kết hydro trong các cặp A – T bằng số chu kỳ xoắn trong phân tử Phân tử ADN tái bản một số lần và môi trường nội bào đã cung cấp 1143.104 nucleotit tự do

1 Khi phân tử ADN nhân đôi một số lần môi trường đã cung cấp số nucleotit từng loại là bao nhiêu ?

2 Tính khối lượng ADN

3 Tính số lần nhân đôi của ADN ?

( Đề thi chọn HSG lớp 9 THCS năm 2009 – 2010 thành phố HCM )

2.3 Dạng 3 Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit ở mạch đơn của gen hay phân tử ADN.

2.3.1.Nội dung lý thuyết :

Các nuclêôtit giữa 2 mạch đơn của gen liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung và cũng theo NTBS ta suy ra được về mặt tỉ lệ phần trăm cũng như số lượng từng loại nuclêôtit trên 2 mạch đơn tương quan với nhau như sau:

Từ công thức (1) suy ra

A1 + T1 = A2 + T2 (2)

G1 +X1 = G2 +X2

Ở đây chủ yếu đề cập tới trường hợp mạch đơn có 4 loại nuclêôtit mang tính điển hình trong các bài tập phân tử Việc xác định số lượng và tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trên mỗi mạch đơn của gen cũng là câu hỏi cơ bản trong các bài tập phân tử

Trong các bài tập phân tử, mỗi tương quan giữa các loại nuclêôtit của cả gen

và trên mỗi mạch đơn rất phổ biến, trong đó cho biết số nuclêôtit một loại của cả gen và ở một mạch đơn, xác định số nuclêôtit tương ứng trên mạch đơn còn lại hoặc từ số nuclêôtit trên mạch 1 và 2 xác định số nuclêôtit cùng loại của cả gen… Việc giải đáp những câu hỏi đặt ra ở các bài tập được xác định thông qua các công thức phản ánh mối tương quan giữa các loại nuclêôtit của cả gen và trên mối mạch đơn của nó về mặt số lượng như sau:

A = T = A1 + A2 = T1 + T2 = A1 + T1 = A2 + T2

G = X = G1 + G2 = X1 + X2 = G1 + X1 = G2 + X2

Về mặt tỉ lệ phần trăm cần lưu ý phân biệt 2 trường hợp đối với từng loại nuclêôtit trên mạch đơn là tính theo 1 mạch và tính theo cả gen Thông thường thì tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trên mỗi mạch đơn được tính theo 1 mạch, trong trường hợp này có công thức sau: