CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP DI TRUYỀN PHÂN TỬ BỒI DƯỠNG HSG SINH 9

Mối tương quan giữa ba đại lượng đó được xác định bằng những công thức sau: L = 3, 4Å M 300 2   Công thức trên cho thấy chiều dài ADN hay gen bằng khối lượng phân tử M của ADN chiach

“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 cầnhướng dẫn cho học sinh học và ghi nhớ được các kí hiệu và công thức cần thiết để học sinh có kiếnthức 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 cầunối 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, khốilượng phân tử, số lượng nuclêôtit của ADN hay gen Để tính được một trong 3 đại lượng đó thì đềbài thường cho một trong các đại lượng đó khác với đại lượng cần tìm Vì vậy, ta phải xác lập mốitương 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 sau:

L = 3, 4Å M

300 2



 Công thức trên cho thấy chiều dài ADN hay gen bằng khối lượng phân tử ( M) của ADN chiacho khối lượng trung bình của 1 nucleotit( 300 đvC) để xác định số nuclêôtit của ADN, rồi chiatiếp 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 củaADN hay gen chính bằng chiều dài mạch đơn của nó.

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

a Chiều dài và số lượng nucleotit của ADN

b Số lượng từng loại nucleotit của ADN Biết rằng loại ađênin chiếm 15% tổng số nucleotit

a Chiều dài và số lượng 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)

b Số lượng từng loại nucleotit của ADN

Theo đề bài ra: A = T = 15% N

a Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen

b Chiều dài của gen

Giải :

a Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen

Số lượng nucleotit của gen:

Xác định số vòng xoắn và số nucleotit của gen

a Tính số lượng từng loại nucleotit của gen

Bài 2:

a Gen thứ nhất có chiều 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

b Gen thứ hai có cùng tổng số nucleotit với gen thứ nhất nhưng ít hơn gen thứ nhất 180 nucleotitthuộc 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 xácđịnh được một số công thức cơ bản, từ đó để thấy được tương quan của các loại nuclêôtit trongphân tử ADN hay gen Phân tử ADN hay gen có 4 loại nuclêôtit là A, T, G,X Về mặt số lượngnuclêôtit thì : A + T +X + G = N, về mặt tỉ lệ phần trăm thì A+ T +G + X = 100% Theo nguyêntắc bổ sung thì số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen bao giờcũng là:

Cũng từ công thức trên suy ra:

Phương pháp xác định số nuclêôtit từng loại trong ADN hay gen còn được tiến hành dựa trên sốliên 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 sốliên 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 mốitương 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:

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 luônbằng 50% tổng số nuclêôtit của cả gen

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

Giải:

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

Số lượng từng loại nu từng loại của gen

Gọi N là số nu của gen ta có:

a- Tính chiều dài của đoạn ADN nói trên.

b- Tính số lượng Nu mỗi loại trên ADN

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 kếthiđrô 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

400, loại G là 500 Gen II có 3600 liên kết hiđro

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 củaAND 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 bổsung bằng 3,5 % số nucleotit của ADN và tổng số liên kết hydro của đoạnADN là 1040 ( trong đónucleotit 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 ditruyền 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 cáccặp A – T bằng số chu kỳ xoắn trong phân tử Phân tử ADN tái bản một số lần và môi trường nộibào 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 baonhiêu ?

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 theoNTBS ta suy ra được về mặt tỉ lệ phần trăm cũng như số lượng từng loại nuclêôtit trên 2 mạch đơntương quan với nhau như sau:

Trong các bài tập phân tử, mỗi tương quan giữa các loại nuclêôtit của cả gen và trên mỗimạch 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 phảnánh mối tương quan giữa các loại nuclêôtit của cả gen và trên mối mạch đơn của nó về mặt số lượngnhư 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 mạchđơn là tính theo 1 mạch và tính theo cả gen Thông thường thì tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trênmỗi mạch đơn được tính theo 1 mạch, trong trường hợp này có công thức sau:

Dựa vào công thức đã học suy ra:

% X1 + % G1 = 100% - ( % A1 + T1)

= 100% - 60% = 40 %Theo công thức: % X1 + % G1 = % X2 + % G2

Một gen có chiều dài bằng 4080 Ao Trên mạch đơn thứ nhất có A, T, G, X lần lượt có tỉ lệ 1: 2: 3: 4

a Xác định từng loại nucleotit trên mạch đơn

b Xác định số lượng từng loại nucleotit trên gen

Bài tập 2:

Một gen có 3450 liên kết hydro và có hiệu số giữa A với một loại nu không bổ sung bằng 20% tổng

số nu của gen Trên mARN có G = 300nu và A = 600nu

a Tính số nu mỗi loại của gen

b Tính chiều dài và khối lượng của gen.

c Tính số lượng nu mỗi loại của mARN

d Nếu gen tự nhân đôi 6 đợt thì nhu cầu về mỗi loại cần cung cấp là bao nhiêu ? Trong quá trình

đó có bao nhiêu liên kết hydro bị phá ? Có bao nhiêu liên kết hóa trị được hình thành

e Nếu mỗi gen con sao mã 3 lần, mỗi bản sao mã cho 5 riboxom trượt qua không lặp lại thì môitrường phải cung cấp bao nhiêu a a ? Có bao nhiêu liên kết pectit trong các phân tử proteinhoàn chỉnh

( Sách cẩm nang ôn luyện Sinh học – NXB ĐHQG Hà Nội :tg : Nguyễn Minh Công)

2.4 Dạng 4 Cách xác định số lượng, tỉ lệ các loại ribônuclêôtit của phân tử ARN thông tin ( m ARN) và tính số lượng nucleotit môi trường cung cấp và số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen 2.4.1.Nội dung lý thuyết:

2.4.1.1 Cách xác định số lượng, tỉ lệ các loại ribônuclêôtit của phân tử ARN thông tin ( m ARN).

Việc xác định cầu trúc của mARN cũng là một trong những câu hỏi cơ bản trong các bài tập phân

tử Nó là phần lồng ghép giữa phần cấu trúc với phần cơ chế sao mã

Để giải đáp phần câu hỏi trên cần lưu ý tới một số điểm của cấu trúc mARN và xác lập đượcmối tương quan giữa các loại ribônuclêôtit trong mARN với các loại nuclêôtit ở gen tổng hợp ramARN đó

Chiều dài và số lượng đơn phân trên mạch mARN đúng bằng chiều dài và số lượng đơn phântrên một mạch của gen tổng hợp ra nó

Các loại ribônuclêôtit trong phân tử mARN không có mối tương quan theo NTBS như ở gen, ví

dụ A = T và G = X Cấu trúc của mARN tùy thuộc vào cấu trúc ở mạch đơn của gen làm khuôn tổnghợp ra nó Chính từ đó ta có thể xác lập được mối tương quan giữa các loại ribônuclêôtit của mARNvới các loại nuclêôtit của cả gen tổng hợp ra mARN đó qua các công thức sau:

 

Dựa vào hai công thức trên và cấu trúc mạch đơn ta có thể xác định cấu trúc của mARN

2.4.1.2.Tính số lượng nucleotit môi trường cung cấp và số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen 1.Tính số lượng nucleotit môi trường cung cấp cho gen.

Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN

Gen sao mã 2 lần tổng hợp 2 phân tử ARN

.

Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN

 số lần sao mã của gen bằng số phân tử ARN được tổng hợp.

Khi Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN có tổng số rN nu với từng loại rA, rU, rG, rX đềulấy từ môi trường nội bào theo NTBS với mạch gốc của gen

Khi Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN thì số lượng từng loại nu môi trường cung cấp là:

b.Tính số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen

Từ công thức trên, suy ra số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen bằng số phân tử ARN được tổng hợplà:

Số nucleotit loại đó trong 1 ARN

Lưu ý: khi bài toán đề cập tới quá trình sao mã mà không cho biết mạch gốc; cần chú y xác định

mạch gốc

2.4.1.3 Tính số liên kết hydro của gen bị phá vỡ và hình thành, số liên kết hóa trị của ARN trong quá trình sao mã.

a Tính số liên kết hydro của gen bị phá vỡ và hình thành trong quá trình sao mã.

Khi gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN gen bị đứt H liên kết hydro để các nu tự do củamôi trường vào liên kết với các nu trên mạch gốc Sau khi tổng hợp xong phân tử ARN, hai mạch củagen hình thành trở lại H liên kết hydro và xoắn lại như cũ

Khi gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN gen phải có K lần bị đứt H liên kết hydro để các

nu tự do của môi trường vào liên kết với các nu trên mạch gốc Sau khi tổng hợp xong phân tử ARN,hai mạch của gen hình thành trở lại H liên kết hydro và xoắn lại như cũ

Vậy nếu gen sao ma K lần thì:

- Tổng số liên kết Hydro bị phá vỡ = K H

- Số liên kết Hydro được hình thành = H

b Số liên kết hóa trị của ARN được hình thành trong quá trình sao mã.

Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN có rN nu chứa rN liên kết hóa trị giữa các nu

Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN có K rN nu và số liên kết hóa trị giữa các nu đượchình thành là:

K ( rN – 1)

2.4.2 Các dạng bài tập:

Bài tập 1:

Một gen dài 0,408µm, có 720A Mạch mARN được tổng hợp từ gen có 240 Um và 120 Xm Xác định

số ribônuclêôtit còn lại của mARN

Một gen có hiệu giữa nuclêôtit loại T với loại nuclêôtit khác bằng 10% số nuclêôtit của gen Mạch

đơn mang mã gốc của gen có 20% nuclêôtit loại A( so với cả mạch) Mạch bổ sung của gen có 10%nuclêôtit loại X ( so với một mạch) Xác định tỉ lệ phần trăm các loại ribônuclêôtit của mARN đượctổng hợp từ gen đó

Mạch bổ sung của gen có X = 10% , do vậy mạch khuôn có G = 10%, do đó Xm được tổng hợp từ

G cũng chiếm 10% số đơn phân của mARN

Dựa vào công thức đã học ta xác định được tỉ lệ phần trăm 2 loại ribônuclêôtit còn lại của mARN:

Am = 2A – Um = 2T- Um = 30% x 2 – 20% = 40%

Gm = 2X – X m = 2G – Xm = 20% x 2 – 10% = 30 %

Bài tập 3 : Một gen dài 5100 Ao. (0,510 µm ) Trên mạch 1 của gen có 150 nu loai A và 450 nu loại

T Trên mạch 2 của gen có 600 nu loaị G Tính số lượng và tỷ lệ % từng loại nu của phân tử mARNđược tổng hợp nếu mạch 1 là mạch gốc sao mã

1 Tính tỷ lệ % từng loại nu của gen đã tổng hợp nên phân tử ARN nói trên

2 Nếu gen đó dài 4080 Ao thì số lượng từng loại nu của gen và của ARN là bao nhiêu ?

Giải :

1, Tỷ lê % từng loại nu của gen : theo đề ta có :

rU = 18% ; rG = 34% ; rA = Tgốc = 20%