ĐẶT VẤN ĐỀ Căn cứ vào nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi hàng năm của trường THCS nhằm phát hiện những học sinh có năng lực học tập môn sinh học bậc THCS để bồi dưỡng nâng cao năng lực nhậ
Trang 1I ĐẶT VẤN ĐỀ
Căn cứ vào nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi hàng năm của trường THCS nhằm phát hiện những học sinh có năng lực học tập môn sinh học bậc THCS để bồi dưỡng nâng cao năng lực nhận thức, hình thành cho các em những kĩ năng
cơ bản và nâng cao trong việc giải các bài tập sinh học Giúp các em tham gia các kì thi học sinh giỏi cấp huyện và cấp tỉnh đạt kết quả cao nhất mang lại thành tích cho các em, cho bản thân, cho nhà trường và mục tiêu bồi dưỡng học sinh hàng năm của bản thân và nhà trường đề ra
Bản thân tôi trong quá trình giảng dạy ở trường, được sự phân công của nhà trường, phụ trách dạy sinh học 9 và bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi môn sinh học 9 Qua quá trình dạy và bồi dưỡng tôi nhận thấy: Việc vận dụng lý thuyết để giải các bài toán sinh học đối với học sinh là một vấn đề còn nhiều vướng mắc
và khó khăn, kiến thức sinh học rất trừu tượng, mỗi dạng bài tập khác nhau đều
có đặc trưng riêng không có sự liên quan về kĩ năng, phương pháp Bên cạnh
đó nội dung sách giáo khoa không cung cấp cho các em những công thức cơ bản
để giải bài tập, mà thời gian để chữa bài tập sinh học ở trên lớp theo phân phối chương trình không đủ để giáo viên hướng dẫn những học sinh cách giải bài tập vận dụng
Một lý do khách quan là đối với các em học sinh và phụ huynh bậc THCS thì môn sinh học là môn phụ không được quan tâm nhiều và hiện nay khi thi vào lớp 10 chỉ thi 3 môn: Toán, văn, anh Các em học sinh không phải thi môn sinh học nên các em không đầu tư vào học môn này Tư tưởng đó được hình thành trong nhiều em học sinh không còn yêu thích môn sinh học nữa Nên việc nắm chắc kiến thức cơ bản lý thuyết, hiểu rõ công thức và giải bài tập là rất khó khăn Một số học sinh chỉ biết làm bài tập một cách máy móc không hiểu bản chất của bài tâp Chính vì vậy chọn học sinh giỏi thật sự môn sinh học của chúng tôi
là một vấn đề chẳng dễ gì
Vì vậy để các em hứng thú cũng như yêu thích khi học môn sinh học và kích thích được sự phát triển tư duy của các em đòi hỏi người giáo viên dạy môn
Trang 2sinh học ở THCS phải đọc sách, nghiên cứu tự rút kinh nghiệm, tự tích lũy kinh
nghiệm Chính vì vậy tôi xin đưa ra sáng kiến " Phương pháp giải một số dạng toán di truyền ở cấp độ phân tử sinh học 9 ".
II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.
1 Cơ sở lý luận.
1.1 Các bước tiến hành để giải bài toán sinh học phân tử:
Bước 1: Tìm hiểu kỹ đề bài
Mỗi bài toán gồm 2 phần cơ bản: Phần giả thiết (điều đã biết) bao gồm các sự kiện riêng sẽ được cụ thể hóa bằng các yếu tố cụ thể về cấu trúc, cơ chế và kết luận (hay các yếu tố cần tìm)
Bước 2: Giải quyết bản chất của bài toán
- Từ mỗi kết luận mà xác định xem những yếu tố nào đã cho trong giả thiết liên quan đến kết luận
- Xác định mối liên quan chặt chẽ về nội dung sinh học bên trong mà tìm ra công thức và lời giải logic hợp với nội dung bài toán
Bước 3: Giải quyết nhiệm vụ của bài toán
- Thiết lập mối quan hệ toán học giữa các sự kiện đã cho và cái cần tìm
- Dựa vào mối quan hệ toán học để giải quyết nhiệm vụ của bài toán
Bước 4: Kiểm nghiệm kết quả- biện luận
- Kiểm tra lại kết quả so với các dữ kiện đã cho và với thực tế
- Biện luận kết quả
- Đề ra các cách giải khác và cách giải tối ưu
1.2 Một số công thức giải toán sinh học phân tử.
- Hai mạch gen có ngược chiều nhau và liên kết bổ sung, cho nên:
Agen = Tgen = A1 + T1, Gen = Ggen =Xgen =G1 + X1 Nếu
X T
G A
của mạch thứ nhất bằng a/b thì tỉ lệ này ở mạch thứ hai là b/a
- Tổng số nuclêôtit của ADN: NADN = 2(A + G)
- Khối lượng của ADN: MADN = 2(A + G) 300 đvc
Trang 3- Chiều dài của gen bằng chiều dài của mARN: L =
2
N
- Số vòng xoắn của ADN: CADN = N/20 = L/34
- Tổng số liên kết hiđrô: H = 2A + 3G
- Số liên kết hoá trị:
+ Trong mỗi nuclêôtit là: N
+ Số liên kết hoá trị giữa các nuclêôtit là: N – 2
+ Tổng số liên kết hoá trị gen là: 2N - 2
- Số liên kết hóa trị (liên kết photpho đieste ) giữa các nuclêôtit(Nu) ở trên phân tử ADN mạch thẳng là N - 2, trên phân tử ADN mạch vòng là N (N là tổng
số Nu của ADN)
- Số liên kết hiđrô của ADN là 2A + 3G Số chu kì xoắn là
34 20
L N
- Vật chất di truyền có đơn phân loại U thì đó là ARN, có đơn phân loại T thì
đó là ADN Vật chất di truyền có cấu trúc mạch kép thì A = T, G = X (hoặc A
=U, G= X)
- Một gen nhân đôi k lần thì số Nu loại A mà môi trường cung cấp là Agen (2k – 1), số liên kết hiđrô bị đứt là (2A + 3G).(2k – 1), nếu có một bazơ nitơ của gen
trở thành dạng hiếm thì sẽ sinh ra ( 2 1 )
2
1 ( k gen đột biến
- Nếu trên phân tử ADN có a đơn vị tái bản và nhân đôi k lần thì số đoạn mồi được tổng hợp = (số đoạn Okazaki + 2a).(2k – 1) Một phần tái bản có x đoạn Okazaki thì số đoạn mồi là x + 1 Một đơn vị tái bản có y đoạn Okazaki thì số đoạn mồi
là y + 2
- Một gen phiên mã k lần, số liên kết hóa trị được hình thành giữa các đơn phân ARN = (N – 1).k
- Một phân tử mARN có x bộ ba khi dịch mã có n ribôxôm trượt qua một lần thì
số axit amin mà môi trường nội bào cung cấp là n.(x – 1), số phân tử H2O được giải phóng là n.(x – 2); Số liên kết hiđrô được hình thành giữa bộ ba đối mã với
Trang 4bộ ba mã sao là n.[2.(AARN + UARN) + 3.(GARN + XARN) – số liên kết hiđrô của mã kết thúc]
2 Thực trạng của vấn đề.
Qua khảo sát kết hợp với quá trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi sinh học 9 mấy năm gần đây, tôi nhận thấy việc học sinh tiếp thu vận dụng các kiến thức về di truyền nói chung, giải bài toán về một số dạng toán di truyền ở cấp độ phân tử nói riêng còn nhiều hạn chế, kết quả chưa cao, sự nhận thức và ứng dụng thực tế cũng như vận dụng vào việc giải các bài tập sinh hoc đặc biệt phần
di truyền còn yếu kém
Hơn nữa trường THCS X là môt trường xa trung tâm huyện, điều kiện dân sinh còn nhiều khó khăn Học sinh ngoài việc đến trường còn phải giúp đỡ gia đình việc đồng, việc nhà Đặc biệt các bậc phụ huynh và các em học sinh chỉ chú trọng cho con em mình học các môn toán, văn và môn tiếng anh để dự thi vào lớp 10 Các môn còn lại nói chung và môn sinh học nói riêng không được đầu tư về thời gian cũng như tài liệu học tập
Bên cạnh đó, một số học sinh mặc dù trong đội tuyển học sinh giỏi môn sinh
9 nhưng những kiến thức cơ bản của các em về di truyền vẫn chưa được hoàn thiện thiếu kĩ năng và phương pháp giải dạng toán này
Là một giáo viên đã 10 năm giảng dạy và phụ trách công tác bồi dưỡng học sinh giỏi sinh học 9, tuy nhiên bản thân tôi gặp rất nhiều khó khăn trong việc: Động viên, hướng nghiệp cho học sinh và việc lựa chọn tài liệu giảng dạy, phân dạng toán, phương pháp giải cho dạng toán này… Các tài liệu cũng chưa phân
rõ các dạng bài tập Kinh nghiệm truyền đạt kiến thức cho học sinh còn thiếu thốn Chính vì vậy tôi luôn luôn tìm tòi nghiên cứu tài liệu, phân dạng bài toán
để học sinh dễ dàng nhận dạng một bài toán từ đó có hướng giải quyết vấn đề nhanh nhất, nầng cao chất lượng và hiệu quả giảng dạy
3 Phương pháp giải toán
3.1 Bài toán liên quan đến ADN, nhân đôi, mARN
3.2 3.1.1 Một số chú ý khi giải bài tập.
Trang 5- Chiều dài của gen bằng chiều dài của mARN: L =
2
N
- Số nuclêôtít trên một mạch của gen bằng số ribônuclêôtit trên mARN tương ứng được sao ra từ mạch gốc của gen
- Chiều dài của gen bằng số nuclêôtit một mạch (số ribônuclêôtít của 1 mARN).3,4A0
- Khi tính tỷ lệ % từng loại nuclêôtit trên một mạch của gen( hay % các loại ribônuclêôtit trên mARN), tỷ lệ này phải được tính trên tổng số nuclêôtit của một mạch (số nuclêôtit của 1 mARN)
- Khi tính tỷ lệ % từng loại nuclêôtit của gen, tỷ lệ này phải được tính trên tổng số nuclêôtit 2 mạch của gen
- Số liên kết hiđrô bị phá vỡ khi thực hiện 1 lần nhân đôi: 2A +3G
- Trên cơ sở nguyên tắc bổ sung ta luôn có: A = T; G = X
Mạch 1 Mạch 2 (mạch gốc) mARN
A1 = T2 = Am
T1 = A2 = Um
G1 = X2 = Gm
X1 = G2 = Xm
* Các em học sinh cần lưu ý với các dữ kiện sau khi đọc đề.
- Khi gen nhân đôi: Nhân đôi bao nhiêu lần? Sau khi nhân đôi ADN thì số phân tử ADN con là: 2k
-Khi gen thực hiện phiên mã, phiên mã mấy lần?
- Khi 2 gen có chiều dài bằng nhau và tỷ lệ % các nuclêôtit cùng loại bằng nhau thì
số nuclêôtit của mỗi gen sẽ bằng nhau, số lượng nuclêôtit các loại cũng bằng nhau
- Khi gen 1 có chiều dài gấp đôi gen 2 và tỷ lệ % nuclêôtit các loại của 2 gen bằng nhau thì số nuclêôtit của gen 1 gấp đôi gen 2, số lượng nuclêôtit các loại của gen 1 gấp đôi số nuclêôtit các loại tương ứng của gen 2
- Từng mạch: A1 + T1 + G1+X1 = A2 +T2 +X2 = N/2
- Theo nguyên tắc bổ sung: A1 = T2; T1 =A2; G1 = X2; X1 = G2:
Trang 6A= T= A2+T2=A1+A2= T1 +T2 = A1 +T1
G = X =G1 +G2 =G1 + X1 = X1 +X2 = G2 + X2
- N = A +T +G +X
= 2A+ 2G =2T +2X = 2A +2X = 2T +2G
=>A + G = T + X = N/2
- Lưu ý về %: %A + %G = %T + %X = 50
- Vì %A1; %A2 là tỷ lệ % của ađênin trên mỗi mạch đơn so với số lượng nuclêôtit trên mỗi mạch đơn đó chứ không phải là so với số nuclêôtit toàn phân tử Do đó:
; -Nếu đề bài họ cho % adenin của mạch thứ nhất là 30% mà không nói rõ là so với số nuclêotit mạch thứ nhất hay so với toàn phân tử thì bạn cứ áp dụng công thức như trên
3.1.2 Phương pháp giải một số bài toán
Ví dụ 1 : Một phân tử mARN có tổng số uraxin với xitôzin bằng 30% và hiệu
số giữa guanin với uraxin bằng 10% số ribônuclêôtit của mạch, uraxin bằng 240 ribônuclêôtit
Một trong hai mạch đơn của gen sinh ra phân tử mARN đó có 20% timin, 30% guanin số nuclêôtit của mạch
1 Xác định tỷ lệ % và số lượng từng loại nuclêôtit ở mỗi mạch đơn của gen
2 Xác định số lượng và tỷ lệ % từng loại ribônuclêôtit của phân tử mARN đó
Phương pháp giải:
Theo đề ra :
%U + %X = 30% ; Gm – Um = 10% ribônuclêôtit; Um = 240
Mạch 1 của gen có: T1 = 20% và G1 = 30%
Tính tỉ lệ % và số lượng từng loại nuclêôtit, ribônuclêôtit là:
1 Tỷ lệ % và số lượng từng loại nuclôtit ở mỗi mạch đơn của gen:
Theo đề bài ta có: %Um + %Xm = 30% nên %X < 30% ; Um = 240
Mạch 1 của gen có T1 = 20% và G1 = 30%
Trang 7Nếu mạch 1 là mạch gốc thì G1 = Xm = 30% không phù hợp nên mạch 2 là mạch gốc, theo nguyên tắc bổ sung ta có:
T1 = A2 = Um = 20% x N = 240
Số nuclêôtit trên 1 mạch của gen hoặc của mARN:
N = (240 x 100%)/ 20% = 1200 (Nu)
G1 = X2 = Gm = 30% x 1200 = 360 (Nu)
Do đó: Xm = G2 = X1 = 360 – 240 = 120 (Nu)
Am = T2 = A1 = 1200 - (120 + 360 + 240) = 480 (Nu)
Vậy tỷ lệ % và số lượng từng loại nuclôtit ở mỗi mạch đơn của gen:
A1 = T2 = 40% = 480(Nu) T1 = A2 = 20% = 240 (Nu) G1 = X2 = 30% = 360 (Nu) X1 = G2 = 10% = 120 (Nu)
2 Số lượng và tỷ lệ % từng loại ribônuclêôtit của phân tử mARN:
Vì mạch 2 là mạch gốc, theo nguyên tắc bổ sung ta có:
Am = T2 = 40% = 480 (Nu)
Um = A2 = 20% = 240 (Nu)
Gm = X2 = 30% = 360 (Nu)
Xm = G2 = 10% = 120 (Nu)
Ví dụ 2: Cho phân tử ADN có tất cả 620 nuclêôtit Số lượng ađênin trên mạch
thứ nhất gấp 3 lần số ađênin trên mạch thứ hai Số xitôzin trên mạch thứ hai bằng một nửa số xitôzin trên mạch thứ nhất Tính số lượng mỗi loại nuclêôtit trên mỗi mạch đơn của phân tử ADN Biết rằng có 50 guanin trên mạch thứ nhất
Phương pháp:
Theo đề bài:
N= 620; X = 1/2X1; A1 = 3 A2; G1 = 50
Số nuclêôtit của mỗi mạch đơn:
Từ =>
Trang 8Mà => =>
=>
=> =>
Vậy số nuclêôtit trên mỗi mạch đơn của phân tử ADN: A1 = T2 = 120;
T1=A2= 40; G1= X2 = 50; X1 = G2 =100
Ví dụ 3 : Phân tử mARN có tổng số uraxin với xitôzin bằng 30% và hiệu số
giữa guanin với uraxin bằng 10% số ribônuclêôtit của mạch, uraxin bằng 240 ribônuclêôtit
Một trong hai mạch đơn của gen sinh ra phân tử mARN đó có 20% timin, 30% guanin số nuclêôtit của mạch
1 Xác định tỷ lệ % và số lượng từng loại nuclêôtit ở mỗi mạch đơn của gen
2 Xác định số lượng và tỷ lệ % từng loại ribônuclêôtit của phân tử mARN đó Phương pháp giải:
Theo đề ra :
%U + %X = 30% ; Gm – Um = 10% ribônuclêôtit; Um = 240
Mạch 1 của gen có: T1 = 20% và G1 = 30%
Tỉ lệ % và số lượng từng loại nuclêotit, ribônuclêôtit là:
1 Tỷ lệ % và số lượng từng loại nuclêôtit ở mỗi mạch đơn của gen:
Theo đề bài ta có: %Um + %Xm = 30% nên %X < 30% ; Um = 240
Mạch 1 của gen có T1 = 20% và G1 = 30%
Nếu mạch 1 là mạch gốc thì G1 = Xm = 30% không phù hợp nên mạch 2 là mạch gốc, theo nguyên tắc bổ sung ta có:
T1 = A2 = Um = 20% x N = 240
Số nuclêôtit trên 1 mạch của gen hoặc của mARN:
N = (240 x 100%)/ 20% = 1200( Nu)
G1 = X2 = Gm = 30% x 1200 = 360 (Nu)
Trang 9Do đó: Xm = G2 = X1 = 360 – 240 = 120 (Nu)
Am = T2 = A1 = 1200 - (120 + 360 + 240) = 480(Nu)
Vậy tỷ lệ % và số lượng từng loại nuclêôtit ở mỗi mạch đơn của gen:
A1 = T2 = 40% = 480 (Nu)
T1 = A2 = 20% = 240 (Nu)
G1 = X2 = 30% = 360 (Nu)
X1 = G2 = 10% = 120 (Nu)
2 Số lượng và tỷ lệ % từng loại ribônuclêôtit của phân tử mARN:
Vì mạch 2 là mạch gốc, theo nguyên tắc bổ sung ta có:
Am = T2 = 40% = 480(Nu)
Um = A2 = 20% = 240(Nu)
Gm = X2 = 30% = 360 (Nu)
Xm = G2 = 10% = 120 (Nu)
lần số mạch đơn ban đầu của gen Hãy xác định số lần tự nhân đôi của gen ?
Phương pháp giải:
Theo đề ra :
Tổng số mạch đơn gấp 16 lần số mạch đơn ban đầu => Gen này tự nhân đôi liên tiếp tạo ra 16 gen con
Theo công thức : Sau k lần tự nhân đôi thì số gen con là : =>
=>k=4
Vậy gen tự nhân đôi 4 lần
Ví dụ 5 :Một gen dài 0,51µm và có tỷ lệ A/G = 3/2
5.1 Tính số nuclêôtit và số nuclêôtit từng loại của gen
5.2 Tính số liên kết H và liên kết hoá trị của gen
Phương pháp giải
Theo đề bài:
Ta có : A/G=2/3
L= 0,51µm = 5100 A0
Trang 105.1 Số nuclêôtit của gen là:
N = L/3,4 x 2 = 5100/3,4 x 2 = 3000 (Nu)
Vì A/G = 3/2 => A/3 = G/2 = A+G / 3+2 = 50% N/5 = 300
Theo nguyên tắc bổ sung: A = T = 300 x 3 = 900(Nu)
G = X= 300x 2 = 600 (Nu)
5.2 Số liên kết H = 2 900 + 3 600 = 3600 liên kết
Số liên kết hoá trị của gen là: 2N – 2 = 2 3000 – 2 = 5998 liên kết
Ví dụ 6|:Một gen có 3600 liên kết H trong đó tích 2 loại nuclêôtit bằng 6% số
nuclêôtit của gclêôtit từng loại của gen và số nuclêôtit của gen
6.2 tính số liên kết hoá trị của gen
Phương pháp giải
Theo bài ra ta có: 2A + 3G = 3600 liên kết (*)
Tích % của 2 loại Nu = 6%: Vì %A =%T => %A %T ≠ 6%
%G = %X => %G %X ≠ 6%
Vậy tích 2 loại Nu =6% => đây là 2 loại không bổ sung %A % G = 6% (1)
Mà ta có %A + %G = 50% (2)
Từ (2) => %A = 50% - %G thay vào (1) => (50% - %G) %G = 6%
=> %G2 – 50% %G + 6% = 0
%G = 20% => %A = 30% Hoặc %G = 30%=> %A = 30%
Mặt khác tổng liên kết H của gen
2A + 3G = 3600 (3)
+ TH1: Nếu G= X = 20%; A = T = 30% thay vào (3)
2 30/100 N + 3 20/100 N = 3600=> 120/100 N = 3600=> N = 3000 ( Nu)
Số nuclêôtit từng loại gen: A = T = 30% 3000 = 900 (Nu)
G = X = 20% x 3000 = 600 (Nu)
+ TH2: Nếu G = X = 30%; A = T = 20% thay vào (3)
2 20% N + 3 30% N = 3600
<=> 130% N = 3600 =>N = số lẻ => Loại
Ví dụ 7 : Một gen gồm 2 mạch trên mạch một gen có hiệu số % giữa A1 và G 1 = 10% Trên mạch 2 của gen có hiệu số % giữa X 2 và A 2 = 10% và hiệu số giữa G 2 và