Chuyên đề 1(cơ sở vật chất di truyền cấp phân tử)

5 Hình: Chuỗi polinuclêôtit ᴓ Với cấu trúc đa phân từ các đơn phân là 4 loại nuclêôtit → cho phép tạo ra các dạng ADN khác nhau, mỗi dạng ADN gen quy định cấu trúc một loại p

1

BAITAP123.COM

TÀI LIỆU

BỘ MÔN SINH HỌC 12

Sử dụng để luyện thi THPT Quốc gia

- Dạy thêm theo chuyên đề tự chọn

- Dạy thêm ngoài thời gian chính khóa

- Dùng cho học sinh ôn tập

2

Chuyên đề 1: CƠ SỞ VẬT CHẤT, CƠ CHẾ DI TRUYỀN

VÀ BIẾN DỊ CẤP PHÂN TỬ

A ADN – ARN – PRÔTÊIN

I ADN (Axit đềôxi ribônuclêic)

1 Chức năng:

+ Mang (lưu trữ) thông tin di truyền (Thông tin di truyền là trình tự sắp xếp các axit nucleotit trên mạch

ADN và mang tính đặc trưng cho từng loài Thực chất là thông tin quy định cấu trúc prôtêin được mã

hóa trên ADN)

+ Truyền đạt thông tin di truyền: (Truyền đạt từ ADN → ADN nhờ quá trình tự nhân đôi; truyền đạt từ

ADN → ARN nhờ quá trình phiên mã)

2 Cấu trúc:

☺Giáo viên dạy về cấu trúc ADN theo hướng phân tích cấu trúc ADN theo 2 nguyên tắc (nguyên tắc

đa phân và nguyên tắc bổ sung) từ đó thấy được sự phù hợp của cấu trúc phù hợp với chức năng của ADN

a) ADN là axit hữu cơ có cấu trúc đa phân gồm nhiều đơn phân là các Nucleotit

+ Mỗi Nuclêôtit có cấu trúc 3 phần: 1 phân tử axit H3PO4, 1 phân tử đường deoxiribozo C5H10O4, 1 bazơ nitơ

3

Hình: Cấu tạo 1 nuclêôtit

+ Có 4 loại bazơ nitơ là Ađênin (A), Timin (T), Guanin (G), Xitozin (X) Các bazơ nitơ chia làm 2 nhóm: kích thước lớn (purin) gồm A, G và nhóm có kích thước nhỏ (pyrimidine) gồm T, X

Hình: Bốn loại bazơ nitơ của ADN

=> Có 4 loại nuclêôtit khác nhau bởi bazơ nitơ

+ Các Nuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị tạo ra mạch polime nuclêôtit (polinucleotit)

có chiều 5’ đến 3’

4

Hình: Sự hình thành liên kết giữa các nuclêôtit

5

Hình: Chuỗi polinuclêôtit

ᴓ Với cấu trúc đa phân từ các đơn phân là 4 loại nuclêôtit → cho phép tạo ra các dạng ADN khác nhau, mỗi dạng ADN (gen) quy định cấu trúc một loại polipeptit → thực hiện chức năng mang (lưu trữ) thông tin di truyền

b) Cấu trúc không gian của ADN gồm 2 chuỗi polinuclêôtit, trong đó các nuclêotit giữa 2 mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (NTBS)

Nguyên tắc bổ sung trong cấu trúc ADN: là nguyên tắc một nuclêôtit có bazơ nitơ lớn (puarin) liên kết

với một nuclêôtit có bazơ nitơ nhỏ (pirimidin) bằng liên kết hiđrô Trong cấu trúc ADN thì NTBS thể hiện A liên kết T bằng 2 liên kết hđrô; G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô và ngược lại

6

Hình: Liên kết hiđrô giữa các cặp bazơ nitơ

+ Mỗi phân tử ADN gồm 2 mạch polinuclêôtit chạy song song ngược chiều nhau, xoắn đều đặn quanh

1 trục không gian tưởng tượng theo chiều từ trái sang phải (chuỗi xoắn phải)

+ Mô hình của Watson-Crick dạng B: ADN xoắn theo chu kì, 1 chu kì xoắn cao 34 A0 gồm 10 cặp nuclêôtit, đường kính xoắn 20 A0

7

Hình: Mô hình ADN của Watson-Crick dạng B

ᴓ Với cấu trúc không gian theo NTBS → ADN bền vững tương đối (bảo quản tốt thông tin di truyền

nhưng lại thuận lợi cho chức năng truyền đạt thông tin di truyền do dễ dàng bẻ gãy liên kết hiđrô)

ADN của sinh vật nhân sơ hoặc ADN trong tế bào chất của tế bào nhân thực: có cấu trúc mạch kép

dạng vòng không liên kết với prôtêin histon

Hình: ADN dạng vòng, mạch kép

Sự khác nhau giữa ADN ngoài nhân và trong nhân:

Cấu trúc Là phân tử ADN trần

Là phân tử ADN có khả năng liên kết với pr histon

Là chuỗi xoắn kép mạch vòng Là chuỗi ADN xoắn kép mạch thẳng

Chức năng Chứa các gen quy định tính trạng

di truyền qua tế bào chất

Lưu trữ, bảo quản, truyền đạt thông tin di truyền trong nhân tế bào

Đặc điểm Di truyền theo dòng mẹ, không

chia đều cho các tế bào con

Được di truyền theo các quy luật, vai trò của bố mẹ là ngang nhau

a) Cấu trúc và chức năng các loại ARN

ARN có cấu tạo đa phân giống như ADN

8

+ Đơn phân của ARN khác đơn phân của ADN là đường ribozơ (C5H10O5)

+ Có nuclêôtit loại U (uraxin) mà không có T

Hình: Các loại bazơ nitơ của ADN và ARN

+ Chỉ được cấu tạo từ 1 chuỗi polinuclêôtit có chiều từ 5’ đến 3’

+ Có cấu trúc không gian đa dạng tùy vào từng loại ARN:

Mạch thẳng (mARN) ARN thông tin: không có liên kết hidro

Xoắn cục bộ (rARN) ARN riboxom: có liên kết hidro

Xoắn cuộn thành thùy (t ARN) ARN vận chuyển: có liên kết hidro

mARN 1 chuỗi polinuclêôtit được sao chép từ 1 đoạn ADN (gen) Truyền đạt thông tin di

truyền (thông tin về cấu trúc Prôtêin) từ gen (trong nhân

tế bào) tới Ribôxôm (trong

tế bào chất)

9

tARN 1 chuỗi polinuclêôtit cuộn xoắn tạo ra các thùy tròn, trong

đó có một thùy tròn mang bộ ba đối mã (anticodon), đầu 3’ là nơi gắn a.a Trong cấu trúc có nhiều chỗ các nuclêôtit liên kết với nhau theo NTBS (A-U; G-X)

Vận chuyển a.a

rARN 1 chuỗi polinuclêôtit cuộn xoắn phức tạp, có nhiều chỗ

các nuclêôtit liên kết với nhau theo NTBS (A-U; G-X)

Là 1 thành phần cấu tạo nên Ribôxôm

b) Phân biệt ARN và ADN

10

Hình: Phân biệt ARN và ADN

III PROTEIN

1 Cấu trúc

a) Cấu tạo hóa học:

- Là đại phân tử hữu cơ có cấu trúc đa phân bao gồm nhiều đơn phân là các axitamin

Hình: Cấu tạo hóa học prôtêin

11

+ 1aa gồm 3 thành phần: 1 nhóm –COOH (nhóm carboxyl), 1 nhóm amin –NH2, 1 gốc -R- (Các aa chỉ khác nhau ở gốc –R-, có hơn 20 loại aa khác nhau)

+ 1aa có khối lượng trung bình là 110 đvC, chiều dài trung bình là 3 A0

+ Các aa liên kết với nhau bằng liên kết peptit giữa nhóm –COOH của aa trước với nhóm –NH2 của aa sau tạo thành chuỗi polipeptit

Hình: Sự hình thành liên kết peptit

Hình: Liên kết peptit trong cấu trúc prôtêin

c) Cấu trúc không gian: gồm 4 bậc

12

Hình: Các bậc cấu trúc không gian của prôtêin

+ Cấu trúc bậc 1: là 1 chuỗi polipeptit mạch thẳng

+ Cấu trúc bậc 2: là 1 chuỗi polipeptit xoắn hoặc gấp nếp

+ Cấu trúc bậc 3: là 1 chuỗi polipeptit xoắn cuộn trong không gian 3 chiều nên có hình cầu, chỉ ở cấu trúc này trở đi protein mới thực hiện được chức năng sinh học của mình

+ Cấu trúc bậc 4: gồm 2 hay nhiều chuỗi pp cùng hoặc khác loại xoắn cuộn trong không gian 3 chiều như protein trong hồng cầu (Hb) được cấu tạo từ 4 chuỗi pp 2 chuỗi xoắn và 2 chuỗi gấp nếp

ᴓ Với cấu trúc đa phân (từ 20 loại axit amin) và cấu trúc không gian (4 bậc) có thể tạo ra nhiều dạng prôtêin khác nhau → ứng với các tính trạng khác nhau

Các phân tử pr vừa có tính đa dạng vừa có tính đặc thù do số lượng, thành phần, trật tự sắp xếp các aa quy định

b) Chức năng của prôtêin

+ Cấu tạo tế bào và cơ thể

13

+ Dự trữ các aa

+ Vận chuyển các chất (hemôglôbin)

+ Bảo vệ cơ thể (kháng thể)

+ Thu nhận thông tin (thụ thể)

+ Xúc tác cho các phản ứng hóa sinh (enzim)

+ Điều hòa (hoocmôn)

+ Vận động (prôtêin cơ)

NỘI DUNG TRỌNG TÂM VẬN DỤNG VÀO GIẢI BÀI TẬP

1 Bài tập về cấu trúc ADN:

• Đơn phân: nuclêôtit (A,T,G,X)

• Liên kết giữa các đơn phân: liên kết cộng hóa trị (OH-C3 với P-C5) tạo thành 2 chuỗi polinuclêôtit ngược chiều nhau

- Cấu trúc không gian gồm 2 mạch xoắn đều

1.1 Chiều dài (L):

L N x3,4A o

2

= N: là tổng số nuclêôtit của phân tử ADN

3,4 Ao : kích thước trung bình của 1 nuclêôtit

L: chiều dài của phân tử ADN

Chiều dài trung bình của một phân tử ADN mạch kép:

(1Ao = 10-1nm = 10-4µm = 10-7mm)

1.2 Khối lượng (M):

Khối lượng trung bình của một nuclêôtit: 300 đ.v.C

1.4 Liên kết hóa học:

a Liên kết phôtphođieste có trong ADN kép, thẳng

Ta có:

* Giữa hai nuclêôtit liền kề trên một mạch được nối với nhau bởi 1 liên kết phôtphođieste

*

2

N : Tổng số nuclêôtit trên một mạch

 Liên kết phôtphođieste có trong 1 mạch = 1

2 −

N

 Liên kết phôtphođieste có trong ADN: 1)

2(

2 N − = N - 2

- Theo nguyên tắc bổ sung ta có:

b Liên kết hiđrô(H):

Do A chỉ liên kết với T bằng 2 liên kết hiđrô, G chỉ liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô, nên tổng số liên kết hiđrô của ADN là:

H = 2 x (Số lượng cặp A = T) + 3 x (Số lượng cặp G ≡ X)

Mà số lượng cặp A=T bằng số nuclêôtit loại A của phân tử ADN, số lượng cặp G ≡ X bằng số lượng nuclêôtit loại G của phân tử ADN

H = 2A + 3G

1.5 Số lượng nuclêôtit

Theo NTBS thì:

Tổng số nu của ADN: A+T+G+X=N =>A+G= N/2

Vì %A=%T; %G=%X => %A+%G = %T + %X = 50%

- Số liên kết hóa trị giữa các Nu = số liên kết hóa trị trên mỗi mạch x 2= (N/2 -1) x 2 = N - 2

- Số liên kết phôtpho đieste giữa các phân tử đường trong ADN = N – 2

- Số liên kết hidro: H= 2A+3G = 2T + 3X

1.6 Tỉ lệ nuclêôtit

a Trên mỗi mạch

%A1=%T2 , %T1=%A2 , %G1=%X2 , %X1=%G2.

%A1 +% T1 + %G1 + %X 1 = %A2 + %T2 + %X2 + %G2

%

%

2 Bài tập về cấu trúc ARN

- ARN chỉ có 1 mạch, do đó không được áp dụng NTBS (A = U; G=X) mặc dù tARN và rARN vẫn có

những chỗ có các nuclêôtit liên kết với nhau theo NTBS

3 Bài tập về cấu trúc protein

- Chiều dài protein: L = Số aa trên phân tử pr x 3 A0

- Khối lượng protein: m pr = số aa trên phân tử pr x 110 đvC

- Số liên kết peptit = số aa-1 = số phân tử nước được giải phóng

HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI ĐỀ THI

Câu 87: MĐ201 - THPT QG 2018

Loại axit nuclêic nào sau đây là thành phần cấu tạo của ribôxôm?

A rARN B mARN C tARN D ADN

Loại axit nuclêic nào sau đây là thành phần cấu tạo của ribôxôm?

A mARN B ADN C tARN D rARN

Câu 96: MĐ207 - THPT QG 2018

Một phân tử ADN ở vi khuẩn có tỉ lệ (A + T)/(G + X) = 1/4 Theo lí thuyết, tỉ lệ nuclêôtit loại A của phân tử này là

Loại axit nuclêic nào sau đây là thành phần cấu tạo của ribôxôm?

A mARN B ADN C tARN D rARN

Loại axit nuclêic nào sau đây là thành phần cấu tạo của ribôxôm?

A rARN B mARN C ADN D tARN

Trong phân tử mARN không có loại đơn phân nào sau đây?

A Xitôzin B Uraxin C Timin D Ađênin

21

Hướng dẫn trả lời:

Đơn phân của ARN là A, U, G, X

=> T không là đơn phân của mARN

=> Đáp án C

Câu 117- MĐ201 - THPT QG 2017:

Một gen có 1200 cặp nuclêôtit và số nuclêôtit loại G chiếm 20% tổng số nuclêôtit của gen Mạch 1 của gen có 200 nuclêôtit loại T và số nuclêôtit loại X chiếm 15% tổng số nuclêôtit của mạch

Có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

I Mạch 1 của gen có A/G = 15/26

II Mạch 1 của gen có (T + X)/(A + G) = 19/41

III Mạch 2 của gen có A/X = 2/3

IV Mạch 2 của gen có (A + X)/(T + G) = 5/7

A 4 B 2 C.3 D 1

Hướng dẫn trả lời:

Lưu ý đề bài cho gen có 1200 cặp nu

Xem xét các phát biểu :

I Mạch 1 của gen có A/G = 15/26 => Sai

Vì 520/300 ≠ 15/26

Có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

I Mạch 1 của gen có G/X = 3/4

II Mạch 1 của gen có (A + G) = (T + X)

III.Mạch 2 của gen có T = 2A

IV Mạch 2 của gen có (A + X)/(T + G) = 2/3

A.2 B.1 C.3 D.4

Hướng dẫn trả lời:

Lưu ý đề bài cho gen có 1500 cặp nu

Xem xét các phát biểu :

I Mạch 1 của gen có G/X = 3/4 => đúng

Vì G1/X1 = 450/600 = 3/4

II Mạch 1 của gen có (A + G) = (T + X) => đúng

23

Vì (300 + 450) = (150 +600)

III Mạch 2 của gen có T = 2A => đúng

IV Mạch 2 của gen có (A + X)/(T + G) = 2/3

Có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

I Mạch 1 của gen có X/G = 15/19

II Mạch 1 của gen có (T + X)/(A + G) = 12/13

III Mạch 2 của gen có T/G = 5/19

IV Mạch 2 của gen có 38% số nuclêôtit loại X

A 4 B 3 C 1 D.2

Hướng dẫn trả lời:

Lưu ý đề bài cho gen có 2500 nu => 2A + 2G = 2500 (1)

Số liên kết hiđrô = 2A + 3G = 3250 (2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) :

Xem xét các phát biểu :

I Mạch 1 của gen có X/G = 15/19 => sai

Vì 275/475 ≠ 15/19

II Mạch 1 của gen có (T + X)/(A + G) = 12/13 => sai

Vì (375+ 275)/(125+475) = 650/600 ≠ 12/13

Theo lí thuyết, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

I Mạch 1 của gen có G/X = 2/3

II Mạch 2 của gen có (A + X)/(T + G) = 53/72

III Mạch 2 của gen có G/T = 25/28

IV Mạch 2 của gen có 20% số nuclêôtit loại X

A 4 B 2 C 1 D 3

Hướng dẫn trả lời:

Tổng số nu của 1 mạch gen = 425/0,34 = 1250 nu

Số nu của gen 1250.2 = 2500

Xem xét các phát biểu :

I Mạch 1 của gen có G/X = 2/3.=> sai

A chủng virut lai B chủng virut A và chủng virut B

C chủng virut B D chủng virut A

Hướng dẫn trả lời:

Vật chất di truyền của virut là lõi axit nuclêic của chủng A => Virut lai sau đó, các thế hệ kế tiếp chúng sẽ có

vỏ và lõi của chủng A => Đáp án D

Câu 22-MĐ 147 – Thi THPT QG 2016:

Trong các phát biểu sau, có bao nhiêu phát biểu đúng về ADN ở tế bào nhân thực?

(1) ADN tồn tại ở cả trong nhân và trong tế bào chất

(2) Các tác nhân đột biến chỉ tác động lên ADN trong nhân tế bào mà không tác động lên ADN trong tế bào chất

(3) Các phân tử ADN trong nhân tế bào có cấu trúc kép, mạch thẳng còn các phân tử ADN trong tế bào chất

có cấu trúc kép, mạch vòng

(4) Khi tế bào giảm phân, hàm lượng ADN trong nhân và hàm lượng ADN trong tế bào chất của giao tử luôn giảm đi một nửa so với tế bào ban đầu

A 3 B 1 C 4 D 2

Hướng dẫn trả lời:

(1) ADN tồn tại ở cả trong nhân và trong tế bào chất => đúng

(2) Các tác nhân đột biến chỉ tác động lên ADN trong nhân tế bào mà không tác động lên ADN trong tế bào

chất => sai Vì đột biến xảy ra cả ở gen nhân và cả gen trong tế bào chất

(3) Các phân tử ADN trong nhân tế bào có cấu trúc kép, mạch thẳng còn các phân tử ADN trong tế bào chất

có cấu trúc kép, mạch vòng => đúng

26

(4) Khi tế bào giảm phân, hàm lượng ADN trong nhân và hàm lượng ADN trong tế bào chất của giao tử luôn

giảm đi một nửa so với tế bào ban đầu => sai Hàm lượng ADN trong tế bào chất không xác định khi

giảm phân

=> Đáp án D

Câu 1 - Thi THPT QUỐC GIA NĂM 2015 _MĐ 159:

Loại nuclêôtit nào sau đây không phải là đơn phân cấu tạo nên phân tử ADN?

A Ađênin B Timin C.Uraxin D Xitôzin

Hướng dẫn trả lời:

Uraxin là đơn phân của ARN

=> Đáp án C

Câu 44 - ĐẠI HỌC 2012_ MĐ 279:

Một gen có tổng số 2128 liên kết hiđrô Trên mạch 1 của gen có số nuclêôtit loại A bằng số nuclêôtit loại T; số nuclêôtit loại G gấp 2 lần số nuclêôtit loại A; số nuclêôtit loại X gấp 3 lần số nuclêôtit loại T Số

nuclêôtit loại A của gen là

A 112 B 448 C 224 D 336

Hướng dẫn trả lời:

Một gen có tổng số 2128 liên kết hiđrô => 2A+3G =2128  2(A1+T1)+3(G1+X1) =2128 (*)

Theo đề: A1=T1 ; G1 =2A1; X1 = 3T1

Thay vào (*) 4A1 +3(2A1 + 3T1) = 2128  19A1 =2128 => A1 = 112 => A = 112.2 = 224

=> Đáp án C

Câu 53 - ĐẠI HỌC 2012_ MĐ 279:

Một phân tử ADN có cấu trúc xoắn kép, giả sử phân tử ADN này có tỉ lệ (A+T)/(G+X) = 1/4 thì tỉ lệ

4 nuclêôtit loại G của phân tử ADN này là

27

Câu 46 - ĐẠI HỌC 2008_MĐ 253:

Trên một mạch của phân tử ADN có tỉ lệ các loại nuclêôtit là (A + G)/ (T + X) = 1/2

Tỉ lệ này ở mạch bổ sung của phân tử ADN nói trên là

A 0,2 B 2,0 C 5,0 D 0,5

Hướng dẫn trả lời:

Giả sử đây là mạch 1 ta có: (A1 + G1)/ (T1 + X1) = 1/2

Theo NTBS => (T2+X2)/(A2+G2) = 1/2

=> (A2 + G2)/ (T2 + X2) = 2

=> Đáp án B

Câu 47- ĐẠI HỌC 2007_MĐ 152:

Prôtêin không thực hiện chức năng

A điều hoà các quá trình sinh lý B xúc tác các phản ứng sinh hoá

C bảo vệ tế bào và cơ thể D tích lũy thông tin di truyền

Hướng dẫn trả lời:

Prôtêin không thực hiện chức năng tích lũy thông tin di truyền => Đáp án D

LUYỆN TẬP

Câu 1: Yếu tố nào sau đây quy định cấu trúc bậc 1 của prôtêin?

A Độ bền của các liên kết peptit

B Số lượng của các axit amin

C Trình tự sắp xếp các axit amin trong chuỗi polipeptit

D Số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các a.a

Câu 2: Cấu trúc bậc 1 của prôtêin có vai trò quan trọng như thế nào?

(1) Xác định tính đặc thù và đa dạng của prôtêin

(2) Quy định cấu trúc bậc 2 và bậc 3 của prôtêin

(3) Quy định tính chất vật lí

(4) Quy định tính chất hóa học của prôtêin

(5) Quy định chức năng của prôtêin