Các dạng bài tập và phương pháp giải bài tập di truyền phân tử

Cấu tạo hóa học của phân tử ADN ADN axitđeoxiribonucleic thuộc loại axitnucleic đợc cấu tạo từ các nguyên tố chính là C,H, O, N, và P.. ADN là đại phân tử có kích th-ớc và khối lợng l

BÁO CÁO KẾT QUẢ

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

1. Lời giới thiệu

Sinh học là một trong những môn khoa học cơ bản mang tính trừu tượng, nhưng mô hình ứng dụng của nó rất rộng rãi và gần gũi trong mọi lĩnh vực của đời sống con người,và đời sống xã hôi , trong khoa học lý thuyết và khoa học ứng dụng

Sinh học là một môn học giữ một vai trò quan trọng trong suất bậc học phổ thông Tuy nhiên, nó là một môn học khó, khô khan và đòi hỏi ở mỗi học sinh phải có một sự nỗ lực rất lớn để chiếm lĩnh những tri thức cho mình Chính vì vậy, đối với mỗi giáo viên dạy sinh việc tìm hiểu cấu trúc của chương trình, nội dung của sách giáo khoa, nắm vững phương pháp dạy học Để từ đó tìm ra những biện pháp dạy học có hiệu quả trong viêc truyền thụ các kiến thức sinh học cho học sinh là công viêc cần phải làm thường xuyên

Thực tế kiến thức về di truyền phân tử chỉ dừng lại ở khái niệm chứ không đi sâu vì thế khi gặp một bài toán khó về phân tử ADN nhất là đối tượng học sinh giỏi lại gặp rất nhiều thì học sinh không có phương hướng để giải quyết

Xuất phát từ thực tế đó tôi mạnh dạn đưa ra đề tài “Các dạng bài tập và phương pháp giải bài tập di truyền phân tử” để cùng trao đổi bàn bạc

cùng các đồng nghiệp về vai trò, yêu cầu, hình thức và các dạng bài tập nhằm góp một phần nhỏ vào việc giảng dạy loại bài tập này được tốt hơn Với những lí do trên và cũng để phục cho công việc giảng dạy, đặc biệt là công tác bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi và bồi dưỡng học sinh thi vào các trường chuyên, lớp chọn tôi đã viết chuyên đề này

2. Tên sang kiến:

Các dạng bài tập và phương pháp giải bài tập di truyền phân tử

3 Tác giả sáng kiến:

- Họ tên: Vũ Thị Thu

- Địa chỉ tác giả: Trường THCS Hợp Thịnh, Tam Dương ,Vĩnh Phúc

- Số điện thoại: 0896012333,

Email:vuthithu.c2hopthinh@vinhphuc.edu.vn

4 Chủ đầu tư tạo ra sang kiến:

- Họ tờn: Vũ Thi Thu

- Địa chỉ tác giả: Trường THCS Hợp Thịnh,Tam Dương,Vĩnh phúc

- Sụ́ điợ̀n thoại: 0896012333, Email: vuthithu.c2hopthinh@vinhphuc.edu.vn

5 Lĩnh sỏng vực ỏp dụng kiến:

Áp dụng cho dạy học giải các dạng bài tõp di tuyờ̀n phõn tử cho học sinh giỏi mụn sinh 9

6 Ngày sỏng kiến được ỏp dụng lần đầu:

Ngày 01 tháng 09 năm 2017

7 Mụ tả bản chất của sỏng kiến:

7.1 Về nội dung của sỏng kiến:

I CẤU TẠO PHÂN TỬADN:

1 Cấu tạo húa học và cấu trỳc khụng gian phõn tử ADN:

a. Cấu tạo hóa học của phân tử ADN

ADN ( axitđeoxiribonucleic ) thuộc loại axitnucleic đợc cấu tạo từ các nguyên tố chính là C,H, O, N, và P ADN là đại phân tử có kích

th-ớc và khối lợng lớn , có thể dài tới hàng trăm micromet và khối lợng lớn đạt tới hàng triệu, hàng chục triệu đơn vị cacbon (đvC)

ADN đợc cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm nhiều đơn phân Đơn phân của ADN là nu cleic gồm có 4 loại nucleic khác nhau kí hiệu là A ( ađenin ) , T(timin)

X(xitozin) và G(guanin).Mỗi đơn phân gồm ba thành phần : một bazơnitơ , một đờng đeôxiribô và một phân tử H3PO4, các đơn phân chỉ khác nhau bởi các bazơnitơ Mỗi phân tử ADN gồm hàng vạn đến hàng triệu đơn phân

Bụ́n loại nucleotit trên liên kết với nhau theo chiều dọc và tùy theo số lợng của chúng mà xác định chiều dài của ADN , đồng thời chúng sắp xếp theo nhiều cách khác nhau tạo ra đợc vô số loại phân tử ADN.Các phân tử ADN phân biệt nhau không chỉ bởi trình tự sắp xếp mà còn cả về số lợng và thành phần các nucleotit

b.Cấu trúc không gian của phân tử ADN

Năm 1953 J Oatxơn và F Cric đã công bố mô hình cấu trúc không gian của phân tử ADN Theo mô hình này , ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn song song , xoắn đều quanh một trục

t-ởng tợng từ trái qua phải Các nucleotit giữa hai mạch liên kết với nhau bằng các liên kết hiđro tạo thành các cặp Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nucleotit có chiều cao 34 Ao Đờng kính mỗi vòng xoắn là 20Ao Các nucleotit giữa hai mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) trong đó A liên kết với T bằng hai liên kết hiđro , G liên kết với X bằng 3 liên kết hidro và ngợc lại

Do NTBS của từng cặp nucleotit đã đa đến tính chất bổ sung của hai mạch đơn Vì vậy khi biết trình tự sắp xếp các nucleotit trong mạch đơn này có thể suy ra trình tự sắp xếp các nucleotit trong mạch

đơn kia

Cũng theo NTBS trong phân tử ADN có số A bằng số T và số G bằng sụ́ X do đó ta có A + T = G + X

tỉ số trong các phân tử ADN khác nhau thì khác nhau và mang tính chất đặc trng cho từng loài

2 Cỏc dạng bài tập và phương phỏp giải:

Dang 1 Tớnh chiều dài, số vũng xoắn( số chu kỳ xoắn ) , số lượng nucleotit của phõn tử ADN ( hay của gen )

1 Hớng dẫn và công thức vận dụng

Biết trong gen hay trong phân tử ADN luôn có:

+ Tổng số nuclêôtít = A + T +G +X trong đó A = T ; G = X

+ Mỗi vòng xoắn chứa 20 nuclêôtít với chiều dài 34 A0 mỗi nuclêôtít dài 3,4 A0

( 1 A0 = 10 -4 m =10-7 mm)

+ Khối lợng trung bình một nuclêôtít là 300 đvc

Ký hiệu: * N : Số nuclêôtít của ADN

* : Số nuclêôtít của 1 mạch

+ L : Chiều dài của ADN

+ M : Khối lợng của ADN

+ C : Số vòng xoắn của ADN

Ta có công thức sau:

- Chiều dài của ADN = (số vòng xoắn ) 34 A0 hay L = C 34 A0

Ta cũng có thể tính chiều dài của ADN theo công thức L = 3,4 A0

-Tổng số nuclêôtít của ADN = số vòng xoắn 20 hay N = C 20 Hoặc cũng có thể dùng công thức N =

-Số vòng xoắn của ADN : C = =

- Khối lợng của ADN : M = N 300 (đvc)

- Số lợng từng loại nuclêôtít cua ADN :

A +T +G +X =N theo NTBS : A =T ; G = X

Suy ra : A =T = - G và G =X = - A

2 Một số ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Một phân tử ADN có chứa 150.000 vòng xoắn hãy xác định

:

1. Chiều dài và sốlợng nuclêôtítcủa ADN

2. Số lợng từng loạinuclêôtítcủa ADN Biết rằngloại ađênin chiếm 15% tổng số nuclêôtít

Giải

a)

Chiều dài và số lợng nuclêôtít của ADN :

- Chiều dài của ADN:

L = C 34 A0 = 150000 34 A0 = 5100000 (A0)

- Số lợng nuclêôtít của ADN :

N = C 20 = 150000 20 = 3000000 (nuclêôtít)

b) Số lợng từng loại nuclêôtít của phân tử ADN

Theo bài ra A = T = 15% N

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

G = X = - 450000 = - 450000 = 1050000 (nuclêôtít)

Ví dụ2 Gen thứ nhất có chiều dài 3060 A0 Gen thứ hai nặng hơn gen thứ nhất 36000đvc Xác định số lợng nuclêôtít của mỗi gen

Giải.

Số lợng nuclêôtit của gen thứ nhất:

N = =

Khối lợng của gen thứ nhất

M = N.300 đvc = 1800 300 đvc = 540000 đvc Khối lợng của gen thứ hai:

540000 đvc + 36000 đvc = 516000 đvc

Số lợng nuclêôtít của gen thứ hai:

N = (nu)

Ví dụ 3:

Một gen có chiều dài bằng 4080 A0 và có tỉ lệ =

a) Xác định số vòng xoắn và số nucleotit của gen

b) Tính số lợng từng loại nucleotit của gen

Giải.

a) Xác định số vòng xoắn và số nucleotit của gen

- Số vòng xoắn của gen

C = = = 120 ( vòng xoắn )

- Số lợng nucleotit của gen :

N = C.20 = 120 20 = 2400 ( nucleotit )

b) Tính số lợng từng loại nucleotit của gen:

Gen có tỉ lệ = Mà theo NTBS thì A = T ; G = X

Suy ra =  A = G (1)

Ta có A +G = = = 1200 (2)

Thay (1) vào (2 ) ta có G +G = 1200 Hay G = 1200

vậy G = 1200 = 720

Số lợng từng loại nucleotit của gen bằng :

G = X = 720 (nucleotit)

A = T = G = =480 (nucleotit)

Ví dụ4: Một phân tử ADN dài 1,02 mm Xác định số lợng nuclêôtit và

khối lợng của phân tử ADN

Biết 1mm = 107A0

Giải.

Chiều dài của phân tử ADN: 1,02mm = 1,02 107A0

Số lợng nuclêôtit của phân tử ADN:

N = = = 6.106 = 6000000 ( nu)

Khèi lîng cña ph©n tö ADN:

M = N 300 ®vc = 6.106 300 = 18 108 ®vc

VÝ dô 5 Cã hai ®o¹n ADN

- §o¹n thø nhÊt cã khèi lîng lµ 900000 ®vc

- §o¹n thø hai cã 2400nuclª«tit

Cho biÕt ®o¹n ADN nµo dµi h¬n vµ dµi h¬n lµ bao nhiªu

Gi¶i

- XÐt ®o¹n ADN thø nhÊt:

Sè lîng nuclª«tÝt cña ®o¹n:

N = = = 3000 (nu)

ChiÒu dµi cña ®o¹n ADN:

L = 3,4 A0 = 3,4 = 5100 A0

XÐt ®o¹n AD N thø hai:

ChiÒu dµi cña ®o¹n ADN:

L = 3,4 A0 = 3,4 A0 = 4080 A0

VËy ®o¹n ADN thø nhÊt dµi h¬n ®o¹n ADN thø hai

5100 A0 – 4080 A0 = 1020 A0

Dạng 2 Tính s ố l ượ ng và t ỉ l ệ t ừ ng lo ạ i nucleotit c ủ a p hân t ử ADN.

1 Hướng dẫn và công thức:

Theo nguyên tắc bổ sung, trong phân tử ADN, số nuclêôtit loại A luôn

bằng T và G luôn bằng X: A=T G=X

- Số lượng nuclêôtit của phân tử ADN:

A + T + G + X = N

Hay 2A + 2G =N A + G =

- Suy ra tương quan tỉ lệ các loại nuclêôtit trong phân tử ADN:

A + G = 50% N T + X = 50% N

2 Bài tập và hướng dẫn giải:

Bài 1 Một gen dài 0,408micrômet và có số nuclêôtit loại G bằng

15% Xác định số lượng và tỉ lệ từng loại nclêôtit của gen

Giải

Tổng số nuclêôtit cuae gen:

N = = = 2400(nu)

Gen có: G = X = 15% Suy ra A = T = 50% - 15% = 35%

Vậy tỉ lệ và số lượng từng loại nuclêôtit của gen là:

A = T = 35% x 2400 = 840 ( nu)

G = X = 15% x 2400 = 360 ( nu)

Bài 2 Gen thứ nhất có 900G bằng 30% tổng số nuclêôtit của gen.

Gen thứ hai có khối lượng 900000đvC

Hãy xác định gen nào dài hơn

Giải

- Xét gen thứ nhất:

Số lượng nuclêôtit của gen thứ nhất:

N = 900 x = 3000 ( nu)

Chiều dài của gen thứ nhất:

L = 3,4A0 = 3,4A0 = 5100A0

- Xét gen thứ hai:

Số lượng nuclêôtit của gen thứ hai:

N = = = 3000 ( nu)

Chiều dài của gen thứ hai:

L = 3,4A0 = 3,4A0 = 5100A0

Vậy hai gen có chiều dài bằng nhau

Dạng 3 Xác định trình tự và số lượng các loại nuclêôtit trên mỗi mạch pôlinuclêôtit của thân tử ADN.

1 Hướng dẫn và công thức:

- Xác định trình tự nuclêôtit trên mỗi mạch của phân tử ADN dựa và

NTBS: A trên mạch này liên kết với T trên mạch kia và G trên mạch này liên kết với X trên mạch kia

- Gọi A1, T1, G1, X1 lần lượt là số nuclêôtit mỗi loại trên mạch thứ nhất và A2, T2, G2, X2 lần lượt là số nuclêôtit mỗi loại trên mạch thứ hai

Dựa vào NTBS, ta có:

A1 = T2 T1 = A2

G1 = X2 X1 = G2

A = T = A1 + A2 G = X = G1 + G2

2 Bài tập và hướng dẫn giải:

Bài 1 Một đoạn của phân tử ADN có trật tự các nuclêôtit trên mạch đơn thứ

nhất như sau:

…AAT-AXA-GGX-GXA-AAX-TAG…

a Viết trật tự các nuclêôtit trên mạch đơn thứ hai của đọan ADN

b Xác định số lượng từng loại nuclêôtit của mỗi mạch và của đọan ADN đã cho

Giải

a Trật tự các nuclêôtit trên mạch đơn thứ hai của đọan ADN :

…TTA-TGT-XXG-XGT-TTG-ATX

b Số lượng từng loại nuclêôtit của mỗi mạch và của đọan ADN

Theo đề bài và theo NTBS, ta có số nuclêôtit trên mỗi mạch:

A1 = T2 = 8 ( nu) T1 = A2 = 2 (nu)

G1 = X2 = 4( nu) X1 = G2 = 4 ( nu)

Số lượng từng loại nuclêôtit của đọan ADN:

A = T = A1 + A2 = 8+2 = 10 (nu)

G = X = G1 + G2 = 4+4 = 8 ( nu)

Bài 2 Một gen có chiều dài 5100A0 và có 25%A Trên mạch thứ nhất có 300T và trên mạch thứ hai có 250X Xác định:

a Số lượng từng loại nuclêôtit của cả gen

b Số lượng từng loại nuclêôtit của mỗi mạch gen

Giải

a Số lượng từng loại nuclêôtit của cả gen:

Tổng số nuclêôtit của gen:

N = = = 3000( nu)

Theo đề: A =T = 25%

Suy ra G = X = 50% - 25% = 25%

Vậy số lượng từng loại nuclêôtit của gen đều bằng nhau:

A = T = G = X = 25% x 3000 = 750 (nu)

b Số lượng từng loại nuclêôtit của mỗi mạch gen:

Theo đề bài và theo NTBS, ta có:

T1 = A2 = 300 ( nu)

Suy ra A1 = T2 = A – A2 = 750 – 300 = 450 (nu)

G1 = X2 = 250 ( nu)

Suy ra X1 = G2 = G – G1 = 750 – 250 = 500 (nu)

Dạng 1 Tính số liên kết hyđrô của phân tử ADN.

1 Hướng dẫn và công thức:

Trong phân tử ADN:

- A trên mạch này liên kết với T trên mạch kia bằng 2 liên kết hyđrô

- G trên mạch này liên kết với X trên mạch kia bằng 3 liên kết hyđrô Gọi H là số liên kết hyđrô của phân tử ADN

H = ( 2 x số cặp A-T) + ( 3 x số cặp G-X)

Hay: H = 2A + 3G

2 Bài tập và hướng dẫn giải:

Bài 1 Một gen có 2700 nuclêôtit và có hiệu số giữa A với G bằng 10%

số nuclêôtit của gen

a Tính số lượng từng loại nuclêôtit của gen

b Tính số liên kết hyđrô của gen

Giải

a Số lượng từng loại nuclêôtit của gen:

Theo đề: A – G = 10%

Theo NTBS A + G = 50%

Suy ra: 2A = 60%

Vậy A = T = 30%

Suy ra: G = X = 50% - 30% = 20%

Số lượng từng loại nuclêôtit của gen:

A = T = 30% x 2700 = 810 ( nu)

G = X = 20% x 2700 = 540 ( nu)

b Số liên kết hyđrô của gen:

H = 2A + 3G = ( 2 x 810) + ( 3 x 540) = 3240 Lkết

Bài 2 Một gen có 2720 liên kết hyđrô và có số nuclêôtit loại X là 480 Xác

định:

a Số lượng từng loại nuclêôtit của gen

b Chiều dài của gen

Giải

a Số lượng từng loại nuclêôtit của gen:

Theo đề: G = X = 480( nu)

Gen có 2720 liên kết hyđrô, nên:

H = 2A + 3G

 2720 = 2.A + ( 3 x 480)

Suy ra A = = 640(nu)

Vậy số lượng từng loại nuclêôtit của gen là:

A = T = 640(nu) ; G = X = 480(nu)

a Chiều dài của gen:

Số lượng nuclêôtit trên một mạch của gen:

= A + G = 480+ 640 = 1120(nu)

Chiều dài của gen:

L = 3,4A0 = 1120 x 3,4A0 = 3808A0

II CƠ CHẾ NHÂN ĐÔI ADN

1 Tóm tắt về cơ chế nhân đôi phân tử ADN :

Dưới tác dụng của men, hai mạch đơn của phân tử ADN lần lượt tách các

liên kết hyđrô từ đầu này đến đầu kia Khi ấy, các nuclêôtit tự do của môi trường nội bào lần lượt di chuyển vào và liên kết với các nuclêôtit của hai mạch đơn theo NTBS:

- A của mạch liên kết với T của môi trường

- T của mạch liên kết với A của môi trường

- G của mạch liên kết với X của môi trường

- X của mạch liên kết với G của môi trường

Kết quả từ một phân tử ADN mẹ hình thành 2 phân tử ADN con giống hệt nhau và giống với ADN mẹ Trong mỗi phân tử ADN con có một mạch đơn nhận từ ADN mẹ và một mạch đơn còn lại được liên kết từ các nuclêôti của môi trường

Quá trình nhân đôi của ADN còn gọi là quá trình tự sao

2 Các dạng bài tâp và phương pháp giải.

Dạng 1. Tính số lần nhân đôi của ADN và số phân tử ADN được tạo ra qua

quá trình nhân đôi.

1 Hướng dẫn và công thức:

Phân tử ADN thực hiện nhân đôi:

Số lần nhân đôi Số ADN con

Gọi x là số lần nhân đôi của ADN thì số phân tử ADN được tạo ra là: 2x

2 Bài tập và hướng dẫn giải:

Bài 1 Một gen nhân đôi một số lần và đã tạo được 32 gen con Xác định số lần

nhân đôi của gen

Giải

Gọi x là số lần nhân đôi của gen, ta có số gen con tạo ra là:

2x = 32 = 25

Suy ra x = 5

Vậy gen đã nhân đôi 5 lần

Bài 2 Một đoạn phân tử ADN có trật tự các nuclêôtit trên một mạch đơn như

sau: