Dựa vào mô hình điều hòa hoạt động của operon Lac, hãy cho biết trong trường hợp nào đột biến sẽ làm cho các gen cấu trúc liên tục phiên mã. Đột biến làm cho các gen cấu trúc liên tục ph[r]
Trang 1Tiết PPCT: 1-3
CHỦ ĐỀ: CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ
(3 tiết) Bài 1: Gen, mã di truyền và quá trình nhân đôi của ADN
- Mục I.2 Cấu trúc chung của gen cấu trúc: Không dạy chi tiết, chỉ giới thiệu 3 vùng như sơ
đồ hình 1.1
Bài 2: Phiên mã và dịch mã
- Mục I.2 Cơ chế phiên mã: không dạy chi tiết phiên mã ở sinh vật nhân thực
I MẠCH KIẾN THỨC
* Tiết 1:
I Gen
II Mã di truyền
III Quá trình nhân đôi của ADN
* Tiết 2:
IV Phiên mã
1 Cấu trúc và chức năng của các loại ARN
2 Khái niệm
3 Cơ chế phiên mã
V Dịch mã
1 Khái niệm
2 Diễn biến của cơ chế dịch mã
* Tiết 3:
Luyện tập, củng cố
II MỤC TIÊU
1 Kiến thức
- Trình bày được những diễn biến chính của cơ chế nhân đôi của ADN ở tế bào nhân sơ
- Phát biểu được định nghĩa gen và kể tên được một vài loại gen (gen điều hoà và gen cấu trúc)
- Phát biểu được định nghĩa mã di truyền và nêu được một số đặc điểm của mã di truyền
- Phân biệt cấu trúc và chức năng của các loại ARN
- Trình bày được những diễn biến chính của cơ chế phiên mã
- Trình bày được những diễn biến chính của cơ chế dịch mã
- Phân tích được mối quan hệ ADN - mARN - prôtêin
2 Kĩ năng
- Rèn luyện kỹ năng so sánh, khái quát hoá, tư duy toán học thông qua thành lập các công thức chung
- Lập được bảng so sánh các cơ chế sao chép, phiên mã, dịch mã sau khi xem phim về các quá trình này
- Phát triển năng lực suy luận của học sinh qua việc xác định các bộ ba mã sao và số a.a trong prôtein do nó quy định từ chiều của mã gốc suy ra chiều mã sao và chiều dịch mã
3 Thái độ
- Củng cố niềm tin vào khoa học trong việc nhận thức bản chất và tính quy luật của hiện tượng sinh học
4 Năng lực hướng tới
- Tự học, phát hiện và giải quyết vấn đề: Rèn kĩ năng tự học, tự hình thành kiến thức thông qua các kênh thông tin
- Sử dụng ngôn ngữ, tính toán: Sử dụng ngôn ngữ sinh học để hình thành khái niệm, vận dụng toán học để giải quyết các trong dạng toán liên quan đến ADN
- Giao tiếp: Trao đổi, thảo luận với bạn để rút ra kết luận chung
Trang 2- Sử dụng CNTT: Soạn các bài báo cáo, tìm hiểu về một vấn đề nào đó.
III CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH
1 Giáo viên
- Hình 1.1, bảng 1 Mã di truyền SGK
- Sơ đồ cơ chế tự nhân đôi của ADN
- Mô hình cấu trúc không gian của ADN
- Sơ đồ liên kết các nuclêôtit trong chuỗi pôlinuclêotit:
- Công thức toán ADN:
a Tính số nuclêôtit
A + T = G + X = N/2
% A + % G = % T + % X = 50 %
A = T = % A * N
G = X = % G * N
Trang 3b Tính chiều dài, số vòng xoắn, khối lượng
- Chiều dài: L = N/2* 3,4 (A0)
- Số vòng xoắn: C = L/34 = N/20
- Khối lượng: M = N * 300
c Số liên kết hyđrô
H = 2A + 3G = 2T + 3X
d Cơ chế tự nhân đôi của ADN
Tổng số ADN con = 2x
Số ADN con có 2 mạch đều mới = 2x – 2
Số nu do môi trường cung cấp:
NMT = N 2x – N = N (2x - 1)
AMT = TMT = A (2x – 1)
GMT = XMT = G (2x – 1)
- Sơ đồ cấu trúc phân tử tARN, mARN, rARN
- Sơ đồ khái quát quá trình phiên mã
- Sơ đồ cơ chế dịch mã
- Sơ đồ hoạt động của pôliribôxôm trong quá trình dịch mã
Trang 4- Công thức:
1 Cấu tạo của ARN
- Số lượng: A = T = rA + rU G = X = rG + rX
- Tỉ lệ %: % A = %T =
%rA+% rU
2 %G = % X =
%rG+%rX
2
- Chiều dài: LADN = LARN = rN 3,4A0 =
N
2 3,4
- Khối lượng: MARN = rN 300đvC =
N
2 300
2 Cơ chế phiên mã
∑ rAMT = K rA = K Tgốc ∑ rUMT = K rU = K Agốc ∑ rGMT = K rG = K Xgốc ∑ rXMT = K rX = K Ggốc
3 Cấu tạo prôtêin
Số bộ ba mật mã =
AB
BV bv
- Số bộ ba có mã hoá a.amin (a.amin chuỗi polipeptit) =
Bv
bV - 1 =
rN
3 - 1
- Số a.amin của phân tử prôtêin (a.amin prô hoàn chỉnh) =
N
2.3 - 2 =
rN
3 - 2
4 Cơ chế dịch mã
Số aa do môi trường cung cấp cho phân tử protein ∑ aaMT = Số P.( rN3 - 2 )
2 Học sinh
- Ôn lại cấu trúc của ADN
- Nghiên cứu trước bài học
- Máy tính bỏ túi
- Ôn lại cấu trúc của ARN, phân tử prôtêin và chức năng.
- Hoàn thành bảng:
Cấu trúc
Chức năng
- Đọc trước và trả lời các lệnh trong SGK bài 2 Cơ chế phiên mã, dịch mã.
IV PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT DẠY HỌC
- Quan sát tranh - tìm tòi
- Hỏi đáp
Trang 5- Hoạt động nhóm qua phiếu học tập
V TIẾN TRÌNH LÊN LỚP
* Lưu ý: Trước hết, GV có thể khái quát hóa lại chương trình Sinh học THPT để HS có cái
nhìn khái quát:
SH 10: Sinh học tế bào và SH vi sinh vật
SH 11: Sinh học cấp cơ thể
SH 12: Sinh học cấp độ trên cơ thể (Di truyền học, tiến hóa, sinh thái học)
TIẾT 1
1 Hoạt động khởi động
Tại sao con sinh ra lại giống bố mẹ? Chúng ta thường nói: “Bố mẹ truyền cho em đôi mắt
bồ câu, mũi dọc dừa, mái tóc thẳng” Vậy bản chất của quá trình đó là gì?
2 Hoạt động hình thành kiến thức
Hoạt động 2.1: Tìm hiểu về gen
- GV cho 2 ví dụ:
+ Gen Hbα quy định tổng hợp chuỗi
polipeptit α
+ Gen ARNt quy định tổng hợp ARN vận
chuyển
- Yêu cầu HS:
Cá nhân: Phân tích 2 ví dụ trên và hoàn thành
bảng sau:
Bản chất Chức năng sinh học Sản phẩm của gen
Thảo luận nhóm cùng bàn, rút ra: Gen là gì ?
- HS phân tích và hoàn thành bảng, thảo
luận, trình bày
- GV chỉnh sửa và kết luận:
Bản chất Chức năng sinh học Sản phẩm của gen
Một đoạn
phân tử
ADN
Mang TTDT
mã hóa cho
phẩm
polipeptit
- ARN
Từ đó GV dẫn dắt HS đến khái niệm gen
GV giới thiệu cho HS biết gen có nhiều loại
như gen cấu trúc, gen điều hoà…
I Gen
1 Khái niệm
Gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hoá một chuỗi pôlipeptit hay một phân tử ARN
2 Cấu trúc chung của gen cấu trúc
- Gồm 3 vùng:
3’Vùng điều hòa → Vùng mã hóa → Vùng kết thúc 5’
Hoạt động 2.2: Tìm hiểu về mã di truyền
GV cho HS nghiên cứu mục II:
Mã di truyền là gì? II Mã di truyền 1 Khái niệm
Mã di truyền là trình tự các nuclêôtit trong gen quy định trình tự các a.a trong phân tử protein
Trang 6 Tại sao mã di truyền là mã bộ ba?
HS nêu được: Trong ADN chỉ có 4 loại nu
nhưng trong protein lại có khoảng 20 loại
a.a
* Nếu 1 nu mã hoá 1 a.a thì có 41 = 4 tổ
hợp chưa đủ để mã hoá cho 20 a.a
* Nếu 2 nu mã hoá 1 a.a thì có 42= 16 tổ
hợp
* Nếu 3 nu mã hoá 1 a.a thì có 43= 64 tổ
hợp thừa đủ để mã hoá cho 20 a.a
- Mã di truyền có những đặc điểm gì ?
Bộ ba mở đầu AUG→Metionin
Bộ ba kết thúc (UAA, UAG, UGA)
2 Đặc điểm
- Mã di truyền là mã bộ ba: nghĩa là cứ 3
nu đứng kế tiếp nhau mã hoá cho 1 a.a hoặc làm nhiệm vụ kết thúc chuỗi pôlipeptit
- Mã di truyền được đọc theo 1 chiều 5’→ 3’
- Mã di truyền được đọc liên tục theo từng cụm 3 nu, các bộ ba không gối lên nhau
- Mã di truyền là đặc hiệu, không 1 bộ ba
nào mã hoá đồng thời 2 hoặc 1 số a.a khác nhau
- Mã di truyền có tính thoái hoá: mỗi a.a
được mã hoá bởi 1 số bộ ba khác nhau
- Mã di truyền có tính phổ biến: các loài
sinh vật đều được mã hoá theo 1 nguyên tắc chung (từ các mã giống nhau)
Hoạt động 2.3: Tìm hiểu về quá trình nhân đôi của ADN
GV cho HS nghiên cứu mục III kết hợp
quan sát hình 1.2, cho biết:
- Quá trình nhân đôi ADN xảy ra ở đâu
trong tế bào?
- ADN được nhân đôi theo nguyên tắc nào?
Giải thích?
- Có những thành phần nào tham gia vào
quá trình tổng hợp ADN?
- Các giai đoạn chính tự sao ADN là gì?
- Các nu tự do môi trường liên kết với các
mạch gốc phải theo nguyên tắc nào?
- Mạch nào được tổng hợp liên tục? mạch
nào tổng hợp từng đoạn ? Vì sao?
- Kết quả tự nhân đôi của ADN như thế
nào?
III Quá trình nhân đôi của ADN
* Thời điểm: trong nhân tế bào, tại các
NST, ở kì trung gian giữa 2 lần phân bào
* Nguyên tắc: bổ sung và bán bảo toàn.
* Diễn biến:
+ Tháo xoắn phân tử ADN:
Nhờ các enzim tháo xoắn, 2 mạch đơn của phân tử ADN tách nhau ra tạo thành chạc chữ Y và để lộ ra hai mạch khuôn
+ Tổng hợp các mạch mới ADN:
Enzim ADN polimeraza sử dụng một mạch làm khuôn tổng hợp nên mạch mới, trong đó: Mỗi nu trong mạch gốc liên kết với 1 nu tự do theo nguyên tắc bổ sung
A gốc = T môi trường ;T gốc = A môi trường
G gốc = X môi trường ; X gôc = G môi trưòng
Trên mạch 3’← 5: mạch mới được tổng hợp liên tục
Trên mạch 5’→ 3’: mạch mới tổng hợp gián đoạn Okazaki, sau nối lại với nhau
Trang 7nhờ enzim nối
* Kết quả:
1 phân tử ADN mẹ 1 lần tự sao 2 ADN con (Giống nhau và giống ADN mẹ) * Ý nghĩa: - Là cơ sở cho NST tự nhân đôi, giúp bộ NST của loài giữ tính đặc trưng và ổn định * HD học bài mới: I PHIÊN MÃ 2 Diễn biến của cơ chế phiên mã: Ví dụ: Cho phân tử ADN có trình tự các nucleotit ở mạch gốc 3’ - 5’ như sau, hãy xác định: - Trình tự, chiều mạch bổ sung của phân tử ADN trên - Trình tự, chiều phân tử mARN được hình thành qua quá trình phiên mã của gen trên 3’ -ATT -GGX -AAA -TAX -XTX -AGA -5’
3 Cơ chế quá trình phiên mã:
II DỊCH MÃ 1 Khái niệm:
1 Cấu trúc và chức năng các loại ARN:
Trang 8
2 Diễn biến của cơ chế dịch mã:
Ví dụ: Cho phân tử mARN có trình tự các nucleotit ở
mạch gốc 5’ - 3’ như sau, hãy xác định:
- Các bộ ba đối mã trên tARN tương ứng với các bộ ba
mã hóa trên phân tử mARN
- Trật tự các axit amin trên chuỗi polypeptit được dịch
mã từ phân tử mARN trên
5’ -AUG -GGX -AAA -UAX -XAX -AGA -UAA -3’
3 Cơ chế
………
………
………
TIẾT 2
1 Hoạt động khởi động
Thông tin di truyền trong ADN được biểu hiện thành tính trạng của cơ thể thông qua những cơ chế nào?
GV cho bài tập: Cho một đoạn ADN chứa gen cấu trúc có trình tự các nuclêôtit như sau:
5’…AXATGTXTGGTGAAAGXAXXX 3’
3’……… 5’
a Viết trình tự nu trên mạch bổ sung ?
b Viết trình tự các ribônuclêôtit của mARN được sao mã từ gen cấu trúc trên Giải thích
b Viết trình tự các axit amin của chuỗi pôlipeptit được giải mã hoàn chỉnh từ đoạn gen trên Biết các bộ ba quy định mã hóa các axit amin như sau: GAA: axit glutamic; UXU, AGX: Xêrin; GGU: Glixin; AXX: Thrêônin; UAU: Tirôzin; AUG: Mã mở đầu (Mêtiônin); UAG:
mã kết thúc
HS hoàn thành
Dự kiến hoạt động của HS: HS có thể trả lời được câu a ; HS nào nhớ lại được kiến thức cũ về ARN được cấu tạo từ các loại nu A, U, G, X ; ARNm cấu tạo 1 mạch theo chiều 5’-3’ thì có thể trả lời câu b, câu c cũng có thể hoàn thành.
Trên cơ sở đó, GV sơ đồ hóa: Phiên mã Dịch mã
ADN -> mARN ->Prôtêin
2 Hoạt động hình thành kiến thức
Hoạt động 2.1: Tìm hiểu về quá trình phiên mã
- GV đặt vấn đề: ARN có những loại nào?
Chức năng của nó ? Yêu cầu học sinh đọc
SGK và trình bày phiếu học tập đã chuẩn
bị ở nhà
Tiêu chí
phân biệt mARN tARN rARN
Cấu trúc
Chức năng
- Đại diện các nhóm lên trình bày, thảo
I Phiên mã
1 Cấu trúc và chức năng của các loại ARN
Tiêu chí phân biệt mARN tARN rARN
Cấu trúc Dạng mạch thẳng gồm một chuỗi pôlyribônuclêôtit
Trang 9- GV chỉnh sửa, thống nhất, đánh giá Có cấu trúc với 3 thuỳ, 1 thuỳ mang bộ
đối mã, 1 đầu đối diện là vị trí gắn kết a.a → giúp liên kết với mARN và ribôxôm
Chỉ có một mạch, nhiều vùng các nu liên kết bổ sung với nhau tạo nên các vùng xoắn cục bộ
Chức năng Truyền thông tin di truyền từ ADN đến ribôxôm Vận chuyển a.a đến ribôxôm để tổng hợp prôtêin Cùng prôtein tạo nên ribôxôm Là nơi tổng hợp prôtêin
Hoạt động 2.2: Tìm hiểu cơ chế phiên mã
- GV cho HS quan sát hình 2.2 và đọc
mục I.2 : Trả lời các câu hỏi sau vào vở :
Hãy cho biết có những thành phần nào
tham gia vào quá trình phiên mã ?
+ ARN được tạo ra dựa trên khuôn mẫu
nào ?
+ Enzim nào tham gia vào quá trình phiên
mã ?
+ Chiều của mạch khuôn tổng hợp Marn ?
+ Các ribônu trong môi trường liên kết
với mạch gốc theo nguyên tắc nào ?
Kết quả của quá trình phiên mã là gì ?
- HS : Thảo luận, trả lời, phát biểu
- GV : Nhận xét, chỉnh sửa, bổ sung, kết
luận
2 Cơ chế phiên mã
* Khái niệm : Là quá trình tổng hợp nên phân tử
Marn
* Thời điểm : xảy ra trước khi tế bào tổng hợp
prôtêin
* Diễn biến : dưới tác dụng của enzim ARN-pol,
1 đoạn phân tử ADN duỗi xoắn và 2 mạch đơn tách nhau ra
+ Chỉ có 1 mạch làm mạch gốc + Mỗi nu trong mỗi mạch gốc kết hợp với 1 Ri
nu tự do theo NTBS :
Agốc – Umôi trường Tgốc – Amôi trường Ggốc – Xmôi trường Xgốc – Gmôi trường
→ chuỗi polyribônuclêôtit có cấu trúc bậc 1 Nếu
là Tarn, Rarn thì tiếp tục hình thành cấu trúc không gian bậc cao hơn
+ Sau khi hình thành ARN chuyển qua màng nhân tới tế bào chất, ADN xoắn lại như cũ
* Kết quả : 1t pt ADN→ 1 Pt ARN
1 lần phiên mã
Hoạt động 2.3 : Tìm hiểu cơ chế dịch mã
- GV nêu vấn đề : phân tử prôtêin được
hình thành như thế nào ?
- Yêu cầu HS quan sát hình 2.3 và nghiên
cứu mục II :
+ Quá trình tổng hợp có những thành
phần nào tham gia ?
+ A.a được hoạt hoá nhờ gắn với chất
nào ?
+ A.a hoạt hoá kết hợp với Tarn nhằm
mục đích gì ?
+ Marn kết hợp với ri ở vị trí nào ?
+ Tarn mang a.a thứ mấy tiến vào vị trí
II Dịch mã
1 Khái niệm
- Là quá trình tổng hợp nên phân tử protein
2 Diễn biến của cơ chế dịch mã.
a Hoạt hóa aa.
Aa + ATP E → aa* + ADP aa* + Tarn E → Tarn –aa
b Tổng hợp chuỗi pôlipeptit.
- Giai đoạn khởi đầu:
+ tiểu phần bé tiếp xúc với Marn tại vị trí đặc hiệu
Trang 10đầu tiên của ri ? Vị trí kế tiếp là của Tarn
mang a.a thứ mấy ? Liên kết nào được
hình thành ?
+ Ri có hoạt động nào tiếp theo ? Kết quả
cuả hoạt động đó ?
+ Sự chuyển vị của ri đến khi nào thì kết
thúc ?
+ Sau khi được tổng hợp có những hiện
tượng gì xảy ra ở chuỗi polipeptit ?
+ 1 Ri trượt hết chiều dài Marn tổng hợp
được bao nhiêu phân tử prôtêin ?
* Sau khi HS mô tả cơ chế giải mã ở một
Ribôxôm GV thông báo về trường hợp
một pôlixôm
* GV yêu cầu HS sơ đồ hóa các cơ chế
phân tử của hiện tượng di truyền ?
- HS trình bày
+ Tarn mang aa mở đầu đến có anticodon khớp với codon mở đầu
+ tiểu phần lớn đến
- Giai đoạn kéo dài:
+ Tarn – aa1 đến, có anticodon khớp với codon 1 + aa 1 – aa2
+ Ribosome dịch chuyển 5’ → 3’ có chiều dài bằng 1 bộ ba; Tarn mang aa mở đầu rời bỏ
……
- Giai đoạn kết thúc:
+ Ribosome gặp 1 trong 3 bộ ba → hai tiểu phần tách nhau
+ tách bỏ chuỗi polypeptid, cắt aa mở đầu
Cơ chế phân tử của hiện tượng di truyền:
TIẾT 3
3 Hoạt động luyện tập
* TỰ LUẬN:
3.1 Cho một đoạn ADN chứa gen cấu trúc có trình tự các nuclêôtit như sau:
5’…AXATGTXTGGTGAAAGXAXXX 3’
Hãy xác định:
a Trình tự các nu của đoạn mạch thứ hai
b Số nu mỗi loại của đoạn gen này
c Tỉ lệ T +X A +G ở đoạn mạch thứ nhất, ở đoạn mạch thứ hai và của cả gen
d Số liên kết hiđro của đoạn gen này
e Số liên kết cộng hóa trị giữa các nu ở đoạn gen này
3.2 Hãy giải thích vì sao trên mỗi chạc chữ Y chỉ có một mạch của phân tử ADN được tổng hợp liên tục, mạch còn lại được tổng hợp một cách gián đoạn?
3.3 Một gen có chiều dài 0,51 µm, có hiệu số giữa nu loại A và một loại khác là 10 % tổng
số nu Tính số lượng từng loại nu môi trường nội bào cung cấp khi gen nhân đôi 2 lần?
3.4 Có một enzym cắt giới hạn cắt các đoạn ADN mạch kép ở đoạn trình tự nu AGGXT Khi sử dụng enzym này để cắt một phân tử ADN có tổng số 3.107 cặp nu (bp) thì theo lý
thuyết phân tử ADN này sẽ bị cắt thành bao nhiêu đoạn ADN? (29297 đoạn)
* TRẮC NGHIỆM VỀ ADN VÀ NHÂN ĐÔI ADN
1b Mã di truyền có đầy đủ các đặc điểm:
1 mã bộ ba và được đọc liên tục 2 có tính đặc hiệu 3 có tính phổ biến
4 Có tính thoái hóa 5 Có một bộ ba khởi đầu và ba bộ ba kết thúc
Phương án đúng:
A 1, 2, 3, 4, 5 B 1, 2, 3 C 1, 2, 4 D 2, 3, 4
2a Mã di truyền có tính đặc hiệu có nghĩa là
A một axit amin có thể được mã hoá đồng thời bởi nhiều bộ ba
B tất cả các sinh vật đều có chung bộ mã di truyền
C mỗi bộ ba chỉ mã hoá cho một loại axit amin
D các bộ ba có thể bị đột biến tạo thành các bộ ba mới