Khi đoạn exon này bị mất sẽ gây ra hiện tượng dịch khung đọc đối với toàn bộ trình tự nucleotit phía sau exon này, nên phân tử protein tổng hợp từ gen đột biến sẽ mất đoạn axit a[r]
Trang 1BIẾN DỊ CẤP PHÂN TỬ
A Kiến thức cần nhớ
- Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc của gen, liên quan đến một hoặc một vài cặp nucleotit
- Đột biến gen được phát sinh do quá trình nhân đôi ADN không diễn ra theo nguyên tắc bổ sung
- Tần số của đột biến gen phụ thuộc vào liều lượng, cường độ, loại tác nhân gây đột biến và đặc điểm cấu trúc của gen
- Hậu quả của đột biến gen phụ thuộc vào môi trường sống và tổ hợp gen
B Bài tập vận dụng
Câu 1
Trong tự nhiên, dạng đột biến gen nào là phổ biến nhất? Vì sao?
Hướng dẫn giải
- Đột biến gen phổ biến nhất là thay thế nucleotit
- Cơ chế phát sinh đột biến tự phát dạng thay thế nucleotit dễ xảy ra hơn
cả ngay cả khi không có tác nhân đột biến (do các nucleotit trong tế bào
tồn tại ở các dạng phổ biến và hiếm; có cơ chế methyl hóa ADN)
- Trong phần lớn trường hợp, đột biến thay thế nucleotit là các đột biến trung tính (ít gây hậu quả nghiêm trọng) do chỉ ảnh hưởng đến một codon duy nhất trên gen
- Trong thực tế, dạng đột biến gen này được tìm thấy (biểu hiện ở các thể đột biến) phổ biến hơn cả ở hầu
hết các loài
Câu 2
Sử dụng hoá chất 5- brom uraxin (5-BU) để gây đột biến ở một gen cấu trúc và thu được đột biến ở giữa vùng mã hoá Hãy cho biết hậu quả của đột biến này đối với cấu trúc của gen và hậu quả của đột biến đối với sản phẩm của gen cấu trúc trên?
Hướng dẫn giải
Hậu quả của đột biến này đối với cấu trúc của gen : 5- BU là chất hoá học gây đột biến thay thế cặp A- T bằng cặp G- X
-Hậu quả của đột biến đối với sản phẩm của gen cấu trúc:
Làm thay đổi bộ ba tương ứng thành bộ ba mới: Các bộ ba này sẽ gây ra các hậu quả khác nhau:
+ Bộ ba mới qui định aa giống với bộ ba ban đầu ( ĐB đồng nghĩa) : Chuỗi polipep tit không thay đổi
Trang 2+ Bộ ba mới là bộ ba kết thúc ( ĐB vô nghĩa): chuỗi poli pep tit ngắn lại
Câu 3
X là protein có tác dụng ngăn ngừa sự tăng cân ở người Protein này bất hoạt ở những người béo phì Các phân tử mARN trưởng thành của X phân lập được từ một số người béo phì của cùng một gia đình cho thấy, chúng thiếu một đoạn trình tự dài 173 nucleotit so với các phân tử mARN trưởng thành phân lập được từ những người bình thường Khi so sánh trình tự gen mã hóa cho protein X của người bình thường và người béo phì, người ta phát hiện ra rằng không có nucleoti nào bị mất mà chỉ có 1 nucleotit bị thay đổi Sự thay đổi này xảy ra ở vùng intron của gen
a Tại sao việc thay đổi 1 nucleotit lại có thể làm cho mARN trưởng thành của gen đột biến bị mất một đoạn dài 173 nucleotit Giải thích và minh họa bằng hình vẽ
b Giải thích hiện tượng bất hoạt của protein X ở người béo phì
c Để xản xuất protein này, người ta sử dụng kỹ thuật di truyền tạo plasmid tái tổ hợp giữa thể truyền với gen mã hóa protein X của người bình thường, sau đó chuyển vào vi khuẩn E coli để sản xuất sinh khối Sản phẩm protein tạo ra có bị bất hoạt không? Giải thích
Hướng dẫn giải
a Đột biến thay thế nucleotit này bằng nucleotit khác xảy ra trong vùng intron của gen nhưng lại làm cho phân tử mARN trưởng thành tổng hợp từ gen đột biến ngắn hơn phân tử mARN trưởng thành của gen bình thường 173 nucleotit, chứng tỏ đột biến trên đã xảy ra ở vùng nhận biết và cắt intron làm cho quá trình cắt intron bị biến đổi
- Thay vì chỉ cắt các trình tự intron thì tế bào đã cắt một trình tự gồm 1 đoạn exon xen kẽ 2 đoạn intron và đoạn exon này dài 173 nucleotit nên phân tử mARN trưởng thành của gen đột biến kém phân tử mARN
trưởng thành của gen bình thường 173 nucleotit
b Đoạn exon bị mất dài 173 nucleotit Đây là một số không chia hết cho 3, có nghĩa là exon này có nucleotit kết hợp với nucleotit của exon khác để tạo thành một bộ ba hoàn chỉnh Khi đoạn exon này bị mất sẽ gây ra hiện tượng dịch khung đọc đối với toàn bộ trình tự nucleotit phía sau exon này, nên phân tử protein tổng hợp từ gen đột biến sẽ mất đoạn axit amin do 173 nucleotit mã hóa đồng thời bị thay đổi toàn bộ trình
tự axit amin ở đoạn peptide phía sau, làm cho protein bị mất chức năng (bất hoạt)
c Sản phẩm protein tạo ra vẫn bị bất hoạt vì plasmid tái tổ hợp tạo ra từ gen mã hóa protein X từ người bình thường mang cả đoạn intron Đoạn trình tự này vẫn được phiên mã và giải mã bình thường trong cơ thể vi khuẩn Vì thế, phân tử protein tạo ra có trình tự dài hơn hoặc ngắn hơn trình tự axit amin của protein
X Mặt khác, trình tự axit amin của sẩn phẩm protein tạo ra sẽ khác với trình tự các axit aminh của protein
X
Câu 4
a Một bệnh nhân nhi là con đẻ của một cặp bố mẹ hôn nhân cận huyết mắc bệnh chậm phát triển không rõ nguyên nhân gây bệnh Xét nghiệm hóa sinh cho thấy bệnh nhân này bị thiểu năng do bất hoạt 4 enzim ở lyzoxom Hãy nêu các cơ chế để một đột biến lặn trên nhiễm sắc thể thường duy nhất có thể làm giảm hoạt tính hoặc giảm chức năng của 4 enzim trên
b Tại sao các đột biến gen thường là đột biến lặn và nằm trên nhiễm sắc thể thường
Hướng dẫn giải
Trang 3a
- 4 enzim này cùng dùng chung một co-enzim và việc tổng hợp hoặc vận chuyển coenzyme này bị ảnh hưởng do đột biến gen mã hóa enzim tổng hợp hoặc protein vận chuyển
- 4 enzim này cùng được cấu tạo từ một tiểu phần (chuỗi polypeptit tiền thân) chung Đột biến gen tổng hợp chuỗi polypeptit tiền thân đã gây ra sự sai khác của 4 enzim được hình thành từ đoạn polypeptit này
- 4 enzim này đều được hoàn thiện (từ dạng tiền thân không hoạt tính thành dạng có hoạt tính) bởi một enzim chung đột biến gen này sẽ làm ảnh hưởng tới quá trình hoàn thiện 4 enzim trên
- Bình thường cả 4 enzim đều định vị tại một bào quan (lyzoxom) nhưng sai hỏng trong quá trình hoạt động của bào quan đã ảnh hưởng đồng thời hoạt tính của 4 enzim (ví dụ chúng đều không được vận chuyển vào trong bào quan và bị phân hủy trong tế bào chất)
b
- Lý do phần lớn đột biến liên quan đến enzim thiết yếu là đột biến mất chức năng và đều có tính lặn (ngược lại đột biến thêm chức năng là tính trội) Mặt khác, các enzim thiết yếu được mã hóa bởi các gen đang hoạt động nên dễ bị đột biến hơn các gen không hoặc chưa hoạt động
- Phần lớn cá gen nằm trên nhiễm sắc thể thường, vì thế đột biến lặn trên nhiễm sắc thể thường là phổ biến nhất trong các đột biến mất chức năng của các enzim thiết yếu
Câu 5
Những đột biến gen nào dẫn đến các cặp nhiễm sắc thể tương đồng ở kỳ sau của nguyên phân không phân
ly bình thường về hai cực của tế bào? Giải thích
Hướng dẫn giải
- Đột biến gen mã hóa các protein thể động (kinetochore) gắn kết tâm động của nhiễm sắc thể với thoi phân bào làm cho thoi phân bào không gắn được với nhiễm sắc thể
- Đột biến gen mã hóa protein động cơ dịch chuyển các nhiễm sắc thể dọc theo thoi phân bào về hai cực của tế bào
- Đột biến gen mã hóa protein cohensin gắn kết giữa hai nhiễm sắc tử của nhiễm sắc thể để hình thành nhiễm sắc thể kép, làm thay đổi cấu trúc, từ đó enzim phân giải protein cohensin ở đầy kỳ sau không nhận diện được hoặc đột biến gen mã hóa enzim phân giải protein cohensin làm cho các nhiễm sắc tử không tách
ra khỏi nhiễm sắc thể kép đi về 2 cực của tế bào
Câu 6
Ở sinh vật nhân thực, một gen bị đột biến có thể làm ức chế sự biểu hiện đồng thời của nhiều gen khác Hãy
cho biết gen bị đột biến có chức năng gì? Giải thích tại sao khi một gen bị đột biến lại làm ức chế biểu hiện
đồng thời nhiều gen khác?
Hướng dẫn giải
- Gen đột biến đó khi không bị đột biến có thể sản sinh ra enzim giúp gắn nhóm axetil vào đuôi của prôtêin histon khiến cho dãn xoắn cả một vùng NST làm hoạt hóa nhiều gen nằm liền nhau Khi gen này bị đột biến,
Trang 4enzim không còn khả năng xúc tác nên không axetil hóa làm dãn xoắn được cả nhóm gen nằm liền nhau khiến chúng bị bất hoạt
- Gen đột biến đó khi không bị đột biến có thể sản sinh ra một loại prôtêin có chức năng như một yếu tố phiên mã có thể liên kết được với promoter của nhiều gen khác nhau Khi gen này bị đột biến prôtêin bị mất chức năng nên không gắn được vào các promoter của các gen khác nên nhiều gen không được ARN polimerase phiên mã
Câu 7
Prôtêin kháng tripsin là prôtêin có khả năng ức chế một số loai prôtêaza Prôtêin này do tế bào gan sản sinh
và được tiết vào máu Một đột biến sảy ra trong gen mã hóa prôtêin kháng tripsin làm thay thế một axit amin, dẫn đến trong máu người bệnh không có prôtêin kháng tripsin và người bệnh suy giảm khả năng kiểm soát tripsin Tuy nhiên, khi tiến hành thử nghiệm hoạt tính của prôtêin đột biến trong điều kiện in vitro (ngoài cơ thể) thì prôtêin này có khả năng ức chế prôtêaza
a Giải thích cơ chế gây bệnh suy giảm khả năng kiểm soát tripsin của người mang đột biến này
b Hãy thiết kế thí nghiệm để chứng minh cơ chế gây đột biến trên
Hướng dẫn giải
a Khi không phát hiện prôtêin kháng tripsin trong máu người bệnh, có thể có hai nguyên nhân: Prôtêin không được tiết vào máu hoặc prôtêin bị phân hủy nhanh trong máu
Trường hợp 1: Đột biến thay thế 1 axit amin không làm ảnh hưởng đến chức năng của prôtêin và vì thế nó thực hiện chức năng trong điều kiện in vitro bình thường Tuy nhiên, nó ảnh hưởng tới vị trí có chức năng tín hiệu tiết prôtêin làm cho prôtêin không thể tiết ra khỏi tế bào gan và đi vào máu Do đó, prôtêin được tích trữ trong gan và dần dần bị phân hủy
Trường hợp 2 Đột biến không ảnh hưởng đến chức năng của prôtêin, nhưng ảnh hưởng đến sự ổn định của prôtêin làm cho prôtêin kém bền trong máu và bị phân hủy nhanh
b Thiết kế thí nghiệm:
Về nguyên tắc, nếu phát hiện thấy prôtêin tồn tại trong gan thì chứng tỏ đột biến diễn ra theo trường hợp 1, nếu không phát hiện thấy prôtêin tồn tại trong gan thì đột biến diễn ra theo trường hợp 2 Như vậy, thí nghiệm sẽ được thực hiện bằng phương pháp lai prôtêin ( lai Western) và sử dụng kháng thể của prôtêin kháng tripsin gắn huỳnh quang Nếu vị trí phát huỳnh quang ở ngoài tế bào gan thì đột biến thuộc trường hợp 2, ngược lại thì đột biến thuộc trường hợp 1
Câu 8
Các nhà khoa học đã tiến hành gây đột biến ở ruồi giấm nhằm tìm ra các thể đột biến bất thụ với giả thiết
có liên quan đến các gen mã hóa cho các phần tử prôtêin đóng vai trò quan trọng trong giảm phân Họ đã tìm thấy 1 đột biến gen nhk-1 gây bất thụ ở ruồi cái
Đây là gen mã hóa enzim histôn kinaza-1 (NHK-1) có vai trò phôtphori hóa axit amin đặc thù thuộc vùng đuôi histôn H2A Họ giả thiết rằng enzim này không thực hiện đúng chức năng dẫn đến sự bất thường trong quá trình phân ly của nhiễm sắc thể trong giảm phân
Làm thế nào để kiểm chứng giả thiết trên?Giải thích
Hướng dẫn giải
Trang 5Để kiểm tra giả thiết, họ quan sát và so sánh sự vận động của nhiễm sắc thể trong giảm phân ở tế bào sinh trứng của ruồi đột biến và ruồi bình thường (kiểu dại)
- Dùng thuốc nhuộm huỳnh quang đỏ đánh dấu nơi định vị của AND, thuốc huỳnh quang xanh lục đánh dấu nơi định vị của prôtêin bao bọc nhiễm sắc thể ở cuối kỳ đầu I và giúp nhiễm sắc thể đóng xoắn chặt (prôtêin codensin)
- Cuối kỳ I, trong tế bào sinh trứng của ruồi bình thường, AND và codensin cùng tập chung ở một vùng nhỏ trong nhân có màu vàng (hỗn hợp của màu đỏ và màu xanh lục tạo ra)
- Ở ruồi đột biến, codensin khuếch tán khắp nhân, AND tập chung ở vùng biên quanh nhân(hai màu
ở hai vị trí khác nhau) chứng tỏ codensin không bao bọc các nhiễm sắc thể vì thế nên các nhiễm sắc thể không đóng xoắn được Kết quả này là do NHK-1 không phôtphorin hóa axit amin đặc thù thuộc vùng đầu amin của histôn H2A, dẫn đến nhiễm sắc thể không đóng xoắn được để thực hiện giảm phân
Câu 9
Tại sao đột biến gen chủ yếu phát sinh trong quá trình nhân đôi ADN?
Hướng dẫn giải
- Bình thường ADN có cấu trúc xoắn kép liên kết với nhau bằng số lượng liên kết hidro theo NTBS, mặt khác ADN trong nhân của sinh vật nhân thực còn liên kết với protein tạo thành NST nên ít bị tác động của tác nhân đột biến, khi một mạch bị lỗi sai sẽ có mạch bổ sung làm khuôn để tổng hợp lại
- Khi nhân đôi ADN 2 mạch của ADN tách nhau ra nên dễ chịu tác động của tác nhân đột biến làm biến đổi cấu trúc của bazơnitơ từ đó dẫn đến sự lắp ráp sai NTBS
- Ngoài ra khi nhân đôi ADN, một số tác nhân đột biến có thể gắn hẳn vào mạch khuôn hoặc mạch mới đang tổng hợp nên gây ra sự sai sót trong nhân đôi ADN: mất, thêm hoặc lắp ráp nhầm các nucleotit từ
đó dẫn đến đột biến gen
- Những sai khác trong quá trình nhân đôi ADN nhưng không được enzim phát hiện và sửa sai nên được nhân lên cùng với sự nhân đôi ADN và hình thành đột biến
Câu 10
Có 3 loại đột biến xảy ra ở cùng một gen ký hiệu các thể đột biến này lần lượt là M1, M2 và M3 Để xác định các dạng đột biến trên thuộc loại nào người ta dùng phương pháp Northern (phân tích ARN) và Western (phân tích protein) Kết quả phân tích mARN và protein của các thể đột biến và kiểu dại (ĐC) bằng hai phương pháp trên thu được như hình dưới đây Hãy cho biết các thể đột biến M1, M2, M3 thuộc dạng nào?
ĐC M1 M2 M3 Kích thước ĐC M1 M2 M3 Kích thước
Trang 6Dài
Ngắn
Lớn
Nhỏ
Hướng dẫn giải
- Phân tích ARN cho thấy kích thước của M1, M2 không thay đổi so với kiểu dại, chứng tỏ đây là đột biến thay thế Kích thước của M3 lớn hơn chúng tỏ đây là đột biến thêm cặp nuclêôtit
- Phân tích prôtêin cho thấy: kích thước của M1 nhỏ hơn kiểu dại chứng tỏ đây là đột biến làm xuất hiện bộ
ba kết thúc sớm (ĐB vô nghĩa); kích thước M2 không thay đổi so với kiểu dại đây là đột biến thay thế (ĐB nhầm nghĩa)
Trang 7Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi
về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư phạm đến từ các trường Đại học và các trường chuyên danh
tiếng
xây dựng các khóa luyện thi THPTQG các môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và
Sinh Học
trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trường Chuyên khác cùng TS.Tràn Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo và Thày Nguyễn Đức
Tấn
THCS lớp 6, 7, 8, 9 yêu thích môn Toán phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập ở trường và đạt điểm tốt ở các kỳ thi HSG
cho học sinh các khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình,
TS Tràn Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thày Lê Phúc Lữ, Thày Võ Quốc Bá Cẩn
cùng đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia
các môn học với nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú và cộng đồng hỏi đáp sôi động nhất
miễn phí từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và Tiếng Anh
Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online cùng Chuyên Gia
HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí