Đáp án Sinh học 12 chân trời sáng tạo Bài 1: Gene và cơ chế thông tin di truyền

BÀI 1. GENE VÀ CƠ CHẾ THÔNG TIN DI TRUYỀN

Mở đầu: Kiểu hình của con có nhiều đặc điểm giống kiểu hình của bố và mẹ. Ví dụ: Ở người, con có tóc xoăn, mắt nâu giống bố, có mũi cao, cằm nhọn giống mẹ. Bố, mẹ đã di truyền các đặc điểm đó cho con như thế nào và bằng cơ chế nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Bố, mẹ đã di truyền các đặc điểm đó cho con như thế nào và bằng cơ chế tái bản của DNA. Các thông tin di truyền trải qua quá trình phiên mã và dịch mã sẽ được biểu hiện thành các tính trạng ở đời con.

I. CHỨC NĂNG CỦA DNA VÀ CƠ CHẾ TÁI BẢN DNA

Câu 1: Quan sát Hình 1.1, hãy

1. a) Mô tả cấu trúc của nucleotide. Bốn loại nucleotide khác nhau ở thành phần nào?
2. b) Mô tả liên kết phosphodiester giữa các nucleotide.
3. c) Cho biết sự kết cặp đặc hiệu giữa các base trên phân tử DNA được thể hiện như thế nào. Phát biểu nguyên tắc bổ sung.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a)

• Cấu trúc của nucleotide: Mỗi nucleotide bao gồm ba thành phần chính là một nhóm phosphate, một đường pentose (đường ribose), và một trong bốn loại base nito là Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), và Cytosine (C).
• Bốn loại nucleotide khác nhau ở base nito.

1. b)

• Liên kết phosphodiester là liên kết giữa đường của nucleotide này với acid phosphoric của nucleotide kế tiếp trên mạch đơn của phân tử DNA.
• Liên kết phosphodiester bền vững đảm bảo cho thông tin di truyền được lưu giữ và bảo quản trong cấu trúc của phân tử DNA.

1. c) 

• Sự kết cặp đặc hiệu là A chỉ liên kết với T và ngược lại, G chỉ liên kết với C và ngược lại.
• Nguyên tắc bổ sung: là nguyên tắc mà base có kích thước lớn liên kết với một base có kích thước bé, cụ thể A liên kết với T và G liên kết với X.

Câu 2: Những đặc điểm cấu trúc nào của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được các chức năng?

Hướng dẫn chi tiết:

• DNA cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, từ bốn loại nucleotide (A, T, G, C) sắp xếp theo các trình tự khác nhau và liên kết với nhau nhờ liên kết phosphodiester tạo thành mạch DNA. Liên kết phosphodiester bền vững đảm bảo cho thông tin di truyền được lưu giữ và bảo quản trong cấu trúc của phân tử DNA. 
• Các base trên hai mạch DNA kết cặp đặc hiệu với nhau theo nguyên tắc bổ sung. Liên kết hydrogen là liên kết yếu, tuy nhiên trong phân tử DNA số lượng liên kết hydrogen lớn, do đó, DNA có cấu trúc bền vững song cũng rất linh hoạt trong cơ chế tự nhân đôi. Nhờ cơ chế tự nhân đôi trong quá trình phân bào, thông tin di truyền trên DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và thế hệ cơ thể.

Câu 3: Hãy giải thích quá trình tái bản DNA là sự sao chép thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.

Hướng dẫn chi tiết:

Quá trình tái bản DNA là sự sao chép thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể: Sau khi quá trình tái bản DNA kết thúc sẽ tạo ra hai phân tử DNA con có cấu trúc giống nhau và giống DNA mẹ. Sau quá trình tái bản, nhờ sự phân bào, mỗi phân tử DNA đi về một tế bào con.

II. GENE

Câu 4: Căn cứ vào mạch khuôn, xác định vị trí các vùng cấu trúc trên gene trong Hình 1.4.

Hướng dẫn chi tiết:

Cấu trúc của gene gồm 3 vùng: Vùng điều hòa, vùng mã hóa, vùng kết thúc.

Câu 5: Phân biệt gene phân mảnh với gene không phân mảnh, gene cấu trúc với gene điều hoà.

Hướng dẫn chi tiết:

• Gene phân mảnh bao gồm exon và intron, còn gene không phân mảnh: chỉ có exon.
• Gene cấu trúc là gene mã hóa protein tham gia vào cấu trúc, còn gene điều hòa là gene mã hóa protein có chức năng điều hòa hoạt động của gene cấu trúc.

III. RNA VÀ PHIÊN MÃ

Câu 6: Quan sát Hình 1.5, 1.6 và 1.7, đọc đoạn thông tin, lập bảng phân biệt ba loại RNA theo hai tiêu chí: cấu trúc và chức năng.

Hướng dẫn chi tiết:

Câu 7: Quan sát Hình 1.8, hãy:

1. a) Mô tả quá trình phiên mã.
2. b) Giải thích tại sao “phiên mã thông tin di truyền là cơ chế tổng hợp RNA dựa trên DNA”

Hướng dẫn chi tiết:

a, Quá trình phiên mã: Phiên mã là quá trình tổng hợp phân tử RNA dựa trên mạch khuôn của gene. Quá trình phiên mã thông tin di truyền từ gene ra mRNA được chia thành ba giai đoạn:

• Khởi đầu phiên mã: bám vào vùng điều hoà làm gen tháo xoắn để lộ ra mạch gốc có chiều 3’→ 5’ và bắt đầu tổng hợp mRNA tại vị trí đặc hiệu.
• Kéo dài mạch RNA: Enzyme RNA polymerase trượt dọc theo mạch gốc trên gene có chiều 3’ → 5’ và gắn các nucleotide trong môi trường nội bào liên kết với các nucleotidet trên mạch gốc theo nguyên tắc bổ sung.
• Kết thúc phiên mã: Khi enzyme di chuyển đến cuối gen, gặp tín hiệu kết thúc thì quá trình phiên mã dừng lại, phân tử RNA được giải phóng. 

b, Quá trình phiên mã giúp thông tin di truyền trên DNA được truyền đạt sang phân tử mRNA. Vì vậy, bản chất của quá trình phiên mã là quá trình truyền đạt thông tin di truyền từ DNA sang mRNA.

Câu 8: Quan sát Hình 1.9, hãy mô tả quá trình phiên mã ngược.

Hướng dẫn chi tiết:

Quá trình phiên mã ngược: Phiên mã ngược diễn ra khi virus có lõi RNA (virus HIV) xâm nhập vào tế bào. Trên mỗi sợi RNA lõi của các virus này có mang một enzyme sao mã ngược (reverse transcriptase). Khi xâm nhập vào tế bào chủ, enzyme này sử dụng RNA của virus làm khuôn để tổng hợp sợi DNA bổ sung (cDNA - complementary DNA). Sau đó, sợi cDNA này có thể làm khuôn để tổng hợp trở lại bộ gene của virus (cDNA→RNA), hoặc tổng hợp ra sợi DNA thứ hai bổ sung với nó (cDNA→DNA) như trong trường hợp virus gây khối u mà kết quả là tạo ra một cDNA sợi kép. Phân tử DNA sợi kép được tổng hợp trước tiên trong quá trình lây nhiễm có thể xen vào DNA của vật chủ và ở trạng thái tiền virus (provirus). Vì vậy, provirus được truyền lại cho các tế bào con thông qua sự tái bản của DNA vật chủ, nghĩa là các tế bào con cháu của vật chủ cũng bị chuyển sang tình trạng có mầm bệnh.

IV. DI TRUYỀN VÀ DỊCH MÃ

Câu 9: Phân tử mRNA được phiên mã từ mạch khuôn 3’→ 5’ của gene. Xác định chiều đọc của codon và anticodon.

Hướng dẫn chi tiết:

Chiều đọc của codon và anticodon là 3’→ 5’.

Câu 10: Quan sát Hình 1.10 và cho biết:

1. a) Quá trình dịch mã có sự tham gia của những thành phần nào? Nêu vai trò của những thành phần đó.
2. b) Chiều dịch chuyển của ribosome trên mRNA.
3. c) Nguyên tắc bổ sung được thể hiện trong quá trình dịch mã như thế nào?

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Quá trình dịch mã có sự tham gia của: mRNA mang bộ ba mã hóa, tRNA mang bộ ba đối mã, rRNA tổng hợp ribosome.
2. b) Ribosome trên mRNA theo chiều 3’→ 5’.
3. c) Nguyên tắc bổ sung được thể hiện trong quá trình dịch mã: anticodon của tRNA khớp bổ sung với codon trên mRNA.

Luyện tập: Hãy vẽ sơ đồ tóm tắt:

• Quá trình hoạt hóa amino acid.
• Các bước của giai đoạn dịch mã tổng hợp chuỗi polypeptide.

Hướng dẫn chi tiết:

• Quá trình hoạt hóa amino acid: a.a + ATP → a.a hoạt hóa → phức hợp a.a – tRNA: a.a hoạt hóa + tRNA → Phức hợp a.a - tRNA
• Các bước của giai đoạn dịch mã tổng hợp chuỗi polypeptide: Khởi đầu tổng hợp chuỗi polypeptide → Kéo dài chuỗi polypeptide → Kết thúc.

Câu 11: Quan sát Hình 1.13, hãy:

1. a) Nêu nhận xét về cấu trúc của các chuỗi polypeptide được dịch mã nhờ polyribosome. Giải thích tại sao.
2. b) Nêu vai trò của polyribosome trong việc tổng hợp protein.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Cấu trúc của các chuỗi polypeptide được dịch mã nhờ polyribosome giống nhau vì được dịch mã từ cùng 1 mRNA ban đầu.
2. b) Polyribosome giúp tăng hiệu suất tổng hợp protein, tạo ra nhiều chuỗi polypeptide hơn trong cùng một khoảng thời gian.

V. SƠ ĐỒ CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG TIN DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

Câu 12: Ở cấp độ phân tử, thông tin di truyền được truyền đạt theo những hướng nào? Hướng nào đảm bảo cho đặc tính di truyền của loài được duy trì ổn định?

Hướng dẫn chi tiết:

Ở cấp độ phân tử, thông tin di truyền được truyền đạt nhờ quá trình tái bản, phiên mã, dịch mã. Quá trình tái bản của DNA sẽ đảm bảo cho đặc tính di truyền được duy trì ổn định.

Vận dụng: Một bạn học sinh cho rằng:

1. Tất cả các đoạn trình tự nucleotide trên phân tử DNA đều được gọi là gene.
2. Ở sinh vật nhân thực, chiều dài của phân tử mRNA bằng chiều dài của gene quy định nó.
3. Ở sinh vật nhân sơ, từ chuỗi polypeptide có thể xác định được số lượng nucleotide do gene quy định.

Theo em, những nhận định của bạn học sinh trên có đúng không? Giải thích.

Hướng dẫn chi tiết:

1. Sai vì trình tự nucleotide mang thông tin quy định sản phẩm là polypeptide hoặc RNA mới được định nghĩa là gene.
2. Sai vì ở sinh vật nhân thực, mRNA sau khi phiên mã cắt bỏ các đoạn intron, nối các đoạn exon tạo thành mRNA trưởng thành nên chiều dài không thể bằng gene quy định nó.
3. Đúng vì ba nucleotide liền nhau tạo thành một mã di truyền mã hóa một amino acid trong chuỗi polypeptide.