PHẦN 4. DI TRUYỀN HỌC

CHƯƠNG 1. DI TRUYỀN PHÂN TỬ

BÀI 1: DNA VÀ CƠ CHẾ TÁI BẢN DNA

(13 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (3 CÂU)

Câu 1: Nêu các đặc điểm cấu trúc phù hợp với chức năng của DNA.

Trả lời: 

- DNA được cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, gồm 4 loại đơn phân là các nucleotide A, T, G và C.

- DNA được cấu trúc theo kiểu chuỗi xoắn kép nên có cấu trúc bền vững, đảm bảo thông tin di truyền được bảo quản ít bị hư hỏng.

- Các nucleotide có khả năng liên kết theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) nên thông tin trong DNA có thể được truyền đạt sang mRNA qua quá trình phiên mã và từ mRNA được dịch mã thành các phân tử protein.

- Sự kết hợp đặc hiệu A – T và G – C trong quá trình tái bản DNA đảm bảo cho thông tin di truyền trong DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.

- Liên kết phosphodiester giữa các nucleotide trong một mạch của DNA là loại liên kết cộng hóa trị rất bền vững. Liên kết hydrogen giữa các base trong hai mạch là loại liên kết yếu nhưng số lượng liên kết hydrogen trong DNA là rất lớn, do đó đảm bảo duy trì cấu trúc phân tử DNA bền vững.

- Cấu trúc mạch kép theo NTBS giúp các enzyme của tế bào có thể sử dụng một mạch bình thường làm khuôn để sửa chữa mạch bị đột biến.

Câu 2: Quan sát hình dưới đây, điền từ thích hợp vào vị trí được đánh số để hoàn thiện quá trình tái bản DNA tại một chạc sao chép ở tế bào sinh vật nhân sơ. Cho biết vai trò của các chúng trong quá trình tái bản DNA.

Trả lời: 

(1) Enzyme tách mạch: tách DNA thành hai mạch đơn.

(2) DNA polymerase: tổng hợp mạch DNA mới có chiều 5' → 3' dựa trên mạch khuôn của DNA mẹ theo nguyên tắc bổ sung.

(3) RNA polymerase: tổng hợp đoạn mồi.

(4) Đoạn mồi: cung cấp đầu 3' – OH cho enzyme DNA polymerase tổng hợp mạch mới.

(5) Okazaki: các đoạn mạch DNA được tổng hợp thành từng đoạn ngắn.

(6) Enzyme ligase: gắn các đoạn Okazaki với nhau.

Câu 3: DNA được tái bản theo những nguyên tắc nào?

Trả lời: 

Nguyên tắc bán bảo toàn và nguyên tắc bổ sung.

2. THÔNG HIỂU (5 CÂU)

Câu 1: Tại sao protein tạo nên các tính trạng của sinh vật nhưng không thể đảm nhận chức năng của một vật chất di truyền?

Trả lời: 

- Các amino acid là những đơn phân có thể dùng để ghi thông tin. Tuy vậy, do cấu trúc của protein không có cơ chế để các enzyme trong tế bào của thể sao chép trình tự các amino acid trong một protein tạo ra nhiều bản sao.

- Nguyên nhân là do protein không có cấu trúc theo NTBS như cấu trúc của DNA.

Câu 2: Nêu ý nghĩa của kết cặp đặc hiệu A – T và G – C phù hợp với chức năng của DNA.

Trả lời: 

- Nhờ kết cặp đặc hiệu theo NTBS nên từ một mạch khuôn của DNA các enzyme có thể tổng hợp nên mạch mới. Do vậy, DNA có thể thực hiện được chức năng truyền đạt thông tin từ tế bào này sang tế bào khác, từ thế hệ này sang thế hệ khác qua quá trình phân bào.

- Kết cặp đặc hiệu theo NTBS giúp thông tin trên DNA được truyền qua RNA đến protein qua quá trình phiên mã và dịch mã.

Câu 3: Trình bày quá trình tái bản DNA thể hiện sự sao chép thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.

Trả lời:

- DNA được bắt đầu tổng hợp từ một điểm (hoặc tại nhiều điểm, đối với sinh vật nhân thực) tạo nên hai chạc sao chép ngược chiều nhau.

- Enzyme DNA polymerase đọc thông tin trên mạch khuôn theo chiều 3’ → 5’ và tổng hợp mạch mới theo chiều 5’ → 3’. Tuy vật, mạch mới chỉ được tổng hợp khi có đoạn mồi là RNA cung cấp đầu 3’ – OH.

- Do DNA được cấu tạo gồm hai mạch ngược chiều nhau và phức hợp enzyme DNA polymerase gồm hai enzyme tổng hợp hai mạch mới cùng lúc và di chuyển theo cùng một chiều nên hai mạch của phân tử DNA được tổng hợp theo hai cách khác nhau, một mạch tổng hợp liên tục, mạch còn lại tổng hợp theo từng đoạn Okazaki rồi nối lại với nhau.

- DNA được tái bản theo nguyên tắc bán bảo toàn (phân tử DNA mới gồm mạch cũ và một mạch mới).

Câu 4: Cho một đoạn phân tử DNA có trình nucleotide của một mạch đơn như sau:

…G – T – A – G – C – A – T – A – C – G – A – G – C – T – C – A…

Viết trình tự nucleotide của mạch DNA bổ sung từ mạch đơn DNA trên.

Trả lời:

Trình tự nucleotide  của mạch bổ sung:

…C – A – T – C – G – T – A – T – G – C – T – C – G – A – G – T…

Câu 5: Hãy giải thích vì sao trên mỗi chạc chữ Y chỉ có một mạch của phân tử DNA được tổng hợp liên tục, mạch còn lại được tổng hợp một cách gián đoạn?

Trả lời:

Do cấu trúc của DNA có hai mạch song song và ngược chiều nhau, enzyme DNA polymerase chỉ tổng hợp theo chiều 5' → 3' nên mạch gốc (3' → 5') được tổng hợp liên tục, còn mạch bổ sung (5' → 3') được tổng hợp thành từng đoạn ngắn Okazaki sau đó được nối bằng enzyme ligase.

3. VẬN DỤNG (3 CÂU)

Câu 1: Tỉ lệ các cặp G – C và T – A trong phân tử DNA có ảnh hưởng đến độ bền vững của phân tử DNA không? Giải thích.

Trả lời:

- A liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng ba liên kết hydrogen. Do vậy, nếu phân tử DNA có càng nhiều cặp G – C thì càng nhiều liên kết hydrogen.

- Khi phân tử DNA có nhiều liên kết hydrogen thì độ ổn định của phân tử càng cao. Do vậy, tỉ lệ G – C và T – A có ảnh hưởng đến sự bền vững của DNA. Các nhà khoa học nhận thấy, những loài vi khuẩn sống trong suối nước nóng thường có tỉ lệ G – C nhiều hơn so với tỉ lệ A – T.

Câu 2: Kẻ và hoàn thành bảng tóm tắt quá trình tái bản DNA theo mẫu sau:

Trả lời:

Câu 3: Nhiều enzyme và protein tham gia vào bộ máy tái bản DNA ở vi khuẩn khác biết với các enzyme và protein cùng loại tế bào ở người. Dựa vào thông tin trên, hãy đề xuất hướng sản xuất thuốc trị bệnh nhiễm khuẩn ở người, giảm thiểu tối đa tác dụng không mong muốn của thuốc kháng sinh.

Trả lời:

Sự khác biệt về enzyme và protein tham gia vào quá trình tái bản DNA ở vi khuẩn và người có thể giúp các nhà khoa học tìm ra các thuốc kháng sinh ức chế đặc hiệu các enzyme và protein của vi khuẩn sử dụng trong quá trình tái bản DNA mà không hoặc ít có tác hại đối với tế bào người.

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Một đoạn DNA có 60 vòng xoắn và có chứa 1450 liên kết hydrogen. Trên mạch thứ nhất của có 15% adenine và 25% cytosine. Xác định:

a) Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotide của đoạn DNA đó.

b) Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotide trên mỗi mạch của đoạn DNA đó.

c) Tính số liên kết phosphodiester của đoạn DNA đó.

Trả lời:

a) Tổng số nucleotide của đoạn DNA trên là N = 20 × 60 = 1200 (nucleotide).

→ 2A + 2G = 1200 (1).

Theo đề bài: số liên kết hydrogen là 1450 nên ta có 2A + 3G = 1450 (2).

Từ (1) và (2) → A = T = 350 (nucleotide) và G = C = 250 (nucleotide).

Tỉ lệ từng loại nucleotide trên đoạn DNA là

A = T = × 100% ≈ 29,2% → G = C = (100% – 2 × 29,2%) : 2 = 20,8%.

b) Số nucleotide mỗi mạch là 1200 : 2 = 600 (nucleotide).

→ A₁ = T₂ = 15% × 600 = 90 (nucleotide).

C₁ = G₂ = 25% × 600 = 150 (nucleotide).

A₂ = T₁ = 350 – 90 = 260 (nucleotide).

G₁ = C₂ = 250 – 150 = 100 (nucleotide).

→ %A₂ = %T₁ = × 100% ≈ 43,3%.

%G₁ = %C₂ = × 100% ≈ 16,7%.

c) Số liên kết phosphodiester của DNA là: 2N – 2 = 2 × 1200 – 2 = 2398 (liên kết).

Câu 2: Một đoạn DNA chứa 1498 liên kết phosphodiester giữa các nucleotide. DNA tiến hành tái bản ba lần và đã sử dụng của môi trường 3150 nucleotide loại adenine. Xác định.

a) Chiều dài và số lượng từng loại nucleotide trên đoạn mạch.

b) Số lượng từng loại nucleotide môi trường cung cấp, số liên kết hydrogen bị phá vỡ và số liên kết phosphodiester được hình thành trong quá trình tái bản DNA.

Trả lời:

a) Tổng số nucleotide của đoạn DNA trên là N = 1498 + 2 = 1500 (nucleotide).

Chiều dài đoạn DNA là L = × 3,4 = 2550 Å.

Số lượng từng loại nucleotide là

A = T = 3150 : (2³ – 1) = 450 (nucleotide).

G = C = – A = – 450 = 300 (nucleotide).

b) Số lượng từng loại nucleotide do môi trường cung cấp:

A_mt  = T_mt = 3150 (nucleotide).

G_mt = C_mt = (2³ – 1) × 300 = 2100 (nucleotide).

Số liên kết hydrogen bị phá vỡ là H = 2A + 3G = 2 × 450 + 3 × 300 = 1800.