Đáp án Sinh học 12 cánh diều Bài 1: Gene và sự tái bản DNA

BÀI 1. GENE VÀ SỰ TÁI BẢN DNA

Mở đầu: Nhờ các cơ chế phân tử nào mà nhiều tính trạng ở sinh vật có thể được di truyền qua các thế hệ?

Hướng dẫn chi tiết:

Nhiều tính trạng ở sinh vật có thể được di truyền qua các thế hệ nhờ cơ chế tái bản của DNA cùng với cơ chế phiên mã và dịch mã.

I. CHỨC NĂNG CỦA DNA

Câu 1: Quan sát hình 1.1 và cho biết nhờ các đặc điểm nào về cấu trúc, DNA có thể thực hiện được các chức năng của vật chất di truyền.

Hướng dẫn chi tiết:

Các đặc điểm cấu trúc phù hợp với chức năng của DNA:

• 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.

II. KHÁI NIỆM, CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI GENE

Câu 1: Quan sát hình 1.2, hãy nêu các thành phần cấu trúc của gene có vai trò xác định vị trí bắt đầu và kết thúc tổng hợp RNA.

Hướng dẫn chi tiết:

Vị trí bắt đầu là trình tự khởi động, vị trí kết thúc là vùng kết thúc.

Luyện tập: Hãy so sánh các gene được phân loại dựa theo cấu trúc và chức năng.

Hướng dẫn chi tiết:

• Dựa vào chức năng: 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.
• Dựa vào cấu trúc: Gene phân mảnh bao gồm exon và intron. Còn gene không phân mảnh chỉ có exon.

III. TÁI BẢN DNA

Câu 1: Quan sát hình 1.3 và cho biết tái bản DNA được diễn ra theo những nguyên tắc nào. Sản phẩm của quá trình tái bản DNA là gì?

Hướng dẫn chi tiết:

Tái bản DNA được diễn ra theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn. Kết thúc quá trình tái bản sẽ tạo thành hai phân tử DNA con có cấu trúc giống nhau và giống DNA mẹ.

Câu 2: Phân tích cơ chế tái bản DNA cho thấy đây là quá trình truyền thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào?

Hướng dẫn chi tiết:

Kết thúc quá trình tái bản sẽ tạo thành hai phân tử DNA con có cấu trúc giống nhau và giống DNA mẹ. Sau đó, nhờ sự phân bào, mỗi phân tử DNA đi về một tế bào con. Như vậy, tái bản DNA là một quá trình tự sao thông tin di truyền từ tế bào mẹ sang tế bào con hay từ thế hệ này sang thế hệ sau.

Luyện tập: Thông tin di truyền được duy trì ổn định qua các thế hệ ở sinh vật sinh sản hữu tính bằng các cơ chế nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Nhờ cơ chế tái bản của DNA mà thông tin di truyền được duy trì ổn định qua các thế hệ ở sinh vật sinh sản hữu tính.

IV. THỰC HÀNH TÁCH CHIẾT DNA

1. Cơ sơ lý thuyết

Có thể tách chiết DNA từ tế bào sinh vật thông qua việc phá vỡ tế bào bằng dung dịch chất tẩy rửa và NaCl; kết tủa DNA bằng dung môi như ethanol hoặc isopropanol.

2. Các bước tiến hành

• Chuẩn bị:
• Dụng cụ cối và chày sứ, cốc thuỷ tinh, cốc đong (cốc có chia vạch), ống nghiệm, phễu, giấy lọc, thìa, que tăm, thiết bị chụp ảnh.
• Hoá chất: ethanol 90° hoặc isopropanol 99% được giữ lạnh ở nhiệt độ 2 - 4°C, nước rửa bát dạng lỏng, muối ăn (NaCl), nước cất.
• Mẫu vật: quả dâu tây, quả chuối, củ hành tây, lá non hoặc gan lợn. Mẫu vật được giữ ở ngăn đông của tủ lạnh (-20 đến 0°C) qua đêm trước khi dùng để tách DNA.
• Tiến hành:
• Dùng chày nghiền nát 50 g mẫu thành hỗn hợp đồng nhất.
• Dùng cốc đong, lấy 50 mL nước, bổ sung 1 thìa muối ăn khoảng 5 g (NaCl) và 1 - 2 mL nước rửa bát dạng lỏng, lắc trộn đều tạo thành một hỗn hợp.
• Rót hỗn hợp này vào cối có mẫu đã nghiền sẵn, trộn đều mẫu trong hỗn hợp tạo dịch nghiền đồng nhất. Rót dịch nghiền đó vào phễu có lót sẵn giấy lọc để lọc bỏ phần bã, thu được dịch lọc.
• Rót một thể tích tương đương ethanol lạnh vào cốc dịch lọc. Các sợi màu trắng từ từ xuất hiện trong lớp ethanol phía trên. Chuyển dung dịch ethanol phía trên chứa DNA sang một ống nghiệm sạch. Để ống nghiệm ở nhiệt độ 0 - 4°C, DNA từ từ kết tủa trong dung dịch ethanol.
• Chụp ảnh kết quả tách chiết DNA.

3. Báo cáo kết quả thí nghiệm

Câu 1: Vì sao cần bổ sung nước rửa bát vào mẫu sau khi nghiền?

Hướng dẫn chi tiết:

Cần bổ sung nước rửa bát vào mẫu sau khi nghiền vì DNA tồn tại trong nhân tế bào nên để tách chiết được DNA ra khỏi tế bào, cần phá vỡ mô để tách rời các tế bào và phá huỷ thành tế bào và phá huỷ màng tế bào, màng nhân bằng các dung dịch tẩy rửa hoà tan lipid nhằm giải phóng dịch nhân tế bào vào dung dịch chiết xuất.

Câu 2: Mục đích của việc sử dụng alcohol (như ethanol 90°) trong tách chiết DNA là gì?

Hướng dẫn chi tiết:

Sử dụng alcohol (như ethanol 90°) trong tách chiết DNA để kết tủa và tinh sạch DNA.

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

• Tên thí nghiệm: Tách chiết DNA
• Nhóm thực hiện:
• Kết quả: Thu được kết tủa DNA màu trắng.
• Giải thích:
• Do DNA tồn tại trong nhân tế bào nên để tách chiết được DNA ra khỏi tế bào, cần phá vỡ mô để tách rời các tế bào và phá huỷ thành tế bào bằng việc nghiền mẫu vật; phá huỷ màng tế bào, màng nhân bằng các dung dịch tẩy rửa hoà tan lipid.
• Trong tế bào, DNA liên kết với nhiều protein nên cần loại bỏ các protein bằng enzyme phân giải protein là protease (có trong nước ép dứa tươi), dung dịch lúc này chỉ còn DNA và RNA.
• Để tách DNA ra khỏi dung dịch chiết xuất, cần kết tủa DNA bằng ethanol.
• Vì ethanol nhẹ hơn nước, nên ethanol sẽ nổi lên trên cùng với DNA kết tủa.
• Kết luận: Tách chiết DNA là quy trình cơ bản trong nghiên cứu sinh học, tuy nhiên cần phải thao tác cẩn thận và chặt chẽ để có thể thu được DNA chất lượng tốt, tránh nhiễm các DNA bên ngoài để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.

Vận dụng: Tại sao phân tích trình tự nucleotide của DNA được ứng dụng trong nhận dạng cá thể?

Hướng dẫn chi tiết:

Phân tích trình tự nucleotide của DNA được ứng dụng trong nhận dạng cá thể vì trình tự sắp xếp nucleotide của DNA đặc trưng cho cá thể.