I. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
1. Quá trình phiên mã
1.1. Khái niệm
Phiên mã là quá trình truyền thông tin di truyền từ phân tử ADN mạch kép sang phân tử ARN mạch đơn (quá trình tổng hợp ARN dựa trên 1 mạch khuôn của ADN theo nguyên tắc bổ sung).
Atrên mạch ADN gốc = U trên mARN
T trên mạch ADN gốc = A trên mARN
G trên mạch ADN gốc =X trên mARN
X trên mạch ADN gốc = G trên mARN
1.2. Vị trí
Diễn ra chủ yếu trong nhân tế bào ở kì trung gian giữa 2 lần phân bào
1.3. Nguyên tắc
Khuôn mẫu, bổ sung
1.4. Các thành phần tham gia
– ADN khuôn
– Các riboNu tự do
– Các enzim chủ yếu là ARN-polimeraza
1.5. Cơ chế
– Bước 1: Khởi đầu
Enzim ARN-polimeraza bám vào vùng khởi đầu promoter làm cho gen tháo xoắn để lộ ra mạch khuôn có chiều 3’ đến 5’. Sau đó bắt đầu sự tổng hợp mARN ở vị trí đặc hiệu (Bộ 3 mở đầu AUG).
– Bước 2: Kéo dài phân tử mARN
Enzim ARN-polimeraza trượt dọc theo mạch khuôn có chiều 3’đến 5’ để tổng hợp nên phân tử mARN có chiều 5’ đến 3’ theo nguyên tắc bổ sung.
– Bước 3: Kết thúc
Khi ARN-polimeraza di chuyển đến cuối gen gặp tín hiệu kết thúc (1 tromg 3 bộ 3 kết thúc UAA, UAG, UGA) thì dừng phiên mã và phân tử ARN vừa được tổng hợp được giải phóng.
Chú ý: Khi phiên mã, vùng nào của ADN phiên mã xong thì 2 mạch kép của ADN đóng xoắn lại ngay. Do đó, mỗi lần phiên mã chỉ tạo ra được 1 phân tử ARN. Kết quả:
1 phân tử ADN phiên mã 1 lần sẽ tổng hợp được 1 phân tử mARN
1.6. Sự khác nhau giữa phiên mã ở sinh vật nhânsơ và sinh vật nhân thực:
Sự khác nhau giữa phiên mã ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực
|
Sinh vật nhân sơ |
Sinh vật nhân thực |
|
mARN được tổng hợp xong có thể tham gia ngay vào quá trình dịch mã. Thậm chí, đầu này của phân tử mARN chưa được tổng hợp xong thì đầu kia của mARN đã có riboxom đính vào để tiến hành dịch mã. |
mARN vừa được tổng hợp xong mới chỉ là dạng sơ khai chưa thể tham gia vào quá trình dịch mã. Nó phải trải qua quá trình biến đổi mARN qua các thao tác: cắt bỏ Intron, nối các Exon, gắn đuôi poliA hoặc chóp G vào mARN sơ khai để trở thành mARn hoàn chỉnh. Sau đó chui từ nhân ra tế baò chất để tham gia tổng hợp protein |
|
Enzim: chỉ có 1 loại enzim ARN-polimeraza chịu trách nhiệm tổng hợp tất cả |
Enzim mỗi loại enzim ARN-polimeraza chịu trách nhiệm tổng hợp 1 loại ARN (mARN, tARN, rARN) |
Các dạng bài tập chủ yếu:
1. Chiều dài ARN = số riboNu x 3,4 A0
2. Khối lượng ARN = số riboNu x 300 đvC
3. Số liên kết hóa trị giữa các Nu = số riboNu – 1
4. Số liên kết hóa trị trong cả phân tử ARN = 2 x số riboNu – 1
5. Mối liên hệ giữa cấu trúc của gen và mARN tương ứng
mARN: 5’- Um-Am-Xm-Gm-3’
ADN gốc: 3’- Ag -Tg-Gg-Xg- 5’
ADN bổ sung: 5’-Tbs-Abs-Xbs-Gbs-3’
=>A = T = Um + Am; Um = Ag = Tbs
=> Số riboNu = N/2
Lưu ý: Ở sinh vật nhân thực khi tính chiều dài, khối lượng, số liên kết, số Nu mỗi loại cần phân biệt:
– Nếu là mARN sơ khai thì tính bình thường như trên
– Nếu là mARN trưởng thành thì bằng đại lượng đó trên mARN sơ khai trừ đi tổng số đoạn intron.
6. Xác định ADN làm khuôn phiên mã dựa vào trình tự ARN và ngược lại
Dựa theo nguyên tắc:
+ ARN được tổng hợp theo chiều 5’ đến 3’ nên mạch khuôn để tổng hợp phải có chiều từ 3’ đến 5’
+ ARN được tổng hợp từ mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung A = U, G = X
7. Xác định mạch ADN làm khuôn để phiên mã khi biết số lượng từng loại riboNu của mARN và ngược lại (cần dựa theo nguyên tắc bổ sung).
8. Xác định số riboNu cần cung cấp cho k lần phiên mã
Số riboNu môi trường cung cấp=k x số riboNu của mARN
A cung cấp = k x Am=k x Tg
U cung cấp = k x Um= k x Ag
9. Tính số liên kết được hình thành và bị phá hủy khi 1 phân tử ADN phiên mã k lần
Số liên kết Hidro hình thành = k x H = số liên kết H bị phá vỡ
Số liên kết hóa trị giữa các Nu được hình thành = k x(rNu – 1)
Số liên kết hóa trị bị phá vỡ = 0
2. Quá trình dịch mã
2.1. Khái niệm
Dịch mã là quá trình chuyển mã di truyền chứa trong mARN thành trình tự các aa trong chuỗi pp
2.2. Vị trí: dịch mã diễn ra trong tế bào chất tại riboxom, thời điểm diễn ra là khi tế bào có nhu cầu về loại protein đó.
2.3. Nguyên tắc: Có diễn ra theo nguyên tắc bổ sung giữa các codon trên mARN và anticodon trên tARN
2.4. Thành phần tham gia:
– mARN
– tARN
– Các aa của môi trường nội bào
– Enzim
– Năng lượng ATP
– Riboxom: gồm 2 tiểu phần. Bình thường 2 tiểu phần tách riêng nhau. Khi có mặt mARN chúng cùng liên kết vào 1 đầu của mARN tại vị trí đặc hiệu (codon mở đầu AUG) đẻ trở thành dạng hoàn chỉnh. Mỗi riboxom có 2 vị trí: 1 vị trí peptit (p) và 1 vị trí amin (a). Mỗi 1 vị trí tương ứng với 1 bộ 3.
2.5. Cơ chế: gồm 2 giai đoạn
*Giai đoạn 1: hoạt hóa aa
Các aa tự do trong môi trường nội bào khi có enzim xúc tác được nguồn năng lượng cung cấp ATP trở thành dạng aa hoạt hóa. Nhờ 1 loại enzim khác aa đã được hoạt hóa liên kết với tARN tạo thành phức hợp aa-tARN.
*Giai đoạn 2: tổng hợp chuỗi pp
Bước 1: Mở đầu
– Tiểu đơn vị bé của riboxom gắn với mARN tại vị trí nhận biết đặc hiệu (gần codon mở đầu)
– tARN mang aa mở đầu (metionin hoặc foocmin metionin) tiến vào vị trí codon mở đầu và anticodon của tARN khớp bổ sung với codon mở đầu trên mARN
– Tiểu đơn vị lớn của riboxom tiến vào kết hợp với tiểu đơn vị bé để tạo nên riboxom hoàn chỉnh (riboxom hoạt động).
Bước 2: Kéo dài chuỗi pp
– tARN mang aa1 (aa1-tARN) tới vị trí bên cạnh và bộ 3 đối mã của nó khớp bổ sung với codon của aa1 trên mARN.
– Enzim xúc tác tạo liên kết peptit giữa aamở đầu và aa1
– Riboxom dịch chuyển đi 1 bộ 3 (nhảy cóc) trên mARN đồng thời tARN mở đầu rời khỏi riboxom
– Tiếp theo, aa2 được tARN mang, tiến vào vị trí aa1 và anticodon của nó khớp bổ sung với codon trên mARN.
– Enzim xúc tác tạo liên kết peptit giữa aa1 và aa2.
– Ribooxom lại dịch chuyển đi 1 bộ 3 trên mARN đồng thời tARN thứ nhất rời khỏi riboxom.
– Các hoạt động cứ diễn ra liên tục như vậy cho đến cuối riboxom.
Bước 3: Kết thúc
– Khi riboxom tiếp xúc với mã kết thúc trên mARN thì quá trình dịch mã dừng lại.
– Riboxom tách khỏi mARN và chuỗi pp được giải phóng. Đồng thời, nhờ enzim đặc hiệu, aamở đầu cũng được tách khỏi chuỗi pp để hình thành phân tử protein.
– Phân tử pr này tiếp tục hình thành các bậc cấu trúc cao hơn để thể hiện hoạt tính sinh học của mình.
*Chú ý: Trên mỗi phân tử mARN thường có 1 số riboxom các riboxom cùng hoạt động gọi là các polixom. Như vậy, 1 phân tử mARN có thể được dùng làm khuôn để tổng hợp nên 1 hay nhiều chuỗi pp cùng loại rồi tự huỷ.
*Kết quả: Từ 1 phân tử mARN:
|
Khi có: |
Thu được: |
|
1 riboxom trượt qua 1 lần |
1 chuỗi pp |
|
y riboxom trượt qua 1 lần |
y chuỗi pp |
|
y riboxom trượt qua a lần |
a.ychuỗi pp |
Bài tập vận dụng
a. Bài tập về cấu trúc của protein:
– Tính chiều dài protein hoặc chuỗi pp: L = số aa x 3 (A0)
– Tính khối lượng: M = số aa x 100 (đvC)
– Số liên kết peptit = số aa – 1
– Số phân tử H2O được giải phóng = số liên kết peptit được hình thành = số aa môi trường cung cấp – 1
– Số cách sắp xếp của aa trong phân tử protein (kí hiệu Pm)
Pm= m! / (m1!m2!….mk!)
Trong đó:
m là tổng số aa có trong phân tử protein
m1 là tổng số aa loại 1
m2 là tổng số aa loại 2
mk là tổng số aa loại k
b. Bài tập về dịch mã:
– Số aa cần cung cấp cho quá trình dịch mã:
+ Sinh vật nhân sơ: số aa môi trường cung cấp = rN/3 – 1
+ Sinh vật nhân thực: số aa môi trương cung cấp = (rN vừa tổng hợp – rN intron)/3 – 1
– Số aa có trong phân tử protein hoàn chỉnh
+ Sinh vật nhân sơ: số aa/pr hoàn chỉnh = số aa môi trường cung câp – 1 = rN – 2
+ Sinh vật nhân thực: số aa/pr hoàn chỉnh = số aa môi trường cung cấp – 1 = (rN – rN intron)/3 – 2
– Số lượt tARN được sử dụng trong quá trình dịch mã = số aamtcc
Sinh vật nhân sơ = a.x + b.y + c.z = rN/3 – 1
Sinh vật nhân thực= a.x + b.y + c.z= (rN – rN intron)/3 – 1
Trong đó:
x là số tARN tham gia dịch mã a lần
y là số tARN tham gia dịch mã b lần
z là số tARN tham gia dịch mã c lần
x + y + z = tổng số tARN tham gia dịch mã
3. Mối liên hệ giữa ADN-mARN-protein-tính trạng:
– Thông tin di truyền trong ADN của mỗi tế bào được truyền đạt lại cho thế hệ sau thông qua cơ chế tự nhân đôi.
– Thông tin di truyền trong ADN được biểu hiện thành tính trạng của cơ thể thông qua cơ chế phiên mã, dịch mã.
|
Nhân đôi |
Phiên mã |
m ARN |
Dịch mã |
Protein |
Tương tác với môi trường |
Tính trạng |
|
ADN |
———-> |
——-> |
—————————> |
Như vậy, có thể thấy trình tự các Nu trên ADN thông qua quá trình phiên mã quy định trình tự các rNu trên mARN và thông qua quá trình dịch mã đã quy định trật tự các aa trên phân tử protein (tính chất của mã di truyền).
Các dạng bài tập liên quan:
– Xác định mối liên quan về số lượng đơn phân giữa ADN, mARN và protein tương ứng.
+ Sinh vật nhân sơ:
Số aa môi trường cung cấp =N/6 -1 = rN/3 -1
Số aa/pr hoàn chỉnh= số aa môi trường cung cấp -1= N/6 – 2 = rN/3 – 2
+ Sinh vật nhân thực:
Số aa môi trường cung cấp = (Ngen – N intron)/6 – 1 = (rN vừa tổng hợp – rN intron)/3 – 1
Số aa/pr hoàn chỉnh= số aa môi trường cung câp -1= (Ngen – N intron)/6 – 2 = (rN – rN intron)/3 – 2
– Xác định mối liên quan về trình tự Nu trên ADN, mARN và trình tự aa trên phân tử protein.
+ Dựa vào nguyên tắc bổ sung
+ Nguyên tắc chiều 5’ –> 3’ trong phiên mã, dịch mã: Chiều của mARN là 5’ –>3’ ngược với chiều của ADN làm khuôn. Trong quá trình dịch mã: Codon trên mARN có chiều 5’–>3’ còn anticodon trên tARN khớp bổ sung theo chiều 3’ –> 5’
+ Dựa vào đặc điểm của mã mở đầu và mã kết thúc.
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
a) Dạng 1: BIẾT CẤU TRÚC GEN, XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC ARN HAY NGƯỢC LẠI
a1) Phương pháp giải
– Chỉ một trong hai mạch của gen được dùng làm mạch khuôn.
– Mạch khuôn có chiều 3’ – 5’.
– Nguyên tắc bổ sung của cơ chế sao mã là:
| Mạch khuôn | ARN | |
| A | hợp với | Um |
| T | hợp với | Am |
| G | hợp với | Xm |
| X | hợp với | Gm |
– Do vậy, biết cấu trúc của gen, ta xác định được cấu trúc của ARN tương ứng và ngược lại.
a2) Bài tập vận dụng
1) Trình tự các cặp nuclêôtit trong một gen cấu trúc được bắt đầu như sau:
3’ TAX GTA XGT ATG XAT … 5’
5’ ATG XAT GXA TAX GTA … 3’
Hãy viết trình tự bắt đầu của các ribônuclêôtit trong phân tử ARN được tổng hợp từ gen trên.
2) Cho biết trình tự bắt đầu các ribônuclêôtit trong một phân tử ARN là:
5’ AUG XUA AGX GXA XG … 3’
Hãy đánh dấu chiều và viết trình tự bắt đầu của các cặp nuclêôtit trong gen đã tổng hợp phân tử ARN nổi trên.
Hướng dẫn giải
1) Trình tự các ribônuclêôtit trong ARN:
+ Trong hai mạch của gen, mạch có chiều 3’ – 5’ là mạch khuôn.
+ Các ribônuclêôtit tự do kết hợp với mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung sau:
| Mạch khuôn | ribônuclêôtit | |
| A | bổ sung | U |
| T | bổ sung | A |
| G | bổ sung | X |
| X | bổ sung | G |
+ Do vậy, trình tự bắt đầu các ribônuclêôtit của ARN được tổng hợp từ gen ưên như sau:
Mạch khuôn: 3’ TAX GTA XGT ATG XAT … 5’
mARN: 5’ AUG XAU GXA UAX GUA … 3’
2) Đánh dấu chiều và trình tự các cặp nuclêôtit:
+ Ngược lại, khi biết trình tự các ribônuclêôtit ta suy ra trình tự các cặp nuclêôtit trong gen và chiều của các mạch như sau:
mARN: 5’AUG XUA AGX GXA XG … 3’
Mạch khuôn: 3’ TAX GAT TXG XGT GX … 5’
Mạch bổ sung: 5’ ATG XTA AGX GXA XG … 3’
b) Dạng 2: TƯƠNG QUAN VỀ SỐ NUCLÊÔTIT, CHIỀU DÀI, KHỐI LƯỢNG CỦA GEN VÀ ARN – SỐ LIÊN KẾT HIĐRÔ BỊ PHÁ HỦY, SỐ LIÊN KẾT HÓA TRỊ ĐƯỢC HÌNH THÀNH
b1) Phương pháp giải
* Đốì với gen không phân mảnh:
+ Gen có hai mạch, ARN có một mạch. Do vậy:
• Số nuclêôtit của gen gấp đôi số ribônuclêôtit của ARN tương ứng: N = 2Nm
• Khối lượng của gen gấp đôi khối lượng ARN: Mgen = 2MARN
+ Chiều dài gen bằng chiều dài ARN do nó tổng hợp: Lgen = LARN
+ Trong quá trình phiên mã có sự phá hủy các liên kết hiđrô của gen và thành lập mới các liên kết hóa trị trong các mARN.
+ Gọi k: số lần phiên mã của 1 gen.
H = 2A + 3G là số liên kết hiđrô của gen.
Y = N – 2 là số liên kết hóa trị trong 2 mạch đơn. Ta có:
• Số liên kết hiđrô bị hủy qua k lần sao mã là: H.k
• Số liên kết hóa trị được hình thành qua k lần phiên mã là: Y/2.k
* Đối với gen phân mảnh: tùy đề cho về tỉ lệ giữa các đoạn êxôn và intron.
b2) Bài tập vận dụng
1) Gen phải dài bao nhiêu micrômet mới chứa đủ thông tin di truyền để tổng hợp một phân tử mARN có 270 ribônuclêôtit loại Ađênin, chiếm 20% tổng số ribônuclêôtit của toàn mạch?
2) Gen trên có khối lượng bao nhiêu đvC?
3) Biết gen có X chiếm 15% tổng số nuclêôtit, quá trình sao mã cần môi trường cung cấp số ribônuclêôtit tự do gấp 3 lần số nuclêôtit của gen. Xác định:
a) Tổng số liên kết hiđrô bị hủy qua quá trình.
b) Tổng số liên kết hóa trị được hình thành.
Hướng dẫn giải
1) Chiều dài gen:
+ Số ribônuclêôtit của phân tử mARN:
(270 : 20) . 100 = 1350 ribônuclêôtit.
+ Chiều dài mARN cũng là chiều dài gen tổng hợp nó:
1350. 3,4.10-4 = 0,459μm.
2) Khối lượng gen: 1350 . 2 . 300 = 81.104đvC.
3) Số liên kết hiđrô bị hủy và liên kết hóa trị được hình thành:
+ Số nuclêôtit của gen: 1350 . 2 = 2700 nuclêôtit.
+ Số nuclêôtit mỗi loại của gen:
A = T = 2700 . 15% = 405 nuclêôtit
G = X = (2700 : 2) – 405 = 945 nuclêôtit
+ Số liên kết hiđrô của gen: 405 . 2 + 945 . 3 = 3645 liên kết.
+ Số liên kết hóa trị trong 1 phân tử mARN: 1350 – 2 = 1348 liên kết.
+ Số lần sao mã của gen: 3 . 2 = 6.
+ Số liên kết hiđrô bị hủy qua 6 lần sao mã: 3645 . 6 = 21870 liên kết.
+ Số liên kết hóa trị được hình thành: 1348 . 6 = 8088 liên kết.
c) Dạng 3: TƯƠNG QUAN VỀ SỐ LƯỢNG, TỈ LỆ % GIỮA NUCLÊÔTIT MỖi LOẠI CỦA GEN VỚI RIBÔNUCLÊÔTIT CỦA mARN
c1) Phương pháp giải
• Gọi A, T, G, X: các loại nuclêôtit của gen.
A1, T1, G1, X1: các loại nuclêôtit trong mạch 1 của gen.
A2, T2, G2, X2: các loại nuclêôtit trong mạch 2 của gen.
Am, Um, Gm, Xm: các loại ribônuclêôtit của mARN do gen tổng hợp.
* Trường hợp 1: Nếu mạch khuôn là mạch thứ nhất. Ta có tương quan:
| mARN | Mạch 1 | Mạch 2 | ||
| Am | = | T1 | = | A2 |
| Um | = | A1 | = | T2 |
| Gm | = | X1 | = | G2 |
| Xm | = | G1 | = | X2 |
* Trường hợp 2: Nếu mạch khuôn là mạch hai. Ta có tương quan:
| Mạch 1 | Mạch 2 | mARN | ||
| A1 | = | T2 | = | Am |
| T1 | = | A2 | = | Um |
| G1 | = | X2 | = | Gm |
| X1 | = | G2 | = | Xm |
• Dù mạch khuôn là mạch nào, ta đều có các tương quan sau:
– Về số lượng:
A = T = Am + Um
G = X = Gm + Xm
– Về tỉ lệ %: (Mỗi mạch đơn tính 100%)
c2) Bài tập vận dụng
Một gen có 1701 liên kết hiđrô, tổng hợp phân tử mARN có tỉ lệ các loại ribônuclêôtit A : G : X : U = 1 : 3 : 4 : 2. Xác định:
1) Chiều dài của gen trên.
2) Số nuclêôtit mỗi loại của mỗi mạch đơn và của gen.
Hướng dẫn giải
1) Chiều dài gen:
+ Gọi A, T, G, X: các loại nuclêôtit của gen.
Am, Um, Gm, Xm: các loại ribônuclêôtit trong mARN do gen tổng hợp.
Theo đề, ta có:
Suy ra: Am = 10%; Um = 20%; Gm = 30%; Xm = 40%.
+ Tỉ lệ phần trăm mỗi loại nuclêôtit của gen:
A = T = (10% + 20%) :2 = 15%.
G = X = (30% + 40%): 2 = 35%.
+ Gọi N là tổng sốnuclêôtit của gen, ta có: 
Giải ra N = 1260 nuclêôtit.
+ Chiều dài của gen: (1260 : 2). 3,4 = 2142 
.
2) Số nuclêôtit mỗi loại của gen và mạch đơn:
+ Số ribônuclêôtit của phân tử mARN: 1260 : 2 = 630 ribônuclêôtit.
+ Số nuclêôtit mỗi loại của từng mạch đơn của gen:
| mARN |
Mạch khuôn |
Mạch bổ sung |
||||
| Am | = | T | = | A | = | 630 . 10% = 63 ribônuclêôtit. |
| Um | = | A | = | T | = | 630 . 20% = 126 ribônuclêôtit. |
| Gm | = | X | = | G | = | 630 . 30% = 189 ribônuclêôtit. |
| Xm | = | G | = | X | = | 630 . 40% = 259 ribônuclêôtit. |
+ Số nuclêôtit mỗi loại của gen:
A = T = 63 + 126 = 189 nuclêôtit; G = X = 189 + 252 = 441 nuclêôtit.
d) Dạng 4: XÁC ĐỊNH MẠCH KHUÔN VÀ SỐ LẦN PHIÊN MÃ CỦA GEN
d1) Phương pháp giải
– Chỉ một trong hai mạch đơn của gen làm mạch khuôn, điều khiển quá trình phiên mã và mạch này có chiều 3’ → 5′.
– Số lần phiên mã là số nguyên dương.
– Một gen phiên mã bao nhiêu lần, sẽ tạo bấy nhiêu phân tử mARN có cấu trúc giống nhau.
– Gọi k: số lần phiên mã của gen.
+ Tổng số ribônuclêôtit cần được môi trường cung cấp cho quá trình là
Nm . k = 
.k
+ Số ribônuclêôtit mỗi loại môi trường cần cung cấp cho k lần phiên mã:
• Σ Am cần = Am của 1 phân tử ARN . k = T mạch khuôn . k.
• Σ Um cần = Um của 1 phân tử ARN . k = A mạch khuôn . k.
• Σ Gm cần = Gm của 1 phân tử ARN . k = X mạch khuôn . k.
• Σ Xm cần = Xm của 1 phân tử ARN . k = G mạch khuôn . k.
d2) Bài tập vận dụng
Gen có 1800 nuclêôtit và có hiệu số giữa nuclêôtit loại Guanin với loại Không bổ sung với nó là 10% tổng số nuclêôtit của gen. Một trong hai mạch đơn của gen có 270 nuclêôtit loại Ađênin và số nuclêôtit loại Guanin chiếm 20% số nuclêôtit của mạch. Quá trình phiên mã của gen đòi hỏi môi trường cung cấp 360 ribônuclêôtit loại Uraxin. Xác định:
1) Tỉ lệ phần trăm và số lượng từng loại nuclêôtit của gen.
2) Tỉ lệ phần trăm và số lượng từng loại nuclêôtit trong mạch đơn của gen.
3) Tỉ lệ phần trăm và số lượng từng loại ribônuclêôtit trong một phân tử mARN.
4) Tính số lượng ribônuclêôtit mỗi loại môi trường cần phải cung cấp cho quá trình phiên mã của gen trên.
Hướng dẫn giải
1) Phần trăm và số lượng từng loại nuclêôtit:
+ Gọi A, T, G, X: các loại nuclêôtit của gen.
A1, T1, G1, X1,: các loại nuclêôtit trong mạch đơn thứ nhất.
A2, T2, G2, X2: các loại nuclêôtit trong mạch đơn thứ hai.
Am, Um, Gm, Xm: các loại ribônuclêôtit trong phân tử mARN do gen tổng hợp.
Ta có: G – A = 10% G = X = 30%
G + A = 50% Suy ra: A = T = 50% – 30% = 20%.
+ Số nuclêôtit mỗi loại của gen:
A = T = 20% . 1800 = 360 nuclêôtit.
G = X = 30% . 1800 = 540 nuclêôtit.
2) Phần trăm và số lượng mỗi loại nuclêôtit trong mạch đơn:
+ Gọi A1 = 270 nuclêôtit ⇒ A2 = 360 – 270 = 90 nuclêôtit.
G1 = (540 + 360). 20% = 180 ⇒ G2 = 540 – 180 = 360 nuclêôtit.
+ Vậy tỉ lệ phần trăm và số lượng từng loại nuclêôtit trong mỗi mạch đơn của gen:
| Mạch 1 | Mạch 2 | Số lượng | Tỉ lệ % | ||
| A1 | = | T2 | = | 270 | = (270 : 900).100% = 30% |
| T1 | = | A2 | = | 90 | = (90 : 900).100% = 10% |
| G1 | = | X2 | = | 180 | = (180 : 900).100% = 20% |
| X1 | = | G2 | = | 360 | = (360 : 900).100% = 40% |
3) Phần trăm và số lượng mỗi loại ribônuclêôtit của mARN:
+ Gọi k: số lần phiên mã của gen (k 
Z+).
+ Nếu mạch 1 của gen là mạch khuôn, ta có:
270. k = 360 ⇒ k = 1,33 (loại)
+ Nếu mạch 2 của gen là mạch khuôn, ta có:
90 . k = 360 ⇒ k = 4 (chọn)
+ Vậy mạch khuôn là mạch thứ hai và gen phiên mã 4 lần.
+ Vậy tỉ lệ phần trăm và số lượng mỗi loại nuclêôtit trong phân tử mARN là:
| mARN | Mạch 2 | Số lượng | Tỉ lệ % | ||
| Am | = | T2 | = | 270 | = 30% |
| Um | = | A2 | = | 90 | = 10% |
| Gm | = | X2 | = | 180 | = 20% |
| Xm | = | G2 | = | 360 | = 40% |
4) Số lượng mỗi loại ribônuclêôtit cần cung cấp:
Am = 270 . 4 = 1080 ribônuclêôtit Gm = 180 . 4 = 720 ribônuclêôtit.
Um = 90 . 4 = 360 ribônuclêôtit Xm = 360 . 4 = 1440 ribônuclêôtit.
e) Dạng 5:TƯƠNG QUAN GIỮA: SỐ NUCLÊÔTIT, CHIỀU DÀI, KHỐI LƯỢNG CỦA GEN- SỐ RIBÔNUCLÊÔTIT CỦA ARN VỚI SỐ AXIT AMIN MÔI TRƯỜNG CẦN CUNG CẤP
e1) Phương pháp giải
– Chỉ một mạch của gen làm mạch khuôn.
– Mã di truyền là mã bộ ba.
– Mã kết thúc không qui định axit amin nào.
* Trong prôtêin hoàn chỉnh không tính đến axit amin mở đầu. Do vậy:
+ Gọi Na: Số axit amin môi trường cần cung cấp để tổng hợp 1 phân tử prôtêin (mỗi prôtêin xem như có 1 chuỗi pôlipeptit).
Ta có các tương quan sau:
(Chú ý: Trong prôtêin hoàn chỉnh, thay ± 1 bằng ± 2).
Gọi x: số lần phiên mã của một gen.
y: số ribôxôm bằng nhau trên mỗi mARN.
z: số lượt trượt bằng nhau của mỗi ribôxôm. Tổng số axit amin môi trường nội bào cần phải cung cấp là:
x.y.z.Na
e2) Bài tập vận dụng
1) Xác định số axit amin môi trường cần cung cấp để tổng hợp một phân tử prôtêin, cho biết:
a) Gen 1 có 1608 nuclêôtit. b) Gen 2 dài 2611,2 .
c) Gen 3 dài 0,18258μm. d) Gen 4 có khối lượng 432.103 đvC.
e) Gen 5 tổng hợp phân tử mARN chứa 698 liên kết hoá trị.
2) Số axit amin trong một phân tử prôtêin hoàn chỉnh được tổng hợp từ các gen 6, 7, 8, 9 lần lượt là 258, 182, 498, 251 axit amin. Hãy xác định:
a) Số nuclêôtit của gen 6. b) Chiều dài của gen 7.
c) Số chu kì xoắn của gen 8. d) Khối lượng của gen 9.
Hướng dẫn giải
1) Số axit amin cần cung cấp:
a) Cho gen 1: [(1608 : 2): 3] – 1 = 267 axit amin.
b) Cho gen 2: 2611,2 : (3,4 . 3) – 1 = 255 axit amin.
c) Cho gen 3: 0,18258.104 : (3,4 . 3) – 1 = 178 axit amin.
d) Cho gen 4: 432.103 : (300 . 2 . 3) – 1 = 239 axit amin.
e) Cho gen 5: [(698 + 1) : 3] – 1 = 232 axit amin.
2) a) Số nuclêôtit của gen 6: (258 + 2). 3. 2 = 1560 nuclêôtit.
b) Chiều dài của gen 7: (182 + 2). 3 . 3,4 = 1876,8 .
c) Số chu kì gen 8: [(498 + 2). 3] : 10 = 150 chu kì.
d) Khối lượng gen 9: (251 + 2). 3. 2. 300 = 455400 đvC.
g) Dạng 6:
+ XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI, KHỐI LƯỢNG PRÔTÊIN.
+ TƯƠNG QUAN GIỮA: SỐ AXIT AMIN CẦN – SỐ LIÊN KẾT PEPTIT – KHỐI LƯỢNG NƯỚC ĐƯỢC GIẢI PHÓNG
g1) Phương pháp giải
– Mỗi axit amin dài trung bình 3 và có khối lượng trung bình là 110 đvC
– Cứ hai axit kế tiếp nhau loại chung một phân tử nước hình thành một li kết peptit.
Vậy: Có bao nhiêu phân tử nước được giải phóng sẽ có bấy nhiêu liên kết peptit được hình thành và ngược lại.
+ Số liên kết peptit trong mỗi prôtêin bằng số axit amin trừ bớt 1.
g2) Bài tập vận dụng
1) Gen thứ nhất có 63 chu kì xoắn.
a) Tính chiều dài và khối lượng trung bình phân tử prôtêin do gen 1 tổng hợp.
b) Số liên kết peptit được hình thành và khối lượng nước được giải phóng.
2) Phân tử prôtêin hoàn chỉnh được tổng hợp từ gen thứ hai chứa 237 liên kết peptit. Xác định:
a) Chiều dài gen thứ hai tính ra đơn vị micrômet.
b) Khối lượng nước được giải phóng khi tổng hợp một phân tử prôtêin nói trên.
Hướng dãn giải
1) a) Chiều dài và khối lượng prôtêin:
+ Số axit amin trong phân tử prôtêin được tổng hợp (kể cả axit amin mở đầu):
[(63 . 10) : 3] – 1 = 209 axit amin
+ Chiều dài trung bình của prôtêin: 209 . 3 = 627.
+ Khối lượng trung bình của prôtêin: 209 . 110 = 22990 đvC.
b) Liên kết peptit hình thành và khối lượng nước được giải phóng:
+ Số liên kết peptit được hình thành: 209 – 1 = 208 liên kết.
+ Khối lượng nước được giải phóng: 208 . 18 = 3744đvC.
2) a) Chiều dài gen hai: (237 + 3). 3. 3,4.10-4 = 0,2448μm.
b) Khối lượng nước được giải phóng (kể cả axit amin mở đầu):
(237 + 1) . 18 = 4284đvC.
h) Dạng 7:
+ TƯƠNG QUAN GIỮA ADN (GEN) – ARN – PRÔTÊIN.
+ TƯƠNG QUAN VỀ SỐ LƯỢNG GIỮA CÁC LOẠI NUCLÊÔTIT TRONG GEN VỚI SỐ LƯỢNG CÁC LOẠI RIBÔNUCLÊÔTIT CỦA mARN, tARN.
h1) Phương pháp giải
• Trình tự nuclêôtit trong mạch khuôn của gen qui định trình tự ribônuclêôtit trong mARN theo nguyên tắc bổ sung trong cơ chế phiên mã như sau:
| Mạch khuôn | mARN | |
| A | bổ sung | Um |
| T | bổ sung | Am |
| G | bổ sung | Xm |
| X | bổ sung | Gm |
• Trình tự các ribônuclêôtit trong mARN lại qui định trình tự các đối mã của tARN, từ đó qui định trình tự axit amin theo nguyên tắc bổ sung trong cơ chế dịch mã như sau:
| mARN | tARN | |
| Am | bổ sung | Ut |
| Um | bổ sung | At |
| Gm | bổ sung | Xt |
| Xm | bổ sung | Gt |
• Nếu không kể đến mã kết thúc (Xem như mã kết thúc cũng là bộ ba mã hóa), ta có tương quan sau:
| Mạch khuôn (gen) | mARN | tARN | ||
| A | = | Um | = | At |
| T | = | Am | = | Ut |
| G | = | Xm | = | Gt |
| X | = | Gm | = | Xt |
• Trong thực tế, bộ ba kết thúc không được dịch mã, nên số ribônuclêôtit từng loại môi trường cung cấp cho các đối mã của tARN phải ít hơn ribônuclêôtit tương ứng trong mARN và ít hơn bao nhiêu, còn phụ thuộc vàc kết thúc cụ thể là gì (UAA hay UAG, UGA).
• Có bao nhiêu phân tử prôtêin được tổng hợp sẽ có bấy nhiêu ribôxôm trượt hết chiều dài mARN. Do vậy, các ribônuclêôtit trên mARN được dịch mã bẩy nhiêu lần.
• Số ribônuclêôtit cần được cung cấp tỉ lệ nghịch với lượt dịch mã của tARN.
h2) Bài tập vận dụng
Cho biết các bộ ba phiên mã trong phân tử mARN tương ứng với các axit amin sau đây:
XGU: Acginin; GXG: Alanin; XUA: Lơxin; AAU: Asparagin; AUG Mêtiônin (axit amin mở đầu)
1) Mạch khuôn của một gen cấu trúc có trình tự các mã bộ ba như sau:
3’ TAX – GAT – XGX – TTA – GXA … 5’.
Hãy viết trình tự bắt đầu các axit amin trong phân tử prôtêin do gen cấu trúc nói trên điều khiển tổng hợp.
2) Một phân tử prôtêin có trình tự các axit amin được bắt đầu như sau:
Mêtiônin – Arginin – Alanin – Lơxin – Asparagin…
Hãy viết trình tự các cặp nuclêôtit được bắt đầu trong gen cấu trúc, tổng hợp phân tử prôtêin nói trên.
Hướng dẫn giải
1) Trình tự axit amin:
+ Trình tự các nuclêôtit trong mạch khuôn, qui định trình tự ribônuclêôtit của mARN qua cơ chế phiên mã:
| Mạch khuôn | mARN | |
| A | bổ sung | U |
| U | bổ sung | A |
| G | bổ sung | X |
| X | bổ sung | G |
+ Trình tự các ribônuclêôtit, trong mARN qui định trình tự các đối mã của tARN theo nguyên tắc bổ sung trong cơ chế dịch mã:
| mARN | mARN | |
| A | bổ sung | U |
| T | bổ sung | A |
| G | bổ sung | X |
| X | bổ sung | G |
+ Vậy, khi biết trình tự các nuclêôtit trong mạch khuôn của gen cấu trúc, ta xác định được trình tự các ribônuclêôtit trong chuỗi pôlipeptit như sau:
| Mạch khuôn: | TAX – GAT – XGX – TTA – GXA … |
| mARN | AUG – XUG – GXG – AAU – XGU .. . |
| tARN : | UAX – GAU – XGX – ƯUA – GXA … |
| Prôtêin : | Met – Leu – Ala – Asp – Arg … |
2) Trình tự các cặp nuclêôtit:
+ Ngược lại, khi biết trình tự axit amin của phân tử prôtêin ta suy ra trình tự các cặp nuclêôtit của gen tổng hợp prôtêin đó như sau: