Tài liệu Chuyên đề bài tập di truyền phân tử bồi dưỡng hsg sinh 9

“PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ”. Khi học về nội dung giải bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử. Mỗi giáo viên cần hướng dẫn cho học sinh học và ghi nhớ được các kí hiệu và công thức cần thiết để học sinh có kiến thức vận dụng làm các dạng bài tập. 1. Những số liệu và kí hiệu cần ghi nhớ để vận dụng giải bài tập a) Những số liệu cần nhớ: - Kích thước của một nuclêôtit hay ribônuclêôtit là 3,4 Å - Khối lượng trung bình mỗi nulcêôtit là 300 đvC - Theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng 2 cầu nối hiđrô, G liên kết với X bằng 3 cầu nối hiđrô. - Khối lượng phân tử trung bình của mỗi axít amin là 110 đvC b) Bảng đổi đơn vị: 1mm =107 Å 1 Å = 10-7mm 1µm = 104 Å 1 Å = 10-4 µm c) Các kí hiệu và viết tắt: - Chiều dài của phân tử ADN hay gen L - Khối lượng phân tử của ADN hay gen M - Số lượng nuclêôtit của ADN hay gen N - Nguyên tắc bổ sung viết tắt là NTBS - Nuclêôtit viết tắt là nu - Ribônuclêôtit viết tắt là rn - Các loại đơn phân của cả phân tử ADN hay gen A, T, G và X; còn ở mạch một: A 1, T1, X1, G1; ở mạch 2: A2, X2, T2, G2 - Các loại đơn phân của phân tử ARN thông tin ( mARN) : Am, Gm, Um, Xm. 2. Các dạng bài tập về cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử. 2.1. Dạng 1: Cách xác định khối lượng của phân tử, chiều dài và số lượng nuclêôtit của cả phân tử ADN hay gen. 2.1.1. Nội dung lý thuyết: Trong các bài tập phân tử, một trong những câu hỏi cần phải xác định là chiều dài, khối lượng phân tử, số lượng nuclêôtit của ADN hay gen. Để tính được một trong 3 đại lượng đó thì đề bài thường cho một trong các đại lượng đó khác với đại lượng cần tìm. Vì vậy, ta phải xác lập mối tương quan giữa khối lượng phân tử, chiều dài và số lượng nuclêôtit của phân tử ADN hay gen. Mối tương quan giữa ba đại lượng đó được xác định bằng những công thức sau: L= 3, 4Å  M 300  2 Công thức trên cho thấy chiều dài ADN hay gen bằng khối lượng phân tử ( M) của ADN chia cho khối lượng trung bình của 1 nucleotit( 300 đvC) để xác định số nuclêôtit của ADN, rồi chia tiếp cho 2 để xác định số nuclêôtit trên một mạch đơn và nhân tiếp với kích thước của một 1 nuclêôtit ( 3,4 Å ) để xác định chiều dài của một mạch đơn của phân tử ADN. Vì chiều dài của ADN hay gen chính bằng chiều dài mạch đơn của nó. L 3, 4Å  N 2 Công thức trên được vận dụng khi đã tính được số lượng nuclêôtit của phân tử ADN hay gen (N) Tương tự như vậy, ta suy tiếp ra các công tính N như sau: N 2L M  3, 4Å 300 Còn việc xác định khối lượng phân tử ( M) M được tính bằng công thức sau: L  2  300  300  N 3, 4Å Thông qua các công thức trên, ta rút ra nhận xét là chỉ cần biết một trong ba đại lượng ( L, M, N ) của ADN hay gen là xác định được hai đại lượng còn lại. 2.1.2. Các dạng bài tập: Bài tập 1: Một đoạn ADN có tổng số nuclêôtit là 3000. Tính chiều dài của đoạn ADN này? Giải: Số nuclêôtit trên mỗi mạch ADN: 3000 = 1500 nu 2 Vậy chiều dài của ADN: L = 3,4 Å . 1500 = 5100 Å Bài tập 2: Một phân tử ADN có 2.10 6 nuclêôtit. Xác định chiều dài và khối lượng phân tử của phân tử ADN đó. Giải: Số lượng nuclêôtit trên một mạch đơn của phân tử ADN là: 2. 106 nu : 2 = 106 nu Chiều dài của phân tử ADN được xác định: L = 3,4 Å x 106 = 34. 105 Å Khối lượng phân tử của phân tử ADN là: M = 300 đvC x 2 . 106 = 6. 108 đvC Bài tập 3: Một phân tử ADN có chứa 150000 vòng xoắn hãy xác định: a. Chiều dài và số lượng nucleotit của ADN. b. Số lượng từng loại nucleotit của ADN. Biết rằng loại ađênin chiếm 15% tổng số nucleotit. 2 - Giải: a. Chiều dài và số lượng nucleotit của ADN. Chiều dài của ADN. L = C. 34 Å = 150000 . 34 Å = 5100000 (Å) Số lượng nucleotit của ADN. N = C.20 = 150000.20 = 3000000 (nu) b. Số lượng từng loại nucleotit của ADN. Theo đề bài ra: A = T = 15% .N Suy ra A= T = 15% . 3000000 = 450000 (nu) G = X = N/2 - 450000 = 1050000 (nu) Bài tập 4: Một gen có 90 chu kì xoắn và có hiệu số giữa ađênin với guanin bằng 10% số nucleotit của gen. Hãy xác định : a. Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen. b. Chiều dài của gen. Giải : a. Số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen. Số lượng nucleotit của gen: N= C . 20 = 90 . 20 = 1800 (nu) Gen có A – G = 10% .N = 10% . 1800 = 180 Suy ra: A = 180 + G Mà A + G = N/2 = 1800/2 = 900 Thay A = 180 + G vào ta được: 180 + G + G = 900=> G = 360(nu) A= 180 + G = 180 + 360 = 540 (nu) Vậy số lượng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen: A = T = 540 (nu) = 540 . 100% = 30% 1800 G = X = 360 (nu) = 360 . 100% = 20% 1800 2.1.3. Bài tập đề nghị: Bài 1: Một gen có chiều dài bằng 4080 ăngstrong và có tỉ lệ A+T = 2 G+X 3 Xác định số vòng xoắn và số nucleotit của gen. a. Tính số lượng từng loại nucleotit của gen. Bài 2: a. Gen thứ nhất có chiều dài bằng 4080 ăngstrong và có hiệu số giữa ađênin với guanine bằng 5% số nucleotit của gen. Tính số lượng từng loại nucleotit của gen thứ nhất. 3 b. Gen thứ hai có cùng tổng số nucleotit với gen thứ nhất nhưng ít hơn gen thứ nhất 180 nucleotit thuộc loại ađênin. Xác định số lượng từng loại nucleotit của gen thứ hai. 2.2. Dạng 2. Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen. 2.2.1. Nội dung lý thuyết: Xác định số lượng, hoặc tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen cũng là một trong những câu hỏi cơ bản của bài tập phân tử. Để giải đáp câu hỏi này trước tiên phải xác định được một số công thức cơ bản, từ đó để thấy được tương quan của các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen. Phân tử ADN hay gen có 4 loại nuclêôtit là A, T, G,X. Về mặt số lượng nuclêôtit thì : A + T +X + G = N, về mặt tỉ lệ phần trăm thì A+ T +G + X = 100%. Theo nguyên tắc bổ sung thì số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen bao giờ cũng là: A=T G=X Xác lập tương quan giữa các loại nuclêôtit bổ sung với nhau. Công thức đó còn cho phép xác định được mối tương quan giữa các loại nuclêôtit không bổ sung trong phân tử ADN hay gen. Về mặt số lượng vì A = T, và G = X suy ra: 2A +2 X = N A+X = N 2 Từ công thức trên, ta rút ra nhận xét: Tổng số nuclêôtit của hai loại nuclêôtit không bổ sung với nhau trong 1 phân tử ADN ( hay gen) bao giờ cũng bằng một nửa số nuclêôtit của cả phân tử ADN đó ( hay gen) hoặc chính bằng số nuclêôtit trong một mạch đơn của phân tử ADN đó ( hay gen đó) Cũng từ công thức trên suy ra: A N N  X hoặc X  A 2 2 Từ các công thức trên cho phép xác định được số nuclêôtit từng loại trong phân tử ADN ( hay gen). Cụ thể là trong bài tập thường cho biết số nuclêôtit tổng số của gen và của một loại nuclêôtit cụ thể và yêu cầu xác định số lượng nuclêôtit còn lại. Phương pháp xác định số nuclêôtit từng loại trong ADN hay gen còn được tiến hành dựa trên số liên kết hiđrô của ADN hay gen. Theo NTBS, A liên kết với T bằng 2 liên kết hiđrô, còn G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô. Tính theo số cặp nuclêôtit bổ sung từng loại ta xác lập được mối tương quan giữa số nuclêôtit và số liên kết hiđrô trong phân tử ADN hay gen như sau: 2A + 3X = H 2A + 2X = N Ở đây H là tổng số liên kết hiđrô của gen. Từ công thức trên cho phép ta xác định được X rồi từ đó suy ra A của gen. 4 Về mặt tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen được xác định dựa trên mối tương quan giữa hai loại nuclêôtit không bổ sung trong ADN hay gen. Theo NTBS, %A = %T, %X = %G. Vậy ta có tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong gen: (% A). 2 + (% X). 2 = 100% Chia 2 vế cho 2 ta được % A+ % X = 50% A+ X= 1 2 Từ công thức trên ta rút ra kết luận sau: Tổng tỉ lệ phần trăm của 2 loại nuclêôtit không bổ sung với nhau trong phân tử ADN hay gen luôn bằng 50% tổng số nuclêôtit của cả gen. % A = 50% - % X hay % X = 50 % - % A A= 1 1 - X hay X = -A 2 2 Vận dụng các công thức đã học cho phép xác định được tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen. 2.2.2. Các dạng bài tập: Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN hay gen. Bài tập 1: Khối lượng phân tử của một phân tử ADN bằng 6.10 8 đvC . Trong phân tử ADN này số lượng nuclêôtit loại Timin ít hơn loại nuclêôtit khác là 2.10 5 nuclêôtit . Xác định số lượng từng loại nuclêôtit trong phân tử ADN đó. Giải: Số nuclêôtit của cả phân tử ADN đó là : 6. 108 : 300 = 2. 106 Loại nuclêôtit khác trong đề bài ta phải hiểu là loại không bổ sung với T, ví như G hoặc X, còn theo NTBS thì A = T. X + T = 106 X – T = 2. 10 5 Giải hệ phương trình ta được: 2T = 8. 105 T = 4. 105 Vậy số X của phân tử ADN bằng: 4.105 + 2.105 = 6.105 Số nuclêôtit từng loại trong ADN là : A= T = 4. 105 G = x = 6. 105 Bài tập 2: 1 Một phân tử ADN dài 3,4.10 6 Å . Số lượng nuclêôtit loại A trong phân tử ADN đó bằng số 5 nuclêôtit của cả phân tử ADN. Xác định số lượng từng loại nuclêôtit trong phân tử ADN . Giải: Số lượng nuclêôtit trên 1 mạch đơn của phân tử ADN là : 5 3,4. 106 : 3,4 = 106 Số nuclêôtit của cả phân tử ADN: 106 x 2= 2.106 Số nuclêôtit loại A trong phân tử ADN là: 2. 106 : 5 = 4. 105 Số nuclêôtit loại X là: X = 106 – 4.105 = 6.105 Số nuclêôtit từng loại trong phân tử ADN là: A= T= 4.105 G = X = 6.105 Bài tập 3: Một gen dài 0,51µm, có 3900 liên kết hiđrô . Xác định số nuclêôtit từng loại của gen. Giải: Số nuclêôtit của gen bằng: N 0, 51.104  2  3000 3, 4 Theo bài ra ta có hệ phương trình: 2A + 3X = 3900 2A + 2X = 3000 Giải hệ phương trình ta được X = 900 Từ X suy ra A  3000  900  600 nu 2 Vậy số nuclêôtit từng loại của gen là : A= T = 600 nu G = X = 900 nu Bài tập 4: Một gen có hiệu số giữa nuclêôtit loại Ađênin với 1 loại nuclêôtit khác bằng 20% và có 2760 liên kết hyđrô. Tính số lượng từng loại nuclêôtit của gen. Giải: Số lượng từng loại nu từng loại của gen Gọi N là số nu của gen ta có: A - G = 20% N A + G = 50% N -> 2A = 70% N -> A = T = 35% N -> G = X = 15%N Gen có 2760 liên kết H. Ta có : H = 2A + 3G = 2760 6 Hay : 35 15 2 . ----- N + 3 ----- N = 2760 100  75 N + 45 N = 276000 100  115 N = 276000 N = 2400 nu. Vậy số lượng từng loại nu là: A = T = 35%. 2400 = 840 nu G = X = 15% . 2400 = 360nu Bài tập 5: Một phân tử ADN có hiệu số giữa T với loại nuclêôtit khác bằng 30%. Xác định tỉ lệ phẩn trăm các loại nuclêôtit trong phân tử ADN đó. Giải: Theo đề bài thì loại nuclêôtit khác ở đây là G và X , còn % A = %T. Dựa vào công thức đã học và đề bài ta có hệ phương trình: T + X = 50% T - X = 30% Giải hệ phương trình ta được: 2X = 20 % X = 10% = G Suy ra : T= 50% - 10% = 40% = A 2.2.3. Bài tập đề nghị : Bài 1 : Một đoạn ADN có 120 chu kỳ xoắn. Trên mạch đơn thứ nhất có 300 Nu loại A, trên mạch đơn thứ 2 có 240 Nu loại A và 260 Nu loại X a- Tính chiều dài của đoạn ADN nói trên. b- Tính số lượng Nu mỗi loại trên ADN. c- Tính số liên kết hyđrô. ( Đề thi trường THCS Phạm Kiệt 2015 – 2016) Bài 2: Hai gen đều có số liên kết hiđro bằng nhau là 2760. Gen I có 840 ađenin, Gen II có 480 ađenin. Cho biết gen nào dài hơn? Xác định chênh lệch chiều dài đó là bao nhiêu. ( Đề thi phòng GD& ĐT Thanh thủy năm 2012 – 2013) Bài 3: a. Giả sử 1 mạch đơn của phân tử ADN có tỉ lệ (A+G): (T+X) = 0,5 thì tỉ lệ này trên mạch bổ sung và trên cả phân tử ADN là bao nhiêu? b. Người ta làm thí nghiệm, sử dụng 2 loại enzym khác nhau để cắt đôi một đoạn phân tử ADN theo một đường thẳng sao cho số lượng nuclêôtit của 2 nửa bằng nhau. 7 - Với enzym 1 thu được số nuclêôtit của một nửa là: A = T = G = 1000, X = 1500. - Với enzym 2 thu được số nuclêôtit của một nửa là: A = T = 750, X = G = 1500. Hãy xác định cách cắt của mỗi loại enzym trên ? ( Đề thi chọn HSG lớp 9 THCS năm 2009 – 2010 Vĩnh Phúc) Bài 4: Khi phân tích thành phần của gen của hai loài vi khuẩn, người ta thấy cả 2 Gen đều có số liên kết hiđrô bằng nhau. Ở loài vi khuẩn 1 có G = 10% tổng số Nu của gen. Trên mạch 1 của gen này có A = 205, T = 350. Ở loài vi khuẩn 2 có hiệu số giữa Nu loại G và A là: 150. ? Từ những phân tích ở trên, em hãy dự đoán loài vi khuẩn nào có thể sống được suối nước nóng tốt hơn? Giải thích. ( Đề thi chọn HSG lớp 9 THCS năm 2010 – 2011 Yên Lạc) Bài 5: Cho hai gen có chiều dài bằng nhau. Khi phân tích gen I người ta thấy trên mạch thứ nhất có số Nu loại A là 200, loại G là 400, trên mạch đơn thứ hai có số Nu loại A là 400, loại G là 500. Gen II có 3600 liên kết hiđro. Tính số lượng và tỉ lệ % từng loại từng loại Nu của mỗi gen. Bài 6: Trong phân tử ADN có 78.104 liên kết hydro và nucleotit Adenin bằng 20% tổng số nucleotit của AND . AND đó nhân đôi một số lần và môi trường đã cung cấp 84.104 Adenin tự do . 1 . Tính chiều dài của ADN ? 2 . Tính số lượng nucleotit từng loại của ADN ? 3 . Tính số lần nhân đôi của A DN ? (Đề thi OLIMPIA năm 2009-2010 thành phố Cần Thơ Bài 7: Một gen có chiều dài 2193 Ao , quá trình tự sao của gen đó tạo ra 64 mạch đơn trong các gen con , trong đó chứa 8256 nucleeotit lọai Adenin . Tính số lần tự sao của gen , số nucleotit tự do mỗi loại môi trường cung cấp cho quá trình tự sao , tỷ lệ % và số lượng từng loại nucleotit ban đầu của gen (Sách phương pháp giải bài tập Sinh học có logic toán) Bài 8: 8 Trong 1 đọan phân tử ADN người ta nhận thấy tổng lập phương tỷ lệ của 2 loại nucleotit không bổ sung bằng 3,5 % số nucleotit của ADN và tổng số liên kết hydro của đoạnADN là 1040 ( trong đó nucleotit loại A > loại G ) Tính chiều dài của đoạn ADN trên Tính số lượng mỗi loại nucleeotit trong ADN con mà cả 2 mạch đơn đều cấu tạo bởi vật liệu di truyền hoàn toàn mới khi đoạn ADN trên tự sao 3 lần liên tiếp (Sách phương pháp giải bài tập Sinh học có logic toán) Bài 9: Trong 1 phân tử ADN só liên kết hydro giữa hai mạch đơn là 531.104 và số liên kết hydro trong các cặp A – T bằng số chu kỳ xoắn trong phân tử . Phân tử ADN tái bản một số lần và môi trường nội bào đã cung cấp 1143.104 nucleotit tự do. 1. Khi phân tử ADN nhân đôi một số lần môi trường đã cung cấp số nucleotit từng loại là bao nhiêu ? 2 . Tính khối lượng ADN 3 . Tính số lần nhân đôi của ADN ? ( Đề thi chọn HSG lớp 9 THCS năm 2009 – 2010 thành phố HCM ) 2.3. Dạng 3. Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit ở mạch đơn của gen hay phân tử ADN. 2.3.1.Nội dung lý thuyết : Các nuclêôtit giữa 2 mạch đơn của gen liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung và cũng theo NTBS ta suy ra được về mặt tỉ lệ phần trăm cũng như số lượng từng loại nuclêôtit trên 2 mạch đơn tương quan với nhau như sau: Mạch 1 Mạch 2 A1 = T1 T1 = A1 G1 = X1 X1 = G1 (1) Từ công thức (1) suy ra A1 + T1 = A2 + T2 (2) G1 +X1 = G2 +X2 Ở đây chủ yếu đề cập tới trường hợp mạch đơn có 4 loại nuclêôtit mang tính điển hình trong các bài tập phân tử. Việc xác định số lượng và tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trên mỗi mạch đơn của gen cũng là câu hỏi cơ bản trong các bài tập phân tử. Trong các bài tập phân tử, mỗi tương quan giữa các loại nuclêôtit của cả gen và trên mỗi mạch đơn rất phổ biến, trong đó cho biết số nuclêôtit một loại của cả gen và ở một mạch đơn, xác 9 định số nuclêôtit tương ứng trên mạch đơn còn lại hoặc từ số nuclêôtit trên mạch 1 và 2 xác định số nuclêôtit cùng loại của cả gen… Việc giải đáp những câu hỏi đặt ra ở các bài tập được xác định thông qua các công thức phản ánh mối tương quan giữa các loại nuclêôtit của cả gen và trên mối mạch đơn của nó về mặt số lượng như sau: A = T = A1 + A2 = T1 + T2 = A1 + T1 = A2 + T2 G = X = G1 + G2 = X1 + X2 = G1 + X1 = G2 + X2 Về mặt tỉ lệ phần trăm cần lưu ý phân biệt 2 trường hợp đối với từng loại nuclêôtit trên mạch đơn là tính theo 1 mạch và tính theo cả gen. Thông thường thì tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit trên mỗi mạch đơn được tính theo 1 mạch, trong trường hợp này có công thức sau:   A = T = A1 A2  T 1 T 2 2  G  X  G1 G 2 2 2  X 1  2 A T  X 1 1 2 2  G 1  2  X A T 2 2 2 1  G 2  2 X 2 2.3.2. Các dạng bài tập: Cách xác định số lượng, tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit ở mạch đơn của gen hay phân tử ADN. Bài tập 1: Một gen dài 0,408 µm. Mạch 1 có A1 + T1 = 60% số nuclêôtit của mạch. Mạch 2 có X 2 – G2 = 10% số nuclêôtit của mạch và tỉ lệ phần trăm của A2 gấp 2 lần tỉ lệ của G2. Xác định tỉ lệ phần trăm và số nuclêôtit từng loại của gen. Giải: Số nuclêôtit của gen là: 0, 408.104 N 2400  2  2400 nu →   1200 nu 3, 4 2 2 Việc xác định số lượng và tỉ lệ phần trăm của từng loại nuclêôtit trên mạch đơn có thể tính theo số lượng hoặc tỉ lệ phần trăm. Trong trường hợp này tính theo tỉ lệ phần trăm rồi suy ra số lượng ( hoặc ngược lại) Dựa vào công thức đã học suy ra: % X1 + % G1 = 100% - ( % A1 + T1) = 100% - 60% = 40 % Theo công thức: % X1 + % G1 = % X2 + % G2 Vậy ta có hệ phương trình: X2 + G2 = 40% X2 – G2 = 10% Giải hệ phương trình, ta được X 2 = 25% 10 Từ đó suy ra G2 = 25% - 10% = 15% Theo đề bài: A2 = 2 G2 = 15% x 2 = 30% Ở mạch 2 chỉ còn xác định T2 T2 = 100% - (A2 + G2 + X2) = 100% - (30% +15% + 25%) = 30% Vậy tỉ lệ phần trăm và số lượng từng loại nuclêôtit trên mỗi mạch đơn của gen là: A1 = T2 = 30% = 1200  30 = 360 nu 100 T1 = A2 = 30% = 360 nu G1 = X2 = 25% = 1200  25  300 nu 100 X1 = G2 = 15% = 1200  15  180 nu 100 Bài tập 2: Ở một gen, số nuclêôtit loại A là 900 chiếm 30% tổng số đơn phân của cả gen. Ở mạch 1 của gen có T1= 1 A của cả gen ; mạch 2 có G2 = 1 3 2 X của cả gen. Xác định số lượng từng loại nuclêôtit của cả gen và trên mỗi mạch đơn của nó. Giải: Số lượng nuclêôtit của cả gen: 900nu  100  3000 nu 30 N Dựa vào công thức X  X N  A ta có : 2 3000  900  600 nu 2 Số lượng nuclêôtit loại T trên mạch 1 là: T 1  1 A = 900: 3 = 300 nu 3 Số lượng nuclêôtit loại G trên mạch 2: G 2  1 X = 600 : 2 = 300 nu 2 A1 = A- T1 = 900- 300 = 600 nu X2 = X- G2 = 600- 300= 300 nu Vậy theo NTBS ta suy ra những kết quả sau: A = T= 900 nu G = X = 600 nu 11 Mạch 1 Mạch 2 A1 = T2 = 600 nu T1 G1 = = A2 = 300 nu X2 = 300 nu X1 = G2 = 300 nu Bài tập 3: Trong một phân tử ADN , nuclêôtit loại A có tỉ lệ gấp 1,5 lần loại nuclêôtit khác. Mạch 1 có T chiếm 40% số nuclêôtit của mạch. Ở mạch 2 số nuclêôtit loại G chiếm 10% số nuclêôtit của mạch. Xác định tỉ lệ phần trăm các loại nuclêôtit của cả phân tử ADN và của mỗi mạch. Giải: Theo đề bài, loại nuclêôtit khác kém nuclêôtit loại A là 1,5 lần phải là loại nuclêôtit không bổ sung với A ( G hoặc X) ở đây ta lấy X làm đại điện. Theo đầu bài: A = 1,5X 1 2 Theo công thức: A =  X giải phương trình ta có: 1,5 X  1 1 1  X → 2, 5 X  →X= 2 5 2 Vậy X= 20% → A = 20% x 1,5 = 30% A1 = ( 2 x 30% ) – 40% = 20% X2 = ( 2 x 20% ) – 10% = 30% Vậy theo NTBS ta có: A= X = 30% G = X = 20% Mạch 1 Mạch 2 A1 = T2 = 20% T1 = A2 = 40% G1 = X2 = 30% X1 = G2 = 10% 2.3.3. Bài tập đề nghị: Bài tập 1: Một gen có chiều dài bằng 4080 Ao . Trên mạch đơn thứ nhất có A, T, G, X lần lượt có tỉ lệ 1: 2: 3: 4. a. Xác định từng loại nucleotit trên mạch đơn. b. Xác định số lượng từng loại nucleotit trên gen. Bài tập 2: Một gen có 3450 liên kết hydro và có hiệu số giữa A với một loại nu không bổ sung bằng 20% tổng số nu của gen. Trên mARN có G = 300nu và A = 600nu. a. Tính số nu mỗi loại của gen. 12 b. Tính chiều dài và khối lượng của gen. c. Tính số lượng nu mỗi loại của mARN. d. Nếu gen tự nhân đôi 6 đợt thì nhu cầu về mỗi loại cần cung cấp là bao nhiêu ? Trong quá trình đó có bao nhiêu liên kết hydro bị phá ? Có bao nhiêu liên kết hóa trị được hình thành. e. Nếu mỗi gen con sao mã 3 lần, mỗi bản sao mã cho 5 riboxom trượt qua không lặp lại thì môi trường phải cung cấp bao nhiêu a. a ? Có bao nhiêu liên kết pectit trong các phân tử protein hoàn chỉnh. ( Sách cẩm nang ôn luyện Sinh học – NXB ĐHQG Hà Nội :tg : Nguyễn Minh Công) 2.4. Dạng 4. Cách xác định số lượng, tỉ lệ các loại ribônuclêôtit của phân tử ARN thông tin ( m ARN) và tính số lượng nucleotit môi trường cung cấp và số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen 2.4.1.Nội dung lý thuyết: 2.4.1.1. Cách xác định số lượng, tỉ lệ các loại ribônuclêôtit của phân tử ARN thông tin ( m ARN). Việc xác định cầu trúc của mARN cũng là một trong những câu hỏi cơ bản trong các bài tập phân tử. Nó là phần lồng ghép giữa phần cấu trúc với phần cơ chế sao mã. Để giải đáp phần câu hỏi trên cần lưu ý tới một số điểm của cấu trúc mARN và xác lập được mối tương quan giữa các loại ribônuclêôtit trong mARN với các loại nuclêôtit ở gen tổng hợp ra mARN đó. Chiều dài và số lượng đơn phân trên mạch mARN đúng bằng chiều dài và số lượng đơn phân trên một mạch của gen tổng hợp ra nó. Các loại ribônuclêôtit trong phân tử mARN không có mối tương quan theo NTBS như ở gen, ví dụ A = T và G = X. Cấu trúc của mARN tùy thuộc vào cấu trúc ở mạch đơn của gen làm khuôn tổng hợp ra nó. Chính từ đó ta có thể xác lập được mối tương quan giữa các loại ribônuclêôtit của mARN với các loại nuclêôtit của cả gen tổng hợp ra mARN đó qua các công thức sau: Về mặt số lượng: A = T = Am + Um G = X = Gm + Xm Về tỉ lệ phần trăm: AT  A U m m 2 G  X  Gm X m 2 Dựa vào hai công thức trên và cấu trúc mạch đơn ta có thể xác định cấu trúc của mARN . 2.4.1.2.Tính số lượng nucleotit môi trường cung cấp và số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen 1.Tính số lượng nucleotit môi trường cung cấp cho gen. Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN. Gen sao mã 2 lần tổng hợp 2 phân tử ARN. 13 .................................................................... Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN. .  số lần sao mã của gen bằng số phân tử ARN được tổng hợp. Khi Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN có tổng số rN nu với từng loại rA, rU, rG, rX đều lấy từ môi trường nội bào theo NTBS với mạch gốc của gen. Khi Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN thì số lượng từng loại nu. môi trường cung cấp là: rN môi trường = K . rN = K . N/2 rA môi trường = K . rA = K . Tgốc rU môi trường = K . rU = K . Agốc rG môi trường = K . rG = K . Xgốc rX môi trường = K . rX = K . Ggốc b.Tính số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen Từ công thức trên, suy ra số lần sao mã (tổng hợp ARN) của gen bằng số phân tử ARN được tổng hợp là: rN môi trường K = --------------------rN của 1 ARN Số nucleotit(rA, rU,rG hay rX) thuộc 1 loại của môi trường K = ------------------------------------------------------------------------Số nucleotit loại đó trong 1 ARN Lưu ý: khi bài toán đề cập tới quá trình sao mã mà không cho biết mạch gốc; cần chú y xác định mạch gốc. 2.4.1.3. Tính số liên kết hydro của gen bị phá vỡ và hình thành, số liên kết hóa trị của ARN trong quá trình sao mã. a. Tính số liên kết hydro của gen bị phá vỡ và hình thành trong quá trình sao mã. Khi gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN gen bị đứt H liên kết hydro để các nu. tự do của môi trường vào liên kết với các nu. trên mạch gốc. Sau khi tổng hợp xong phân tử ARN, hai mạch của gen hình thành trở lại H liên kết hydro và xoắn lại như cũ. 14 Khi gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN gen phải có K lần bị đứt H liên kết hydro để các nu. tự do của môi trường vào liên kết với các nu. trên mạch gốc. Sau khi tổng hợp xong phân tử ARN, hai mạch của gen hình thành trở lại H liên kết hydro và xoắn lại như cũ. Vậy nếu gen sao ma K lần thì: - Tổng số liên kết Hydro bị phá vỡ = K . H - Số liên kết Hydro được hình thành = H b. Số liên kết hóa trị của ARN được hình thành trong quá trình sao mã. Gen sao mã 1 lần tổng hợp 1 phân tử ARN có rN nu chứa rN liên kết hóa trị giữa các nu. Gen sao mã K lần tổng hợp K phân tử ARN có K . rN nu và số liên kết hóa trị giữa các nu được hình thành là: K . ( rN – 1) 2.4.2. Các dạng bài tập: Bài tập 1: Một gen dài 0,408µm, có 720A. Mạch mARN được tổng hợp từ gen có 240 Um và 120 Xm. Xác định số ribônuclêôtit còn lại của mARN . Giải: Số nuclêôtit của 1 mạch đơn của gen là: 0,408.104 : 3,4 = 1200 (nu) Số nuclêôtit loại X (hay G) của gen là: 1200- 720 = 480 (nu) Các loại ribonucleotit còn lại mARN như sau: Am = A – Um = 720 – 240 = 480 (nu) Gm = G – X m = 480 – 120 = 360 (nu) Bài tập 2: Một gen có hiệu giữa nuclêôtit loại T với loại nuclêôtit khác bằng 10% số nuclêôtit của gen. Mạch đơn mang mã gốc của gen có 20% nuclêôtit loại A( so với cả mạch) . Mạch bổ sung của gen có 10% nuclêôtit loại X ( so với một mạch) . Xác định tỉ lệ phần trăm các loại ribônuclêôtit của mARN được tổng hợp từ gen đó. Giải: Theo NTBS và dựa vào đầu bài ta có hệ phương trình: T + X = 50% T - X = 10% Giải hệ phương trình ta có T = 30%; từ đó suy ra: X = 50% - 30% = 20% Vì A mạch khuôn = 20% mà Um được tổng hợp từ A the NTBS, do đó Um = 20% 15 Mạch bổ sung của gen có X = 10% , do vậy mạch khuôn có G = 10%, do đó X m được tổng hợp từ G cũng chiếm 10% số đơn phân của mARN. Dựa vào công thức đã học ta xác định được tỉ lệ phần trăm 2 loại ribônuclêôtit còn lại của mARN: Am = 2A – Um = 2T- Um = 30% x 2 – 20% = 40% Gm = 2X – X m = 2G – Xm = 20% x 2 – 10% = 30 % Bài tập 3: Một gen dài 5100 Ao. (0,510 µm ). Trên mạch 1 của gen có 150 nu loai A và 450 nu loại T. Trên mạch 2 của gen có 600 nu loaị G. Tính số lượng và tỷ lệ % từng loại nu của phân tử mARN được tổng hợp nếu mạch 1 là mạch gốc sao mã. Giải: Số lượng và tỷ lệ % từng loại nu trên mạch gốc bằng số lượng và tỷ lệ % từng loại nu của phân tử ARN: N/2 = rN = L/3,4 Ao = 5100 Ao/ 3,4 Ao = 1500 nu Theo đề bài ta có: A1 = T2 = 150 nu = 150/1500 . 100% = 10% T1 = A2 = 450 nu = 450/1500 . 100% = 30% X1 = G2 = 600 nu = 600/1500 . 100% = 40% G1 = X2 = 100% - (10% + 30% + 40%) = 20% = 20% . 1500 = 300 nu. ð Vậy nếu mạch 1 là mạch gốc sao mã thì số lượng và tỷ lệ % từng loại nu của phân tử mARN là : mARN mạch gốc số lượng tỷ lệ % rU = A1 = 150 = 10% rA = T1 = 450 = 30% rG = X1 = 600 = 40% rX = G1 = 300 = 20%. Bài tập 4 : Phân tử ARN có 18% U và 34% G. mạch gốc của gen điều khiển tổng hợp ARN có 20% T. 1. Tính tỷ lệ % từng loại nu của gen đã tổng hợp nên phân tử ARN nói trên. 2. Nếu gen đó dài 4080 Ao thì số lượng từng loại nu. của gen và của ARN là bao nhiêu ? Giải : 1, Tỷ lê % từng loại nu. của gen : theo đề ta có : rU = 18% ; rG = 34% ; rA = Tgốc = 20%. 16 Suy ra : rX = 100% - (18% + 34% + 20%) = 28% Sựa vào NTBS thì tỷ lê % từng loại nu. của gen là : %rU + %rA 18% + 20% A = T = ---------------- = ----------------- = 19% 2 2 %rG + %rX 34% + 28% G = X = ---------------- = ----------------- = 31% 2 2 2, Số lượng từng loại nu. của gen và của ARN : A, Xét gen : Số lương nu của gen : Gen có : 2 . 4080 / 3,4 Ao = 2400 nu. A = T = 19% . 2400 = 456nu. G = X = 31% . 2400 = 744 nu. B, xét phân tử ARN: phân tử ARN có : 2400 : 2 = 1200 nu Số lượng từng loại nu. của ARN là: rU = 18% . 1200 = 216 nu rA = 20% . 1200 = 240 nu rG = 34% . 1200 = 408 nu rX = 28% . 1200 = 336 nu Bài tập 5: Phân tử mA RN có A = 2U = 3G = 4X và có khối lượng 27 . 104 đvc. 1, Tính chiều dài của gen điều khiển tổng hợp mARN trên. 2, Tính số lượng từng loại nu. của mARN ? 3, Phân tử mA RN có tổng số bao nhiêu liên kết hóa trị ? 4, Khi gen đó nhân đôi 3 lần thì số lượng từng loại nu.môi trường cung cấp là bao nhiêu? Giải: 1, Chiều dài gen: 17 Số lượng nu của mARN : rN = 27 . 104 / 300đvc = 900 nu. Chiều dài của gen bằng chiều dài của phân tử mA RN do gen điều khiển tổng hợp: = 900 nu . 3,4 Ao = 3060 Ao 2, Số lượng từng loại nu. của mARN : Phân tử mA RN có A = 2U = 3G = 4X Nên rU = rA/2 ; rG = rA/3 ; rX = rA/4 Mà rA + rU + rG + rX = 900 nu rN = rA + rA/2 + rA/3 + rA/4 = 900  25rA = 10800 nu  rA = 10800 : 25 = 432 nu.  Số lượng từng loại nu. của mARN : rA = = 432 nu rU = 432 : 2 = 216 nu rG = 432 : 3 = 144 nu rX = 432 : 4 = 108 nu 3, Phân tử mA RN có tổng số liên kết hóa trị : 2 rN - 1 = ( 2 x 900 ) - 1 = 1799 liên kết 4, Số lượng từng loại nu.môi trường cung cấp khi gen đó nhân đôi 3 lần: Số lượng từng loại nu của gen: A = T = rU + rA = 432 + 216 = 648 nu G = X = rG + rX = 144 + 108 = 252 nu. Số lượng từng loại nu.môi trường cung cấp khi gen đó nhân đôi 3 lần: A = T = ( 23 – 1 ) . 648 = 4536 nu G = X = ( 23 – 1 ) . 252 = 1764 nu Bài tập 6 : Hai gen đều có chiều dài 4080 Ao 1, Gen 1 có 3120 liên kết hydro. Trên mạch 1 của gen có 120 A và 480 G. Tính số lượng nu. môi trường cung cấp cho gen sao mã 1 lần. 2, Gen 2 có hiệu số giữa nu loại A với 1 loại nu khác bằng 20% số nu của gen. Trên mạch gốc của gen có 300 A và 210 G. trong quá trình sao mã môi trường cung cấp 1800 nu loại U. 18 a, Tính số lượng từng loại nu. của mARN ? b, Xác định số lần sao mã của gen. c, Tính số lượng từng loại nu. môi trường cung cấp cho quá trình sao mã của gen Giải : 2 . 4080 Ao Số lượng nu của mỗi gen : --------------- = 2400 nu 3,4 Ao 1, Xét gen 1 : gen có 3120 liên kết hydro, ta có : 2A + 3G = 3120 2A + 2G = 2400 ------------------------=> gen có G = X = 720 nu. A = T = 2400/2 – 720 = 480 nu Mạch 1 của gen có 120 A và 480 G nên: A1 = T2 = 120 nu ; G1 = X2 = 480 nu T1 = A2 = 480 - 120 = 360 nu X1 = G2 = 720 - 480 = 240 nu ð Khi gen sao mã 1 lần số lượng từng loại nu. môi trường cung cấp bằng chính số lượng từng loại nu chứa trong phân tử mARN . Có 2 trường hợp xảy ra : a, Trường hợp 1 : Nếu mạch 1 của gen là mạch gốc : Số lượng từng loại nu. môi trường cung cấp nu. môi trường mạch gốc (mARN) (mạch 1) Số lượng rU = A1 = 120 nu rA = T1 = 360 nu rG = X1 = 240 nu rX = G1 = 480 nu b, Trường hợp 2 : Nếu mạch 2 của gen là mạch gốc : 19 Số lượng từng loại nu. môi trường cung cấp nu. môi trường mạch gốc (mARN) (mạch 2) Số lượng rU = A2 = 360 nu rA = T2 = 120 nu rG = X2 = 480 nu rX = G2 = 240 nu 2, Xét gen 2 : theo đề bài có : A + G = 20%N A - G = 50%N ------------------------2A = 70%N => A = T = 35%N. Vậy số lượng từng loại nu. của gen thứ 2 là: A = T = 35% . 2400 = 840 nu G = X = 2400/2 - 840 = 360 nu Gen có : Agốc = 300 và Ggốc = 210 nu . Suy ra: Tgốc = A - Agốc = 840 - 300 = 540 nu Xgốc = G - Ggốc = 360 - 210 = 150 nu a, Số lượng từng loại nu của phân tử mARN . mARN mạch gốc Số lượng rU = Agốc = 300 nu rA = Tgốc = 540 nu rG = Xgốc = 150 nu rX = Ggốc = 210 nu b, Số lần sao mã của gen: Trong quá trình sao mã môi trường cung cấp 1800 nu loại U. Vậy số lần sao mã của gen là: rU môi trường ------------------- 1800 = -------- = 6 lần. 20