Tải bản đầy đủ
BÀI 1: VẬT CHẤT DI TRUYỀN CẤP ĐỘ PHÂN TỬ - ACID NUCLEIC

BÀI 1: VẬT CHẤT DI TRUYỀN CẤP ĐỘ PHÂN TỬ - ACID NUCLEIC

Tải bản đầy đủ

Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4)

Th.s Tô Nguyên Cương

- Các nucleotide trên mỗi mạch liên kết - Các ribonucleotide trên mỗi mạch liên kết
2.
Một
với nhau bằng mối liên kết hóa trị với nhau bằng mối liên kết hóa trị
mạch
(phosphodieste) theo một chiều xác định (phosphodieste) theo một chiều xác định (5’(5’-3’) giữa đường của nucleotide phía 3’) giữa đường của ribonucleotide phía
trước

với

nhóm

phosphate

của trước

với

nhóm

phosphate

của

nucleotide phía sau. Tạo thành chuỗi ribonucleotide phía sau. Tạo thành chuỗi
polynucleotide.

polyribonucleotide.

- Là 2 chuỗi polynucleotide liên kết với - Là 1 chuỗi polyribonucleotide có thể tự
3.
Hai
nhau bằng các liên kết hydrogen theo cuộn xoắn liên kết với nhau bằng các liên
mạch
NTBS:
kết hydrogen: (VD: tARN, rARN)
+ A = T bằng 2 liên kết hydrogen.

+ rA = rU bằng 2 liên kết hydrogen.

+ G  X bằng 3 liên kết hydrogen.

+ rG  rX bằng 3 liên kết hydrogen.

Hình 1.2. Phân biệt các loại nucleotide (Nguồn: ©2011 Pearson Education, Inc)

Hình 1.3. Liên kết giữa các cặp base
nitrogen
(Nguồn: internet)

 1. Deoxy trong từ deoxyribose có
nghĩa là gì?

2. Vì sao vật chất di truyền ở cấp độ
phân tử viết tắt là ADN, ARN?

 3. Vì sao A chỉ liên kết với T hoặc U,
G chỉ liên kết với X?

Youtube: Bé Nguyệt Channel

- 21 -

Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4)

Th.s Tô Nguyên Cương

b. Cấu trúc không gian
Được hai nhà bác học J.Watson và F.Crick công bố vào năm 1953.

Hình 1.4. Cấu trúc phân tử ADN (Nguồn: Pearson Education, Inc)
ADN (Dạng B)
ARN
- Gồm 2 mạch polynucleotide xoắn kép, - Gồm 1 mạch polyribonucleotide. Có 3 loại
đều song song quanh một quanh trục polyribonucleotide:
tưởng tượng, giống 1 cái cầu thang xoắn.

+ mARN: Mạch thẳng, có trình tự ribonucleotide

+ Bậc thang: Là sự liên kết giữa các cặp

đặc hiệu (không được dịch mã) nằm gần mã mở

base nitrogen theo NTBS.

đầu để ribosome có thể nhận biết vị trí, chiều

+ Tay thang: Là sự liên kết kế tiếp giữa 2

thông tin di truyền và tiến hành dịch mã.

thành phần đường và nhóm phosphate.

+ tARN: Chuỗi polyribonucleotide cuộn xoắn, có

- Độ dài của một nucleotide là 3,4 A0.

đoạn các cặp base liên kết theo nguyên tắc bổ

- Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nucleotide.
- Đường kính vòng xoắn là 20 A .
0

sung (A = U, G  X) → 3 thuỳ. Có 2 đầu quan
trọng: Một đầu mang acid amine, một đầu mang
bộ ba đối mã (anticodon). (Xem hình 1.6)
+ rARN: Chuỗi polyribonucleotide, ở nhiều vùng
có liên kết bổ sung tạo nên vùng xoắn kép cục bộ.

Hình 1.5. Cấu trúc phân tử tARN
Youtube: Bé Nguyệt Channel

- 22 -

Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4)

Th.s Tô Nguyên Cương

Chú ý: Nhân sơ: ADN, vòng, kép.
Nhân thực: Trong nhân là ADN, thẳng, kép; trong tế bào chất, ở
các bào quan là ADN, vòng, kép.
Virus: ADN hoặc ARN; vòng hoặc thẳng; đơn hay kép
 Virus có 2x2x2 = 8 dạng vật chất di truyền.
3. Chức năng
a. Chức năng của ADN
- Lưu trữ thông tin di truyền dưới dạng trình tự sắp xếp các nucleotide trên gene.
- Bảo quản thông tin di truyền bằng mối liên kết hóa trị, liên kết hydrogen được hình thành
giữa các nucleotide.
- Truyền đạt thông tin di truyền: Trình tự nucleotide trên mạch polynucleotide của ADN quy
định trình tự các ribonucleotide trên ARN từ đó quy định trình tự các acid amine trên
phân tử protein: (Xem thêm trong Sơ đồ 3 – Tập 2)

 ADN → ARN → Polypeptide(protein) → Tính trạng
- Quy định tính đa dạng và đặc thù của các loài sinh vật: Do mỗi loài có nhiều gen, mỗi
gene đặc trưng ở số lượng, thành phần, trình tự sắp xếp của các nucleotide.
b. Chức năng của ARN
- mARN: Truyền đạt thông tin di truyền từ gene.
- tARN: Vận chuyển acid amine. Mỗi loại tARN chỉ
vận chuyển một loại acid amine.
- rARN: Cùng với protein cấu tạo nên ribosome.
Chú ý: Ở một số virus, thông tin di truyền không lưu
giữ trên ADN mà được lưu giữ trên ARN (HIV, dại, …)
Hình 1.7. Cấu trúc HIV
A. Glicoprotein; B. Vỏ ; C. Capside;
D. 2 phân tử ARN; E. Enzyme phiên
mã ngược.

Hình 1.6. Cấu trúc tARN

II. GENE: Đơn vị chức năng của ADN
1. Khái niệm
a. Ví dụ
- Gene mang thông tin mã hoá chuỗi
polypeptide Hb α của phân tử
hemoglobin (Hình 1.7)
- Gene mang thông tin mã hoá tARN, rARN.
Hình 1.8. Cấu trúc hemoglobin
Youtube: Bé Nguyệt Channel

- 23 -

Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4)

Th.s Tô Nguyên Cương

b. Định nghĩa: Là một đoạn phân tử ADN (hoặc ARN ở Virus) mang thông tin mã hoá cho
một chuỗi polypeptide hay một phân tử ARN.  1 ADN = n gene
c. Cấu trúc:

Vùng
Vị trí
Vai trò
Vùng điều hoà Đầu 3’ mạch gốc Có trình tự nucleotide đặc biệt giúp enzyme ARNpolymerase có thể nhận biết liên kết để khởi động
quá trình phiên mã. Đồng thời chứa các trình tự
nucleotide điều hòa phiên mã.
Vùng mã hoá

Giữa

Vùng kết thúc

Đầu 5’ mạch gốc Mang tín hiệu kết thúc quá trình phiên mã.

Mã hóa acid amine.

d. Phân loại
*Trên cơ sở chức năng của gene: Phân chia thành Gene điều hòa và Gene cấu trúc.
*Trên cơ sở cấu trúc của gene:
- Gene phân mảnh: Được cấu tạo bởi 2 loại đoạn Exon (đoạn có nghĩa - mã hóa acid
amine) và đoạn Intron (đoạn vô nghĩa - không mã hóa acid amine), có ở tế
bào nhân thực.
- Gene không phân mảnh: Được cấu tạo từ 1 loại đoạn Exon, có ở tế bào nhân sơ.
2. Mã di truyền: Đơn vị chức năng của gene

 4. Trước đây khi nghiên cứu di truyền học phân tử, phân tích thành phần hóa sinh trong
tế bào các nhà khoa học thấy có 20 loại acid amine được mã hóa bởi 4 loại nucleotide. Cơ
sở lý thuyết nào đã giúp cho các nhà khoa học khẳng định mã di truyền là mã bộ ba – nghĩa
là ba nucleotide sẽ mã hóa cho một acid amine?
a. Định nghĩa: Là bộ gồm 3 nucleotide kế tiếp nhau trên gene cùng quy định một acid
amine hoặc có chức năng kết thúc.
b. Đặc điểm
+ Tính có hướng và liên tục: Đọc từ một điểm xác định theo từng bộ ba (ribo)nucleotide,
không gối lên nhau.
+ Tính phổ biến: Phổ biến các loài sinh vật đều sử dụng chung 64 bộ mã di truyền (trừ
một vài ngoại lệ).
+ Tính đặc hiệu: Mỗi một bộ ba chỉ quy định một acid amine.
+ Tính thoái hoá: Hai hay nhiều bộ ba cùng quy định một acid amine.

Youtube: Bé Nguyệt Channel

- 24 -

Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4)

Th.s Tô Nguyên Cương

+ Các bộ ba cùng mã hóa cho một acid amine có thường có 2 nu đầu giống nhau.
VD: XGU, XGX, XGA, XGG, AGA, AGG đều mã hóa acid amine arginine.
c. Phân loại
+ Mã không mã hoá acid amine: UAA, UAG, UGA.
+ Mã mã hoá acid amine: Là 61 bộ ba còn lại (Trong đó AUG là mã mở đầu, mã hoá acid
amine methionine ở sinh vật nhân thực, mã hóa acid amine formyl methionine ở
sinh vật nhân sơ)
Chú ý: Bộ ba trên ADN: Bộ ba mã hóa.
Bộ ba trên mARN: Bộ ba sao mã (codon).
Bộ ba trên tARN: Bộ ba đối mã (anticodon).

III. PROTEIN – CẤU TRÚC KHÔNG PHẢI VẬT CHẤT DI TRUYỀN
1. Đơn phân: Acid amine
Trong tự nhiên có khoảng 20 loại acid amine khác
nhau. Mỗi acid amine gồm 3 thành phần (Hình 1.8):
- Nhóm amine (-NH2).
- Nhóm carboxyl (-COOH).

Hình 1.9. Cấu trúc một acid amine

- Nhóm R (-R).
Cả 3 nhóm cùng liên kết với một nguyên tử carbon () trung tâm.
2. Chuỗi polypeptide: Là trình tự sắp xếp các acid amine, trong đó các acid amine liên kết với
nhau bằng mối liên kết peptide
Liên kết peptide là mối liên kết được hình thành giữa nhóm carboxyl của acid amine trước
với nhóm amine của acid amine tiếp theo, đồng thời giải phóng một phân tử nước.

 5. Viết phương trình phản ứng miêu tả quá trình hình thành mối liên kết giữa 2 acid amine?
 6. Đề xuất cách nhớ bộ ba mở đầu và ba bộ ba kết thúc?
 7. Thiết lập mối quan hệ toán học giữa các đơn vị mm, m, nm và A0?

Youtube: Bé Nguyệt Channel

- 25 -

Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4)

Th.s Tô Nguyên Cương

YÊU CẦU CẦN ĐẠT SAU KHI HỌC XONG BÀI 1

1. Vẽ, mô tả cấu trúc không gian phân tử ADN? Tay thang, bậc thang của phân tử ADN có bản
chất là gì?
2. Vẽ, mô tả cấu trúc hóa học của một đoạn ADN với 2 cặp nucleotide? (Không cần vẽ cấu tạo
chi tiết từng thành phần)
3. Vẽ, mô tả cấu trúc tổng quát phân tử tARN và giải thích?
4. Cho sơ đồ cấu trúc một gene:

Hãy xác định đâu là vùng điều hòa, đâu là vùng mã hóa, đâu là vùng kết thúc?

“Hãy sống như thể ngày mai bạn sẽ ra đi. Hãy học như thể bạn sẽ sống mãi mãi” - Mahatma Gandhi -

Youtube: Bé Nguyệt Channel

- 26 -

Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4)

Th.s Tô Nguyên Cương

 Tại sao từ một phân tử ADN mẹ qua quá trình nhân đôi tạo ra 2 phân
tử ADN con giống hệt nhau và giống hệt mẹ?
1. Bản chất: Là cơ chế mà thông tin di truyền được mã hóa dưới dạng trình tự các nucleotide
trên phân tử ADN được truyền đạt chính xác qua các thế hệ tế bào, cơ thể. Kết quả từ
một phân tử ADN mẹ tạo ra 2 phân tử ADN con giống hệt nhau và giống hệt mẹ.
2. Vị trí: - Tế bào nhân sơ: Xảy ra trong tế bào chất.
- Tế bào nhân thực: Xảy ra trong nhân, trong các bào quan ty thể, lục lạp.
3. Thời điểm: Pha S thuộc giai đoạn chuẩn bị của quá trình phân bào (Xem Bài 7).
4. Nguyên tắc
- Nguyên tắc bổ sung: Là nguyên tắc A liên kết với T bằng 2 liên kết hydrogen, G liên
kết với X bằng 3 liên kết hydrogen.
- Nguyên tắc bán bảo toàn: Là nguyên tắc giữ lại một nửa trong quá trình nhân đôi.
5. Thành phần tham gia
- Một phân tử ADN.
- 4 loại nucleotide A, T, G, X từ môi trường nội bào.
- Enzyme ADN – polymerase, là enzyme chỉ có hoạt tính 5’-3’ tức là chỉ tổng hợp mạch mới
theo chiều 5’-3’; enzyme primase có vai trò tổng hợp đoạn mồi.
- ATP, …
6. Cơ chế
*Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN
Dưới tác dụng của các enzyme tháo xoắn → 2 mạch đơn của phân tử ADN tách nhau
dần, tạo nên chạc sao chép hình chữ Y và để lộ ra 2 mạch khuôn.
*Bước 2: Tổng hợp 2 mạch mới
- Dưới tác dụng của enzyme primase đã tổng hợp nên các đoạn mồi có bản chất là ARN
trên 2 mạch, là cơ sở để ADN-polymerase tổng hợp mạch ADN mới trên 2 mạch gốc.
- Enzyme ADN-polymerase sử dụng 2 mạch của gene làm khuôn để tổng hợp 2 mạch mới
bằng cách gắn các nucleotide từ môi trường nội bào với các nucleotide trên mạch gốc
theo NTBS.
Vì ADN-polymerase chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’→3’ nên theo chiều 2 mạch tách
nhau ra:
+ Trên mạch khuôn có chiều 3’→5’: Mạch mới bổ sung được tổng hợp liên tục do chiều
tổng hợp cùng chiều với chiều 2 mạch ADN tách nhau ra.
Youtube: Bé Nguyệt Channel

- 27 -

Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4)

Th.s Tô Nguyên Cương

+ Trên mạch khuôn có chiều 5’→3’: Mạch mới bổ sung được tổng hợp gián đoạn do
chiều tổng hợp ngược chiều với chiều 2 mạch ADN tách nhau ra nên khi 2 mạch
gốc tách nhau được một đoạn, enzyme primase và ADN polymerase tranh thủ tổng
hợp một đoạn AND ngắn – gọi là đoạn Okazaki. Quá trình cứ diễn ra như vậy, sau
đó các đoạn mồi được enzyme loại bỏ và enzyme ligase nối các đoạn Okazaki lại
với nhau thành mạch hoàn chỉnh.
*Bước 3: Tạo thành hai phân tử
Quá trình nhân đôi cứ như vậy cho đến hết phân
tử ADN. Kết quả tạo ra 2 phân tử ADN mới, trong
đó mỗi phân tử gồm một mạch cũ của phân tử
ADN mẹ và một mạch được tổng hợp mới hoàn
toàn.

 8 Một phân tử ADN của tế bào nhân thực dài
hơn rất nhiều so với phân tử ADN của tế bào nhân
sơ. Vậy quá trình nhân đôi của nó diễn ra như thế
nào để đảm bảo tốc độ nhân đôi?

 9. Phân biệt chạc sao chép, đơn vị tái bản? Xác
định mối tương quan giữa số lượng đoạn mồi và
số lượng đoạn Okazaki được hình thành ở một
chạc sao chép và ở một đơn vị tái bản?

 10. Cơ chế nào đảm bảo cho quá trình nhân đôi
chính xác qua các thế hệ?

Hình 2.1. Quá trình ADN nhân đôi

7. Ý nghĩa
Đảm bảo quá trình truyền đạt thông tin di truyền ở cấp độ phân tử nhanh chóng, chính xác, ổn
định qua các thế hệ tế bào và cơ thể.

YÊU CẦU CẦN ĐẠT SAU KHI HỌC XONG BÀI 2

1. Vẽ, mô tả các cơ chế di truyền diễn ra trong tế bào nhân thực?
2. Vẽ, mô tả cơ chế ADN nhân đôi?

“Cách tốt nhất để học một cái gì đó là làm.”
- Richard Branson -

Youtube: Bé Nguyệt Channel

- 28 -