Giải KHTN 9 sách VNEN bài 19: ADN và gen

A. Hoạt động khởi động

 Các em có thể quan sát sơ đồ cấu tạo và mô hình cấu trúc không gian của ADN (xem hình ảnh, video). Em có biết các nhà khoa học đã xác định cấu trúc của ADN như thế nào?

 Theo em, ADN có phải là vật chất di truyền không?

 Những đặc điểm nào chứng tỏ NST là vật chất di truyền? những tiêu chuẩn cần phải có để là vật chất di truyền?

Trả lời:

+ Để xác định được cấu trúc của ADN, các nhà khoa học cần quan sát dưới kính hiển vi có độ phóng đại lớn.

+ ADN là vật chất di truyền ở cấp độ phân tử.

+ NST là vật chất di truyền ở cấp độ tế bào:

• NST có thể sao chép, nhân đôi
• NST có thể truyền từ thế hệ tế bào, cơ thể này sang tế bào, cơ thể sau.

+ Vật chất di truyền cần:

• Có khả năng lưu trữ thông tin di truyền
• Có khả năng sao chép, truyền đạt thông tin di truyền

B. Hoạt động hình thành kiến thức

I. ADN

1. Cấu tạo hóa học của AND

+ Hãy quan sát hình 19.1 và chỉ ra các thành phần cấu tạo của chuỗi polinucleotit của phân tử ADN. Chuỗi polinucleotit trên có bao nhiêu nucleotit? Viết lại trình tự Nu của chuỗi đó.

+ Hãy viết các chữ cái (A, T, G, X) lê giấy và cho biết, với các chữ cái này, em có thể viết được bao nhiêu loại trình tự sắp xếp khác nhau? Mỗi loài có ADN riêng, mang tính đặc thù của loài thể hiện ở những đặc điểm nào?

Trả lời:

+ Chuỗi polinucleotit gồm các nucleotit. Mỗi Nu gồm 3 phần: đường 5 cacbon, 1 nhóm photphat và bazo nito (A, T, G, X). Trong chuỗi hình 19.1 có 6 Nu: A - G - T - A - X - G

+ Từ 4 Nu có thể viết được tối đa 4.4.4.4 trình tự cho chuỗi gồm 4 Nu. Mỗi ADN được đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự Nu trong mạch.

2. Cấu trúc không gian của ADN

- Quan sát hình 19.2 và trả lời câu hỏi:

• Mỗi phân tử ADN gồm có mấy mạch polinucleotit? Các mạch liên kết với nhau như thế nào? Cấu trúc không gian của ADN có hình dạng gì?
• Có nhận xét gì về sự liên kết giữa các bazo nito trên 2 mạch của ADN? xác định số lượng liên kết hidro giữa từng cặp Nu đó.
• Nguyên tắc cấu tạo trên của phân tử ADN giúp suy luận gì về việc xác định thành phần các Nu của ADN?
• Từ trình tự Nu của 1 mạch, ta có thể xác định được trình tự Nu của mạch còn lại không? Hãy viết một trình tự Nu bất kì của 1 mạch, từ đó viết trình tự Nu của mạch thứ hai của phân tử ADN đó.

Trả lời:

+ ADN gồm 2 mạch, là một chuỗi xoắn kép từ trái sang phải theo mỗi chu kì: 10 cặp Nu, dài 3,4nm, đường kính 2nm. 2 mạch liên kết với nhau bằng liên kết hidro.

+ Các Nu trên 2 mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung:

• A mạch này liên kết với T mạch kia bằng 2 liên kết hidro và ngược lại.
• G mạch này liên kết với X mạch kia theo 3 liên kết hidro và ngược lại.

=> (A+G/T+X) = 1 trong phân tử ADN

=> Từ trình tự Nu 1 mạch ta có thể xác định trình tự Nu mạch còn lại

VD: mạch 1: A - T - G - X - T - G 

      mạch 2: T - A - X - G - A - X

II. Sự nhân đôi ADN

- Quan sát hình 19.3 và xem đoạn phim về cơ chế nhân đôi ADN, sau đó thảo luận để trả lời câu hỏi:

• ADN bắt đầu và đang sao chép có mức độ xoắn như thế nào so với trước khi sao chép?
• Liên kết hidro giữa hai mạch của ADN xoắn kép biế đổi như thế nào tại chạc sao chép ADN?

- Quan sát hình 19.4, thảo luận theo nhóm và trả lời các câu hỏi sau:

• Sự liên kết giữa các Nu tự do từ môi trường nội bào với các Nu trên mỗi mạch của ADN mẹ diễn ra theo nguyên tắc gì?
• Phản ứng liên kết các Nu với nhau trên mạch mới tổng hợp được gọi là gì? Phản ứng này xảy ra nhờ hợp chất nào?
• Kết quả của quá trình nhân đôi ADN là gì?
• 2 mạch của mỗi phân tử ADN con tạo thành có nguồn gốc từ đâu? Từ đó, hãy cho biết nguyên tắc thứ hai của cơ chế nhân đôi ADN là gì?

Trả lời:

* Hình 19.3

+ ADN ban đầu co xoắn, khi bắt đầu và đang sao chép là duỗi xoắn

+ Trong các chạc sao chép, liên kết hidro bị phá hủy trên ADN gốc sau đó hình thành lại trên 2 ADN mới.

* Hình 19.4

+ Sự liên kết giữa các Nu tự do với mạch gốc theo nguyên tắc bổ sung

+ Phản ứng giữa các Nu với nhau trên mạch mới gọi là phản ứng este giữa đường  của Nu này với nhóm photphat của Nu kia

+ Kết quả của quá trình nhân đôi ADN: tạo 2 ADN mới giống nhau và giống mẹ.

+ Nguyên tắc thứ 2 trong quá trình đó là nguyên tắc bán bảo toàn vì trong mỗi ADN con có 1 mạch gốc từ ADN mẹ và 1 mạch mới được tổng hợp.

III. Sự nhân đôi ADN trong tế bào xảy ra khi nào?

1. Hãy nhớ lại các giai đoạn của chu kì tế bào. Ở giai đoạn nào, NST nhân đôi thành NST kép? Thành phần hóa học nào của NST quyết định nhất đến sự nhân đôi của nó?

2. Trạng thái duỗi xoắn của NST ở kì trung gian có liên quan như thế nào đến cơ chế nhân đôi ADN?

Trả lời:

1. NST nhân đôi ở pha S của kì trung gian, điều này được quyết định bởi thành phần ADN trong NST

2. Trạng thái duỗi xoắn của NST giúp cho 2 mạch của ADN tác nhau ra, quá trình nhân đôi ADN diễn ra.

C. Hoạt động vận dụng

Bài 1. Làm việc nhóm và vẽ mô hình cấu trúc ADN.

Trả lời:

Hình vẽ cấu trúc ADN cần đảm bảo các đặc điểm đã học ở mục trên.

Bài 2. Hãy kiệt kê các yếu tố cơ bản cần thiết tham gia vào quá trình nhân đôi ADN. Hãy cho biết ý nghĩa của quá trình nhân đôi ADN.

Trả lời:

+ Các yếu tố cần thiết tham gia vào sự nhân đôi ADN: enzim tách mạch, Nu tự do, enzim kéo dài chuỗi

+ Ý nghĩa của quá trình nhân đôi ADN: giúp cho sự nhân lên của NST => góp phần truyền đạt thông tin di truyền

Bài 3. Một mạch của đoạn phân tử ADN có trình tự các nucleotit như sau:

AXGGTXGTTAAXGATXTTAAGXXATAGTA

Hãy viết trình tự của mạch còn lại của đoạn phân tử ADN đó. Hãy tính số Nu tự do từng loại mà môi trường cung cấp để đoạn ADN nêu trên nhân đôi 3 lần.

Trả lời:

+ Trình tự Nu mạch còn lại: TGXXAGXAATTGXTAGAATTXGGTATXGAT

+ Số Nu từng loại trên gen là: A = T = 17, G = X = 12

=> Số nu môi trường cung cấp cho 3 lần nhân đôi là:

A = T = 17 .7 = 119

G = X = 12 .7 = 84

D. Hoạt động vận dụng

Bài 1. Ta đã biết ADN thường có cấu trúc mạch kép nhưng thực tế cũng có thể gặp ADN mạch đơn (virut). Phân tích thành phần hóa học của một axit nucleic cho thấy tỉ lệ các loại nucleotit như sau: A=20%, G=35%, X=25%, T=20%

Axit ncleic này là:

A. ADN có cấu trúc mạch đơn.

B. ADN có cấu trúc mạch kép.

Trả lời:

* Đáp án A

Vì: nếu mạch kép thì A = T, G = X. 

Bài 2. Một đoạn của phân tử ADN ở một tế bào vi khuẩn có chiều dài 510nm và có 3600 liên kết hidro. Xác định số lượng từng loại nucleotit của đoạn ADN đó.

Trả lời:

Ta có: N = 510: 0,34 x 2 = 3000 = 2 A + 2 G

   2A + 3G = 3600

=> A = T = 900, G = X = 600

Bài 3. Một đoạn ADN ở sinh vật nhân thực có số lượng các loại nucleotit là: A = T = 600 và G = X = 300. Tổng liên kết hidro của gen là:

A. 1500.

B. 1200.

C. 2100.

D. 1800.

Trả lời:

Ta có: số liên kết hidro = 2A + 3G = 2.600 + 3.300= 2100

=> Chọn đáp án C

Bài 4. Enzim xúc tác nhân đôi ADN với tốc độ trung bình là 1000 nucleotit trong một giây (Nu/s). Hãy tính thời gian cần để hoàn thành quá trình nhân đôi từ một chạc nhân đôi ADN gồm 4600000 cặp nucleotit.

Trả lời:

Thời gian hoàn thành quá trình nhân đôi là: 4600000: 1000 = 4600 giây

Bài 5. Có 4 phân tử ADN mạch kép cso chiều dài bằng nhau nhân đôi 5 lần liên tiếp tạo ra các phân tử ADN con. Xác định số phân tử ADN con tạo thành và số phân tử ADN tạo thành hoàn toàn từ các nucleotit tự do mà môi trường nội bào cung cấp.

Trả lời:

+ Số ADN con tạo thành: 4 x 2⁵ = 128

+ Mỗi ADN có 2 mạch, mỗi mạch sẽ đi về 1 ADN con. 

=> Số ADN con chứa mạch gốc của ADN là: 4 x 2 = 8

+ Số ADN được tổng hợp từ nguyên liệu hoàn toàn mới là: 128 - 8 = 120

Bài 6. Tính số phân tử ADN con tạo thành sau khi phân tử ADN mẹ nhân đôi:

a. 2 lần liên tiếp

b. 5 lần liên tiếp

c. n lần liên tiếp

Trả lời:

Từ 1 ADN ban đầu:

• Số ADN tạo thành sau 2 lần nhân đôi liên tiếp: $2^{2} = 4$ 
• Số ADN tạo thành sau 5 lần nhân đôi liên tiếp: $2^{5} = 32$
• Số ADN tạo thành sau n lần nhân đôi liên tiếp: $2^{n}$

E. Hoạt động tìm tòi mở rộng

Bài 1. Theo em, tại sao ADN phù hợp để thực hiện chức năng là vật chất di truyền ở sinh vật? Hãy giải thích.

Trả lời:

ADN là vật chất di truyền vì:

•  ADN chứa thông tin di truyền
•  ADN có khả năng nhân đôi, truyền đạt thông tin di truyền

Bài 2. Trong 1 chu kì tế bào có bao nhiêu lần nhân đôi ADN? vì sao?

Trả lời:

Trong chu kì tế bào, có 1 lần nhân đôi ADN ở kì trung gian.