Giải chi tiết Sinh học 12 CTST Bài 1: Gene và cơ chế truyền thông tin di truyền

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Kiểu hình của con có nhiều đặc điểm giống kiểu hình của bố và mẹ. Ví dụ: Ở người, con có tóc xoăn, mắt nâu giống bố, có mũi cao, cằm nhọn giống mẹ. Bố, mẹ đã di truyền các đặc điểm đó cho con như thế nào và bằng cơ chế nào?

Bài làm chi tiết:

Các đặc điểm của bố mẹ được di truyền cho con nhờ quá trình tái bản DNA.

I. CHỨC NĂNG CỦA DNA VÀ CƠ CHẾ TÁI BẢN DNA

Câu 1: Quan sát Hình 1.1, hãy

a) Mô tả cấu trúc của nucleotide. Bốn loại nucleotide khác nhau ở thành phần nào?

b) Mô tả liên kết phosphodiester giữa các nucleotide.

c) Cho biết sự kết cặp đặc hiệu giữa các base trên phân tử DNA được thể hiện như thế nào. Phát biểu nguyên tắc bổ sung.

Bài làm chi tiết:

a) Cấu trúc của nucleotide bao gồm: một nhóm phosphate, một đường pentose (đường ribose) và một trong bốn loại base nito là Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), và Cytosine (C).

Các loại nucleotide khác nhau ở base nito.

b) Liên kết phosphodiester là liên kết giữa đường của nucleotide này với acid phosphoric của nucleotide kế tiếp trên mạch đơn của phân tử DNA. Liên kết này bền vững đảm bảo cho thông tin di truyền được lưu giữ và bảo quản trong cấu trúc của phân tử DNA.

c) 

• Sự kết cặp đặc hiệu: chỉ A liên kết với T (và ngược lại), chỉ G liên kết với C (và ngược lại).

• Nguyên tắc bổ sung: là nguyên tắc liên kết các baso nito, trong đó A liên kết T, G liên kết với X và ngược lại.

Câu 2: Những đặc điểm cấu trúc nào của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được các chức năng?

Bài làm chi tiết:

Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được các chức năngmang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền:

- Các nucleotide trên DNA được sắp xếp theo trình tự và liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester bền vững đảm bảo cho thông tin di truyền được lưu giữ và bảo quản.

- Các base trên hai mạch DNA kết hợp đặc hiệu nhờ liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung. Tuy liên kết này không bền nhưng có số lượng lớn, đảm bảo DNA linh hoạt trong cơ chế tự nhân đôi. Nhờ cơ chế tự nhân đôi, thông tin di truyền trên DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn.

Câu 3: Hãy giải thích quá trình tái bản DNA là sự sao chép thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.

Bài làm chi tiết:

Từ một phân tử DNA tự nhân đôi, quá trình tái bản DNA tạo ra hai phân tử DNA con giống nhau và giống với DNA mẹ. Sau tái bản, thông qua quá trình phân bào, mỗi phân tử DNA được chuyển đến một tế bào con. 

Do đó, tái bản DNA là quá trình tự động sao chép thông tin di truyền từ tế bào mẹ đến tế bào con hoặc từ thế hệ này sang thế hệ sau.

II. GENE

Câu 4: Căn cứ vào mạch khuôn, xác định vị trí các vùng cấu trúc trên gene trong Hình 1.4. 

Bài làm chi tiết:

3 vùng cấu trúc trên gene gồm: Vùng điều hòa; Vùng mã hóa; Vùng kết thúc.

Câu 5: Phân biệt gene phân mảnh với gene không phân mảnh, gene cấu trúc với gene điều hoà.

Bài làm chi tiết:

III. RNA VÀ PHIÊN MÃ

Câu 6: Quan sát Hình 1.5, 1.6 và 1.7, đọc đoạn thông tin, lập bảng phân biệt ba loại RNA theo hai tiêu chí: cấu trúc và chức năng. 

Bài làm chi tiết:

Câu 7: Quan sát Hình 1.8, hãy:

a) Mô tả quá trình phiên mã. 

b) Giải thích tại sao “phiên mã thông tin di truyền là cơ chế tổng hợp RNA dựa trên DNA”

Bài làm chi tiết:

a, Phiên mã là quá trình tổng hợp phân tử RNA dựa trên mạch khuôn của gene. 

Phiên mã gồm 3 giai đoạn: 

• Khởi đầu: Enzyme RNA polymerase bám vào vùng điều hoà làm gene tháo xoắn để lộ ra mạch gốc và bắt đầu tổng hợp mRNA tại vị trí đặc hiệu.

• Kéo dài mạch RNA: Enzyme RNA polymerase trượt dọc trên mạch khuôn của gene có chiều 3’ → 5’, gắn các nucleotide tự do thành chuỗi polynucleotide chiều 5’→ 3’ theo nguyên tắc bổ sung (A, U, G, C của môi trường lần lượt liên kết với T, A, C, G của mạch khuôn).

• Kết thúc: Enzyme RNA polymerase di chuyển đến cuối gene, gặp tín hiệu kết thúc thì quá trình phiên mã dừng lại, phân tử RNA được giải phóng.

b, Kết thúc phiên mã tạo ra phân tử RNA mang thông tin di truyền của DNA ban đầu. Do đó, bản chất của quá trình phiên mã là truyền thông tin di truyền từ DNA sang mRNA.

Câu 8: Quan sát Hình 1.9, hãy mô tả quá trình phiên mã ngược.

Bài làm chi tiết:

Quá trình phiên mã ngược xảy ra khi virus RNA (như virus HIV) xâm nhập vào tế bào. Trên lõi RNA của virus này chứa enzyme phiên mã ngược, khi xâm nhập vào tế bào chủ, enzyme này sử dụng RNA của virus làm khuôn để tổng hợp ra DNA bổ sung (cDNA). Tiếp theo, cDNA có thể được sử dụng để tái tổng hợp gene của virus hoặc để tạo ra một sợi DNA mới bổ sung cho nó. DNA kép được tổng hợp đầu tiên trong quá trình nhiễm virus có thể được lồng ghép vào DNA của tế bào chủ, tồn tại ở dạng tiền virus. Sau đó, nó có thể được sao chép vào các tế bào con trong quá tái bản DNA, dẫn đến việc các thế hệ tiếp theo của vật chủ mang gene gây bệnh.

IV. DI TRUYỀN VÀ DỊCH MÃ

Câu 9: Phân tử mRNA được phiên mã từ mạch khuôn 3’→ 5’ của gene. Xác định chiều đọc của codon và anticodon.

Bài làm chi tiết:

Chiều bộ ba sao mã (codon) trên mARN là 5’ - 3’ và bộ ba đối mã ( anticođon) của tARN là 3’ - 5’.

Câu 10: Quan sát Hình 1.10 và cho biết: 

a) Quá trình dịch mã có sự tham gia của những thành phần nào? Nêu vai trò của những thành phần đó.

b) Chiều dịch chuyển của ribosome trên mRNA.

c) Nguyên tắc bổ sung được thể hiện trong quá trình dịch mã như thế nào?

Bài làm chi tiết:

a) Thành phần tham gia trực tiếp vào quá trình dịch mã là mARN, tARN và rARN, chức năng của các thành phần:

• mRNA: mang bộ ba mã hóa

• tRNA: mang bộ ba đối mã

• rRNA: tổng hợp ribosome

b) Ribosome trên mRNA dịch chuyển theo chiều: 3’→ 5’.

c) NTBS trong quá trình dịch mã: bộ ba đối mã (anticodon của tRNA) khớp bổ sung với bộ ba sao mã (codon trên mRNA).

Luyện tập: Hãy vẽ sơ đồ tóm tắt:

• Quá trình hoạt hóa amino acid.

• Các bước của giai đoạn dịch mã tổng hợp chuỗi polypeptide.

Bài làm chi tiết:

• Quá trình hoạt hóa amino acid: 

a.a + ATP → a.a hoạt hóa 

a.a hoạt hóa + tARN → Phức hợp a.a - tARN

• Các bước của giai đoạn dịch mã tổng hợp chuỗi polypeptide: 

Khởi đầu tổng hợp chuỗi polypeptide → Kéo dài chuỗi polypeptide → Kết thúc.

Câu 11: Quan sát Hình 1.13, hãy:

a) Nêu nhận xét về cấu trúc của các chuỗi polypeptide được dịch mã nhờ polyribosome. Giải thích tại sao.

b) Nêu vai trò của polyribosome trong việc tổng hợp protein.

Bài làm chi tiết:

a) Các chuỗi polypeptide được dịch mã bởi polyribosome có cấu trúc giống nhau do chúng đều được dịch từ cùng một mRNA ban đầu.

b) Vai trò của polyribosome trong việc tổng hợp protein: tăng hiệu suất dịch mã.

V. SƠ ĐỒ CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG TIN DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

Câu 12: Ở cấp độ phân tử, thông tin di truyền được truyền đạt theo những hướng nào? Hướng nào đảm bảo cho đặc tính di truyền của loài được duy trì ổn định?

Bài làm chi tiết:

Cơ chế truyền đạt thông tin di truyền ở cấp độ phân tử gồm có quá trình tái bản DNA cùng với quá trình phiên mã, dịch mã. Quá trình tái bản DNA đảm bảo cho đặc tính di truyền của loài được duy trì ổn định vì thông tin di truyền sẽ được truyền đạt từ nhân của tế bào mẹ sang nhân của tế bào con.

Vận dụng: Một bạn học sinh cho rằng:

1. Tất cả các đoạn trình tự nucleotide trên phân tử DNA đều được gọi là gene.

2. Ở sinh vật nhân thực, chiều dài của phân tử mRNA bằng chiều dài của gene quy định nó.

3. Ở sinh vật nhân sơ, từ chuỗi polypeptide có thể xác định được số lượng nucleotide do gene quy định.

Theo em, những nhận định của bạn học sinh trên có đúng không? Giải thích.

Bài làm chi tiết:

1. Sai. Chỉ có trình tự nucleotide mang thông tin quy định sản phẩm là polypeptide hoặc RNA mới được định nghĩa là gene.

2. Sai. Ở sinh vật nhân thực, chiều dài của phân tử mRNA bằng chiều dài của gene quy định nó vì mRNA sau khi phiên mã cắt bỏ các đoạn intron, nối các đoạn exon tạo thành mRNA trưởng thành.

3. Đúng. Ở sinh vật nhân sơ, mRNA sau khi được tạo ra từ gene được sử dụng ngay để làm khuôn dịch mã tạo nên chuỗi polypeptide, từ chuỗi polypeptide có thể xác định được số lượng nucleotide do gene quy định.