Bài 39. Quá trình tái bản, phiên mã và dịch mã
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 39. QUÁ TRÌNH TÁI BẢN, PHIÊN MÃ VÀ DỊCH MÃ
Mở đầu
Câu hỏi
Hình bên là mô hình học thuyết trung tâm được Francis Crick đề xuất đầu tiên vào năm 1957, thể hiện mối quan hệ di truyền giữa DNA, RNA và protein tương ứng với các cơ chế truyền đạt thông tin di truyền ở cấp độ phân tử. Vậy, thông tin di truyền từ DNA sẽ được truyền đạt thông qua những quá trình nào để quy định tính trạng và di truyền cho thế hệ sau?
Ảnh
Ảnh
- Thông tin di truyền trên DNA sẽ quy định tính trạng thông qua quá trình phiên mã và dịch mã: Trình tự các nucleotide trên gene quy định trình tự các nucleotide trên phân tử mRNA thông qua quá trình phiên mã. Trình tự nucleotide trên phân tử mRNA được dịch mã thành trình tự các amino acid trên phân tử protein. Protein biểu hiện thành tính trạng của cơ thể. - Thông tin di truyền trên DNA sẽ được di truyền cho thế hệ sau thông qua quá trình tái bản DNA: Quá trình tái bản DNA là một cơ chế sao chép các phân tử DNA trước mỗi lần phân bào, giúp truyền đạt thông tin di truyền cho thế hệ tế bào con một cách chính xác.
1. Quá trình tái bản dna
1.1.Lý thuyết
Quá trình tái bản DNA, hay còn gọi là sao chép DNA, là một quá trình sinh học quan trọng trong tế bào, đảm bảo rằng mỗi tế bào mới nhận được một bản sao chính xác của thông tin di truyền từ tế bào mẹ. Đây là bước cần thiết trước khi tế bào phân chia, đảm bảo sự kế thừa chính xác của các gene.
1.2.Thành phần
Các Thành Phần Chính - Helicase: Tách đôi các chuỗi DNA. - Primase: Tổng hợp RNA primer. - DNA Polymerase: Tổng hợp chuỗi DNA mới. - DNA Ligase: Nối các đoạn Okazaki trên chuỗi bị trì hoãn. - Exonuclease: Loại bỏ RNA primer và sửa lỗi.
1.3.Hình thành kiến thức mới 1
Quan sát Hình 39.1 và đọc thông tin trong bài, hãy mô tả lại quá trình tái bản của DNA theo các giai đoạn: (1) tách hai mạch đơn; (2) tổng hợp chuỗi DNA mới theo nguyên tắc bổ sung và (3) kết thúc quá trình tái bản.
Quá trình tái bản của DNA theo các giai đoạn: (1) Tách hai mạch đơn: Enzyme tháo xoắn, tách mạch giúp phá vỡ cấu trúc xoắn kép, tách mạch DNA thành hai mạch đơn.
Ảnh
Ảnh
(2) Tổng hợp chuỗi DNA mới theo nguyên tắc bổ sung: Enzyme DNA polymerase thực hiện lắp ghép các nucleotide theo nguyên tắc bổ sung với mạch khuôn (A liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng 3 liên kết hydrogen) để kéo dài chuỗi DNA mới. (3) Kết thúc quá trình tái bản: Khi quá trình tổng hợp chuỗi DNA mới kết thúc, một phân tử DNA ban đầu sẽ tạo ra hai phân tử DNA mới có cấu tạo giống hoàn toàn so với DNA mẹ ban đầu.
1.4.Hình thành kiến thức mới 2
Quan sát Hình 39.2 và đọc thông tin trong bài, hãy: a) Mô tả kết quả quá trình tái bản. b) Nêu ý nghĩa di truyền của quá trình tái bản.
Ảnh
a) Kết quả của quá trình tái bản: Từ một phân tử DNA ban đầu, qua quá trình tái bản DNA tạo ra hai DNA con giống hệt nhau và giống hệt với DNA mẹ ban đầu, trong mỗi DNA con có một mạch mới được tổng hợp và một mạch cũ của DNA mẹ.
Ảnh
b) Ý nghĩa di truyền của quá trình tái bản DNA: Quá trình tái bản DNA là cơ chế sao chép các phân tử DNA trước mỗi lần phần bào, giúp truyền đạt thông tin di truyền cho thế hệ tế bào con một cách chính xác. Như vậy, tái bản DNA đảm bảo tính ổn định về vật chất di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
1.5.Luyện tập
Hình bên minh họa kết quả tái bản của một đoạn phân tử DNA. Hãy vẽ hình minh họa kết quả quá trình tái bản thêm một lần nữa của hai đoạn phân tử DNA con vừa mới tạo thành
Ảnh
Ảnh
Ảnh
2. Quá trình phiên mã
2.1.Lý thuyết
Sự truyền thông tin di truyền từ phân tử ADN mạch kép sang phân tử ARn mạch đơn được gọi là quá trình phiên mã, hay còn có tên khác là sự tổng hợp ARn. Quá trình phiên mã dựa trên một mạch khuôn của ADN theo nguyên tắc bổ bung Phiên mã tạo ra nhiều loại ARN khác nhau gôm mARN, tARN, r ARn và một số ARN kích thước nhỏ khác.
2.2.Cấu trúc và chức năng của các loại ARN
ARN thông tin ( mARN ) là phiên bản của gen, mang các bộ ba mã sao , làm nhiệm vụ khuân mẫu cho dịch mã ở riboxom. ARN vận chuyển ( tARN ) có chức năng vận chuyển axit amin và mang bộ ba đối mã tới riboxom để dịch mã. Trong tế bào có nhiều loại t ARN khác nhau, môi loại t ARN vận chuyển một loại axit amin tương ứng. ARN riboxom ( hay còn gọi là rARN ) có cấu trúc mạch đơn với nhiều vùng riboxom liên kết với nhau tạo thành vùng xoắn cục bộ. Về chức năng thì chúng kết hợp với protein để cấu tạo nên riboxom.
2.3.Hình thành kiến thức mới 3
Quan sát Hình 39.3 và đọc thông tin trong bài, hãy trả lời các câu hỏi sau: a) Sản phẩm của quá trình phiên mã là gì? b) Trình tự sắp xếp của các nucleotide của phân tử mRNA giống trình tự sắp xếp của mạch khuôn hay mạch mã?
Ảnh
Ảnh
a) Sản phẩm của quá trình phiên mã là các phân tử RNA. b) Do quá trình phiên mã được diễn ra dựa trên mạch khuôn của gene theo nguyên tắc bổ sung (Agene liên kết với Utự do, Tgene liên kết với Atự do, Ggene liên kết với Ctự do và Cgene liên kết với Gtự do) → Trình tự sắp xếp của các nucleotide của phân tử mRNA giống trình tự sắp xếp của mạch mã nhưng thay thế T thành U.
2.4.Luyện tập
Một gene có trình tự các nucleotide phần đầu như sau: 5’-GCTGACCGGAAATTGGC-3’ 3’-CGACTGGCCTTTAACCG-5’ Hãy xác định trình tự nucleotide của phân tử mRNA được sinh ra từ gene trên, biết rằng chiều phiên mã là chiều từ trái sang phải.
Quá trình phiên mã được diễn ra dựa trên mạch khuôn của gene (mạch 3’ → 5’) theo nguyên tắc bổ sung (Agene liên kết với Utự do, Tgene liên kết với Atự do, Ggene liên kết với Ctự do và Cgene liên kết với Gtự do) → Trình tự nucleotide của phân tử mRNA được sinh ra từ gene trên là: 5’-GCUGACCGGAAAUUGGC-3’.
3. Mã di truyền
3.1.Lý thuyết
Mã di truyền (genetic code) là hệ thống quy tắc mà các thông tin di truyền trong DNA hoặc RNA được mã hóa và giải mã để tạo ra các protein trong tế bào sống. Nó là nền tảng cho tất cả các quá trình sinh học liên quan đến di truyền và phát triển.
Mã di truyền dựa trên các nucleotide, là các đơn vị cấu thành của DNA và RNA. Có bốn loại nucleotide trong DNA (adenine [A], thymine [T], cytosine [C], và guanine [G]) và ba loại nucleotide trong RNA (adenine [A], uracil [U], cytosine [C], và guanine [G]). Sự kết hợp của các nucleotide tạo thành các mã di truyền, cụ thể là các codon.
3.2.Tính phổ quát
Mã di truyền có tính phổ quát, có nghĩa là nó được sử dụng trong tất cả các sinh vật sống, từ vi khuẩn đến thực vật và động vật, mặc dù có một số ngoại lệ nhỏ. Điều này cho thấy một sự liên hệ cơ bản giữa tất cả các dạng sự sống trên trái đất.
3.3.Hình thành kiến thức mới 4
Quan sát Bảng 39.1 và đọc thông tin trong bài, hãy cho biết: a) Mã di truyền là gì? b) Liệt kê các amino acid được mã hóa bởi nhiều hơn một bộ ba. c) Hãy tìm đặc điểm chung của các bộ ba cùng mã hóa cho một loại amino acid.
Ảnh
Ảnh
a) Mã di truyền là thông tin về trình tự amino acid được mã hóa dưới dạng trình tự các nucleotide trên mRNA. b) Các amino acid được mã hóa bởi nhiều hơn một bộ ba là: Phe, Leu, Ile, Val, Ser, Pro, Thr, Ala, Tyr, His, Gln, Asn, Lys, Asp, Glu, Cys, Arg, Ser, Gly. c) Đặc điểm chung của các bộ ba cùng mã hóa cho một loại amino acid là có cùng nucleotide đầu tiên và nucleotide thứ 2 trong mã bộ ba.
3.4.Luyện tập
Hãy xác định trình tự các amino acid được mã hóa bởi phân tử mRNA sau đây: 5’-AUGGGGCGUAAACCCGUCCUGGGAUGA-3’
Cứ 3 nucleotide liên tiếp trên mRNA quy định một amino acid trên chuỗi polypeptide và chiều đọc mã di truyền là chiều 5’ → 3’. Do đó, đối chiếu bảng mã di truyền, ta có trình tự các amino acid được mã hóa bởi phân tử mRNA trên là: Met-Gly-Arg-Lys-Pro-Val-Leu-Gly.
4. Quá trình dịch mã
4.1.Lý thuyết
Quá trình dịch mã (translation) là một giai đoạn quan trọng trong việc tổng hợp protein từ thông tin di truyền được mã hóa trong mRNA (messenger RNA). Quá trình dịch mã là cách mà thông tin di truyền từ mRNA được chuyển đổi thành chuỗi amino acid, tạo thành protein. Đây là một quá trình phức tạp và tinh vi, cần sự phối hợp của nhiều phân tử và enzyme trong tế bào
4.2.Hình thành kiến thức mới 5
Quan sát Hình 39.4 và đọc thông tin trong bài, hãy trả lời các câu hỏi sau: a) Quá trình dịch mã đóng vai trò gì trong tế bào? b) Hãy mô tả mối liên hệ giữa mRNA, tRNA và chuỗi polypeptide
Ảnh
Ảnh
a) Quá trình dịch mã đóng vai trò giải mã thông tin di truyền trong các bộ ba của mRNA thành chuỗi polypeptide, hình thành nên các tính trạng của cơ thể.
b) Mối liên hệ giữa mRNA, tRNA và chuỗi polypeptide: - mRNA giữ vai trò là mạch khuôn mang thông tin di truyền từ DNA dưới dạng các codon quy định trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide. - tRNA giữ vai trò như “người phiên dịch” thông tin di truyền trên mRNA thành chuỗi polypeptide bằng cách khi anticodon trên tRNA khớp bổ sung với một codon trên mRNA thì một amino acid được đặt vào đúng vị trí của chuỗi polypeptide.
4.3.Luyện tập
Một đoạn phân tử mRNA có trình tự như sau: 5’-AUGGCUCUCAGGAAAUUU-3’ Hãy xác định trình tự amino acid trên chuỗi polypeptide.
Cứ 3 nucleotide liên tiếp trên mRNA quy định một amino acid trên chuỗi polypeptide và chiều đọc mã di truyền là chiều 5’ → 3’. Do đó, đối chiếu bảng mã di truyền, ta có trình tự amino acid trên chuỗi polypeptide trên là: Met-Ala-Leu-Arg-Lys-Phe.
4.Vận dụng
Một nhà khoa học tổng hợp phân tử mRNA nhân tạo với vùng mã hóa protein chứa 1 500 nucleotide (bao gồm cả mã mở đầu và mã kết thúc). Nhà khoa học thực hiện phản ứng dịch mã phân tử mRNA mới tổng hợp trong tế bào vi khuẩn E. coli. Hãy cho biết: a) Chuỗi polypeptide được dịch mã có bao nhiêu amino acid? b) Nếu thực hiện dịch mã trong ống nghiệm, ngoài phân tử mRNA, chúng ta cần bổ sung những thành phần nào vào môi trường để quá trình dịch mã có thể diễn ra thành công?
a) Số amino acid có trong chuỗi polypeptide được dịch mã là: (1500 : 3) – 1 bộ ba kết thúc = 499 (amino acid)
Ảnh
b) Ngoài phân tử mRNA, để thực hiện quá trình dịch mã trong ống nghiệm, chúng ta cần bổ sung các thành phần sau vào môi trường: - Ribosome (Ribosome là nơi các tRNA đã được gắn amino acid đọc và giải mã các bộ ba, tại đây hình thành liên kết giữa các amino acid). - Amino acid (Amino acid là nguyên liệu để tạo thành polypeptide trong quá trình dịch mã). - tRNA tương ứng (tRNA có vai trò vận chuyển đúng loại amino acid tương ứng với bộ ba trên mRNA quy định). - Các loại enzyme hình thành liên kết gắn các amino acid với nhau và gắn amino acid với tRNA. - Năng lượng ATP để hoạt hóa amino acid.
5.Dặn dò
Dặn dò
Ảnh
Dặn dò:
Các em nhớ đọc bài mới trước nhé!
Cảm ơn
Ảnh