BÀI 38. NUCLEIC ACID VÀ GENE
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 38. NUCLEIC ACID VÀ GENE
Mở đầu
Mở đầu
Mở đầu
Xét nghiệm DNA cho phép xác định danh tính và nhận dạng cá nhân với độ tin cậy cao. Em đã biết những gì về DNA?
Trả lời
Một số thông tin về DNA: - DNA (deoxyribonucleic aicd) là một trong 2 loại nucleic aicd của tế bào. - Kích thước: DNA là đại phân tử sinh học có kích thước và khối lượng lớn, có thể dài tới hàng trăm micromet, khối lượng đạt tới hàng triệu hoặc chục triệu amu.
Cấu tạo hóa học
- Cấu tạo hóa học: + DNA được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P. + DNA được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là nucleotide gồm 4 loại A, T, G, C. Trên mỗi mạch, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, tạo thành chuỗi polynucleotide theo chiều từ 5’ tới 3’.
Cấu trúc không gian
+ DNA có cấu trúc xoắn kép gồm 2 mạch polynucleotide song song, ngược chiều, xoắn quanh một trục tưởng tượng từ trái qua phải (xoắn phải). Các nucleotide giữa hai mạch liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với T, G liên kết với C). + DNA xoắn có tính chu kì, mỗi chu kì xoắn dài 34 Å tương ứng với 10 cặp nucleotide, đường kính vòng xoắn là 20 Å. - Tính đa dạng và đặc trưng: DNA rất đa dạng và đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nucleotide. - Chức năng: DNA có chức năng lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.
Ứng dụng
- Ứng dụng: + So sánh, đối chiếu các mẫu DNA để xác định quan hệ huyết thống, danh tính của những thi thể không còn nguyên vẹn, truy tìm tội phạm hay nghiên cứu phát sinh chủng loại sinh vật. + Phân tích DNA để dự đoán nguy cơ mắc các bệnh di truyền và điều trị y tế.
Khái niệm Nucleic acid
Khái niệm Nucleic acid
Khái niệm Nucleic acid
Nucleic acid là những phân tử sinh học cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P, chúng có cấu trúc đa phân và được tìm thấy trong tế bào của cơ thể sinh vật, trong virus. Nucleic acid có hai loại là deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA).
Câu hỏi
Câu hỏi
Cho các đối tượng sau: da, tóc, tiểu cầu, lục lạp, virus HIV, ti thể. Đối tượng nào có chứa nucleic acid?
Trả lời
Các đối tượng có chứa nucleic acid là: da, tiểu cầu, lục lạp, virus HIV, ti thể.
Deoxyribonucleic acid (DNA)
Cấu trúc của phân tử DNA
Cấu trúc của phân tử DNA
DNA là đại phân tử cấu trúc từ các đơn phân adenine (A), thymine (T), cytosine (C) và guanine (G). Mỗi DNA dài tới hàng trăm micromet, khối lượng đạt tới hàng triệu hoặc chục triệu amu. Theo mô hình của James Watson và Francis Crick năm 1953, DNA có cấu trúc xoắn kép, gồm hai mạch song song, ngược chiều, xoắn quanh một trục (tưởng tượng) từ trái sang phải (xoắn phải) (Hình 38.1). Trên mỗi mạch, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị, tạo thành chuỗi polynucleotide theo chiều từ 5' tới 3'. Giữa hai mạch đơn, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung, nghĩa là A của mạch đơn này liên kết với T của mạch đơn kia và G của mạch đơn này liên kết với C của mạch đơn kia (hoặc ngược lại) tạo thành cặp nucleotide, đảm bảo cho phân tử DNA có đường kính 20 Å, với nhiều chu kì xoắn, mỗi chu kì xoắn dài 34 Å tương ứng với 10 cặp nucleotide.
Hoạt động
Hoạt động
Quan sát hình 38.1, thực hiện các yêu cầu sau: Quan sát hình 38.1, thực hiện các yêu cầu sau 1. Mô tả cấu trúc phân tử DNA. Cấu trúc đó được hình thành và ổn định nhờ yếu tố nào? 2. Gọi tên các đơn phân cấu tạo nên phân tử DNA.
Ảnh
Trả lời
Trả lời
1. - Cấu trúc phân tử DNA: + DNA có cấu trúc xoắn kép gồm 2 mạch polynucleotide song song, ngược chiều, xoắn quanh một trục tưởng tượng từ trái qua phải (xoắn phải). + Trên mỗi mạch, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, tạo thành chuỗi polynucleotide theo chiều từ 5’ tới 3’. + Giữa hai mạch đơn, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung (A của mạch này liên kết với T của mạch kia, G của mạch này liên kết với C của mạch kia hoặc ngược lại) tạo thành cặp nucleotide. + DNA xoắn có tính chu kì, mỗi chu kì xoắn dài 34 Å tương ứng với 10 cặp nucleotide, đường kính vòng xoắn là 20 Å.
Cấu trúc của DNA
- Cấu trúc của DNA được hình thành và đảm bảo nhờ liên kết cộng hóa trị giữa các nucleotide trên một mạch và liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung giữa hai mạch. 2. Các đơn phân cấu tạo nên phân tử DNA bao gồm: Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), Cytosine (C).
Câu hỏi
Câu hỏi
Quan sát Hình 38.1 và đọc thông tin trên để trả lời các câu hỏi sau: 1. Kích thước của mỗi cặp nucleotide là bao nhiêu Å? 2. Các nucleotide trong mỗi cặp liên kết bổ sung với nhau bằng bao nhiêu liên kết hydrogen? 3. Trình tự các nucleotide trên một đoạn của DNA như sau: …A-T-G-C-T-G-A-T-C-A-C-G-T… Hãy xác định trình tự các nucleotide trên mạch bổ sung với mạch đó.
Trả lời
Trả lời
1. Kích thước của mỗi cặp nucleotide là 3,4 Å. 2. Các nucleotide trong mỗi cặp liên kết bổ sung liên kết với nhau như sau: - C liên kết với G bằng 3 liên kết hydrogen và ngược lại. - A liên kết với T bằng 2 liên kết hydrogen và ngược lại. 3. Với trình tự mạch gốc là …A-T-G-C-T-G-A-T-C-A-C-G-T… thì trình tự trên mạch bổ sung của nó lần lượt là: …T-A-C-G-A-C-T-A-G-T-G-C-A…
Chức năng của phân tử DNA
Chức năng của phân tử DNA
DNA là nơi lưu giữ, bảo quản thông tin di truyền. Trình tự các nucleotide trên DNA là thông tin di truyền chỉ dẫn cho tế bào tổng hợp phân tử protein để từ đó tạo ra những phân tử hữu cơ cần thiết, tham gia vào cấu trúc và hoạt động của tế bào, cơ thể. Liên kết cộng hoá trị giữa các nucleotide đảm bảo cấu trúc của phân tử DNA được duy trì ổn định. Phân tử DNA có khả năng tự nhân đôi (tái bản), nhờ đó thông tin di truyền được truyền đạt qua các thế hệ tế bào và cơ thể, đảm bảo cho các đặc tính của loài được duy trì, ổn định.
Câu hỏi
Câu hỏi
Những đặc điểm nào của phân tử DNA đảm bảo cho nó thực hiện chức năng lưu giữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.
Trả lời
Trả lời
- Đặc điểm giúp DNA thực hiện chức năng lưu giữ thông tin di truyền: Trình tự các nucleotide trên DNA là thông tin di truyền chỉ dẫn cho tế bào tổng hợp protein. Ngoài ra, DNA có kích thước lớn giúp mỗi phân tử DNA mang được nhiều thông tin di truyền. - Đặc điểm giúp DNA thực hiện chức năng bảo quản thông tin di truyền: Trên mỗi mạch đơn của phân tử DNA, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị bền vững. Đồng thời, các nucleotide trên hai mạch DNA liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen, tuy liên kết hydrogen không bền nhưng số lượng liên kết lại rất lớn nên đảm bảo cấu trúc của DNA được ổn định và cũng dễ dàng cắt đứt trong quá trình tái bản. - Đặc điểm giúp DNA thực hiện chức năng truyền đạt thông tin di truyền: Phân tử DNA có khả năng tự nhân đôi, nhờ đó thông tin có thể di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể, đảm bảo cho đặc tính của loài được duy trì ổn định.
Câu hỏi
Câu hỏi
Con sinh ra có nhiều đặc điểm giống bố mẹ là nhờ chức năng nào của phân tử DNA?
Trả lời
Con sinh ra có nhiều đặc điểm giống bố mẹ là nhờ chức năng truyền đạt thông tin di truyền của phân tử DNA.
Khái niệm gene
Khái niệm gene
Ở cơ thể sinh vật, mỗi phân tử DNA có chứa vài trăm đến hàng nghìn gene. Mỗi gene quy định một sản phẩm xác định là phân tử RNA hoặc chuỗi polypeptide. Mỗi gene thường có từ 600 đến 1 500 cặp nucleotide có trình tự xác định. Tế bào của mỗi loài chứa nhiều gene, ví dụ: vi khuẩn E. coli có khoảng 4 400 gene, ruồi giấm khoảng 14 000 gene, ở người có khoảng 21 300 gene. Ngày nay, con người đã hiểu biết khá sâu về cấu trúc và chức năng của gene, đã xác lập được bản đồ gene của nhiều loài. Những hiểu biết về gene là cơ sở của những ứng dụng trong chọn giống, y học và kĩ thuật di truyền, mở ra những triển vọng mới trong tương lai.
Câu hỏi
Câu hỏi
Đọc thông tin trên và nêu khái niệm gene.
Trả lời
Khái niệm gene: Gene là một đoạn của phân tử DNA mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm xác định là RNA hoặc chuỗi polypeptide.
Tính đa dạng và đặc trưng của phân tử DNA
Tính đa dạng và đặc trưng của phân tử DNA
Bốn loại nucleotide (A, T, G, C) liên kết theo chiều dọc và sắp xếp theo nhiều cách đã tạo nên tính đa dạng và đặc trưng cho phân tử DNA. Trong hệ gene, các phân tử DNA khác nhau bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nucleotide. Trình tự sắp xếp các nucleotide trong phân tử DNA đặc trưng cho từng loài, thậm chí từng cá thể. Do DNA đặc trưng cho từng cá thể nên có thể ứng dụng phương pháp phân tích DNA trong việc xác định quan hệ huyết thống, xác định nghi phạm (truy tìm tội phạm),... Trên cơ sở các dữ liệu phân tích DNA của mẫu sinh phẩm như chân tóc, máu, tế bào niêm mạc miệng, xương.... tiến hành so sánh, đối chiếu giữa các mẫu với nhau để đưa ra kết quả về thông tin di truyền. Phân tích DNA còn được ứng dụng trong dự đoán nguy cơ mắc các bệnh di truyền và điều trị y tế; nghiên cứu phát sinh chủng loại sinh vật thông qua việc so sánh mức độ tương đồng giữa phân tử DNA của các đối tượng sinh học.
Câu hỏi
Câu hỏi
Giải thích vì sao chỉ từ bốn loại nucleotide tạo ra được sự đa dạng của phân tử DNA. 2. Phương pháp phân tích DNA đem lại những ứng dụng gì trong thực tiễn? Cơ sở của các ứng dụng đó là gì?
Trả lời
Trả lời
1. Chỉ từ bốn loại nucleotide tạo ra được sự đa dạng của phân tử DNA vì: DNA được cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, từ bốn loại nucleotide liên kết theo chiều dọc và sắp xếp theo nhiều cách khác nhau đã tạo ra vô số phân tử DNA khác nhau về số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nucleotide. 2. - Ứng dụng của phương pháp phân tích DNA: + So sánh, đối chiếu các mẫu DNA để xác định quan hệ huyết thống, danh tính của những thi thể không còn nguyên vẹn, truy tìm tội phạm hay nghiên cứu phát sinh chủng loại sinh vật. + Phân tích DNA để dự đoán nguy cơ mắc các bệnh di truyền và điều trị y tế. - Cơ sở của các ứng dụng đó là tính đặc trưng của DNA (DNA đặc trưng cho loài, thậm trí từng cá thể).
Ribonucleic Acid (RNA)
Cấu trúc của phân tử RNA
Cấu trúc của phân tử RNA
RNA có cấu tạo đa phân, các đơn phân là bốn loại nucleotide: A, U, G và C. Mỗi phân tử RNA gồm hàng trăm hoặc hàng nghìn đơn phân. Các đơn phân liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị tạo thành mạch RNA (chuỗi polynucleotide) (Hình 38.2). RNA là đại phân tử nhưng kích thước và khối lượng thường nhỏ hơn DNA. Trong tế bào, phân tử RNA có cấu trúc một mạch, được tổng hợp ở nhân hoặc vùng nhân nhưng hầu hết RNA thực hiện chức năng ở tế bào chất.
Hoạt động
Hoạt động
Dựa vào kiến thức đã học và quan sát Hình 38.2, thực hiện các yêu cầu sau: 1. Mô tả cấu trúc của phân tử RNA. 2. Dự đoán trong tế bào, RNA được tổng hợp từ cấu trúc nào?
Ảnh
Trả lời
Trả lời
1. Cấu trúc của phân tử RNA: + RNA có cấu tạo đa phân, đơn phân là bốn loại nucleotide: A, U, C, G. + RNA có cấu trúc một mạch: Các đơn phân liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị tạo thành mạch RNA (chuỗi polypeptide). 2. RNA có cấu trúc một mạch có trình tự các nucleotide bổ sung với các nucleotide trên DNA, do đó RNA được hình thành từ DNA.
Các loại RNA trong tế bào
Các loại RNA trong tế bào
Tuỳ theo cấu trúc và chức năng, RNA được chia thành các loại khác nhau, trong đó có RNA thông tin (mRNA), RNA vận chuyển (tRNA) và RNA ribosome (rRNA) (Hình 38.3).
Ảnh
Phân tử mRNA
Phân tử mRNA là chuỗi polynucleotide dạng thẳng, có chức năng truyền đạt thông tin di truyền vì nó trực tiếp làm khuôn cho quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide. tRNA và rRNA là chuỗi polynucleotide có một số vùng tự bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung giữa các nucleotide trong một mạch theo kiểu A liên kết với U, G liên kết với C và ngược lại, tạo cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng và phù hợp với chức năng của mỗi loại RNA. tRNA có chức năng vận chuyển amino acid đến nơi tổng hợp protein, còn rRNA là thành phần chủ yếu cấu tạo nên ribosome – nơi tổng hợp protein.
Câu hỏi
Câu hỏi
Phân biệt các loại RNA dựa vào chức năng.
Trả lời
Phân biệt các loại RNA dựa vào chức năng: - mRNA: truyền đạt thông tin di truyền từ nhân ra tế bào chất, làm khuôn cho quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide (dịch mã). - tRNA: vận chuyển amino acid tự do đến nơi tổng hợp chuỗi polypeptide. - rRNA: là thành phần chủ yếu cấu tạo nên ribosome - nơi tổng hợp chuỗi polypeptide.
Cảm ơn
Cảm ơn
Ảnh