Bài 1 - gen, mã di truyền và quá trình
nhân đôi của adn
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức.
- Học sinh trình bày được khái niệm cấu trúc chung của gen và nêu được hai loại gen chính.
- Học sinh nêu và giải thích được mã di truyền.
- HS mô tả quá trình nhân đôi ADN ở Ecoli và phân biệt được sự khác nhau giữa nhân sơ và nhân chuẩn.
2. Kỹ năng.
- Phát triển năng lực quan sát, phân tích, so sánh, khái quát hoá.
- Rèn kỹ năng làm việc độc lập với sách giáo khoa.
3. Thái độ.
- Nâng cao nhận thức đúng đắn và khoa học về gen và mã di truyền.
- Hình thành thái độ yêu thích khoa học tìm tòi nghiên cứu.
- Học sinh trình bày được khái niệm cấu trúc chung của gen và nêu được hai loại gen chính.
- Học sinh nêu và giải thích được mã di truyền.
- HS mô tả quá trình nhân đôi ADN ở Ecoli và phân biệt được sự khác nhau giữa nhân sơ và nhân chuẩn.
2. Kỹ năng.
- Phát triển năng lực quan sát, phân tích, so sánh, khái quát hoá.
- Rèn kỹ năng làm việc độc lập với sách giáo khoa.
3. Thái độ.
- Nâng cao nhận thức đúng đắn và khoa học về gen và mã di truyền.
- Hình thành thái độ yêu thích khoa học tìm tòi nghiên cứu.
II. Nội dung bài học
I. Khái niệm và cấu trúc của gen.
1. Khái niệm.
Gen là 1 đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hoá cho một sản phầm xác định (1 chuỗi pôlipeptit hay một phân tử ARN).
1. Khái niệm.
Gen là 1 đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hoá cho một sản phầm xác định (1 chuỗi pôlipeptit hay một phân tử ARN).
Ví dụ: Gen hemôglôbin anpha (Hb α) là gen mã hóa chuỗi pôlipeptit α góp phần tạo nên prôtêin Hb trong tế bào hồng cầu; gen tARN mã hóa phân tử tARN …
2. Cấu trúc của gen.
Mỗi gen gồm 3 vùng trình tự nucleotit:
2. Cấu trúc của gen.
Mỗi gen gồm 3 vùng trình tự nucleotit:
3. Các loại gen
Có nhiều loại như gen cấu trúc, gen điều hoà ...
- Gen cấu trúc là gen mang thông tin mã hoá cho các sản phẩm tạo nên thành phần cấu trúc hay chức năng tế bào.
- Gen điều hoà là những gen tạo ra sản phẩm kiểm soát hoạt động của các gen khác
II. Mã di truyền
1. Khái niệm:
- Mã di truyền là trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong gen (trong mạch khuôn) quy định trình tự sắp xếp các axit amin trong prôtêin
- Trong ADN chỉ có 4 loại nu (A, T, G, X) nhưng trong prôtêin có khoảng 20 loại axit amin. Do đó mã di truyền phải là mã bộ ba (còn gọi là codon).
- Mã di truyền gồm: bộ 3 mã gốc trên ADN, bộ 3 mã sao trên mARN và bộ 3 đối mã trên tARN. Ví dụ: mã gốc là 3’-TAX…-5’ tương ứng mã sao là: 5’-AUG…-3’ và mã đối mã là: UAX tương ứng axit amin được quy định là Met.
VD: 1 đoạn mã di truyền (Thay C bằng X)
Có nhiều loại như gen cấu trúc, gen điều hoà ...
- Gen cấu trúc là gen mang thông tin mã hoá cho các sản phẩm tạo nên thành phần cấu trúc hay chức năng tế bào.
- Gen điều hoà là những gen tạo ra sản phẩm kiểm soát hoạt động của các gen khác
II. Mã di truyền
1. Khái niệm:
- Mã di truyền là trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong gen (trong mạch khuôn) quy định trình tự sắp xếp các axit amin trong prôtêin
- Trong ADN chỉ có 4 loại nu (A, T, G, X) nhưng trong prôtêin có khoảng 20 loại axit amin. Do đó mã di truyền phải là mã bộ ba (còn gọi là codon).
- Mã di truyền gồm: bộ 3 mã gốc trên ADN, bộ 3 mã sao trên mARN và bộ 3 đối mã trên tARN. Ví dụ: mã gốc là 3’-TAX…-5’ tương ứng mã sao là: 5’-AUG…-3’ và mã đối mã là: UAX tương ứng axit amin được quy định là Met.
VD: 1 đoạn mã di truyền (Thay C bằng X)
2. Đặc điểm của mã di truyền
- Mã di truyền là mã bộ ba: Một bộ ba là một mã di truyền (1 codon)
- Mã di truyền có tính đặc hiệu: Một bộ ba chỉ mã hoá một loại axit amin.
- Mã di truyền có tính thoái hoá: Nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hoá cho một loại axit amin (trừ AUG và UGG).
- Mã di truyền có tính phổ biến: Tất cả các loài đều có chung một bộ mã di truyền (trừ một vài ngoại lệ).
- Mã di truyền có tính liên tục: Mã di truyền được đọc từ 1 điểm xác định, theo từng bộ & ba không gối lên nhau.
3. Giải thích mã di truyền là mã bộ ba
3.1. Lý luận
- Có 4 loại nuclêôtit cấu tạo nên phân tử ADN (A, T, G, X) nhưng có trên 20 loại axit amin (aa) tạo nên prôtêin, do đó:
- Nếu 1 nuclêôtit xác định 1 aa thì có 4^1 = 4 tổ hợp, chưa đủ mã hóa 20 aa.
- Nếu 2 nuclêôtit xác định 1 aa thì có 4^2 = 16 tổ hợp, chưa đủ mã hóa 20 aa.
- Nếu 4 nuclêôtit xác định 1 aa thì có 4^4 = 256 tổ hợp, quá nhiều để mã hóa 20 aa.
- Vậy 3 nuclêôtit xác định 1 aa thì có 4^3 = 64 tổ hợp, là đủ mã hóa 20 aa.
→ Do đó mã di truyền là mã bộ ba sẽ là hợp lý nhất.
3.2. Thực nghiệm
- Năm 1966, 64 bộ ba trên mARN (codon) tương ứng 64 bộ ba trên ADN (Triplet) đã được giải mã.
- Có 64 bộ ba, trong đó 3 bộ 3 không mã hóa aa mà làm nhiệm vụ kết thúc dịch mã (UAA, UAG, UGA), 1 bộ 3 vừa làm nhiệm vụ mở đầu, vừa làm nhiệm vụ mã hóa aa Metionin (AUG).
- Mã di truyền là mã bộ ba: Một bộ ba là một mã di truyền (1 codon)
- Mã di truyền có tính đặc hiệu: Một bộ ba chỉ mã hoá một loại axit amin.
- Mã di truyền có tính thoái hoá: Nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hoá cho một loại axit amin (trừ AUG và UGG).
- Mã di truyền có tính phổ biến: Tất cả các loài đều có chung một bộ mã di truyền (trừ một vài ngoại lệ).
- Mã di truyền có tính liên tục: Mã di truyền được đọc từ 1 điểm xác định, theo từng bộ & ba không gối lên nhau.
3. Giải thích mã di truyền là mã bộ ba
3.1. Lý luận
- Có 4 loại nuclêôtit cấu tạo nên phân tử ADN (A, T, G, X) nhưng có trên 20 loại axit amin (aa) tạo nên prôtêin, do đó:
- Nếu 1 nuclêôtit xác định 1 aa thì có 4^1 = 4 tổ hợp, chưa đủ mã hóa 20 aa.
- Nếu 2 nuclêôtit xác định 1 aa thì có 4^2 = 16 tổ hợp, chưa đủ mã hóa 20 aa.
- Nếu 4 nuclêôtit xác định 1 aa thì có 4^4 = 256 tổ hợp, quá nhiều để mã hóa 20 aa.
- Vậy 3 nuclêôtit xác định 1 aa thì có 4^3 = 64 tổ hợp, là đủ mã hóa 20 aa.
→ Do đó mã di truyền là mã bộ ba sẽ là hợp lý nhất.
3.2. Thực nghiệm
- Năm 1966, 64 bộ ba trên mARN (codon) tương ứng 64 bộ ba trên ADN (Triplet) đã được giải mã.
- Có 64 bộ ba, trong đó 3 bộ 3 không mã hóa aa mà làm nhiệm vụ kết thúc dịch mã (UAA, UAG, UGA), 1 bộ 3 vừa làm nhiệm vụ mở đầu, vừa làm nhiệm vụ mã hóa aa Metionin (AUG).
III. Quá trình nhân đôi ADN (tái bản ADN)
1. Thời điểm, vị trí
- Vào kì trung gian, giữa 2 lần phân bào (Pha S của chu kì tế bào).
- Diễn ra trong nhân tế bào.
2. Diễn biến
a. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ (vi khuẩn E. coli).
1. Thời điểm, vị trí
- Vào kì trung gian, giữa 2 lần phân bào (Pha S của chu kì tế bào).
- Diễn ra trong nhân tế bào.
2. Diễn biến
a. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ (vi khuẩn E. coli).
Gồm 3 bước:
- Bước 1 : Tháo xoắn phân tử ADN.
Nhờ các enzim tháo xoắn, 2 mạch đơn của phân tử ADN tách nhau dần tại khởi điểm tái bản tạo nên 1 vòng tái bản gồm 2 chạc (hình chữ Y) mở xoắn theo 2 hướng ngược nhau và để lộ ra 2 mạch khuôn.
- Bước 2 : Tổng hợp các mạch ADN mới
Enzim ADN pôlimêrara xúc tác hình thành mạch đơn mới theo chiều 5’ – 3’ (ngược chiều với mạch làm khuôn). Các nuclêôtit của môi trường nội bào liên kết với nuclêôtit của mạch làm khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A – T, G – X).
+ Trên mạch khuôn 3’ – 5’, mạch mới được tổng liên tục.
+ Trên mạch 5’ – 3’, mạch mới được tổng hợp gián đoạn tạo nên các đoạn ngắn (đoạn Okazaki). Sau đó các đoạn Okazaki được nối lại với nhau nhờ enzim nối Ligaza.
- Bước 3: Tạo hai phân tử ADN con
Các mạch mới tổng hợp đến đâu thì 2 mạch đơn xoắn đến đó tạo thành phân tử ADN con, trong đó có 1 mạch mới được tổng hợp còn mạch kia là của ADN ban đầu.
b. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực.
- Về cơ bản, sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực gần giống với sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ, chỉ khác biệt ở một số điểm cơ bản sau:
+ Sự nhân đôi ADN diễn ra đồng thời ở nhiều đơn vị nhân đôi trên cùng một phân tử ADN.
+ Hệ enzim tham gia phức tạp hơn.
3. Nguyên tắc nhân đôi
- Nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T của môi trường và ngược lại, G liên kết với X môi trường và ngược lại
- Bước 1 : Tháo xoắn phân tử ADN.
Nhờ các enzim tháo xoắn, 2 mạch đơn của phân tử ADN tách nhau dần tại khởi điểm tái bản tạo nên 1 vòng tái bản gồm 2 chạc (hình chữ Y) mở xoắn theo 2 hướng ngược nhau và để lộ ra 2 mạch khuôn.
- Bước 2 : Tổng hợp các mạch ADN mới
Enzim ADN pôlimêrara xúc tác hình thành mạch đơn mới theo chiều 5’ – 3’ (ngược chiều với mạch làm khuôn). Các nuclêôtit của môi trường nội bào liên kết với nuclêôtit của mạch làm khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A – T, G – X).
+ Trên mạch khuôn 3’ – 5’, mạch mới được tổng liên tục.
+ Trên mạch 5’ – 3’, mạch mới được tổng hợp gián đoạn tạo nên các đoạn ngắn (đoạn Okazaki). Sau đó các đoạn Okazaki được nối lại với nhau nhờ enzim nối Ligaza.
- Bước 3: Tạo hai phân tử ADN con
Các mạch mới tổng hợp đến đâu thì 2 mạch đơn xoắn đến đó tạo thành phân tử ADN con, trong đó có 1 mạch mới được tổng hợp còn mạch kia là của ADN ban đầu.
b. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực.
- Về cơ bản, sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực gần giống với sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ, chỉ khác biệt ở một số điểm cơ bản sau:
+ Sự nhân đôi ADN diễn ra đồng thời ở nhiều đơn vị nhân đôi trên cùng một phân tử ADN.
+ Hệ enzim tham gia phức tạp hơn.
3. Nguyên tắc nhân đôi
- Nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T của môi trường và ngược lại, G liên kết với X môi trường và ngược lại
- Nguyên tắc bán bảo tồn: Phân tử ADN con được tạo ra có một mạch của ADN ban đầu, một mạch mới được tổng hợp.
- Nguyên tắc nửa gián đoạn: Trên 1 chạc chữ Y có 1 mạch mới được tổng hợp liên tục và một mạch mới được tổng hợp gián đoạn.
4. Ý nghĩa
Đảm bảo quá trình truyền đạt thông tin di truyền được nguyên vẹn qua các thế hệ.
- Nguyên tắc nửa gián đoạn: Trên 1 chạc chữ Y có 1 mạch mới được tổng hợp liên tục và một mạch mới được tổng hợp gián đoạn.
4. Ý nghĩa
Đảm bảo quá trình truyền đạt thông tin di truyền được nguyên vẹn qua các thế hệ.