PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Khái niệm đột biến gene

Đột biến gene là những biến đổi xảy ra trong cấu trúc của gene, làm thay đổi trình tự sắp xếp các nucleotide trên phân tử DNA. Đột biến gene thường liên quan đến một hoặc một vài cặp nucleotide.

Đột biến điểm là dạng đột biến chỉ liên quan đến một cặp nucleotide trong gene, gồm ba dạng:

Trong cùng một gene, đột biến có thể phát sinh theo nhiều hướng khác nhau, tạo ra nhiều allele khác nhau của gene đó.

Ví dụ: Ở người, allele $Hb\beta^+$ mã hoá chuỗi beta-globin dạng sợi, hoà tan. Khi đột biến thay thế một cặp nucleotide T–A bằng cặp A–T, allele $Hb\beta^S$ đột biến xuất hiện, mã hoá chuỗi beta-globin dạng tinh thể không tan → gây bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm.

2. Nguyên nhân phát sinh đột biến gene

• Tự phát: Do sai sót ngẫu nhiên trong quá trình DNA tái bản. Tần số đột biến tự phát ước tính khoảng $10^{-6}$ đến $10^{-4}$ mỗi lần tái bản.
• Do tác nhân gây đột biến:
  • Vật lí: tia UV, tia X, tia gamma ($\gamma$)
  • Hoá học: các chất ô nhiễm, hoá chất độc hại
  • Sinh học: một số tác nhân sinh học có thể làm thay đổi cấu trúc DNA

3. Ý nghĩa của đột biến gene

a) Đối với sự đa dạng sinh học

Nhờ đột biến, mỗi gene có thể tồn tại dưới nhiều allele khác nhau. Khi các cá thể mang allele đột biến giao phối với nhau, quần thể sinh ra nhiều tổ hợp kiểu gene và kiểu hình mới, góp phần tạo nên sự đa dạng sinh học.

Ví dụ: Gene I quy định nhóm máu (hệ ABO) ở người có 3 allele: $I^A$, $I^B$, $I^O$. Qua giao phối, tổ hợp 3 allele này tạo ra 6 kiểu gene và 4 nhóm máu: O, A, B, AB.

b) Đối với thực tiễn

Một số đột biến gene làm thay đổi cấu trúc và chức năng protein theo hướng có lợi, được ứng dụng trong công tác tạo giống.

Ví dụ:

• Giống lúa CM5 (Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam): năng suất cao, chịu rét, chống sâu bệnh, chịu mặn tốt.
• Sử dụng tia gamma ($\gamma$) tạo nấm sợi đột biến có hiệu suất sản sinh kháng sinh penicillin cao gấp nhiều lần so với dạng tự nhiên.
• Giống cà chua đột biến gene có hàm lượng GABA trong quả cao gấp 5–6 lần so với cà chua tự nhiên.

4. Tác hại của đột biến gene

• Đa số đột biến gene là lặn và có hại cho thể đột biến, vì chúng phá vỡ sự hài hoà trong kiểu gene đã được duy trì qua lịch sử tiến hoá.
• Gene đột biến có thể bị bất hoạt, dẫn đến thiếu hoặc mất sản phẩm gene → ảnh hưởng đến các quá trình sinh lí, sinh hoá trong tế bào → gây bệnh, tật di truyền.
• Tính có lợi hay có hại của đột biến phụ thuộc vào:
  • Chức năng gene bị đột biến
  • Tổ hợp gene trong cơ thể
  • Điều kiện môi trường bên trong và bên ngoài cơ thể
• Ngoài ra, một số đột biến gene không có lợi cũng không có hại → gọi là đột biến trung tính.

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Nhận biết dạng đột biến điểm từ trình tự nucleotide

Phương pháp:

1. Viết trình tự nucleotide của gene trước và sau đột biến, xếp thẳng hàng để so sánh.
2. Đếm số cặp nucleotide: nếu số cặp thay đổi → mất hoặc thêm; nếu số cặp giữ nguyên → thay thế.
3. So sánh từng vị trí tương ứng để xác định cặp nào bị biến đổi và biến đổi thành cặp gì.

Dữ kiện chung cho các ví dụ dưới đây:

$$\text{Gene I: } \quad 3’\text{–AGTTGA–5′} \quad / \quad 5’\text{–TCAACT–3′} \quad (6 \text{ cặp})$$

$$\text{Gene II: } \quad 3’\text{–AGCTGA–5′} \quad / \quad 5’\text{–TCGACT–3′} \quad (6 \text{ cặp})$$

$$\text{Gene III: } \quad 3’\text{–GAGCTGA–5′} \quad / \quad 5’\text{–CTCGACT–3′} \quad (7 \text{ cặp})$$

Ví dụ 1: Xác định dạng đột biến từ Gene I → Gene II.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Đếm số cặp nucleotide.

• Gene I: 6 cặp
• Gene II: 6 cặp
• Số cặp không đổi → đây là đột biến thay thế.

Bước 2: Xếp thẳng hàng và so sánh từng vị trí:

→ Tại vị trí 3: cặp T–A (Gene I) → cặp C–G (Gene II).

Kết luận: Đột biến thay thế 1 cặp T–A bằng 1 cặp C–G. (Đáp án A)

Ví dụ 2: Xác định dạng đột biến từ Gene II → Gene III.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Đếm số cặp nucleotide.

• Gene II: 6 cặp
• Gene III: 7 cặp
• Số cặp tăng thêm 1 → đây là đột biến thêm 1 cặp nucleotide.

Bước 2: Xếp thẳng hàng từ phía 5′ để xác định vị trí thêm:

→ Cặp G–C được thêm vào đầu 3′ của gene.

Kết luận: Đột biến thêm 1 cặp nucleotide (G–C). (Đáp án B)

Dạng 2: Xác định hậu quả của đột biến lên chuỗi polypeptide

Phương pháp:

• Đột biến thay thế 1 cặp nucleotide → chỉ làm thay đổi 1 bộ ba → tối đa thay đổi 1 amino acid (hoặc không đổi nếu bộ ba mới cùng mã hoá amino acid cũ – tính thoái hoá của mã di truyền).
• Đột biến mất hoặc thêm 1 cặp nucleotide → dịch khung đọc từ vị trí đột biến đến cuối gene → tất cả các bộ ba từ điểm đột biến trở đi đều thay đổi → nhiều amino acid (hoặc tất cả) bị thay đổi.

Ví dụ 1: Hậu quả đột biến từ Gene I → Gene II (thay thế 1 cặp nucleotide).

Lời giải chi tiết:

Đây là đột biến thay thế → chỉ có 1 bộ ba bị thay đổi (bộ ba chứa vị trí đột biến).

→ Tối đa 1 amino acid trong chuỗi polypeptide bị thay đổi.

Kết luận: Làm thay đổi 1 amino acid. (Đáp án B)

Ví dụ 2: Hậu quả đột biến từ Gene II → Gene III (thêm 1 cặp nucleotide).

Lời giải chi tiết:

Đây là đột biến thêm 1 cặp nucleotide → gây dịch khung đọc mã di truyền.

Vì vị trí thêm nằm ở đầu gene nên toàn bộ các bộ ba từ điểm đột biến đến cuối gene đều bị thay đổi → tất cả amino acid trong chuỗi polypeptide đều thay đổi.

Kết luận: Làm thay đổi tất cả các amino acid. (Đáp án A)

Dạng 3: Tính số liên kết hydrogen và xác định dạng đột biến

Kiến thức cần nhớ:

$$N = \frac{L , (\text{Å})}{3{,}4} \times 2 \qquad \text{(N: tổng số nucleotide; L: chiều dài gene)}$$

$$A = T, \quad G = C, \quad A + G = \frac{N}{2}$$

$$H = 2A + 3G \qquad \text{(H: tổng số liên kết hydrogen)}$$

Phương pháp:

1. Tính tổng nucleotide $N$ từ chiều dài gene.
2. Từ $N$ và dữ kiện (tỉ lệ hoặc phần trăm), tính $A$ và $G$ trước đột biến.
3. Tính $H$ trước đột biến (nếu cần).
4. So sánh $H$ trước và sau đột biến, kết hợp xem chiều dài có đổi không → suy ra dạng đột biến.

Bảng biến đổi $\Delta H$ theo từng dạng đột biến điểm:

Ví dụ 1: Một gene có tổng số nucleotide là 3000. Số nucleotide loại A chiếm 25%. Gene bị đột biến điểm thay thế cặp G–C bằng cặp A–T. Tính tổng số liên kết hydrogen sau đột biến.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Tính số nucleotide từng loại trước đột biến.

$$A = 25\% \times 3000 = 750 \implies T = 750$$

$$G = C = \frac{3000 – 1500}{2} = 750$$

Bước 2: Tính $H$ trước đột biến.

$$H = 2A + 3G = 2(750) + 3(750) = 1500 + 2250 = 3750$$

Bước 3: Xác định $\Delta H$ sau đột biến.

Thay cặp G–C bằng A–T → $A$ tăng 1, $G$ giảm 1:

$$H’ = 2(751) + 3(749) = 1502 + 2247 = 3749$$

Đáp án: A. 3749

Ví dụ 2: Một gene có chiều dài 5100 Å, số nucleotide loại G = 600. Sau đột biến, số liên kết hydrogen là 3601. Đột biến chỉ liên quan đến 1 cặp nucleotide. Xác định dạng đột biến.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Tính tổng nucleotide.

$$N = \frac{5100}{3{,}4} \times 2 = 3000$$

Bước 2: Tính $A$ và $G$ trước đột biến.

$$G = C = 600 \implies A = T = \frac{3000 – 1200}{2} = 900$$

Bước 3: Tính $H$ trước đột biến.

$$H = 2(900) + 3(600) = 1800 + 1800 = 3600$$

Bước 4: So sánh $H$ trước và sau.

$$\Delta H = 3601 – 3600 = +1$$

Bước 5: Tra bảng $\Delta H$: $\Delta H = +1$ → Thay thế 1 cặp A–T bằng 1 cặp G–C.

Đáp án: D

Dạng 4: Xác định dạng đột biến thông qua số nucleotide môi trường cung cấp khi cặp gene Aa nhân đôi

Kiến thức cần nhớ:

Khi một gene nhân đôi $k$ lần liên tiếp, số nucleotide mỗi loại mà môi trường cung cấp:

$$A_{\text{mt}} = (2^k – 1) \times A_{\text{gene}}$$

$$G_{\text{mt}} = (2^k – 1) \times G_{\text{gene}}$$

Với cặp gene Aa cùng nhân đôi $k$ lần:

$$A_{\text{mt (tổng)}} = (2^k – 1) \times (A_A + A_a)$$

$$G_{\text{mt (tổng)}} = (2^k – 1) \times (G_A + G_a)$$

Phương pháp:

1. Từ dữ kiện gene A (chiều dài, liên kết hydrogen) → tính $A_A$ và $G_A$.
2. Từ tổng nucleotide môi trường cung cấp → tính $(A_A + A_a)$ và $(G_A + G_a)$.
3. Suy ra $A_a$ và $G_a$.
4. So sánh $A_a$ với $A_A$ và $G_a$ với $G_A$ → xác định dạng đột biến.

Ví dụ 1: Gene A có chiều dài 476 nm và 3400 liên kết hydrogen, bị đột biến thành allele a. Cặp gene Aa nhân đôi liên tiếp 2 lần. Môi trường cung cấp 4803 nucleotide loại adenine và 3597 nucleotide loại guanine. Xác định dạng đột biến.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Tính $A_A$ và $G_A$ từ dữ kiện gene A.

$$L = 476 \text{ nm} = 4760 \text{ Å}$$

$$N_A = \frac{4760}{3{,}4} \times 2 = 2800$$

$$\begin{cases} A_A + G_A = \dfrac{2800}{2} = 1400 \\[6pt] 2A_A + 3G_A = 3400 \end{cases}$$

Giải hệ phương trình:

Từ phương trình (1): $G_A = 1400 – A_A$. Thay vào (2):

$$2A_A + 3(1400 – A_A) = 3400$$

$$2A_A + 4200 – 3A_A = 3400 \implies A_A = 800, \quad G_A = 600$$

Bước 2: Tính $A_a$ và $G_a$ từ số nucleotide môi trường cung cấp.

Cặp Aa nhân đôi $k = 2$ lần → hệ số: $2^2 – 1 = 3$.

$$A_{\text{mt}} = 3 \times (A_A + A_a) = 4803 \implies A_A + A_a = 1601$$

$$\implies A_a = 1601 – 800 = 801$$

$$G_{\text{mt}} = 3 \times (G_A + G_a) = 3597 \implies G_A + G_a = 1199$$

$$\implies G_a = 1199 – 600 = 599$$

Bước 3: So sánh gene A và gene a.

→ $A$ tăng 1, $G$ giảm 1 → Thay thế 1 cặp G–C bằng 1 cặp A–T.

Đáp án: A

Ví dụ 2: Gene A có chiều dài 153 nm và 1169 liên kết hydrogen, bị đột biến thành allele a. Cặp Aa nhân đôi liên tiếp 2 lần. Môi trường cung cấp 1083 nucleotide loại adenine và 1617 nucleotide loại guanine. Xác định dạng đột biến.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Tính $A_A$ và $G_A$.

$$L = 153 \text{ nm} = 1530 \text{ Å}$$

$$N_A = \frac{1530}{3{,}4} \times 2 = 900$$

$$\begin{cases} A_A + G_A = 450 \\[6pt] 2A_A + 3G_A = 1169 \end{cases}$$

$$2A_A + 3(450 – A_A) = 1169$$

$$2A_A + 1350 – 3A_A = 1169 \implies A_A = 181, \quad G_A = 269$$

Bước 2: Tính $A_a$ và $G_a$.

$$3(A_A + A_a) = 1083 \implies A_a = \frac{1083}{3} – 181 = 361 – 181 = 180$$

$$3(G_A + G_a) = 1617 \implies G_a = \frac{1617}{3} – 269 = 539 – 269 = 270$$

Bước 3: So sánh.

→ $A$ giảm 1, $G$ tăng 1 → Thay thế 1 cặp A–T bằng 1 cặp G–C.

Đáp án: A

SƠ ĐỒ TƯ DUY

ĐỘT BIẾN GENE

1. Khái niệm

• Biến đổi trong cấu trúc gene, liên quan đến một hoặc vài cặp nucleotide
• Đột biến điểm: chỉ liên quan 1 cặp nucleotide
• Ba dạng: Mất – Thêm – Thay thế

2. Nguyên nhân

• Tự phát: sai sót khi DNA tái bản (tần số $10^{-6}$ – $10^{-4}$)
• Tác nhân bên ngoài: tia UV, tia X, tia $\gamma$, hoá chất, tác nhân sinh học

3. Ý nghĩa

• Đa dạng sinh học: tạo allele mới → đa dạng kiểu gene, kiểu hình (VD: nhóm máu ABO)
• Thực tiễn: tạo giống mới có đặc tính tốt (VD: lúa CM5, nấm sản sinh penicillin)

4. Tác hại

• Đa số đột biến: lặn, có hại → phá vỡ hài hoà kiểu gene
• Có thể gây bất hoạt gene → thiếu sản phẩm gene → bệnh, tật di truyền
• VD: bệnh hồng cầu hình liềm (allele $Hb\beta^S$)

5. Tính chất

• Tính có lợi / có hại phụ thuộc: tổ hợp gene + điều kiện môi trường
• Một số đột biến là trung tính (không lợi, không hại)
• Đột biến gene cung cấp nguyên liệu sơ cấp cho tiến hoá và chọn giống

SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu