DNA & cơ chế tái bản DNA
Chức năng của DNA, cấu trúc xoắn kép phù hợp chức năng, cơ chế tái bản theo nguyên tắc bán bảo toàn và bổ sung, công thức & phương pháp giải bài tập DNA
DNA có ba chức năng cơ bản: mang – bảo quản – truyền đạt thông tin di truyền.
| Chức năng | Nội dung |
|---|---|
| Mang thông tin | Thông tin được mã hóa dưới dạng trình tự các nucleotide; số lượng và cách sắp xếp 4 loại nucleotide đủ lớn, đa dạng để tạo ra mọi đặc điểm của tế bào và cơ thể |
| Bảo quản thông tin | Nhờ cấu trúc xoắn kép bền vững nên thông tin di truyền ít bị hư hỏng |
| Truyền đạt thông tin | Nhờ tái bản chính xác (truyền qua các thế hệ) và qua phiên mã, dịch mã (DNA → mRNA → protein) |
Theo mô hình Watson và Crick, mỗi đặc điểm cấu trúc của DNA đều phù hợp với một chức năng:
| Đặc điểm cấu trúc | Phù hợp với chức năng |
|---|---|
| Cấu tạo đa phân, 4 loại đơn phân A, T, G, C | 4 "chữ cái" đủ ghi mã mọi thông tin di truyền |
| Chuỗi xoắn kép bền vững | Bảo quản thông tin, ít bị hư hỏng |
| Liên kết theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) | Truyền đạt thông tin sang mRNA (phiên mã) → protein |
| Kết cặp đặc hiệu A – T và G – C | Thông tin được truyền gần như nguyên vẹn qua các thế hệ |
▸ Các thông số cấu trúc cần nhớ
• Khoảng cách 2 nucleotide kế tiếp: 0,34 nm.
• Chiều dài 1 chu kì xoắn (10 cặp nu): 3,4 nm.
• Đường kính chuỗi xoắn: 2 nm.
• Hai mạch đối song song: một mạch $5' \rightarrow 3'$, mạch kia $3' \rightarrow 5'$.
Cặp $G \equiv C$: 3 liên kết hydrogen
Nguyên tắc: bán bảo toàn và bổ sung (NTBS). Thời điểm: kì trung gian, giữa hai lần phân bào. Vị trí (tế bào động vật): trong nhân và ti thể (động vật không có lục lạp).
Tái bản bắt đầu từ điểm khởi đầu sao chép (Ori), tiến hành theo hai hướng ngược nhau tạo thành một đơn vị tái bản, gồm 2 giai đoạn:
Vì DNA polymerase chỉ tổng hợp theo chiều $5' \rightarrow 3'$ mà 2 mạch khuôn ngược chiều, nên:
• Mạch liên tục (mạch dẫn đầu): tổng hợp liên tục.
• Mạch gián đoạn (mạch ra chậm): tổng hợp thành từng đoạn Okazaki, sau đó được ligase nối lại.
Mỗi con có 1 mạch cũ + 1 mạch mới (bán bảo toàn)
Ý nghĩa: truyền đạt thông tin di truyền gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
| Tiêu chí | Nhân sơ | Nhân thực |
|---|---|---|
| Điểm khởi đầu sao chép (Ori) | 1 điểm Ori duy nhất | Nhiều điểm Ori (tái bản đồng thời nhiều vùng) |
| DNA polymerase | Ít loại | Nhiều loại hơn |
▸ Ứng dụng của tái bản DNA
• Pháp y: nhân bản DNA để truy tìm thủ phạm, xác định danh tính.
• Y học: chẩn đoán tác nhân gây bệnh.
• Nghiên cứu: giải trình tự gene và hệ gene, công nghệ di truyền.
Với một phân tử DNA (gene) mạch kép có $N$ nucleotide:
$N = 2A + 2G \Rightarrow A + G = \dfrac{N}{2} \Rightarrow \%A + \%G = 50\%$
$A = T = A_1 + T_1$ · $G = C = G_1 + C_1$
Số nucleotide môi trường cung cấp $= N(2^k - 1)$
Theo bán bảo toàn: luôn có đúng 2 phân tử còn chứa mạch của DNA mẹ
▸ Dạng 1: Tính $N$, $L$, số liên kết hydrogen
Phối hợp $H = 2A + 3G$ ; $N = 2A + 2G$ ; $L = \dfrac{N}{2} \times 3{,}4$ Å. Nếu cho trình tự một mạch thì đếm số nucleotide từng loại rồi quy về cả gene.
▸ Dạng 2: Tính % và số lượng từng loại nucleotide
Dùng $\%A + \%G = 50\%$ cho cả gene; khi hỏi từng mạch dùng thêm $A_1 = T_2,\ G_1 = C_2 \dots$ và $A_{\text{gene}} = A_1 + T_1$.
▸ Dạng 3: Bài tập về tái bản DNA
Sau $k$ lần nhân đôi từ 1 phân tử → $2^k$ DNA con; số mạch mới hoàn toàn $= 2(2^k - 1)$; số phân tử còn chứa mạch mẹ luôn = 2 (bán bảo toàn).
▸ Dạng 4: Đoạn mồi & đoạn Okazaki
Một đơn vị tái bản có 2 chạc chữ Y; mỗi chạc có 1 mạch liên tục cần 1 đoạn mồi, mỗi đoạn Okazaki cần 1 đoạn mồi:
DNA polymerase chỉ tổng hợp một chiều $5' \rightarrow 3'$ → sinh mạch liên tục & mạch gián đoạn (Okazaki); ligase nối lại
1 mẹ → 2 con giống hệt mẹ
▸ Một số sai lầm thường gặp
| Sai | Đính chính |
|---|---|
| DNA polymerase tháo xoắn DNA | DNA polymerase chỉ tổng hợp mạch mới; tháo xoắn là do enzyme tách mạch (helicase) |
| Mạch mới tổng hợp theo chiều $3' \rightarrow 5'$ | DNA polymerase luôn tổng hợp theo chiều $5' \rightarrow 3'$ |
| Enzyme nối Okazaki là helicase | Enzyme nối các đoạn Okazaki là ligase |
| Trong tái bản, A bắt cặp với U | Đây là DNA nên A bắt cặp với T (U chỉ có trong RNA) |
| Hai mạch DNA liên kết bằng liên kết cộng hóa trị | Hai mạch liên kết bằng liên kết hydrogen (A–T: 2; G–C: 3) |
| Số phân tử chứa $N^{15}$ tăng theo số lần nhân đôi | Theo bán bảo toàn, luôn chỉ có đúng 2 phân tử còn chứa mạch của DNA mẹ |
| Số đoạn mồi $=$ số đoạn Okazaki | Số mồi $=$ số Okazaki $+\ 2$ (mỗi đơn vị tái bản có 2 chạc) |
Cùng luyện Bài 1 – DNA & cơ chế tái bản DNA!
29 câu: 24 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Nguyễn Ngọc Châu
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú