MỐI LIÊN HỆ GIỮA CẤU TRÚC AXIT NUCLÊIC VỚI CÁC CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO …………..
TRƯỜNG THPT ………………………….

CHUYÊN ĐỀ
MỐI LIÊN HỆ GIỮA CẤU TRÚC AXIT
NUCLÊIC VỚI CÁC CƠ CHẾ DI TRUYỀN
Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

Người viết: ………………….
Đơn vị: Trường THPT ………………….


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADN: Axit đêoxiribônuclêic
ARN: Axit ribônuclêic
GV: Giáo viên
HS: Học sinh
NTBS: Nguyên tắc bổ sung
N: Số Nucleotit của gen (ADN)
A, T, G, X: Nucleotit mỗi loại của cả gen (ADN)
A1, T1, G1, X1: Nucleotit mỗi loại trên mạch đơn thứ nhất của gen
A2, T2, G2, X2: Nucleotit mỗi loại trên mạch đơn thứ hai của gen

2


Phần 1. MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn chuyên đề
Trong Di truyền học, các cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử có vai trò hết
sức quan trọng trong hệ thống kiến thức ôn thi THPT Quốc gia. Tuy nhiên phần
nội dung kiến thức về cấu tạo và chức năng của axit nuclêic HS đã học từ đầu

năm lớp 10, trải qua thời gian lớp 11 nghiên cứu hoàn toàn về Sinh học cơ thể;
đến khi học đến chương I, phần 5 “Di truyền học” của chương trình Sinh học 12
HS gặp rất nhiều khó khăn khi tìm hiểu về các cơ chế di truyền (tự nhân đôi,
phiên mã, dịch mã). Đặc biệt là những HS có tố chất ở mức trung bình khá, và
khả năng ghi nhớ không tốt. Có thể nêu ra một số khó khăn HS gặp phải khi ôn
thi THPT Quốc gia và ôn thi học sinh giỏi như: không phân biệt được tại sao
trong cấu trúc của gen có một mạch chiều 3’-5’, một mạch còn lại chiều 5’-3’; tại
sao khi nhân đôi ADN cần đoạn mồi, tại sao có một mạch tổng hợp ngắt quãng
còn một mạch tổng hợp liên tục trong tái bản ADN; tại sao việc tổng hợp các
chuỗi pôlinuclêôtit mới luôn theo chiều 5’-3’, .....
Nhận ra điểm yếu của học sinh về khả năng liên hệ giữa những kiến thức
về cấu trúc axit nucleic với các cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử trong ôn thi
HSG và ôn thi THPT Quốc gia, bằng kinh nghiệm tích lũy được qua nhiều năm
giảng dạy phần Di truyền học ở cấp Trung học phổ thông và mục đích chia sẻ với
đồng nghiệp, nhằm giúp các em HS có được những kiến thức cơ bản cũng như
hiểu được rõ hơn về các cơ chế di truyền phân tử tôi đã xây dựng chuyên đề “Mối
liên hệ giữa cấu trúc axit nuclêic với các cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử”.
2. Mục đích xây dựng chuyên đề
- Góp phần nghiên cứu một cách có hệ thống, làm rõ hơn về cấu trúc của
hai loại axit nuclêic (ADN và ARN). Đồng thời giúp HS nhìn nhận được rõ hơn
về cấu trúc của axit nuclêic thông qua việc ôn tập và làm rõ thêm kiến thức đã
học.
- Xây dựng được mối liên hệ giữa cấu trúc axit nucleic với các cơ chế di
truyền ở cấp độ phân tử (tự nhân đôi, phiên mã, dịch mã).
- Từ kiến thức về cấu trúc của ADN, ARN và các cơ chế di truyền ở cấp độ
phân tử xây dựng được hệ thống công thức giải bài tập liên quan.
3


- Nâng cao trình độ chuyên môn phục vụ cho công tác giảng dạy ôn luyện

thi học sinh giỏi và ôn thi THPT Quốc gia.
3. Phương pháp xây dựng chuyên đề
- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết và tổng hợp tài liệu.
- Các phương pháp logic, quy nạp, diễn dịch.
- Phương pháp so sánh thực nghiệm qua hoạt động dạy học.
4. Đối tượng áp dụng chuyên đề
- HS lớp 12 ôn thi HSG, ôn thi Giải toán trên máy tính cầm tay và ôn thi
THPT Quốc gia.
5. Thời lượng dự kiến của chuyên đề: 08 tiết

Phần 2. HỆ THỐNG KIẾN THỨC CỦA CHUYÊN ĐỀ
A. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA AXIT NUCLÊIC
4


- Axit nucleic là hợp chất hữu cơ có cấu tạo đa phân mà đơn phân là các
nuclêôtit. Còn được gọi là axit nhân vì chủ yếu được tìm thấy ở trong nhân tế bào.
- Có 2 loại axit nuclêic là: axit đêôxiribônuclêic (ADN) và axit ribônuclêic
(ARN).
I. Cấu trúc và chức năng của ADN
1. Nuclêôtit – đơn phân của ADN
- ADN là một phân tử trùng hợp được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân bao
gồm nhiều đơn phân là các nuclêôtit. Số lượng đơn phân có thể tới hàng triệu,
hàng trăm triệu nuclêôtit.
- Mỗi nuclêôtit theo thứ tự bao gồm:
1. Nhóm photphat (PO43-).
2. Đường 5C: đêôxiribôzơ C5H10O4.
3. Bazơ nitric.

Hình 1. Cấu tạo Nuclêôtit

- Trong mỗi nuclêôtit: nhóm photphat được gắn vào vị trí cácbon số 5’
(C5’) còn bazơ nitơ được gắn vào vị trí cacbon số 1’ (C1’).
Lưu ý: việc đánh số cacbon 1’-5’ để phân biệt với nguyên tử cacbon trong
bazơ nitơ.
- Có 4 loại nuclêôtit khác
nhau được phân biệt bởi bản chất
của các bazơ nitric tương ứng là:
Ađênin (A), Timin (T), Guanin
(G), Xitôzin (X) - một số tài liệu kí
hiệu là C theo viết tắt bằng Tiếng
Anh).
Hình 2. Bốn loại Nuclêôtit của ADN
2. Cấu trúc của ADN
- ADN gồm 2 chuỗi pôlinuclêôtit chạy song song, ngược chiều và bổ sung
với nhau:
5


+ Trong mỗi một chuỗi pôlinuclêôtit: các nuclêôtit được sắp xếp với
nhau theo một trình tự xác định tạo nên
chuỗi pôlinuclêôtit. Các nuclêôtit được
nối với nhau bằng liên kết photphodieste
giữa đường pentôzơ của nuclêôtit trước
đó với nhóm phôtphat của nuclêôtit phía
sau. Liên kết được hình thành giữa
nguyên tử C3’ của đường với nhóm
phôtphat. Do vậy, khi xét trên 1 chuỗi
pôlinuclêôtit: nuclêôtit đầu tiên có nhóm
photphat gắn vào vị trí C5’ của gốc
đường (đầu 5’); còn nuclêôtit cuối cùng

có một nhóm OH tự do ở vị trí C3’ của
gốc đường (3’-OH tự do) - gọi là đầu 3’.

Hình 3. Một chuỗi pôlinuclêôtit
+ Hai mạch đơn pôlinuclêôtit của ADN: gắn với nhau qua các liên kết
hidrô hình thành giữa các cặp bazơ nitơ ở vị trí đối diện nhau theo nguyên tắc bổ
sung nghiêm ngặt:
A liên kết với T bằng 2 liên kết hidrô.
G liên kết với X bằng 3 liên kết hidrô.
- Do tính chất định hướng ngược chiều và bổ sung với nhau, khi xét theo
một chiều nhất định thì một chuỗi pôlinuclêôtit có chiều 5’→3’ và chuỗi đối diện
sẽ có chiều 3’→5’ (hình 4). Do vậy khi biết trật tự sắp xếp các nuclêôtit trên một
chuỗi ta có thể thiết lập chính xác trật tự sắp xếp các nuclêôtit trên mạch còn lại.

6


Hình 4. Cấu tạo và cách thức liên kết hai chuỗi pôlinocleotit
* Cấu trúc không gian của ADN theo mô hình của J.Watson và F.Crick:
- ADN là một chuỗi xoắn kép, gồm 2 chuỗi pôlinuclêôtit chạy song song
và ngược chiều, xoắn đều đặn quanh 1 trục tưởng tượng theo chiều từ trái sang
phải giống 1 cái cầu thang xoắn:
+ Mỗi bậc thang là một cặp bazơ
+ Thành và tay vịn của thang là các phân tử đường và các nhóm
phôtphat.
- Chiều cao của mỗi vòng xoắn là 34A0, gồm 10 cặp nuclêôtit. Đường
kính của xoắn là 20A0. Chiều dài của cả phân tử ADN có thể tới hàng chục, hàng
trăm micromet.
3. Chức năng của ADN
Lưu giữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

7


II. Cấu trúc và chức năng của Axit ribônuclêic (ARN)
1. Cấu trúc của ARN
- Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân. Đơn phân là các ribônuclêôtit
- Cấu tạo của một ribônuclêôtit gồm:
+ Đường ribôzơ (C5H10O5).
+ Nhóm phôtphat.
+ Một bazơ nitơ.

Hình 5. Cấu tạo của một ribônuclêôtit
- ARN có cấu trúc gồm một chuỗi pôlinuclêôtit. Số ribônuclêôtit trong
ARN bằng một nửa nuclêôtit trong gen đã tổng hợp ra nó (hàng trăm đến hàng
nghìn đơn phân). Các ribônuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị
giữa nhóm photphat của ribonuclêôtit này với gốc đường ribôzơ của ribônuclêôtit
kia tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit. Chiều liên kết giữa các ribônuclêôtit theo chiều
5’→3’ (giống như trên một mạch đơn của ADN).
2. Cấu trúc không gian và chức năng của các loại ARN
*mARN: cấu tạo từ một chuỗi pôlinuclêôtit dưới dạng mạch thẳng,
mARN có chức năng truyền đạt thông tin di truyền từ mạch gốc trên ADN đến
chuỗi pôlipeptit. Để thực hiện chức năng truyền đạt thông tin di truyền từ ADN
đến prôtêin thì ARN có
- Trình tự nuclêôtit đặc hiệu giúp cho ribôxôm nhận và liên kết vào ARN.
- Mã mở đầu: tín hiệu khởi đầu phiên mã.
- Các triplet mã hóa axit amin.
- Mã kết thúc, mang thông tin kết thúc quá trình dịch mã.
*tARN: có cấu trúc với 3 thuỳ, trong đó có một thuỳ mang bộ ba đối mã
có trình tự bổ sung với 1 bộ ba mã hóa axit amin trên phân tử mARN, tARN có
chức năng vận chuyển axit amin tới ribôxôm để tổng hợp nên chuỗi pôlipetit.

*rARN: có cấu trúc mạch đơn nhưng nhiều vùng các nuclêôtit liên kết bổ
sung với nhau tạo các vùng xoắn kép cục bộ. rARN liên kết với các prôtêin tạo
8


nên các ribôxôm. rARN là loại ARN có cấu trúc có nhiếu liên kết hidrô trong
phân tử nhất và chiếm số lượng lớn nhất trong tế bào.

Hình 6. Các loại ARN trong tế bào
B. CÁC CƠ CHẾ DI TRUYỀN VÀ BIỂU HIỆN CỦA LIÊN KẾT
PHOTPHODIESTE VÀ NGUYÊN TẮC BỔ SUNG TRONG CÁC CƠ CHẾ
DI TRUYỀN PHÂN TỬ
I. Các cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử
1. Quá trình tự nhân đôi AND (tái bản)
* Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN
- Nhờ các enzim tháo xoắn, 2 mạch đơn của phân tử ADN tách nhau dần tạo nên
chạc tái bản hình chữ Y
* Bước 2: Tổng hợp các mạch ADN mới
- Enzim ADN-pôlimeraza sử dụng một mạch làm khuôn tổng hợp nên mạch mới
theo nguyên tắc bổ sung.
- Trên mạch khuôn 3'-5' mạch bổ sung tổng hợp liên tục, trên mạch khuôn 5'-3'
mạch mới bổ sung tổng hợp ngắt quãng (đoạn Okazaki) sau nối lại nhờ enzim nối
(ligaza).
* Bước 3: Hai phân tử ADN con được tạo thành
- Mỗi ADN con đều có 1 mạch mới được tổng hợp từ nguyên liệu của môi
trường, mạch còn lại của ADN mẹ (nguyên tắc bán bảo tồn).
9


2. Quá trình phiên mã

Quá trình phiên mã có thể tóm tắt gồm 3 bước chính:
*Mở đầu: enzim ARN-pôlimeraza bám vào vùng khởi đầu làm gen tháo
xoắn để lộ mạch khuôn 3' - 5'
*Kéo dài: ARN-pôlimeraza trượt dọc theo gen tổng hợp mạch ARN bổ
sung với mạch khuôn (A - U; G - X) theo chiều 5' - 3'.
*Kết thúc: enzim ARN-pôlimeraza di chuyển đến khi gặp mã kết thúc thì
dừng phiên mã, phân tử ARN được giải phóng, gen đóng xoắn trở lại.
3. Quá trình dịch mã
Gồm 2 giai đoạn kế tiếp nhau:
a. Hoạt hóa các axit amin: nhờ enzim đặc hiệu và năng lượng ATP, các axit amin
được hoạt hóa và gắn với tARN tương ứng tạo phức hợp axit amin- tARN.
b. Tổng hợp chuỗi pôlipeptit:
*Mở đầu: tiểu đơn vị bé của ribôxôm tiếp xúc với mARN ở vị trí nhận
biết đặc hiệu. Phức hợp Met - tARN - UAX liên kết với mã mở đầu AUG theo
nguyên tắc bổ sung mang axit amin mở đầu đến. Tiểu đơn vị lớn của ribôxôm kết
hợp vào tạo ribôxôm hoàn chỉnh
*Kéo dài: ribôxôm dịch chuyển đến bộ 3 thứ nhất, phức hệ axit amin 1tARN có bộ đối mã khớp với bộ 3 mã sao theo nguyên tắc bổ sung, axit amin mở
đầu liên kết với axit amin 1 bằng liên kết peptit
RBX dịch chuyển từng bước bộ 3 (codon) tiếp theo cho đến cuối mARN
*Kết thúc: khi ribôxôm tiếp xúc với mã kết thúc (1 trong 3 bộ ba kết thúc)
thì quá trình dịch mã hoàn tất.
- Nhờ enzim đặc hiệu, axit amin mở đầu được cắt khỏi chuỗi để tạo thành
phân tử prôtêin hoàn chỉnh.
- Trong quá trình dịch mã, mARN thường đồng thời gắn với 1 nhóm
ribôxôm (pôlixôm) giúp tăng hiệu suất tổng hợp prôtêin.
II. Biểu hiện của liên kết photphodieste và NTBS trong các cơ chế di truyền
1. Biểu hiện của liên kết photphodieste trong các cơ chế di truyền

10

Liên kết Photphodieste là liên kết nối tiếp giữa các nuclêôtit trong một
chuỗi pôlinuclêôtit; liên kết được hình thành giữa nhóm C3’-OH của nuclêôtit
phía trước với nhóm phôtphat của nuclêôtit liền kề sau đó.
a. Trong quá trình tự nhân đôi ADN
- Việc liên kết giữa các Nuclêôtit tự
do với mạch khuôn được định hướng theo
chiều 5’→3’ và ngược chiều với mạch
khuôn

(do

đặc

tính

của

ADN

-pôlimeraza). Điều này có nghĩa là lần
lượt các nuclêôtit sau sẽ đến liên kết với
nuclêôtit trước đó tại vị trí C3’-OH.

Hình 7. Liên kết photphodieste

Đây là cơ sở để giải thích các vấn đề như:
- Trên mạch khuôn có chiều 3’→5’ (theo chiều tháo xoắn): chuỗi
pôlinuclêôtit mới được tổng hợp liên tục theo chiều tháo xoắn bằng cách thêm
các nuclêôtit tự do vào đầu C3’-OH của chuỗi đang kéo dài (hình 8).

- Trên mạch khuôn có chiều 5’→3’:
chuỗi pôlinuclêôtit mới được tổng hợp gián
đoạn thành những đoạn Okazaki. Chiều tổng
hợp các đoạn Okazaki ngược chiều với hướng
sao chép trong 1 chạc tái bản. Nguyên nhân
do: ADN-pôlimeraza chỉ tổng hợp chuỗi
pôlinuclêôtit mới theo chiều 5’→3’ và ngược
chiều với mạch gốc; tuy nhiên theo hướng sao
chép thì mạch khuôn có chiều 5’→3’; vậy nên
ADN tháo xoắn được một đoạn thì việc tổng
hợp chuỗi pôlinuclêôtit mới diễn ra theo
hướng ngược lại. Sau đó các đoạn Okazaki được

Hình 8. Tái bản ADN

loại bỏ đoạn mồi và nối với nhau nhờ enzim nối (ligaza).
- Trước khi tổng hợp mạch liên tục hay những đoạn Okazaki đều cần tổng
hợp 1 đoạn mồi. Đoạn mồi là những đoạn ARN ngắn, có một nhóm C3’-OH tự
do để gắn Nuclêôtit lên đó. Do lúc đầu việc tổng hợp chuỗi pôlinuclêôtit chưa có
11


nhóm OH tự do nên cần có đoạn mồi. Trên mạch mới tổng hợp liên tục cần 01
đoạn mồi; trên mạch tổng hợp gián đoạn, mỗi đoạn Okazaki cần 01 đoạn mồi.
b. Trong quá trình phiên mã
- Việc kéo dài chuỗi pôliribônuclêôtit
cũng được thực hiện theo chiều
5’→3’. Do vậy mạch khuôn của gen
phải

theo

chiều

3’→5’.

ARN-

pôlimeraza nhận biết mạch gốc để tiến
hành tổng hợp mạch pôlinuclêôtit mới
theo NTBS (hình 9).

Hình 9. Liên kết photphodieste trong phiên mã

2. Biểu hiện của nguyên tắc bổ sung trong các cơ chế di truyền
Trong di truyền học, sinh học phân tử, nguyên tắc bổ sung là nguyên tắc
liên kết giữa một nuclêôtit và một nuclêôtit khác đối diện, trong các ADN hay
ARN. Cụ thể một loại nucleotide Purin (Ađênin và Guanin) sẽ chỉ liên kết với
một loại nucleotide Pyrimidin (Timin, Xitôzin và Uraxin)
a. Biểu hiện trong quá trình tự nhân đôi ADN
Nhờ hoạt động của enzim AND –
pôlimeraza Mạch mới của ADN con được
tổng hợp dựa trên khuôn của ADN mẹ.
Các nuclêôtit ở trên mỗi mạch khuôn liên
kết với các nuclêôtit tự do trong môi
trường nội bào theo NTBS:
+ A liên kết với T bằng 2 liên kết
hidrô hay ngược lại;
+ G liên kết với X bằng 3 liên kết hidrô
hay ngược lại.

Hình 10. Sự hình
thành liên kết hidrô trong tự nhân đôi ADN

Kết quả: tạo ra hai phân tử ADN con giống hết phân tử ADN ban đầu.
b. Biểu hiện trong quá trình phiên mã (tổng hợp ARN)
12


Sau khi 2 mạch đơn của gen tách rời nhau và để lộ mạch gốc có chiều
3’→5’, dưới tác dụng của ARN-pôlimeraza, các nuclêôtit trên mạch gốc sẽ liên
kết với các ribonuclêôtit của môi trường nội bào để tổng hợp ra một chuỗi
pôliribonuclêôtit theo NTBS:
A trên mạch gốc sẽ liên kết với U của môi trường.
T trên mạch gốc sẽ liên kết với A của môi trường.
G trên mạch gốc sẽ liên kết với X của môi trường.
X trên mạch gốc sẽ liên kết với G của môi trường.
Kết quả: tạo ra phân tử ARN chứa đựng thông tin di truyền trong gen để
phục vụ cho quá trình tổng hợp prôtêin.

Hình 11. Nguyên tắc bổ sung thể hiện trong cơ chế phiên mã
c. Biểu hiện trong quá trình dịch mã (tổng hợp prôtêin)
Tại ribôxôm, khi gắn các axit amin vào chuỗi pôlipeptit đang tổng hợp
phải đảm bảo khớp mã theo NTBS giữa bộ ba đối mã của tARN với bộ ba mã sao
của mARN:
-

A liên kết với U bằng hai liên kết hidrô hay ngược lại.

-

G liên kết với X bằng 3 liên kết hidrô hay ngược lại.

Kết quả: Tạo ra chuỗi pôlipeptit có trình tự các axit amin theo đúng trình
tự các bộ ba trong gen cấu trúc quy định.

13


Hình 12. Nguyên tắc bổ sung thể hiện trong quá trình dịch mã

14


Phần 3. HỆ THỐNG CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ CÔNG THỨC GIẢI TOÁN
1. Xác định trình tự ncleotit của ADN, ARN và trình tự axit amin dựa trên mối liên
hệ gen –ARN-prôtêin theo NTBS
Để làm bài tập dạng này thành thục cần nắm vững nguyên tắc bổ sung trong cấu
trúc và các cơ chế di truyền:
*Trong cấu trúc ADN: gồm 2 mạch song song và ngược chiều nhau, liên kết với
nhau bằng liên kết hidro theo NTBS (A-T ; G-X). Do vậy khi biết trình tự nuclêôtit một
mạch ta có thể suy ra trình tự nuclêôtit mạch còn lại.
Ví dụ : Mạch 1 có trình tự

5’…ATTGTAXGXTAGTXT…3’

→Trình tự nuclêôtit mạch 2 :

3’…TAAXATGXGATXAGA…5’

*Mối liên hệ giữa gen và mARN : dựa trên nguyên tắc bổ sung nếu biết trình tự

nuclêôtit trên một mạch của gen ta có thể tìm ra trình tự của mARN và ngược lại. Tuy
nhiên cần chú ý: mạch được chọn là mạch gốc của gen phải được phiên mã theo chiều
3’→5’ và trình tự nuclêôtit của mARN được đọc theo chiều 5’→3’.
Ví dụ : Mạch gốc của gen có trình tự:

3’…TAAXATGXGATXAGA…5’.

→Trình tự nuclêôtit của mARN: 5’…AUUGUAXGXUAGUXU…3’.
*Mối liên hệ giữa mARN và protein trong dịch mã:
- Dịch mã trên mARN tiến hành theo chiều 5’→3’. Do đó, chiều của tARN là
chiều 3’→5’ và tuân theo NTBS.
- Trình tự các axit amin trong chuỗi pôlipeptit được dịch mã liên tục trên mARN
theo từng bộ ba, được quy ước trong bảng mã di truyền. Trong các bài tập thì quy ước về
mã di truyền được cho biết sẵn.
Ví dụ : Cho trình tự một đoạn nuclêôtit của mARN như sau:
5’… AUG GXX AGU AAA XAX GUU … 3’
- Xác định trình tự axit amin trong chuỗi polopeptit do mARN trên quy định? Biết
rằng các bộ ba mã hóa các axit amin trên phân tử mARN như sau: Valin: GUU; Histidin:
XAX; lizin: AAA; serin: AGU; alanin: GXX
- Tìm các bộ ba đối mã trên các tARN tương ứng.
Lời giải:
Trình tự axit amin trong chuỗi polopeptit :
Metionin - Alanin – Serin – Lizin – Histidin – Valin - …
15


- Các bộ ba đối mã trên các tARN tương ứng : 3’UAX’5 ; 3’XGG5’ ; 3’UXA5’ ;
3’UUU5’ ; 3’GUG5’ ; 3’XAA5’.
2. Bài tập tính toán về cấu trúc ADN và quá trình nhân đôi ADN
a. Tính số nuclêôtit của ADN hoặc của gen

* Đối với mỗi mạch của gen:
- Trong ADN, 2 mạch bổ sung nhau nên số nuclêôtitvà chiều dài của 2 mạch
bằng nhau.
A1 + T1 + G1 + X1 = T2 + A2 + X2 + G2 =

N
2

- Trong cùng một mạch, A và T cũng như G và X , không liên kết bổ sung nên
không nhất thiết phải bằng nhau. Sự bổ sung chỉ có giữa 2 mạch: A của mạch
này bổ sung với T của mạch kia, G của mạch này bổ sung với X của mạch kia.
Vì vậy, số nuclêôtitmỗi loại ở mạch 1 bằng số nuclêôtitloại bổ sung mạch 2.
A1 = T2 ; T1 = A2 ; G1 = X2 ; X1 = G2
* Đối với cả 2 mạch:
- Số nuclêôtitmỗi loại của ADN là số nuclêôtitloại đó ở cả 2 mạch :
A =T = A1 + A2 = T1 + T2 = A1 + T1 = A2 + T2
G =X = G1 + G2 = X1 + X2 = G1 + X1 = G2 + X2
Chú ý: khi tính tỉ lệ %
%A = % T =

% A1 + % A2 %T 1 + %T 2
=
=…
2
2

%G = % X =

%G1 + %G 2 % X 1 + % X 2
=

=…
2
2

Ghi nhớ: Tổng 2 loại nuclêôtitkhác nhóm bổ sung luôn luôn bằng nửa số
nuclêôtitcủa ADN hoặc bằng 50% số nuclêôtitcủa ADN. Ngược lại nếu biết:
+ Tổng 2 loại nuclêôtit= N/2 hoặc bằng 50% thì 2 loại nuclêôtitđó phải
khác nhóm bổ sung.
+ Tổng 2 loại nuclêôtitkhác N/2 hoặc khác 50% thì 2 loại nuclêôtit đó phải
cùng nhóm bổ sung.
* Tổng số nuclêôtitcủa ADN (N): Tổng số nuclêôtitcủa ADN là tổng số của 4
loại nuclêôtitA + T + G + X. Nhưng theo nguyên tắc bổ sung A= T, G=X. Vì vậy,
tổng số nuclêôtitcủa ADN được tính là :
16


N = 2A + 2G = 2T + 2X hay N = 2( A+ G)
Do đó A + G =

N
hoặc %A +%G = % T + % X= 50%
2

b. Tính số chu kì xoắn (C)
Một chu kì xoắn gồm 10 cặp nuclêôtit= 20 nuclêôtit. Khi biết tổng số nuclêôtit (N) của
ADN :
N = C x 20

=>

C=

N
20

c. Tính khối lượng phân tử ADN (M):
Một nuclêôtitcó khối lượng trung bình là 300 đvc. Khi biết tổng số nuclêôtit ta có:
M = N x 300 đvc
d. Tính chiều dài của phân tử ADN (L): Phân tử ADN là 1 chuỗi gồm 2 mạch
đơn chạy song song và xoắn đều đặn quanh 1 trục. Vì vậy chiều dài của ADN là
chiều dài của 1 mạch và bằng chiều dài trục của nó. Mỗi mạch có

N
nuclêôtit,
2

độ dài của 1 nuclêôtit là 3,4 A0
L=

N
. 3,4A0 =>
2

N=

lx 2
3,4

e. Tính số liên kết Hiđrô và liên kết Hóa Trị P-Đ
* Số liên kết Hiđrô (H)

+ A của mạch này nối với T ở mạch kia bằng 2 liên kết hiđrô
+ G của mạch này nối với X ở mạch kia bằng 3 liên kết hiđrô
Vậy số liên kết hiđrô của gen là :
H = 2A + 3 G hoặc H = 2T + 3X
* Số liên kết hoá trị (HT)
- Trong mỗi mạch đơn của gen: 2 nuclêôtit nối với nhau bằng 1 liên kết hoá trị,
3 nuclêôtitnối nhau bằng 2 liên kết hoá trị …

N
N
nuclêôtit nối nhau bằng
-1
2
2

- Số liên kết hoá trị giữa các nuclêôtit trên cả 2 mạch gen:
2(

N
- 1 ) = N-2
2

- Số liên kết hoá trị đường – phôtphát trong gen (HTĐ-P)
17


Ngoài các liên kết hoá trị nối giữa các nuclêôtit trong gen thì trong mỗi
nuclêôtitcó 1 liên kết hoá trị gắn thành phần của H 3PO4 vào thành phần đường. Do
đó số liên kết hoá trị Đ – P trong cả ADN là :
HTĐ-P = N-2 + N = 2(N – 1).

f. Tính số nuclêôtit tự do cần dùng trong nhân đôi ADN
*Qua 1 lần tự nhân đôi
+ Khi ADN tự nhân đôi hoàn toàn 2 mạch đều liên kết các nuclêôtit tự do theo
NTBS: AADN nối với TTự do và ngược lại; GADN nối với XTự do và ngược lại. Vì vây
số nuclêôtit tự do mỗi loại cần dùng bằng số nuclêôtit mà loại nó bổ sung
Atd =Ttd = A = T;

Gtd = Xtd = G = X

+ Số nuclêôtittự do cần dùng bằng số nuclêôtitcủa ADN: Ntd = N
* Qua nhiều đợt tự nhân đôi (x đợt )
+ Tính số ADN con
- 1 ADN mẹ qua 1 đợt tự nhân đôi tạo ra 2 = 21 ADN con
- 1 ADN mẹ qua 2 đợt tự nhân đôi tạo ra 4 = 22 ADN con
- 1 ADN mẹ qua 3 đợt tự nhân đôi tạo ra 8 = 23 ADN con
- 1 ADN mẹ qua x đợt tự nhân đôi tạo ra 2x ADN con
Vậy: Tổng số ADN con = 2x
- Dù ở đợt tự nhân đôi nào, trong số ADN con tạo ra từ 1 ADN ban đầu, vẫn có 2
ADN con mà mỗi ADN con này có chứa 1 mạch cũ của ADN mẹ. Vì vậy số ADN
con còn lại là có cả 2 mạch cấu thành hoàn toàn từ nuclêôtit mới của môi trường
nội bào là:
Số ADN con có 2 mạch đều mới = 2x – 2
+ Tính số nuclêôtit tự do cần dùng :
- Số nuclêôtit tự do cần dùng thì ADN trải qua x đợt tự nhân đôi bằng tổng số
nuclêôtit sau cùng có trong các ADN con trừ số nuclêôtit ban đầu của ADN mẹ
•

Tổng số nuclêôtit sau cùng trong trong các ADN con: N.2x

•

Số nuclêôtit ban đầu của ADN mẹ: N

Vì vậy tổng số nuclêôtit tự do cần dùng cho 1 ADN qua x đợt tự nhân đôi :

∑ N td = N .2x – N = N( 2X -1)
18


- Số nuclêôtit tự do mỗi loại cần dùng là:

∑ A td = ∑ T td

= A(2X -1)

∑ G td = ∑ X td

= G(2X -1)

+ Nếu tính số nuclêôtit tự do của ADN con mà có 2 mạch hoàn tòan mới :

∑ N td hoàn toàn mới = N(2X - 2)
∑ A td hoàn toàn mới = ∑ T td

= A(2X -2)

∑ G td hoàn toàn mới = ∑ X td

= G(2X 2)

g. Tính số liên kết hidrô, số liên kết hóa trị được hình thành hoặc bị phá vỡ
*Qua 1 đợt tự nhân đôi
-Tính số liên kết hiđrôbị phá vỡ và số liên kết hiđrô được hình thành
Khi ADN tự nhân đôi hoàn toàn:
-

2 mạch ADN tách ra, các liên kết hiđrô giữa 2 mạch đều bị phá vỡ nên số

liên kết hiđrô bị phá vỡ bằng số liên kết hiđrô của ADN
Hbị phá vỡ = HADN
- Mỗi mạch ADN đều nối các nuclêôtit tự do theo NTBS bằng các liên kết
hiđrô nên số liên kết hiđrô được hình thành là tổng số liên kết hiđrô của 2 ADN
con
Hhình thành = 2.HADN
- Số liên kết hoá trị được hình thành: Trong quá trình tự nhân đôi của ADN,
liên kết hoá trị Đ –P nối các nuclêôtit trong mỗi mạch của ADN không bị phá vỡ.
Nhưng các nuclêôtit tự do đến bổ sung thì dược nối với nhau bằng liên kết hoá trị
để hình thành 2 mạch mới
Vì vậy số liên kết hoá trị được hình thành bằng số liên kết hoá trị nối các
nuclêôtit với nhau trong 2 mạch của ADN (không tính đến các liên kết hóa trị
trong mỗi nuclêôtit).
HT được hình thành = 2 (

N
- 1 ) = N- 2
2

*Qua nhiều đợt tự nhân đôi (x đợt )
- Tính tổng số liên kết hidrô bị phá vỡ và tổng số liên kết hidrô hình thành :
+Tổng số liên kết hidrô bị phá vỡ :

19


∑

H bị phá vỡ = H.(2x – 1)

+ Tổng số liên kết hidrô được hình thành:

∑

H hình thành = H.2x

-Tổng số liên kết hoá trị được hình thành :
Liên kết hoá trị được hình thành là những liên kết hoá trị nối các nuclêôtit tự do
lại thành chuỗi mạch pôlinuclêôtit mới
Số liên kết hoá trị nối các nuclêôtit trong mỗi mạch đơn :

N
-1
2

Trong tổng số mạch đơn của các ADN con còn có 2 mạch cũ của ADN mẹ được
giữ lại
-

Do đó số mạch mới trong các ADN con là 2.2 x - 2 , vì vây tổng số liên

kết hoá trị được hình thành là :

∑

-

HT hình thành = (

N
- 1) (2.2x – 2) = (N-2) (2x – 1)
2

i. Công thức tính số đoạn mồi cần dùng
Trong quá trình tái bản AND: mỗi đoạn Okazaki cần một đoạn mồi, ở
mạch pôlinuclêôtit tổng hợp liên tục cũng cần 1 đoạn mồi. Do vậy:
* Trong một chạc tái bản:

- Số đoạn mồi = số đoạn okazaki + 1

* Trong một đơn vị tái bản:

- Số đoạn mồi = số đoạn okazaki + 2

* Nếu có nhiều đơn vị tái bản:
- Số đoạn mồi = (số đoạn okazaki + 2) x (số đơn vị tái bản).
3. Bài tập về ARN và quá trình phiên mã, dịch mã
a. Tính số ribonuclêôtit của ARN
- ARN thường gồm 4 loại ribônuclêôtit: A ,U , G , X và được tổng hợp từ 1
mạch ADN theo NTBS. Vì vậy số ribônuclêôtit của ARN bằng số nuclêôtit 1
mạch của ADN
rN = rA + rU + rG + rX =

N
2

- Trong ARN A và U cũng như G và X không liên kết bổ sung nên không nhất
thiết phải bằng nhau. Sự bổ sung chỉ có giữa A, U, G, X của ARN lần lượt với T,

20


A, X, G của mạch gốc ADN. Vì vậy số ribônuclêôtit mỗi loại của ARN bằng số
nuclêôtit bổ sung ở mạch gốc ADN .
rA = Tm.gốc ;

rU = Am.gốc; rG = Xm.gốc

;

rX = Gm.gốc

*Chú ý: Ngược lại, số lượng và tỉ lệ % từng loại nuclêôtit của ADN được tính
như sau:
+ Tỉ lệ % :
% A = %T =

%rA + %rU
;
2

%G = % X =

%rG + %rX
2

+ Số lượng:
A = T = rA + rU

G = X = rR + rX

b. Tính chiều dài và số liên kết hóa trị của ARN
- Chiều dài :
- ARN gồm có mạch rN ribônuclêôtit với độ dài 1 nuclêôtit là 3,4 A 0. Vì
vậy chiều dài ARN bằng chiều dài gen tổng hợp nên ARN đó
- Vì vậy Lgen = LARN = rN . 3,4A0 =

N
. 3,4 A0
2

- Số liên kết hoá trị Đ –P:
+ Trong chuỗi mạch ARN: 2 ribônuclêôtit nối nhau bằng 1 liên kết hoá trị , 3
ribônuclêôtit nối nhau bằng 2 liên kết hoá trị …Do đó số liên kết hoá trị nối các
ribônuclêôtit trong mạch ARN là: rN – 1
c. Tính số ribonuclêôtit tự do cần dùng cho phiên mã
* Qua 1 lần phiên mã:
Khi tổng hợp ARN, chỉ mạch gốc của ADN làm khuôn mẫu liên các ribônuclêôtit
tự do theo NTBS:
AADN liên kết với UARN ;

TADN liên kết với AARN

GADN liên kết với XARN;

XADN liên kết với GARN

Vì vậy:
+ Số ribônuclêôtit tự do mỗi loại cần dùng bằng số nuclêôtit loại mà nó bổ sung
trên mạch gốc của ADN
rAtd = Tm.gốc; rUtd = Am.gốc;

rGtd = Xm.gốc; rXtd = Gm.gốc

+ Số ribônuclêôtit tự do các loại cần dùng bằng số nuclêôtit của 1 mạch ADN:
21


rNtd =

N
2

* Qua nhiều lần phiên mã (k lần)
Mỗi lần sao mã tạo nên 1 phân tử ARN nên số phân tử ARN sinh ra từ 1
gen bằng số lần sao mã của gen đó .
Số phân tử ARN = Số lần sao mã = k
+ Số ribônuclêôtit tự do cần dùng là số ribônuclêôtit cấu thành các phân tử
ARN. Vì vậy qua k lần sao mã tạo thành các phân tử ARN thì tổng số
ribônuclêôtit tự do cần dùng là:

∑

rNtd = k. rN

+ Suy luận tương tự, số ribônuclêôtit tự do mỗi loại cần dùng là :

∑

rAtd = k. rA = k . Tm.gốc

∑

rGtd = k. rG = k . Xm.gốc ;

;

∑

rUtd = k. rU = k . Am.gốc

∑

rXtd = k. rX = k . Gm.gốc

* Chú ý : Khi biết số ribônuclêôtit tự do cần dùng của 1 loại:
+ Muốn xác định mạch khuôn mẫu và số lần sao mã thì chia số
ribônuclêôtit đó cho số nuclêôtit loại bổ sung ở mạch 1 và mạch 2 của ADN =>
Số lần sao mã phải là ước số giữa số ribônuclêôtit đó và số nuclêôtit loại bổ
sung ở mạch khuôn mẫu.
+ Trong trường hợp căn cứ vào 1 loại ribônuclêôtit tự do cần dùng mà
chưa đủ xác định mạch gốc, cần có số ribônuclêôtit tự do loại khác thì số lần sao
mã phải là ước số chung giữa số ribônuclêôtit tự do mỗi loại cần dùng với số

nuclêôtit loại bổ sung của mạch gốc.
d) Bài tập về prôtêin và quá trình dịch mã
Có nhiều công thức để giải toán về prôtêin và quá trình dịch mã. Tuy nhiên, trong
ôn thi THPT Quốc gia và ôn thi HSG cần chú ý đến những công thức tính toán
sau:
- Cứ 3 nu kế tiếp nhau trên mạch gốc của gen hợp thành 1 bộ ba mã gốc,
3 ribônu kế tiếp của mạch ARN thông tin (mARN) hợp thành 1 bộ ba mã hóa. Vì

22


số ribônu của mARN bằng với số nu của mạch gốc, nên số bộ ba mã gốc trong
gen bằng số bộ ba mã sao trong mARN .
Số bộ ba mã hóa =

N
rN
=
2.3
3

- Trong mạch gốc của gen cũng như trong số mã sao của mARN thì có 1
bộ ba mã kết thúc không mã hoá a amin. Các bộ ba còn lại mã hoá axit amin
Số bộ ba có mã hoá axit amin (số axit amin chuỗi polipeptit ban đầu):
N
rN
-1 =
-1
2.3
3

- Ngoài mã kết thúc không mã hóa a amin , mã mở đầu tuy có mã hóa a
amin , nhưng axit amin này bị cắt bỏ không tham gia vào cấu trúc prôtêin
Số axit amin của phân tử prôtêin =

N
rN
-2 =
-2
2.3
3

Phần 4. MỘT SỐ BÀI TẬP MINH HỌA
1. Câu hỏi và bài tập theo hình thức thi tự luận
DẠNG 1: Xác định trình tự ncleotit của ADN, ARN, trình tự axit amin dựa
trên mối liên hệ gen –ARN-prôtêin theo NTBS
Bài 1: Cho một đoạn phân tử ADN có trình tự nuclêôtit của một mạch đơn như
sau:
23


- G - T - A - G - X- A - T - A - X- G - A - G - X - T - X - A Viết trình tự nuclêôtit của mạch ADN bổ sung và trình tự ribonuclêôtit của
đoạn ARN được sinh ra từ mạch đơn ADN nói trên?
Lời giải:
Dựa trên NTBS ta xác định được:
- Mạch bổ sung: - X - A -T -X -G -T -A -T -G -X -T -X -G -A -G -T -X - Phân tử mARN: - X - A -U -X -G -U -A -U -G -X -U -X -G -A -G -U -X –
Bài 2: Giả sử trình tự các axit amin trong một phân tử prôtêin hoàn chỉnh ở sinh
vật nhân sơ như sau:
Valin – Histidin – lizin – histidin – arginin – serin – lizin.
1. Xác định trình tự các ribonuclêôtit trên mARN? Biết rằng các bộ ba mã

hóa các axit amin trên phân tử mARN như sau: Valin: GUU; arginin: XGX;
histidin: XAX; lizin: AAA; serin: AGU; alanin: GXX. Bộ ba mở đầu: AUG; bộ ba
kết thúc là UAG.
2. Tìm các bộ ba đối mã trên các tARN tương ứng.
3. Xác định trình tự các nuclêôtit phân bố trên gen.
Lời giải:
Dựa trên NTBS, chiều của liên kết hóa trị giữa các nuclêôtit ta xác định được:
1. mARN: 5’...AUG GUU XAX AAA XAX XGX AGU AAA UAG...3’
2. Các bộ ba đối mã tương ứng trên các tARN : 3’UAX5’, 3’XAA5’, 3’GUG5’,
3’UUU5’, 3’GUG5’, 3’GXG5’, 3’UXA5’, 3’UUU5’.
3. Cấu trúc 2 mạch của gen :
3’... TAX XAA GTG TTT GTG GXG TXA TTT ATX...5’
5’... ATG GTT XAX AAA XAX XGX AGT AAA TAG ..3’
DẠNG 2: Bài tập tính toán về cấu trúc ADN và quá trình nhân đôi ADN
Bài 3:

Một gen có chiều dài 0,51µm, hiệu số % giữa nuclêôtit loại A với một

nuclêôtit khác không bổ sung bằng 30% tổng số nuclêôtit của gen. Trên mạch 1
của gen có G1 = 180, A1 = 450.
a. Tính số lượng nuclêôtit mỗi loại trong toàn bộ gen và trên từng mạch đơn.
24


b. Tính số liên kết hidrô và số liên kết hóa trị giữa các nuclêôtit trong gen.
c. Nếu gen nói trên tiến hành tự nhân đôi liên tiếp 5 đợt, tính số nuclêôtit mỗi
loại môi trường nội bào cần cung cấp cho toàn bộ quá trình.
Lời giải:
a. Số lượng nuclêôtit trên mỗi mạch đơn và của cả gen
- Gọi N là tổng số nuclêôtit của cả gen, A, T, G, X là số nuclêôtit mỗi loại.

- Theo NTBS và đề bài ta có:
%A + %G = 50%

và

%A - %G = 30%.

Do đó, tỷ lệ % Nuclêôtit mỗi loại của gen là:
%A = %T = 40%,

%G = %X = 10%.

- Tổng số nuclêôtit của gen là:
N = [(0,51.104) : 3,4]x2 = 3000 nuclêôtit
- Số nuclêôtit mỗi loại:
A = T = 40/100 x 3000 = 1200
G = X = 10/100 x 3000 = 300
- Số Nuclêôtit trên mỗi mạch đơn:
A1 = T2 = 450 ; T1 = A2 = 1200 - 450 =750
G1 = X2 = 180; X1 = G2 = 300 - 180 = 120
b. Số liên kết trong gen:
- Số liên kết hidrô: (H) = 2A+3G = 2.1200 + 3.300 = 3300 liên kết
- Số liên kết hóa trị giữa các Nuclêôtit:
(HT) = N – 2 = 3000 – 2 = 2998 liên kết
c. Số nuclêôtit mỗi loại cần cung cấp cho toàn bộ quá trình nhân đôi:
Atd = Ttd = 1200 x (25 - 1) = 37200.
Gtd = Xtd = 300 x (25 - 1) = 9300.
Bài 4 : Một gen cấu trúc của sinh vật nhân chuẩn tự nhân đôi liên tiếp 4 lần đòi
hỏi môi trường nội bào cung cấp 4500G. Tỷ lệ nu loại G và loại nuclêôtit không
bổ sung với nó bằng 1/4.

a. Tìm số lượng Nu mỗi loại của gen?
b. Trong quá trình tự nhân đôi có bao nhiêu liên kết hidro bị phá hủy, bao nhiêu
liên kết cộng hóa trị được hình thành giữa các Nuclêôtit.
25