ADN, GEN VÀ CƠ CHẾ NHÂN ĐÔI ADN
Câu 1.
Nêu hai khác biệt chính giữa một gen cấu trúc điển hình của sinh vật nhân sơ (vi khuẩn) với một gen điển hình của sinh vật nhân thực. Cấu trúc của các loại gen này có ý nghĩa gì cho các sinh vật nhân sơ và nhân thực?
Hướng dẫn giải
| Nhân sơ | Nhân thực |
| Kích thước nhỏ | Kích thước lớn hơn |
| - Gen không phân mảnh, có vùng mã hoá bao gồm toàn trình tự các nuclêôtit mã hoá cho các axit amin. | - Phần lớn là gen phân mảnh, vùng mã hoá bao gồm các exon và intron.
|
| - không có các trình tự nuclêôtit “thừa” (intron) nên tiết kiệm được vật chất di truyền và năng lượng cần cho nhân đôi ADN và trong quá trình phiên mã, dịch mã.
| - Thông qua sự cắt bỏ các intron và nối các exôn sau khi phiên mã, từ cùng một gen của sinh vật nhân thực có thể tạo ra các mARN trưởng thành khác nhau, từ đó dịch mã ra các loại chuỗi pôlipeptit khác nhau ở những mô khác nhau của cùng một cơ thể. Điều này rất có ý nghĩa với sinh vật đa bào vì chúng có thể tiết kiệm được thông tin di truyền nhưng vẫn tạo ra được nhiều loại prôtein trong cơ thể. - Intron cũng cung cấp vị trí để tái tổ hợp các exon (trao đổi exôn) từ một bộ các exôn để tạo nên các gen khác nhau trong quá trình biệt hoá tế bào cũng như trong qúa trình tiến hoá tạo nên các gen mới. |
Câu 2.
Số lượng nuclêôtit trong ADN của tế bào nhân thực rất lớn nhưng số nuclêôtit trực tiếp tham gia mã hoá là rất nhỏ (1,5%). Theo em những đoạn nuclêôtit không mã hoá đó có phải là những đoạn “ADN rác” không? Vì sao?
Hướng dẫn giải
- Không phải đoạn DNA rác
- Giải thích : vì những đoạn nu không mã hóa đều có các chức năng riêng của chúng bao gồm :
+ Trình tự khởi động phiên mã : khởi động quá trình phiên mã : promoter là nơi ARN pol bám vào để tiến hành phiên mã
+ Vùng không mã hóa intron : tạo điều kiện tái tổ hợp exon để tạo ra nhiều loại chuỗi polipeptit từ một gen duy nhất
+ Trình tự điều hòa : nơi tương tác với các phân tử ức chế hoặc hoạt hoá quá trình phiên mã
+ Trình tự đầu mút : bảo vệ NST, quy định tuổi thọ của tế bào.
+ Đoạn lặp : tạo thành họ gen, tạo điều kiện tích lũy các đột biến để tạo thành gen mới
+ Gen giả : tốc độ tích lũy đột biến cao, cung cấp nguyên liệu cho sự tiến hóa hệ gen
+ Vùng không mã hóa đầu 3’( 3’UTR) : vùng kết thúc của một gen
+ Yếu tố di truyền vận động : lặp gen, chuyển vị exon, tái tổ hợp ADN
Câu 3.
Nêu vai trò của intron trong cấu trúc gen phân mảnh. Những thay đổi nào trong trình tự các nucleotit ở vùng intron có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho cơ thể sinh vật?
Hướng dẫn giải
* Vai trò của intron trong cấu trúc gen phân mảnh
+ intron làm hạn chế được tác động có hại của đột biến vì nếu đột biến thường là nguyên khung xảy ra trong các vùng intron thì không ảnh hưởng đến thông tin di truyền.
+ Nhờ intron mà một gen có thể mã hoá cho nhiều hơn một loại chuỗi polipeptit thông qua cơ chế cắt bỏ intron và nối exon trong quá trình tạo mARN trưởng thành, nhờ đó tiết kiệm thông tin di truyền.
+ Các intron trong gen có thể thúc đẩy nhanh sự tiến hoá của các prôtêin nhờ quá trình xáo trộn exon.
+ Các intron làm tăng xác suất trao đổi chéo giữa các exon thuộc các gen alen với nhau, nhờ đó có thể xuất hiện các tổ hợp có lợi.
+ Tham gia tạo các vùng đặc biệt của NST: tâm động, đầu mút…
+ Tham gia tạo vùng biên giữa các gen.
+ Một số intron chứa các trình tự tham gia điều hoạt động của gen.
* Sự thay đổi trình tự các nucleotit trong vùng intron có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho cơ thể sinh vật trong các trường hợp sau:
+ Một số intron của gen này lại chứa trình tự điều hoà hoạt động của gen khác, nếu bị đột biến sẽ làm cho sự biểu hiện của gen khác bị rối loạn, thể đột biến có thể bị chết hoặc giảm sức sống.
- Đột biến xảy ra ở các nucleotit thuộc hai đầu intron, làm sai lệch vị trí cắt intron, phức hệ enzim cắt ghép không nhận ra được hoặc cắt sai dẫn đến làm biến đổi mARN trưởng thành, cấu trúc polypeptit sẽ thay đổi và thường gây bất lợi cho sinh vật.
- Đột biến làm biến đổi intron thành trình tự mã hoá axit amin, bổ sung thêm trình tự nucleotit mã hoá axitamin vào các exon, làm cho chuỗi polypeptide dài ra, có thể chuỗi polypeptit được tổng hợp sẽ có hại cho cơ thể sinh vật.
Câu 4.
Intron của 1 gen có thể điều hòa hoạt động của gen như thế nào?
Hướng dẫn giải
- Intron của gen có thể chứa các trình tự tăng cường, khi nó liên kết với các yếu tố phiên mã sẽ làm tăng ái lực của ARN polymeraza với promoter và do vậy sẽ làm tăng cường mức độ phiên mã của gen.
- Nếu intron trong ARN sơ cấp có chức năng điều hoà hoạt động gen thì chỉ có thể theo cơ chế nó sẽ liên kết bổ sung được với một trình tự của promoter và do vậy ngăn cản quá trình phiên mã của gen.
Câu 5.
a. Nêu vai trò của êxôn trong gen phân mảnh. Sau khi các intron bị cắt bỏ thì trật tự sắp xếp và số lượng của êxôn trong mARN trưởng thành sẽ như thế nào?
b. Đột biến điểm ở intron có ảnh hưởng đến êxôn không ? Giải thích.
Hướng dẫn giải
a)
- Vai trò của êxôn trong gen phân mảnh là mã hóa các axit amin để cấu trúc nên chuỗi polipeptit và mã hóa phẩn tử ARN. Trong vùng mã hóa axit amin, mỗi êxôn quy định một miền cấu trúc biểu hiện chức năng của prôtêin.
- Số lượng và trình tự các êxôn:
+ Về trật tự: sau khi các intron bị cắt bỏ thì trật tự sắp xếp của các êxôn trong mARN trưởng thành có thể bị xáo trộn, tuy nhiên thường giữ nguyên như trật tự vốn có trên gen. Các vị trí của êxôn đầu (ở đầu 5’) và cuối (ở đầu 3’) thường không thay đổi.
+ Về số lượng: một vài êxôn có thể bị loại bỏ do cơ chế điều hòa hoạt động của gen. Ví dụ, gen mã hóa troponinT gồm 5 êxôn mã hóa cho 2 loại prôtêin cơ mà mARN trưởng thành khác nhau, trong đó dạng 1 không có êxôn 4, còn dạng 2 không có êxôn 3.
b) Nếu đột biến intron là đột biến nguyên khung thì không ảnh hưởng đến êxôn, còn nếu là đột biến dịch khung thì có thể làm biến đổi intron thành trình tự mã hóa axit amin, bổ sung thêm trình tự nuclêôtit mã hóa axit amin vào các êxôn, làm cho chuỗi peptit dài ra khi được tổng hợp sẽ có hại cho cơ thể sinh vật.
Câu 6.
Diễn biến của giai đoạn khởi đầu tái bản theo trình tự của các enzim tham gia diễn ra như thế nào?
Hướng dẫn giải
| 1. Phức hệ DnaA; DnaB; DnaC | - Nhận biết điểm sao chép (Ori) bằng cách phá vỡ tạm thời liên kết hidro |
| 2. Gyraza | - Tách, xoay ADN mẹ (tháo xoắn sơ cấp) - Giải tỏa lực căng tại đầu chạc 3 sao chép bằng cách làm đứt tạm thời 1 số liên kết photphođieste. |
| 3. Helicaza | - Phá vỡ liên kết hiđrô và tách hai mạch |
| 4. Prôtêin SSB | - Bám vào mạch đã tách ra để chúng không đóng xoắn trở lại tạo thuận lợi cho các enzim hoạt động; |
{-- Để xem tiếp nội dung đề và đáp án từ câu 7-13 của tài liệu các em vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}
Câu 14.
Ở người, đa hình đơn nucleotit trong gen X, biểu hiện bởi cặp nucleotit A=T được thay thế bằng G≡X ở vị trí nucleotit 136 (kí hiệu là SNP A136G) trong vùng mã hóa, có thể được xác định bằng phương pháp nhân bản ADN nhờ PCR kết hợp với cắt bằng enzim giới hạn. Alen kiểu dại mang A=T ở vị trí 136 (kí hiệu là alen A) có 2 vị trí nhận biết của một enzim giới hạn (RE) tại các vị trí nucleotit 136 và 240 trong vùng mã hóa. Alen đột biến mang G≡X ở vị trí 136 (kí hiệu là alen G) mất vị trí nhận biết RE tại vị trí đó. Để nhân bản đoạn gen bằng PCR, người ta dùng cặp đoạn mồi dài 25 bp gồm một đoạn mồi liên kết ngay trước vùng mã hóa và một đoạn mồi liên kết sau vị trí nucleotit 550 (xem hình trên). Sản phẩm PCR sau đó được cắt hoàn toàn bởi RE và điện di trên gel agarozo để xác định kiểu gen của mỗi cá thể.
a. Hãy nêu số lượng phân đoạn ADN và kích thước mỗi phân đoạn trên gel điện di thu được (đơn vị bp) tương ứng với mỗi kiểu gen đồng hợp tử và dị hợp tử về các alen A và G
b. Một nghiên cứu nhằm xác định mối liên quan giữa SNP A136G ở gen X với sự mẫn cảm dị ứng phấn hoa cho thấy sự phân bố kiểu gen ở nhóm đối chứng và nhóm nghiên cứu như sau:
| Nhóm cá thể | Số lượng cá thể | Tổng cá thể | ||
| AA | AG | GG | ||
| Nhóm đối chứng (không dị ứng phấn hoa) | 108 | 144 | 48 | 300 |
| Nhóm nghiên cứu (dị ứng phấn hoa) | 156 | 212 | 72 | 440 |
Hãy xác định tần số kiểu gen và alen ở mỗi nhóm cá thể. Có thể kết luận gì về mối quan hệ giữa SNP A136G với sự mẫn cảm dị ứng phấn hoa? Giải thích.
Hướng dẫn giải
- Cách xác định kiểu gen (Học sinh có thể vẽ sơ đồ kích thước các băng điện di, hoặc mô tả bằng cách viết kích thước băng)
- Sản phẩm PCR là đoạn có kích thước dài 550 + 25x2 = 600 cặp bazo (bp)
- Kiểu gen AA: thu được 3 băng có kích thước (0,25 điểm)
335 cặp bazo (310+25=335); 161 cặp bazo (136+25=161) và 104 cặp bazo
- Kiểu gen GG: chỉ thu được 2 băng có kích thước
335 cặp bazo (310+25=335) và 265 cặp bazo
- Kiểu gen AG: thu được 4 băng có kích thước
335 cặp bazo (310+25=335); 265 cặp bazo; 161 cặp bazo (136+25=161) và 104 cặp bazo
- - Tính tần số kiểu gen:
Ở nhóm dị ứng phấn hoa
%AA = 156/440 = 0,3545;
%AG = 212/440 = 0,4818;
%GG = 72/440 = 0,1637
Ở nhóm đối chứng:
%AA = 108/300 = 0,36
%AG = 144/300 = 0,48
%GG = 48/300 = 0,16
- Tính tần số alen A và G:
Ở nhóm dị ứng phấn hoa
pA = (156+212/2)/440 = 59,55%
qG = (72+212/2)/440 = 40,45%
Ở nhóm đối chứng (không dị ứng phấn hoa)
pA = (108+144/2)/300 = 60%
qG = (48+144/2)/300 = 40%
- Kết quả so sánh cho thấy ở nhóm dị ứng phấn hoa, tần số kiểu gen AA, AG và GG không khác biệt đáng kể so với tần số các kiểu gen tương ứng ở nhóm đối chứng; tần số alen A và G giữa hai nhóm cũng khác biệt không đáng kể (∆=0,0045)
- Do đó, nhiều khả năng đa hình A136G không ảnh hưởng (không liên quan) đến khả năng mẫn cảm dị ứng phấn hoa.
Câu 15.
Telomerase là enzym có khả năng hoàn thiện đoạn bị mất ở 2 đầu mút nhiễm sắc thể của tế bào ung thư, giúp tế bào ung thư trở nên bất tử. Dựa vào cơ chế tác động của telomerase, em hãy thử đề xuất một loại thuốc chống ung thư.
Hướng dẫn giải
- Ở tế bào soma bình thường, gen mã hóa enzym Telomerase bị bất hoạt
=> không có enzym Telomerase
=> qua mỗi lần tự sao, DNA của tế bào soma sẽ bị ngắn lại dần do đầu mút không được hoàn thiện
=> khi đầu mút bị ngắn đi đến các phần quan trọng của DNA như các gen
=> tế bào khởi động quá trình tự chết
- Ở tế bào ung thư , gen này được biểu hiện mạnh
=> tế bào ung thư bị rối loạn phân bào dù nhân lên nhiều lần nhưng đầu mút NST của nó luôn được hoàn thiện
=> không tự chết theo chương trình
=> đề xuất :
+ Thuốc làm ức chế gen mã hóa enzym Telomerase hoạt động ( có thể là chất ức chế bám vào vùng O ngăn cản phiên mã)
+ Thuốc gây đột biến gen mã hóa enzym Telomerase tạo ra sản phẩm enzym bị mất hoạt tính
+ Thuốc có hoạt tính phân giải enzym Telomerase trong tế bào ngay khi enzym này được tạo ra
+ Thuốc gây ức chế hoạt động của ribosome trong tế bào ung thư
+ Thuốc gây ức chế hoạt động của ARN pol trong tế bào ung thư
Câu 16.
a. Khi phân tích ADN của một loài sinh vật, người ta nhận thấy tỷ lệ giữa base purin và pirimidin lần lượt là 65% và 35%. Hãy dự đoán cơ chế sao chép của sinh vật đó.Giải thích.
b. Khi phân tích vật liệu di truyền của một dạng sống, người ta phát hiện thấy chỉ có 3 loại nucleotit là A,U,G. Hãy trình bày cơ chế tái bản axit nucleic của dạng sống nói trên.
c. Trong quá trình sao chép in vivo, sinh vật đã cần rất nhiều loại enzym và protein tham gia. Tại sao trong sao chép in vitro chỉ cần 1 enzym duy nhất tham gia là ADN polymerase?
Hướng dẫn giải
a) Do tỉ lệ purin khác pirimidin (purin 65% > pirimidin 35%)
=> Vật chất di truyền của sinh vật đó là DNA mạch đơn.
=> Cơ chế sao chép của sinh vật này là RF
b) Do vật chất di truyền chỉ được cấu tạo từ ba loại nu là A,U,G
=> Vật chất di truyền của sinh vật này là DNA mạch đơn.
=> Cơ chế tái bản của sinh vật này là RF hoặc phiên mã ngược.
c) Trong sao chép invitro người ta chỉ cần một loại enzym là DNApol do:
- Nguyên tắc sao chép invitro là tối giản các yếu tố gây nhiễu tạo điều kiện cho các enzym hoạt động tối ưu.
- Sao chép invitro:
+ Dùng nhiệt để tháo xoắn, mở mạch, tách hai mạch thành mạch đơn
=> Không cần enzym tháo xoắn và SSB.
+ chỉ dùng để sao chép đoạn DNA có kích thước ngắn (2000-2500bp)
=> không cần cuộn xoắn và đọc sửa.
=> không cần enzym cuộn xoắn, đọc sửa.
+ Đoạn mồi đã được tổng hợp nhân tạo là DNA
=> không cần loại bỏ đoạn mồi
+ Hai mạch tách hoàn toàn. Tổng hợp hai mạch theo chiều 5’-3’.
=> Không cần đoạn okazaki.
=> Không cần enzym tổng hợp đoạn mồi, không cần enzym nối ligaza.
Vì vậy, trong sao chép invitro chỉ cần 1 enzym duy nhất tham gia là ADN polymerase
Câu 17. Do sự khác biệt giữa cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở vi khuẩn và sinh vật nhân thực nên việc biểu hiện gen ngoại lai của tế bào nhân thực trong vật chủ vi khuẩn gặp khó khăn. Các nhà khoa học đã làm gì để khắc phục khó khăn đó? Giải thích.
Hướng dẫn giải
- Khó khăn:
+ Gen của SVNS là gen phân mảnh gen của SVNT là gen không phân mảnh
+ Gen của SVNT không cần thiết với SVNS ->do đó sẽ bị khóa lại
+ Cơ chế hoàn thiện protein ở SVNT nghiêm ngặt hơn SVNS -> với các sản phẩm phức tạp thì SVNS không thể đáp ứng được
- Cách khắc phục
+ Sử dụng mARN trưởng thành ( chỉ có trình tự exon ) phiên mã ngược tạo cDNA -> DNA -> sau đó mới cài vào plasmit của vi khuẩn
+ Dùng promoter của gen cơ định chèn vào trước gen cần ngoại lai để đánh lừa vi khuẩn
+ Sử dụng tế bào vật chủ là tế bào nhân thực ( vd như nấm men)
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .
Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:
Chúc các em học tập tốt !
