Lý thuyết Sinh 12 Bài 1. Gen, mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN

>>> Tham khảo: Soạn Bài 1. Gen, mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN

Lý thuyết về gen và mã di truyền

Lý thuyết về Gen

Gen là một đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một chuỗi pôlipeptit hay ARN.

Từ định nghĩa gen ta thấy: Gen có bản chất là ADN, trên một phân tử ADN chứa rất nhiều gen.

1. Cấu trúc chung của gen cấu trúc

Mỗi gen cấu tạo bởi các đơn phân A, T, G, X; có hai mạch polinucleotit, nhưng chỉ có mạch gốc (3' → 5') mang thông tin mã hóa cho các axit amin, mạch còn lại được gọi là mạch bổ sung.

Mỗi gen mã hóa prôtêin gồm 3 vùng trình tự nuclêôtit:

Vùng điều hòa: nằm ở đầu 3’của gen, mang tín hiệu đặc biệt giúp ARN polimeraza nhận biết và liên kết để khởi động quá trình phiên mã và chứa trình tự nucleotit kiểm soát, điều hòa quá trình phiên mã.

Vùng mã hoá: gồm các đoạn gen cấu trúc mang thông tin mã hóa các axit amin.

Vùng kết thúc: nằm ở đầu 5' của mạch mã gốc mang tín hiệu kết thúc phiên mã.

2. Phân biệt gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực

Gen ở SVNS và SVNT đều có cấu tạo 3 phần như nhau nhưng chúng phân biệt với nhau bởi cấu tạo vùng mã hóa:

Vùng mã hóa liên tục (gen không phân mảnh): có ở sinh vật nhân sơ.

Vùng mã hóa không liên tục (gen phân mảnh): có ở sinh vật nhân thực. Phần lớn các gen của sinh vật nhân thực có vùng mã hóa không liên tục, các đoạn mã hóa axit amin (exon) và không mã hóa axit amin (intron) xen kẽ nhau.

Lý thuyết về mã di truyền

1. Khái niệm

Mã di truyền là trình tự sắp xếp các nucleotit trong gen (trong mạch khuôn) quy định trình tự sắp xếp các axit amin trong prôtêin.

Mã di truyền là mã bộ ba được đọc trên cả ADN và mARN (cứ ba nucleotit đứng liền nhau thì mã hóa cho một axit amin).

Ví dụ: mã gốc là 3’-TAX-5’→ mã sao (codon) là: 5’-AUG-3’ → mã đối mã (anticodon) là UAX – Met.

2. Đặc điểm của mã di truyền

Mã di truyền là mã bộ ba, có tính phổ biến, tính đặc hiệu và tính thoái hóa.

Bằng thực nghiệm các nhà khoa học đã xác định được chính xác có 64 bộ ba.Trong đó:

61 bộ ba mã hóa cho 20 axit amin. 

3 bộ ba không mã hóa cho axit amin nào được gọi là bộ ba kết thúc. Trong quá trình dịch mã khi riboxom tiếp xúc với các bộ ba kết thúc thì các tiểu phần của riboxom tách nhau ra và quá trình dịch mã kết thúc.

Quá trình nhân đôi ADN

Khái niệm quá trình nhân đôi ADN

Nhân đôi ADN là quá trình tạo ra hai phân tử ADN con có cấu trúc giống hệt phân tử ADN mẹ ban đầu. 

Quá trình nhân đôi có thể diễn ra ở pha S kì trung gian của chu kì tế bào (trong nhân của sinh vật nhân thực) hoặc ngoài tế bào chất (ADN ngoài nhân: ti thể, lục lạp) để chuẩn bị cho phân chia tế bào. 

Quá trình nhân đôi ADN diễn ra theo các nguyên tắc: 

Nguyên tắc bổ sung: A – T, G – X. 

Nguyên tắc bán bảo toàn: trong mỗi phân tử ADN con thì một mạch là mới tổng hợp còn mạch kia là của ADN mẹ. 

Nguyên tắc nửa gián đoạn: một mạch được tổng hợp liên tục, còn mạch kia bị tổng hợp từng đoạn một sau đó các đoạn mới được nối vào nhau. 

Vai trò: giúp cho thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác được truyền đạt nguyên vẹn.

Các thành phần tham gia:

Hai mạch đơn của phân tử ADN mẹ.

Các nucleotit tự do trong môi trường (A, T, G, X) để tổng hợp mạch mới và các ribonucleotit A, U, G, X để tổng hợp đoạn mồi. 

Hệ thống các enzyme tham gia vào quá trình tái bản gồm: 

Enzyme	Chức năng
Gyraza, Helicaza	Gyraza (tháo xoắn phân tử ADN mẹ), Helicaza (cắt các liên kết hiđrô giữa hai mạch đơn của phân tử ADN mẹ để lộ mạch khuôn, tạo chạc ba tái bản)
ARN pôlimeraza	Tổng hợp đoạn mồi ARN bổ sung với mạch khuôn
ADN pôlimeraza	Gắn các nuclêôtit tự do ngoài môi trường vào liên kết với các nuclêôtit mạch khuôn để tổng hợp mạch mới
Ligaza	Nối các đoạn Okazaki thành mạch mới

Các bước của quá trình nhân đôi ADN 

Quá trình nhân đôi ADN được diễn ra theo trình tự gồm 3 bước sau: 

Bước 1:  Phân tử ADN mẹ tháo xoắn:

Nhờ các enzim tháo xoắn, 2 mạch đơn của phân tử ADN mẹ tách nhau dần tạo nên chạc chữ Y và để lộ ra 2 mạch khuôn, trong đó một mạch có đâu 3’, còn mạch kia có đầu 5’.

Bước 2: Tổng hợp các mạch ADN mới:

Enzim ARN-pôlimeraza tổng hợp đoạn mồi, tiếp theo enzim ADN-pôlimeraza lần lượt liên kết các nuclêôtit tự do từ môi trường nội bào với các nuclêôtit trên mỗi mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung. Vì enzim ADN-pôlimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’ → 3’ nên:

Trên mạch khuôn có đầu 3’ thì mạch bổ sung được tổng hợp liên tục theo chiều 5’→ 3’cùng chiều với chiều tháo xoắn.

Trên mạch khuôn có đầu 5’ thì mạch bổ sung được tổng hợp ngắt quãng tạo nên các đoạn ngắn gọi là đoạn Okazaki cũng theo chiều 5’→ 3’ ngược chiều với chiều tháo xoắn, sau đó các đoạn này được nối lại với nhau nhờ enzim nối ADN – ligaza.

Bước 3: Hai phân tử mới được tạo thành 

Mạch mới tổng hợp đến đâu thì 2 mạch đơn (một mạch được tổng hợp và một mạch cũ của phân tử ban đầu) đóng xoắn lại với nhau tạo thành hai phân tử ADN con. 

Kết thúc quá trình nhân đôi: Hai phân tử ADN con được tạo thành có cấu trúc giống hệt nhau và giống ADN mẹ ban đầu. 

Ở sinh vật nhân thực, quá trình nhân đôi diễn ra ở nhiều điểm tái bản khác nhau (nhiều đơn vị tái bản). Ở sinh vật nhân sơ chỉ xảy ra tại một điểm (đơn vị tái bản).

Chú ý:

Mỗi đơn vị tái bản gồm có hai chạc chữ Y phát sinh từ một điểm khởi đầu và được nhân đôi theo hai hướng.

Trong một đơn vị tái bản số đoạn mồi cung cấp cho quá trình nhân đôi bằng số đoạn okazaki + 2.

Ý nghĩa của quá trình nhân đôi: 

Nhân đôi ADN trong pha S của kì trung gian để chuẩn bị cho quá trình nhân đôi nhiễm sắc thể và chuẩn bị cho quá trình phân chia tế bào. 

Nhân đôi ADN giải thích sự truyền đạt thông tin di truyền một cách chính xác qua các thế hệ.