1 Phân Tử ADN Nhân đôi 1 Lần Tạo Ra Số ADN Con Là

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

Nội dung chính Show

• I. Quá trình tự nhân đôi ADN
• II. Công thức và bài tập

<b>XÁC ĐỊNH SỐ PHÂN TỬ ADN VÀ CHUỖI POLINUCLEOTIT </b><b>TRONG Q TRÌNH NHÂN ĐƠI </b>

<b>I.XÁC ĐỊNH SỐ PHÂN TỬ ADN VÀ CHUỖI POLINUCLEOTIT </b>Tính số phân tử ADN.

1 ADN mẹ qua 1 đợt tự nhân đôi tạo 2= 21 ADN con 1 ADN mẹ qua 2 đợt tự nhân đôi tạo 4= 22 ADN con 1 ADN mẹ qua 3 đợt tự nhân đôi tạo 8= 23 ADN con ………..….. 1 ADN mẹ qua x đợt tự nhân đôi tạo ra 2x ADN con →Qua x đợt tự nhân đôi tổng số ADN con = 2x

Trong 2x phân tử ADN có 1 phân tử ADN mẹ ban đầu nên số phân tử AND con được tạo ra là : 2x - 1 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 cịn lại là có cả 2 mạch có ngun liệu hồn tồn từ nucleotit mới của môi trường nội bào.

=> Số ADN con có 2 mạch mới hồn tồn = 2x – 2. b) Tính số chuỗi polinucleotit.

Mỗi một phân tử AND gồm có hai chuỗi polipeptit .

Sau k lần nhân đơi thì số chuỗi polipepetit được tạo ra là : 2× 2x

Sau k lần nhân đơi thì số chuỗi polipepetit có ngun liệu hịan tồn từ mơi trường được tạo tổng hợp là : 2× (2x -1).

<b>II. VÍ DỤ MINH HỌA – HƯỚNG DẪN GIẢI. </b>

<b>Ví dụ 1: Một phân tử ADN nhân đôi liên tiếp 3 lần . Số phân tử ADN con được tạo ra là bao nhiêu ? </b>

<i>Hướng dẫn giải : </i>

Áp dụng công thức số phân tử ADN con được tạo ra qua n lần nhân đôi là 2n Số phân tử ADN con được tạo ra sau 3 lần nhân đôi => n = 3 => 23 = 8 (phân tử)

<b>Ví dụ 2: Phân tử ADN ở vùng nhân của vi khuẩn Ecoli chỉ chứa N 15 . Nếu chuyển những vi khuẩn này sang </b>mơi trường chỉ có N14 thì mỗi tế bào vi khuẩn Ecoli sau 5 lần nhân đơi thì sẽ tạo ra bao nhiêu phân tử ADN trong vùng nhân chỉ chứa N14 ?

Gợi ý : Khi chuyển vi khuẩn sang mơi trường chỉ có N14, các phân tử ADN trong vùng nhân chỉ chứa N14  phân tử AND có nguyên liệu hồn tồn mới từ mơi trường .

Hướng dẫn giải :

Số phân tử ADN con được tạo ra sau 5 lần nhân đôi là 25 = 32 phân tử

Số phân tử có ngun liệu hồn tồn mới sẽ là 32 - 2 = 30 phân tử

Sau 5 lần nhân đôi trong môi trường có chứa N14 thì sẽ tạo ra 30 phân tử trong vùng nhân chỉ chứa N14.<b>Ví dụ 3: Phân tử ADN ở vi khuẩn Ecoli chỉ chứa N</b>15

phóng xạ . Nếu chuyển E.coli này sang mơi trường chỉ có chứa N14

thì sau 5 lần tự sao thì tỷ lệ các tỷ lệ các mạch polinucleotit chứa N15 trong tổng số các mạch được tổng hợp trong các phân tử con là bao nhiêu?

<i>Hướng dẫn giải : </i>

Sau 5 lần tự sao thì số mạch ADN có trong các phân tử ADN con là 2 × 25 = 64 (mạch)

Khi chuyển các phân tử Ecoli này sang môi trường chỉ chứa N14 thì vẫn có 2 mạch gốc ban đầu chứa N15 => Tỉ lệ các phân tử ADN chứa N15 trong các phân tử con là 2:64 = 1/32

</div>

<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>Ví dụ 4: Có 8 phân tử ADN tự nhân đôi một số lần bằng nhau đã tổng hợp được 112 mạch pôlinuclêôtit mới lấy </b>ngun liệu hồn tồn từ mơi trường nội bào. Số lần tự nhân đôi của mỗi phân tử ADN trên là bao nhiêu ?

<i>Hướng dẫn giải : </i>

Số mạch đơn mới được tổng hợp từ một phân tử ADN là 112 : 8 = 14 mạch

Số phân tử AND mới được tổng hợp là 14 : 2 = 7 Ta có 7 + 1 = 8 = 23

 Mỗi phân tử ADN nhân đôi 3 lần.

<b>III. BÀI TẬP ÁP DỤNG </b>

<b>Bài 1 : Một gen nhân đôi một số lần đã tạo ra đưuọc 32 gen con . Xác định số lần nhân đôi ? </b><b>Bài 2 : Một gen nhân đôi một số lần tạo ra tất cả 16 mạch đơn . Xác định số lần nhân đôi ? </b><b>Bài 3 : Có 3 gen nhân đơi 4 lần bằng nhau . Xác định số gen con được tạo ra ?</b>

<b>Bài 4 : Nuôi 6 vi khuẩn (mỗi vi khuẩn chi</b>_{̉ chứa ADN và ADN đươ ̣c cấu ta ̣o từ các nuclêôtit có N}15) vào môi trường nuôi chỉ có N14

. Sau một thời gian nuôi cấy, người ta thu lấy toàn bô ̣ các vi khuẩn, phá màng tế bào của chúng và thu lấy các phân tử AND (q trình phá màng tế bào khơg làm đứt gãy ADN). Trong các phân tử ADN này, loại ADN có N15

chiếm tỉ lê ̣ 6,25%. Sơ lượng vi khuẩn đã bi ̣ phá màng tế bào là bao nhiêu ?

</div><span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3></div><!--links-->

I. Quá trình tự nhân đôi ADN

1. Thời điểm và vị trí

– Thời điểm: Xảy ra pha S của chu kỳ trung gian của chu kì tế bào (ADN trong nhân của sinh vật nhân thực) hoặc ngoài tế bào chất (ADN ngoài nhân) để chuẩn bị cho phân chia tế bào.

– Vị trí: Trong nhân tế bào đối với sinh vật nhân thực và vùng nhân tế bào đối với sinh vật nhân sơ.

2. Thành phần tham gia

- ADN khuôn (ADN mẹ)

-Các nu tự do A, T, G, X

-Năng lượng: ATP

-Hệ enzim:

#	Enzim tham gia	Chức năng
1	Tháo xoắn	– Dãn xoắn và tách hai mạch kép của AND để lộ hai mạch đơn
2	ARN polimeraza	– Tổng hợp đoạn mồi ARN bổ sung với mạch khuôn
3	ADN polimeraza	– Gắn các nucleotit tự do ngoài môi trường vào liên kết với các nucleotit trong mạch khuôn để tổng hợp mạch mới hoàn chỉnh theo chiều 5’ – 3’
4	Ligaza	– Nối các đoạn Okazaki thành mạch mới hoàn chỉnh

3. Nguyên tắc nhân đôi

-Nguyên tắc bổ sung: một nucleotit trên mạch khuôn của gen liên kết bổ sung với một nucleotit trong môi trường nội bào bằng liên kết hidro (A-T bằng 2 liên kết; G-X bằng 3 liên kết).

- Nguyên tắc bán bảo tồn: phân tử ADN con có một mạch mới từ nguyên liệu môi trường nội bào và một mạch cũ là của ADN mẹ).

4. Các bước của cơ chế tự sao

- 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) và để lộ ra 2 mạch khuôn.

- Tổng hợp mạch ADN mới

ADN - pôlimerara xúc tác hình thành mạch đơn mới theo chiều 5’ → 3’ (ngược chiều với mạch làm khuôn). Các nuclêôtit của môi trường nội bào liên kết với mạch làm khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A – T, G – X).

Do ADN chỉ gắn được nucleotit vào mạch mới khi có đầu 3’OH nên:

+ Trên mạch mã gốc (3’ → 5’) mạch mới được tổng liên tục.

+ Trên mạch bổ sung (5’ → 3’) mạch mới được tổng hợp gián đoạn tạo nên các đoạn ngắn (đoạn Okazaki), sau đó các đoạn Okazaki được nối với nhau nhờ enzim nối.

- Hai phân tử ADN mới được tạo thành

Các mạch mới tổng hợp đến đâu thì 2 mạch đơn xoắn đến đó → tạo thành phân tử ADN con, trong đó một mạch mới được tổng hợp còn mạch kia là của ADN ban đầu (nguyên tắc bán bảo tồn).

Kết quả: từ 1 ADN mẹ ban đầu qua quá trình nhân đôi tạo 2 ADN con giống nhau và giống hệt mẹ.

5. Kết quả

– Từ 1 phân tử ADN mẹ ban đầu → tự sao 1 lần → 2 ADN con.

– 2 ADN con giống hệ nhau và giống ADN mẹ ban đầu.

– ADN con có 1 mạch đơn mới với 1 mạch đơn cũ của ADN mẹ.

Lưu ý:

– Có sự khác biệt trong cơ chế nhân đôi ADN của sinh vật nhân thực với sinh vật nhân sơ

+ Hệ gen: Sinh vật nhân thực có hệ gen lớn và phức tạp hơn → Có nhiều điểm tái bản khác nhau (nhiều đơn vị tái bản). Ởsinh vật nhân sơchỉ chỉ xảy ra tạimột điểm (đơn vị tái bản).

+ Tốc độ: Sinh vật nhân sơ có tốc độ nhân đôi lớn hơn

+ Hệ enzym: Sinh vật nhân thực phức tạp hơn

6. Những đặc điểm quan trọng cần chú ý với quá trình nhân đôi AND

- Về cơ bản, sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực gần giống với sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ, chỉ khác biệt ở một số điểm cơ bản sau:

+ Sự nhân đôi ADN diễn ra đồng thời ở nhiều đơn vị nhân đôi trên cùng một phân tử ADN.

+ Hệ enzim tham gia phức tạp hơn.

- Trong quá trình nhân đôi, trên mỗi phễu tái bản thì một mạch được tổng hợp liên tục, một mạch được tổng hợp gián đoạn. Nếu tính trên cả phân tử thì mạch nào cũng được tổng hợp gián đoạn (đầu này gián đoạn, đầu kia liên tục).

- Quá trình nhân đôi ADN diễn ra theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo tồn. Do đó từ 1 phân tử, sau k lần nhân đôi sẽ tạo ra được 2kADN, trong đó có hai phân tử chứa một mạch ADN của mẹ đầu tiên.

II. Công thức và bài tập

1. Xác định số phân tử adn và chuỗi polinucleotit

a) Tính số phân tử ADN

Trong quá trình nhân đôi ADN ta có:

- 1 ADN mẹ qua 1 đợt tự nhân đôi tạo 2 = 21ADN con

- 1 ADN mẹ qua 2 đợt tự nhân đôi tạo 4 = 22ADN con

- 1 ADN mẹ qua 3 đợt tự nhân đôi tạo 8 = 23ADN con

…………………………………………………..…..

- 1 ADN mẹ qua k đợt tự nhân đôi tạo ra 2kADN con

→ Qua k đợt tự nhân đôi tổng số ADN con = 2k

- Trong 2kphân tử ADN có 1 phân tử ADN mẹ ban đầu nên số phân tử AND con được tạo ra là: 2k- 1

Chú ý:Trong số ADN con tạo ra có 2 ADN con mà mỗi ADN con này có chứa 1 mạch cũ của ADN mẹ. Vì vậy số ADN con có cả 2 mạch có nguyên liệu hoàn toàn từ nucleotit mới của môi trường nội bào.

=> Số ADN con có 2 mạch mới hoàn toàn = 2k– 2.

Ví dụ 1:Có 8 phân tử ADN tự nhân đôi một số lần bằng nhau đã tổng hợp được 112 mạch pôlinuclêôtit mới lấy nguyên liệu hoàn toàn từ môi trường nội bào. Số lần tự nhân đôi của mỗi phân tử ADN trên là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Số mạch đơn mới được tổng hợp từ một phân tử ADN là: 112/8 = 14 mạch

Số phân tử AND mới được tổng hợp là:14/2 = 7

Ta có 7 + 1 = 8 = 23

=> Mỗi phân tử ADN nhân đôi 3 lần.

b) Tính số chuỗi polinucleotit.

- Mỗi một phân tử ADN gồm có hai chuỗi polipeptit .

- Sau k lần nhân đôi thì số chuỗi polipepetit được tạo ra là:2*2k

- Sau k lần nhân đôi thì số chuỗi polipepetit có nguyên liệu hoàntoàn từ môi trường được tạo tổng hợp là:2*(2k-1).

Ví dụ 2:Phân tử ADN ở vi khuẩn Ecoli chỉ chứa N15phóng xạ. Nếu chuyển E.coli này sang môi trường chỉ có chứa N14thì sau 5 lần tự sao.

a. Tính số mạch polinucleotit được tạo ra sau 5 lần nhân đôi bao nhiêu?

b. Tính tỷ lệ các tỷ lệ các mạch polinucleotit chứa N15trong tổng số các mạch được tổng hợp trong các phân tử con là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Sau 5 lần tự sao thì số mạch polinucleotit đưuọc tạo ra sau 5 lần nhân đôi là 2 × 25= 64 (mạch)

Khi chuyển các phân tử Ecoli này sang môi trường chỉ chứa N14thì vẫn có 2 mạch gốc ban đầu chứa N15

=> Tỉ lệ các phân tử ADN chứa N15trong các phân tử con là 2/64 =3,125%

2. Tính số nucleotit môi trường cung cấp cho quá trình nhân đôi

Để tổng hợp nên các phân tử mới ADN thì môi trường cần cung cấp nguyên liệu là các nucleotit tự do.

Phân tử ADN mới được tao ra có thành phần cấu tạo và số lượng các loại nucleotit giống với phân tử ADN ban đầu.

- Khi gen nhân đôi một lần:

• Nmt= Ngen
• Amt= Tmt= Agen= Tgen
• Gmt= Xmt= Ggen= Xgen

=> Từ đó nếu phân tử ADN nhân đôi k lần thì sẽ có:

• Nmt= N* (2k-1).
• Amt= Tmt= T* (2k-1) =A* (2k-1).
• Gmt= Xmt= G* (2k-1) =X* (2k-1).

Ví dụ 3: Một phân tử ADN của vi khuẩn có chiều dài là 34*106Åvà A chiếm 30% tổng số nucleotit. Phân tử ADN này nhân đôi liên tiếp hai lần. Tính số nucleotit loại G mà môi trường cung cấp cho quá trình nhân đôi?

Hướng dẫn giải

Số lượng nucleotit trong phân tử ADN là: N = (34*106/3,4) *2 = 2*107nu

A chiếm 30%, ta có G + A = 50% => G = 20%

Số lượng G trong phân tử ADN là: 20%*2*107= 0,2*2*107= 4*106

Số Nu loại G mà môi trường cung cấp cho hai lần nhân đôi liên tiếp là: 4*106*(22- 1) = 12*106

3. Tính số đoạn mồi và số đoạn okazaki xuất hiện trong quá trình nhân đôi.

Xét với một chạc chữ Y

- Mạch được tổng hợp liên tục có 1 đoạn mồi để khởi đầu , 0 đoạn okazaki

- Mạch được tổng hợp gián đoạn có: số đoạn mồi = số đoạnokazaki

- Trong một đơn vị tái bản thì có hai chạc chữ Ynên số đoạn mồi xuất hiện trong một chạc chữ Y là:Số đoạn mồi = Số đoạn okazaki + 2

Ví dụ 4: Trên phân tử ADN có 5 điểm tái bản. Quá trình tái bản hình thành 80 đoạn okazaki. Xác định số đoạn mồi được tổng hợp?

Hướng dẫn giải

Mỗi đoạn Okazaki cần có một đoạn mồi để khởi đầu, trong quá trình tổng hợp mạch mới có 80 đoạn Okazaki => cần có 80 đoạn mồi

Trên mỗi đơn vị tái bản có 2 mạch liên tục, mỗi mạch liên tục này cần có 1 đoạn mồi để tổng hợp mạch mới nên một đơn vị tái bản cần có 2 đoạn mồi để tổng hợp mạch liên tục.

Tổng số các đoạn mồi cần thiết để khởi đầu quá trình tổng hợp mạch mới của phân tử ADN đó là:

80 + 2*5 = 90 đoạn mồi

4. Xác định số liên kết hidro và liên kết hóa trị hình thành và bị phá hủy

a) Tính số liên kết hiđrô

- Số liên kết H trong một phân tử ADN là: 2A + 3G = 2A + 2G + G = N + G

- Số liên kết H được hình thành trong lần nhân đôi thứ k là: Hht= H*2k

=> Tổng số liên kết hidro được hình thành sau k lần nhân đôi là:Hht= H*(21+ 22+…+ 2k) = 2H*(2k- 1)

- Số liên kết H bị phá vỡ là trong lần nhân đôi thứ k là: H =H*2k-1

=> Tổng số liên kết hidro bị phá vỡ sau k lần nhân đôi là: H = H*(20+ 21+…+ 2k-1) = H*(2k-1)

b) Tính số liên kết cộng hóa trị

- Liên kết cộng hóa trị là liên kết được giữa các nucleotit trong 1 mạch nên nó không bị phá vỡ, sau khi nhân đôi thì số lượng liên kết hóa trị tăng lên gấp đôi.

=> Sau khi nhân đôi k lần thì số liên kết hóa trị của phân tử là: LKHTht= HT*(2k- 1)

Ví dụ 5: Một phân tử ADN nhân thực có 50 chu kì xoắn. Phân tử ADN này nhân đôi liên tiếp 4 lần Tính số liên kết hóa trị được hình thành giữa các nucleotit trong quá trình nhân đôi.

Hướng dẫn giải

Số lượng nucleotit trong phân tử ADN là: 50 x 20 = 1000 nu

Số liên kết hoá trị trong phân tử ADN là: (1000/2 – 1)*2= 998 (liên kết)

Số liên kết hóa trị mới được hình thành sau 4 lần nhân đôi là: 998 × (24– 1) = 14970 (liên kết)