028.38225933 (Hotline) - 028 3822 1188 (FM 95.6) - 028 38291 357
dai-hoi-dai-bieu-hcm
Điện thoại: 028.38225933 - 028.38225934
Đường dây nóng bạn nghe đài: 028.3891 357 - 0948747571
Sự kiện:  Sinh học, Học tập

Thông tin di truyền trên ADN được truyền đạt như thế nào?

ADN đóng vai trò rất quan trọng trong cơ chế di truyền cấp độ phân tử. Quá trình truyền đạt thông tin di truyền cho thế hệ sau diễn ra thế nào? Cùng tìm hiểu bài viết này.

1. Tìm hiểu về ADN và cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử

1.1. ADN là gì?

ADN là phân tử lưu trữ thông tin di truyền của tế bào. Thông tin di truyền trên ADN được truyền đạt qua thế hệ sau và biểu hiện thành tính trạng thông qua quá trình nhân đôi ADN, quá trình phiên mã và quá trình dịch mã.

Trong đó:

  • Thông tin di truyền trong ADN được truyền lại cho thế hệ tế bào sau thông qua cơ chế nhân đôi.
  • Thông tin di truyền trong ADN (gen) được biểu hiện thành tính trạng của cơ thể thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã.
voh.com.vn-di-truyen-cap-do-phan-tu-0
Sơ đồ cơ chế di truyền cấp phân tử 

1.2. Quá trình tự nhân đôi ADN (tự sao hoặc tái bản ADN)

Thời gian: pha S của kì trung gian trong chu kì tế bào.

Nơi xảy ra: chủ yếu xảy ra trong nhân tế bào.

Nguyên tắc: bổ sung, bán bảo toàn.

voh.com.vn-di-truyen-cap-do-phan-tu-1
Sơ đồ cơ chế di truyền cấp phân tử 

Diễn biến:

Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN

Nhờ các enzim tháo xoắn 2 mạch đơn của phân tử ADN tách nhau dần tạo ra chạc ba tái bản (hình chữ Y).

Bước 2: Tổng hợp các mạch ADN mới

  • Enzim ADN pôlimeraza dùng 2 mạch ADN mẹ làm mạch khuôn tổng hợp nên mạch mới theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với T, G liên kết với X).
  • Enzim ADN pôlimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’3’.
  • Trên mạch khuôn có chiều 3’  5’ thì mạch mới được tổng hợp liên tục.
  • Trên mạch khuôn có chiều 5'  3’ thì mạch mới được tổng hợp thành từng đoạn ngắn (đoạn Okazaki) rồi sau đó nối lại với nhau nhờ enzim nối ligaza để tạo thành mạch hoàn chỉnh.

Bước 3: (2 phân tử ADN con được tạo thành) Nhờ nguyên tắc bán bảo tồn mà trong mỗi phân tử ADN con có 1 mạch của phân tử ADN ban đầu và 1 mạch mới được tổng hợp.

Kết quả: 1 ADN mẹ nhân đôi 1 lần tạo ra hai ADN con giống nhau và giống hệt mẹ. Mỗi ADN con có 1 mạch đơn có nguồn gốc từ ADN mẹ, một mạch có nguồn gốc từ môi trường nội bào.

Ý nghĩa: Giúp truyền đạt vật chất di truyền từ tế bào mẹ sang tế bào con.

Phân biệt quá trình nhân đôi ở tế bào nhân thực và tế bào nhân sơ: Quá trình nhân đôi ADN ở tế bào nhân thực có nhiều loại enzim tham gia và nhiều đơn vị tái bản hơn tế bào nhân sơ.

1.3. Quá trình phiên mã

Phiên mã là quá trình tạo ra các loại ARN dựa trên mạch khuôn (mạch mã gốc) của ADN.

Nơi xảy ra: chủ yếu trong nhân tế bào.

Diễn biến:

Khởi động: Enzim ARN polimeraza bám vào vùng điều hòa làm gen tháo xoắn, lộ mạch gốc (có chiều 3’ - 5’) và bắt đầu phiên mã tại vị trí đặc hiệu.

Kéo dài: ARN pôlimeraza tổng hợp mARN (theo chiều 5’ - 3’) dựa trên khuôn mẫu của mạch mã gốc theo nguyên tắc bổ sung (A-U, G-X, T-A, X-G).

Kết thúc: Khi ARN polimeraza gặp tín hiệu kết thúc thì dừng phiên mã giải phóng một phân tử mARN.

Quá trình trưởng thành mARN:

  • Ở sinh vật nhân sơ, mARN sau khi tổng hợp trực tiếp tham gia vào dịch mã.
  • Ở sinh vật nhân thực, mARN sau khi tổng hợp sẽ cắt bỏ các đoạn intron, nối các đoạn exon tạo thành mARN trưởng thành đi ra ngoài tế bào chất, tham gia dịch mã.
voh.com.vn-di-truyen-cap-do-phan-tu-2
Cơ chế phiên mã

1.4. Quá trình dịch mã

  • Mã di truyền là mã bộ ba (3 nuclêôtit đứng kế tiếp trên gen quy định cho 1 axit amin).
  • Mã di truyền trên ADN là bộ ba mã gốc (triplet), trên mARN là bộ ba mã hoá (cođon), trên tARN là bộ ba đối mã (anticođon).

Có 64 cođon:

61 cođon mã hoá cho axit amin, trong đó có cođon 5’AUG3’ vừa là bộ ba mở đầu vừa mã hoá cho axit amin mêtiônin (hoặc formyl metionin ở sinh vật nhân sơ).

3 cođon 5’UAA3’, 5’UAG3’, 5’UGA3’ là bộ ba kết thúc, không mã hoá cho axit amin nào.

Đặc điểm của mã di truyền:

  • Được đọc theo 1 chiều, từ một điểm xác định, theo từng bộ ba mà không gối lên nhau.
  • Mã di truyền mang tính phổ biến.
  • Mã di truyền mang tính thoái hóa.
  • Mã di truyền có tính đặc hiệu.

Quá trình dịch mã: Dịch mã là quá trình tổng hợp nên phân tử prôtêin từ mạch khuôn mARN.

Nơi xảy ra: Trong tế bào chất

Diễn biến:

Giai đoạn 1: Hoạt hóa axit amin

Nhờ năng lượng ATP và các enzim đặc hiệu các axit amin được hoạt hóa và gắn với các tARN tương ứng để tạo phức hợp axit amin-tARN.

Giai đoạn 2: Tổng hợp mạch pôlipeptit gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn mở đầu:

  • Tiểu đơn vị bé của ribôxom gắn với mARN tại vị trí nhận biết đặc hiệu.
  • Phức hợp mở đầu Met-tARN bổ sung chính xác với cođon mở đầu 5’AUG3’.
  • Tiểu đơn vị lớn của ribôxôm kết hợp với tiểu đơn vị bé tạo ribôxôm hoàn chỉnh.

Giai đoạn kéo dài:

  • Phức hợp axit amin1-tARN đến đối mã với cođon tiếp theo, liên kết pepetit hình thành.
  • Ribôxôm dịch chuyển tiếp 1 bộ ba đến cođon tiếp theo.
  • Phức hợp axit amin2-tARN đến đối mã với cođon tiếp theo, quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến cuối mARN.

Giai đoạn kết thúc:

  • Khi ribôxôm tiếp xúc với bộ ba kết thúc trên mARN thì quá trình dịch mã hoàn tất.
  • Axit amin mở đầu Met được cắt khỏi chuỗi pôlipeptit vừa tổng hợp và hình thành phân tử prôtêin hoàn chỉnh để thực hiện chức năng sinh học.

Lưu ý: Cùng lúc có thể có nhiều ribôxôm (pôlixôm) cùng hoạt động giúp tăng hiệu suất tổng hợp prôtêin khi nhu cầu cơ thể cần.

voh.com.vn-di-truyen-cap-do-phan-tu-3
Cơ chế dịch mã 
voh.com.vn-di-truyen-cap-do-phan-tu-4
Chuỗi pôliribôxôm

2. Công thức nhân đôi ADN

2.1. Tính số ADN con và mạch đơn hình thành qua các lần nhân đôi

Số ADN hình thành = a × 2k 

Số ADN mới hoàn toàn = a × (2k-2)

Số mạch đơn hình thành = a×2×(2k-1)

2.2. Tính số Nu môi trường nội bào cung cấp cho quá trình nhân đôi của 1 ADN

 Nmtcc=N × (2k-1)

 Amtcc=Tmtcc= A×(2k-1)= T×(2k-1)

 Gmtcc=Xmtcc= G ×(2k -1) = X×(2k-1)

3. Công thức phiên mã

3.1. Tính số ARN tạo ra

Số ARN tạo ra = (số gen tham gia phiên mã) × (số lần phiên mã của mỗi gen)

3.2. Tính số Nu môi trường cung cấp cho quá trình phiên mã

 r Amtcc=rA × (số ARN tạo ra)

 r Umtcc=rU × (số ARN tạo ra)

 r Gmtcc=rG× (số ARN tạo ra)

 r Xmtcc=rX × (số ARN tạo ra)  

4. Công thức dịch mã

4.1. Tính số phân tử protein tạo ra

Số phân tử pôlipeptit tạo ra = (Số gen ) × (Số lần phiên mã) × (Số Rbx trượt trên mỗi mARN)

4.2. Tính số axit amin môi trường cung cấp cho 1 chuỗi pôlipeptit

Số a.a =  N6-1 = rN3-1

4.3. Tính số axit amin có trong 1 chuỗi pôlipeptit hoàn chỉnh

Số a.a hoàn chỉnh =  N6-2 = rN3-2

4.4. Tính số liên kết peptit và số phân tử nước tạo thành trong quá trình dịch mã

Số liên kết peptit = Số phân tử H2O  =  (Số a.a)  -  1

5. Bài tập vận dụng về ADN

Câu 1: Một gen nhân đôi một số lần đã nhận của môi trường nội bào 18900 nuclêôtit tự do, trong đó có 3780 ađênin. Vậy tỉ lệ phần trăm từng loại nuclêôtit của gen là bao nhiêu?

A. A = T =10% và G = X = 40%

B. A = T = 40% và G = X =10%

C. A = T = 35% và G = X =15%

D. A = T = 20% và G = X = 30%

Giải chi tiết:

Tổng số nuclêôtit mtcc = N(2k – 1) = 18900

Số A mtcc = A(2k – 1) = 3780 Tỉ lệ %A = AN×100% = AmtccNmctt×100% = 20%

Tỉ lệ %G = 50% - %A = 30%

Đáp án D

Câu 2: Một gen có tỉ lệ A/G = 2/3. Gen phiên mã hai lần đã lấy của môi trường 450 uraxin và 750 ađênin. Số liên kết hiđrô của gen nói trên là:

A. 4050

B. 7800

C. 2760

D. 3900

Giải chi tiết:

Gen phiên mã 2 lần  2 phân tử ARN

Số rUmtcc = rU × 2 = 450  rU = 225

Số rAmtcc = rA × 2 = 750  rA = 375

Số nuclêôtit A trên gen = rA + rU = 600

Số nuclêôtit G trên gen = 3/2 A = 900

Số liên kết hiđrô = 2A + 3G = 3900

Đáp án D

Câu 3: Trong quá trình dịch mã của 1 mARN ở vi khuẩn E. coli thấy có 1536 lượt tARN vào các riboxom để tổng hợp protein. Kết quả quá trình dịch mã tạo ra được 4 phân tử Protein, mỗi protein gồm 3 chuỗi pôlipeptit cùng loại. Chiều dài của mARN trên là:

A. 1315,8 Ao

B. 1305,6 Ao

C. 2631,6 Ao

D. 1326 Ao

Giải chi tiết:

Số chuỗi pôlipeptit được tạo ra = 4 × 3 = 12

Số a.a mtcc cho quá trình dịch mã = số lượt tARN = 1536 = 12 x (N/6 -1)

 N = 774  Chiều dài ARN = Chiều dài gen = N/2 × 3,4 = 1315,8 Ao

Đáp án A

Câu 4: Mạch thứ nhất của một gen có tỉ lệ các nuclêôtit là 10%A, 20%T, 25%X. Phân tử mARN được phiên mã từ gen đó có 225 nuclêôtit loại X và 20% nuclêôtit loại U.

Một phân tử mARN sinh ra từ gen nói trên có một số ribôxôm cùng hoạt động trong quá trình dịch mã cần môi trường nội bào cung cấp 1495 axit amin. Số ribôxôm đã trượt qua phân tử mARN.

A. 2

B. 3

C. 4

D. 5

Giải chi tiết:

Chiều dài gen = 0,306µm  N = 1800 Nu

Từng mạch đơn của gen có:

A1=T2 = 10% ;  T1=A2 = 20% ; X1=G2 = 25% G1=X2 = 45%

Phân tử mARN có rU = 20%  %Agc = 20% = %A2  Mạch gốc là mạch 2

rX = 225 chiếm 25% số nuclêôtit của ARN  rN = 225 : 25% = 900

Số a.a mtcc cho 1 chuỗi pôlipeptit = rN/3 – 1 = 299

Số chuỗi pôlipeptit được tạo ra = 1495/299 = 5 = 1 ARN x số Rbx trượt

Số Rbx trượt trên mARN = 5

Đáp án D.

Câu 5: Giả sử mỗi tế bào vi khuẩn E. coli ban đầu chỉ chứa 1 phân tử ADN vùng nhân được đánh dấu bằng trên  N15 cả 2 mạch đơn. Người ta lấy 5 tế bào vi khuẩn chuyển sang môi trường chỉ có chứa N14 tiếp tục nuôi cấy 1 thời gian thu được các tế bào con.

Tiến hành phá hủy tất cả các tế bào và phân tích thành phần các phân tử ADN thu được người ta thấy số mạch đơn chứa N15 bằng 1/15 số mạch đơn chứa N14. Số tế bào con thu được sau quá trình nuôi cấy trên là:

A. 40

B. 80

C. 160

D. 320

Giải chi tiết:

Số mạch đơn chứa N15 (mạch mẹ) = 2a

Số mạch đơn chứa N14(mạch mới) = 2a x (2k – 1)

Ta có: (mạch đơn chứa N15)/(mạch đơn chứa N14) = 2a2a× (2k-1)=115k=4

Số tế bào vi khuẩn được tạo ra = số ADN được tạo ra = a×2k=5×24=80

 Đáp án B.

-----------------------------------

Người biên soạn:

Giáo viên Nguyễn Quang Vũ

Xem thêm: 

Tìm hiểu cấu trúc - chức năng của vật chất di truyền ở cấp độ phân tử - axit nucleic

Hướng dẫn giải đề thi thử THPT Quốc gia môn Sinh học