Mở đầu (trang 5) Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 1: Một phân tử hữu cơ cần phải có các đặc điểm cấu trúc như thế nào để có thể đảm nhận chức năng của một vật chất di truyền?
Trả lời:
- Để có thể đảm nhận chức năng của một vật chất di truyền, một phân tử hữu cơ cần phải có các đặc điểm cấu trúc:
+ Cấu trúc theo nguyên tắc đa phân.
+ Có cấu trúc bền vững.
+ Có khả năng lưu giữ và truyền đạt thông tin di truyền.
I. Chức năng của DNA
Câu hỏi 1 (trang 6) Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 1: Nêu các đặc điểm cấu trúc phù hợp với chức năng của DNA.
DNA có chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể. Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được các chức năng trên là:
- Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được chức năng mang thông tin di truyền: DNA được cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, gồm 4 loại đơn phân là các nucleotide A, T, G, C. Từ 4 loại đơn phân này với thành phần, số lượng và trật tự sắp xếp khác nhau đã tạo nên vô số phân tử DNA đặc thù, đảm bảo khả năng mang được một lượng lớn thông tin di truyền về cấu trúc và chức năng của tế bào.
- Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được chức năng bảo quản thông tin di truyền:
+ DNA có cấu tạo mạch kép nên cấu trúc ổn định, ít bị sai hỏng.
+ DNA có cấu trúc mạch kép theo NTBS nên khi một mạch của DNA bị sai hỏng thì các enzyme của tế bào có thể sử dụng mạch bình thường để làm khuôn sửa chữa sai hỏng đó.
+ Liên kết phosphodiester giữa các nucleotide trong một mạch của DNA là loại liên kết cộng hóa trị rất bền vững.
+ Liên kết hydrogene giữa các base trong hai mạch là loại liên kết yếu nhưng số lượng liên kết hydrogene trong DNA là rất lớn nên cũng đảm bảo duy trì cấu trúc phân tử DNA bền vững.
- Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được chức năng truyền đạt thông tin di truyền:
+ Liên kết hydrogene giữa các base trong hai mạch là loại liên kết yếu nên có thể bị phá vỡ trong điều kiện nhất định giúp DNA có khả năng tách thành hai mạch đơn trong quá trình truyền đạt thông tin di truyền.
+ Các nucleotide có khả năng liên kết theo nguyên tắc bổ sung nên thông tin trong DNA có thể truyền đạt sang mRNA qua quá trình phiên mã và từ mRNA được dịch mã thành phân tử protein và biểu hiện thành các tính trạng của cơ thể.
+ Hai mạch đơn của DNA có trình tự các nucleotide bổ sung với nhau và sự kết hợp đặc hiệu A – T và G – C trong quá trình tái bản DNA đảm bảo cho thông tin di truyền trong DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
Câu hỏi 2 (trang 6) Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 1: Tại sao protein tạo nên các tính trạng của sinh vật nhưng không thể đảm nhận chức năng của một vật chất di truyền?
Trả lời:
- Protein tạo nên các tính trạng của sinh vật nhưng không thể đảm nhận chức năng của một vật chất di truyền vì protein không được cấu tạo theo nguyên tắc bổ sung nên thông tin di truyền không thể truyền từ gene đến protein qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
II. Tái bản DNA
Câu hỏi 1 (trang 8) Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 1: Nêu ý nghĩa của kết cặp đặc hiệu A – T và G - C phù hợp với chức năng của DNA.
Trả lời:
Ý nghĩa của việc kết cặp đặc hiệu A – T và G - C phù hợp với chức năng của DNA là: quá trình kết cặp này diễn ra theo NTBS đảm bảo rằng mỗi mạch DNA mới có cấu trúc giống hệt với DNA mẹ. Điều này giúp DNA có khả năng tái bản chính xác, nhờ vậy thông tin di truyền được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
Câu hỏi 2 (trang 8) Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 1: Trình bày quá trình tái bản DNA thể hiện sự sao chép thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
Trả lời:
- Tháo xoắn ADN và tạo chạc ba sao chép. Dưới sự tác dụng của các enzim tháo xoắn, thì 2 mạch đơn của ADN phân tách nhau dần tạo nên chạc ba tái bản và để lộ ra hai mạch khuôn. Tại đây thì enzim tháo xoắn chia thành hai loại là gyrase và helicase. Gyraza hay còn có tên gọi khác là topoisomerase mang chức năng làm duỗi thẳng phân tử ADN (chuyển ADN từ cấu trúc mạch xoắn thành ADN có cấu trúc mạch thẳng). Helicase là enzim làm đứt gãy các liên kết hiđrô và tách 2 mạch của phân tử ADN thành 2 mảnh.
- Các mạch ADN được tổng hợp mới. Enzim ADN polymerase sử dụng các nuclêôtit tự do trong môi trường nội bào để tổng hợp 2 mạch bổ sung trên 2 mạch khuôn dựa trên nguyên tắc bổ sung (NTBS). Vì ADN polymerase chỉ có thể gắn nucleotide vào nhóm 3'-OH mà không thể gắn vào các chỗ khác nên: Trên mạch khuôn mang chiều 3'-5', mạch bổ sung được liên tục tổng hợp, theo chiều 5'-3' hướng đến chạc sao chép thứ ba.
+ Trên mạch khuôn 5'-3', mạch bổ sung được tổng hợp gián đoạn theo chiều 5'-3' (xa dần chạc ba sao chép) tạo ra các đoạn okazaki ngắn, các đoạn này được kết hợp lại với nhau nhờ enzim ADN ligaza (các đoạn okazaki dài khoảng 1000-2000 nucleotide).
- Quá trình tạo thành hai phân tử DNA. Sau khi kết thúc hai bước trên thì 2 phân tử DNA com sẽ được hình thành qua các bước: Sau khi kết hợp trùng khớp được tất cả các base lại với nhau (A – T, C – G) thì Enzyme exonuclease dần xóa bỏ các đoạn mồi và những nucleotide được xem là lấp đầy vào các vị trí tương ứng.
+ Enzyme DNA ligase đóng trình tự DNA, tạo thành hai sợi kép nối liền liên tục. Quá trình sao chép kết thúc thì 2 phân tử DNA con vừa được tạo thành tự động chuyển về dạng chuỗi xoắn kép mang cấu trúc giống y hệt DNA mẹ.
Luyện tập và vận dụng
Luyện tập và vận dụng 1 (trang 8) Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 1: Tỉ lệ các cặp G - C và A - T trong phân tử DNA có ảnh hưởng đến độ bền vững của phân tử DNA không? Giải thích.
Lời giải:
- A liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng ba liên kết hydrogen. Do vậy, nếu phân tử DNA có càng nhiều cặp G - C thì càng có nhiều liên kết hydrogen.
- Khi phân tử DNA có nhiều liên kết hydrogen thì độ ổn định của phân tử càng cao.
→ Do vậy, tỉ lệ G - C và T - A có ảnh hưởng đến sự bền vững của DNA. Các nhà khoa học nhận thấy, những loài vi khuẩn sống trong suối nước nóng thường có tỉ lệ G - C nhiều hơn so với tỉ lệ A - T.
Luyện tập và vận dụng 2 (trang 8) Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 1: Kẻ và hoàn thành bảng tóm tắt quá trình tái bản DNA vào vở theo mẫu sau:
Lời giải:
Luyện tập và vận dụng 3 (trang 8) Sinh 12 Kết nối tri thức Bài 1: Nhiều enzyme tham gia vào bộ máy tái bản DNA ở vi khuẩn khác biệt với các enzyme và protein cùng loại ở tế bào người. Dựa vào thông tin trên, hãy đề xuất hướng sản xuất thuốc trị bệnh nhiễm khuẩn ở người, giảm thiểu tối đa tác dụng không mong muốn của thuốc kháng sinh.
Lời giải:
- Hướng sản xuất thuốc trị bệnh nhiễm khuẩn ở người, giảm thiểu tối đa tác dụng không mong muốn của thuốc kháng sinh: làm bất hoạt enzyme tham gia quá trình nhân đôi DNA ở vi khuẩn.