Bài 1. Gen, mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN

- Nắm được khái niệm và cấu trúc của gen.
Nắm được các đặc điểm của mã di truyền.
Nắm được hệ enzim và cơ chế tái bản ADN.
I. Khái niệm và cấu trúc của gen.
1. Khái niệm về gen.
- Gen là một đoan của phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm xác định (sản phẩm đó có thể là chuỗi pôlipeptit hay ARN).
2. Cấu trúc của gen.
a. Cấu trúc chung của gen.
+ Vùng điều hòa nằm ở đầu 3’ của mạch mã gốc của gen, mang tín hiệu khởi động và kiểm soát quá trình phiên mã.
+ Vùng mã hóa mang thông tin mã hóa các axit amin.
+ Vùng kết thúc nằm ở đầu 5’ của mạch mã gốc của gen, mang tín hiệu kết thúc phiên mã.
- Các gen của sinh vật nhân sơ có vùng mã hóa liên tục được gọi là gen không phân mảnh.
- Phần lớn các gen của sinh vật nhân thực có vùng mã hóa không liên tục,xen kẽ các đoạn mã hóa axit amin (Êxon) là các đoạn không mã hóa axit amin (Intron). Vì vậy, các gen này được gọi là gen phân mảnh.
3. Các loại gen.
- Gen có nhiều loại như gen cấu trúc, gen diều hòa…
+ Gen cấu trúc là gen mang thông tin mã hóa cho các sản phẩm tạo nên thành phần cấu trúc hay chức năng của tế bào.
+ Gen điều hòa là những gen tạo ra các sản phẩm kiểm soát hoạt động của các gen khác.
II. Mã di truyền.
1. Khái niệm về mã di truyền.
Trên cơ sở lí thuyết, trình tự các nuclêôtit trên mạch ADN quy định trình tự các axit amin trên mạch pôlipeptit. Câu hỏi đặt ra là trình tự đó quy định trình tự các axit amin bằng cách nào?
- Phân tử ADN chỉ có 4 loại nuclêôit là A, T, G, X, nhưng trong prôtêin có tới trên 20 loại axit amin. Vậy:
+ Nếu 1 nuclêôtit mã hóa cho 1 axit amin thì chỉ có thể mã hóa được 41=4 axit amin thiếu.
+ Nếu 2 nuclêôtit cùng mã hóa cho 1 axit amin thì có 42=16 axit amin được mã hóa
Vẫn chưa đủ.
+ Nếu 3 nuclêotit cùng mã hóa cho 1 axit amin sẽ có thể mã hóa cho 43=64 axit amin thừa đủ.
+ Nếu 4 nuclêôtit cùng mã hóa cho 1 axit amin thì số axit amin có thể mã hóa được là 44=256 axit amin quá thừa, không cần thiết.
Cần 3 nuclêôtit mã hóa cho 1 axit amin.
- Vậy bản chất mã di truyền chính là mã bộ ba, hay 3 nuclêôtit liên tiếp trên mạch ADN cùng mã hóa cho 1 axit amin.
2. Đặc điểm của mã di truyền.
-Mã di truyền là mã bộ ba. Tức là cứ 3 nuclêôtit đứng kế tiếp hau mã hóa một axit amin. Mã di truyền được đọc từ một điểm xác định và liên tục từng bộ ba nuclêôtit, không chồng gối lên nhau.
- Mã di truyền có tính đặc hiệu, tức là một bộ ba chỉ mã hóa cho một loại axit amin.
- Mã di truyền có tính thoái hóa, nghĩa là có nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hóa cho một loại axit amin, trừ AUG và UGG.
- Mã di truyền có tính phổ biến, có nghĩa là tất cả cá lồai đều có chung một bộ mã di truyền,trừ một vài ngoại lệ, vd như ở ty thể của người hay nấm men và một số loài khác.
- Trong 64 bộ mã thì có 3 bộ không mã hóa axit amin là UAG, UGA và UAA. Chúng được gọi là các bộ ba kết thúc, quy định tín hiệu kết thúc dịch mã. Bộ ba AUG là mã mở đầu khi có chức năng quy định điểm khởi đầu dịch mã và quy định mêtiônin ở sinh vật nhân thực (ở sinh vật nhân sơ là foocmin mêtiônin).
III. Quá trình nhân đôi của ADN.
1. Nguyên tắc.
- ADN có khả năng nhân đôi (sao chép, tái bản) để tạo thành 2 phân tử ADN con giống nhau và giống ADN mẹ.
- Quá trình nhân đôi ADN theo NTBS và bán bảo toàn.
2. Quá trình nhân đôi ADN.
a. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ.
Các yếu tố tham gia:
- ADN – polimerase III: kéo dài đoạn ADN mới.
- ADN – polimerase I: thay thế đoạn ARN mồi bằng đoạn ADN.
- ARN – polimerase: tổng hợp đoạn ARN mồi.
- Enzim helicase: duỗi xoắn ADN.
- Enzim ligase: nối các đoạn Okazaki mới tổng hợp lại với nhau.
- Prôtêin SSB: giúp ổn định cấu trúc ADN sau khi duỗi xoắn.
- ADN mẹ, ATP, nuclêôtit, ribônuclêôtit.
Diễn biến:
Quá trình nhân đôi ADN.
- Đầu tiên, enzim Helicase duỗi xoắn phân tử ADN
các prôtêin SSB bám
vào 2 mạch polinuclêôtit của ADN và giữ vững cấu trúc duỗi xoắn của ADN
Enzim ARN – polimerase tổng hợp nên đoạn ARN mồi
Enzim ADN – polimerase III tiến vào tổng hợp đoạn ADN mới từ đoạn ARN mồi
ADN – polimerase I thay thế đoạn ADN mồi bằng đoạn ADN mới
Enzim ligase gắn các phân đoạn Okazaki thành mạch polinuclêôtit mới.
2. Quá trình nhân đôi ADN.
a. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ.
Các yếu tố tham gia:
- ADN – polimerase III: kéo dài đoạn ADN mới.
- ADN – polimerase I: thay thế đoạn ARN mồi bằng đoạn ADN.
- ARN – polimerase: tổng hợp đoạn ARN mồi.
- Enzim helicase: duỗi xoắn ADN.
- Enzim ligase: nối các đoạn Okazaki mới tổng hợp lại với nhau.
- Prôtêin SSB: giúp ổn định cấu trúc ADN sau khi duỗi xoắn.
- ADN mẹ, ATP, nuclêôtit, ribônuclêôtit.
Diễn biến:
Quá trình nhân đôi ADN.
- Đầu tiên, enzim Helicase duỗi xoắn phân tử ADN
các prôtêin SSB bám
vào 2 mạch polinuclêôtit của ADN và giữ vững cấu trúc duỗi xoắn của ADN
Enzim ARN – polimerase tổng hợp nên đoạn ARN mồi
Enzim ADN – polimerase III tiến vào tổng hợp đoạn ADN mới từ đoạn ARN mồi
ADN – polimerase I thay thế đoạn ADN mồi bằng đoạn ADN mới
Enzim ligase gắn các phân đoạn Okazaki thành mạch polinuclêôtit mới.
2. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực.
- Xét về cơ chế, nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực tương tự với nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ. Tuy nhiên, nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực có một số sự khác biệt cơ bản như sau:
IV. Câu hỏi và bài tập.
A. Đầu 5’ của gen.
B. Đầu 3’ của gen.
C. Đầu 5’ của mạch mã gốc của gen.
D. Đầu 3’ của mạch mã gốc của gen.
1. Vùng điều hòa nằm ở:
Đáp án đúng là D

2. Tính chất nào không phải của mã di truyền.
A. Tính thoái hóa.
B.Tính phổ biến.
C. Tính biến dạng.
D. Tính đặc hiệu.
Đáp án đúng là C

3. Các đoạn Okazaki được tổng hợp theo chiều:
A. 3’-5’ hoặc 5’-3’
B. Không theo chiều nào cả.
C. 3’-5’
D. 5’-3’
Đáp án đúng là D

4. Enzim khởi đầu cho quá trình nhân đôi ADN là:
A. ADN – polimrase III
B. Helicase
C. ARN – polimerase
D. Ligase
Đáp án đúng là B