Bài 39: Quá trình tái bản, phiên mã và dịch mã 1. Quá trình tái bản DNA 2. Quá trình phiên mã 3. Mã di truyền 4. Quá trình dịch mã
Mở đầu trang 163 Bài 39 KHTN 9: Hình bên là mô hình học thuyết trung tâm được
Francis Crick đề xuất đầu tiên vào năm 1957, thể hiện mối quan hệ di truyền giữa
DNA, RNA và protein tương ứng với các cơ chế truyền đạt thông tin di truyền ở cấp
độ phân tử. Vậy, thông tin di truyền từ DNA sẽ được truyền đạt thông qua những
quá trình nào để quy định tính trạng và di truyền cho thế hệ sau? Trả lời:
- Thông tin di truyền trên DNA sẽ quy định tính trạng thông qua quá trình phiên mã
và dịch mã: Trình tự các nucleotide trên gene quy định trình tự các nucleotide trên
phân tử mRNA thông qua quá trình phiên mã. Trình tự nucleotide trên phân tử
mRNA được dịch mã thành trình tự các amino acid trên phân tử protein. Protein biểu
hiện thành tính trạng của cơ thể.
- Thông tin di truyền trên DNA sẽ được di truyền cho thế hệ sau thông qua quá trình
tái bản DNA: Quá trình tái bản DNA là một cơ chế sao chép các phân tử DNA trước
mỗi lần phân bào, giúp truyền đạt thông tin di truyền cho thế hệ tế bào con một cách chính xác.
1. Quá trình tái bản DNA
Hình thành kiến thức mới 1 trang 163 KHTN 9: Quan sát Hình 39.1 và đọc thông
tin trong bài, hãy mô tả lại quá trình tái bản của DNA theo các giai đoạn: (1) tách hai
mạch đơn; (2) tổng hợp chuỗi DNA mới theo nguyên tắc bổ sung và (3) kết thúc quá trình tái bản. Trả lời:
Quá trình tái bản của DNA theo các giai đoạn:
(1) Tách hai mạch đơn: Enzyme tháo xoắn, tách mạch giúp phá vỡ cấu trúc xoắn
kép, tách mạch DNA thành hai mạch đơn.
(2) Tổng hợp chuỗi DNA mới theo nguyên tắc bổ sung: Enzyme DNA polymerase
thực hiện lắp ghép các nucleotide theo nguyên tắc bổ sung với mạch khuôn (A liên
kết với T bằng hai liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng 3 liên kết hydrogen) để kéo dài chuỗi DNA mới.
(3) Kết thúc quá trình tái bản: Khi quá trình tổng hợp chuỗi DNA mới kết thúc, một
phân tử DNA ban đầu sẽ tạo ra hai phân tử DNA mới có cấu tạo giống hoàn toàn so với DNA mẹ ban đầu.
Hình thành kiến thức mới 2 trang 164 KHTN 9: Quan sát Hình 39.2 và đọc thông tin trong bài, hãy:
a) Mô tả kết quả quá trình tái bản.
b) Nêu ý nghĩa di truyền của quá trình tái bản. Trả lời:
a) Kết quả của quá trình tái bản: Từ một phân tử DNA ban đầu, qua quá trình tái bản
DNA tạo ra hai DNA con giống hệt nhau và giống hệt với DNA mẹ ban đầu, trong
mỗi DNA con có một mạch mới được tổng hợp và một mạch cũ của DNA mẹ.
b) Ý nghĩa di truyền của quá trình tái bản DNA: Quá trình tái bản DNA là cơ chế sao
chép các phân tử DNA trước mỗi lần phần bào, giúp truyền đạt thông tin di truyền
cho thế hệ tế bào con một cách chính xác. Như vậy, tái bản DNA đảm bảo tính ổn
định về vật chất di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
Luyện tập trang 164 KHTN 9: Hình bên minh họa kết quả tái bản của một đoạn
phân tử DNA. Hãy vẽ hình minh họa kết quả quá trình tái bản thêm một lần nữa của
hai đoạn phân tử DNA con vừa mới tạo thành Trả lời:
2. Quá trình phiên mã
Hình thành kiến thức mới 3 trang 165 KHTN 9: Quan sát Hình 39.3 và đọc thông
tin trong bài, hãy trả lời các câu hỏi sau:
a) Sản phẩm của quá trình phiên mã là gì?
b) Trình tự sắp xếp của các nucleotide của phân tử mRNA giống trình tự sắp xếp
của mạch khuôn hay mạch mã? Trả lời:
a) Sản phẩm của quá trình phiên mã là các phân tử RNA.
b) Do quá trình phiên mã được diễn ra dựa trên mạch khuôn của gene theo nguyên
tắc bổ sung (A gene liên kết với Utự do, T gene liên kết với A tự do, G gene liên kết
với C tự do và C gene liên kết với G tự do) → Trình tự sắp xếp của các nucleotide
của phân tử mRNA giống trình tự sắp xếp của mạch mã nhưng thay thế T thành U.
Luyện tập trang 165 KHTN 9: Một gene có trình tự các nucleotide phần đầu như sau: 5’-GCTGACCGGAAATTGGC-3’ 3’-CGACTGGCCTTTAACCG-5’
Hãy xác định trình tự nucleotide của phân tử mRNA được sinh ra từ gene trên, biết
rằng chiều phiên mã là chiều từ trái sang phải. Trả lời:
Quá trình phiên mã được diễn ra dựa trên mạch khuôn của gene (mạch 3’ → 5’)
theo nguyên tắc bổ sung (A gene liên kết với U tự do, T gene liên kết với A tự do,
Ggene liên kết với C tự do và C gene liên kết với G tự do) → Trình tự nucleotide của
phân tử mRNA được sinh ra từ gene trên là: 5’-GCUGACCGGAAAUUGGC-3’. 3. Mã di truyền
Hình thành kiến thức mới 4 trang 166 KHTN 9: Quan sát Bảng 39.1 và đọc thông
tin trong bài, hãy cho biết: a) Mã di truyền là gì?
b) Liệt kê các amino acid được mã hóa bởi nhiều hơn một bộ ba.
c) Hãy tìm đặc điểm chung của các bộ ba cùng mã hóa cho một loại amino acid. Trả lời:
a) Mã di truyền là thông tin về trình tự amino acid được mã hóa dưới dạng trình tự các nucleotide trên mRNA.
b) Các amino acid được mã hóa bởi nhiều hơn một bộ ba là: Phe, Leu, Ile, Val, Ser,
Pro, Thr, Ala, Tyr, His, Gln, Asn, Lys, Asp, Glu, Cys, Arg, Ser, Gly.
c) Đặc điểm chung của các bộ ba cùng mã hóa cho một loại amino acid là có cùng
nucleotide đầu tiên và nucleotide thứ 2 trong mã bộ ba.
Luyện tập trang 166 KHTN 9: Hãy xác định trình tự các amino acid được mã hóa
bởi phân tử mRNA sau đây:
5’-AUGGGGCGUAAACCCGUCCUGGGAUGA-3’ Trả lời:
Cứ 3 nucleotide liên tiếp trên mRNA quy định một amino acid trên chuỗi polypeptide
và chiều đọc mã di truyền là chiều 5’ → 3’. Do đó, đối chiếu bảng mã di truyền, ta có
trình tự các amino acid được mã hóa bởi phân tử mRNA trên là:
Met-Gly-Arg-Lys-Pro-Val-Leu-Gly.
4. Quá trình dịch mã
Hình thành kiến thức mới 5 trang 167 KHTN 9: Quan sát Hình 39.4 và đọc thông
tin trong bài, hãy trả lời các câu hỏi sau:
a) Quá trình dịch mã đóng vai trò gì trong tế bào?
b) Hãy mô tả mối liên hệ giữa mRNA, tRNA và chuỗi polypeptide. Trả lời:
a) Quá trình dịch mã đóng vai trò giải mã thông tin di truyền trong các bộ ba của
mRNA thành chuỗi polypeptide, hình thành nên các tính trạng của cơ thể.
b) Mối liên hệ giữa mRNA, tRNA và chuỗi polypeptide:
- mRNA giữ vai trò là mạch khuôn mang thông tin di truyền từ DNA dưới dạng các
codon quy định trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide.
- tRNA giữ vai trò như “người phiên dịch” thông tin di truyền trên mRNA thành chuỗi
polypeptide bằng cách khi anticodon trên tRNA khớp bổ sung với một codon trên
mRNA thì một amino acid được đặt vào đúng vị trí của chuỗi polypeptide.
Luyện tập trang 167 KHTN 9: Một đoạn phân tử mRNA có trình tự như sau: 5’-AUGGCUCUCAGGAAAUUU-3’
Hãy xác định trình tự amino acid trên chuỗi polypeptide. Trả lời:
Cứ 3 nucleotide liên tiếp trên mRNA quy định một amino acid trên chuỗi polypeptide
và chiều đọc mã di truyền là chiều 5’ → 3’. Do đó, đối chiếu bảng mã di truyền, ta có
trình tự amino acid trên chuỗi polypeptide trên là: Met-Ala-Leu-Arg-Lys-Phe.
Vận dụng trang 167 KHTN 9: Một nhà khoa học tổng hợp phân tử mRNA nhân tạo
với vùng mã hóa protein chứa 1 500 nucleotide (bao gồm cả mã mở đầu và mã kết
thúc). Nhà khoa học thực hiện phản ứng dịch mã phân tử mRNA mới tổng hợp trong
tế bào vi khuẩn E. coli. Hãy cho biết:
a) Chuỗi polypeptide được dịch mã có bao nhiêu amino acid?
b) Nếu thực hiện dịch mã trong ống nghiệm, ngoài phân tử mRNA, chúng ta cần bổ
sung những thành phần nào vào môi trường để quá trình dịch mã có thể diễn ra thành công? Trả lời:
a) Số amino acid có trong chuỗi polypeptide được dịch mã là:
(1500 : 3) – 1 bộ ba kết thúc = 499 (amino acid)
b) Ngoài phân tử mRNA, để thực hiện quá trình dịch mã trong ống nghiệm, chúng ta
cần bổ sung các thành phần sau vào môi trường:
- Ribosome (Ribosome là nơi các tRNA đã được gắn amino acid đọc và giải mã các
bộ ba, tại đây hình thành liên kết giữa các amino acid).
- Amino acid (Amino acid là nguyên liệu để tạo thành polypeptide trong quá trình dịch mã).
- tRNA tương ứng (tRNA có vai trò vận chuyển đúng loại amino acid tương ứng với
bộ ba trên mRNA quy định).
- Các loại enzyme hình thành liên kết gắn các amino acid với nhau và gắn amino acid với tRNA.
- Năng lượng ATP để hoạt hóa amino acid.