Hoạt động mở đầu (trang 5) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Kiểu hình của con có nhiều đặc điểm giống kiểu hình của bố và mẹ. Ví dụ: Ở người, con có tóc xoăn, mắt nâu giống bố, có mũi cao, cằm nhọn giống mẹ. Bố, mẹ đã di truyền các đặc điểm đó cho con như thế nào và bằng cơ chế nào?
Trả lời:
- Nhờ cơ chế tái bản, thông tin di truyền trên DNA của bố và mẹ được truyền qua thế hệ tế bào và cơ thể của người con. Thông tin di truyền trên gene được biểu hiện thành tính trạng ở con nhờ phiên mã và dịch mã.
I. Chức năng của DNA và cơ chế tái bản DNA
Câu hỏi 1 (trang 6) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Quan sát Hình 1.1, hãy:
a) Mô tả cấu trúc của nucleotide. Bốn loại nucleotide khác nhau ở thành phần nào?
b) Mô tả liên kết phosphodiester giữa các nucleotide.
c) Cho biết sự kết cặp đặc hiệu giữa các base trên phân tử DNA được thể hiện như thế nào. Phát biểu nguyên tắc bổ sung.
Trả lời:
a) Cấu trúc của nucleotide cấu tạo nên DNA gồm có 3 phần chính: đường deoxyribose, nhóm phosphate, nitrogene base (gồm 4 loại A, T, G, C). Bốn loại nucleotide chỉ khác nhau ở thành phần nitrogene base.
b) Liên kết phosphodiester giữa các nucleotide là liên kết được hình thành giữa nhóm phosphate của nucleotide này với nhóm hydroxyl ở carbon 3’ trong phân tử của nucleotide kế tiếp.
c) Sự kết cặp đặc hiệu giữa các base trên phân tử DNA: A chỉ liên kết với T, G chỉ liên kết với X và ngược lại.
- Phát biểu nguyên tắc bổ sung: Trong phân tử DNA mạch kép, nguyên tắc bổ sung là nguyên tắc liên kết giữa các nucleotide ở hai mạch đối diện. Trong đó, A liên kết với T bằng 2 liên kết hydro, G liên kết với C bằng 3 liên kết hydro và ngược lại.
Câu hỏi 2 (trang 6) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Những đặc điểm cấu trúc nào của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được các chức năng?
Trả lời:
- Chức năng mang và bảo quản thông tin di truyền: Trình tự sắp xếp các nucleotide trên DNA quy định đặc điểm của cơ thể sinh vật. DNA cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, từ bốn loại nucleotide (A, T, G, C) sắp xếp theo các trình tự khác nhau và liên kết với nhau nhờ liên kết phosphodiester tạo thành mạch DNA. Liên kết phosphodiester bền vững đảm bảo cho thông tin di truyền được lưu giữ và bảo quản trong cấu trúc của phân tử DNA.
- DNA có khả năng truyền đạt thông tin di truyền: Các base trên hai mạch DNA kết cặp đặc hiệu với nhau nhờ liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung. Liên kết hydrogen là liên kết yếu, tuy nhiên trong phân tử DNA số lượng liên kết hydrogen lớn, do đó, DNA có cấu trúc bền vững song cũng rất linh hoạt trong cơ chế tự nhân đôi. Nhờ cơ chế tự nhân đôi trong quá trình phân bào, thông tin di truyền trên DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và thế hệ cơ thể.
Câu hỏi 3 (trang 7) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Hãy giải thích quá trình tái bản DNA là sự sao chép thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
- Quá trình tái bản tuân theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn dẫn đến kết quả của quá trình tái bản (tự nhân đôi) tạo thành hai phân tử DNA có cấu trúc giống nhau và giống DNA mẹ. Sau quá trình tái bản, nhờ sự phân bào, mỗi phân tử DNA đi về một tế bào con. Như vậy, tái bản DNA là một quá trình tự sao chép thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
II. Gene
Câu hỏi 4 (trang 8) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Căn cứ vào mạch khuôn, xác định vị trí các vùng cấu trúc trên gene trong hình 1.4
Trả lời:
Các vùng cấu trúc:
- Vùng điều hòa
- Vùng mã hóa
- Vùng kết thúc
Câu hỏi 5 (trang 8) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Phân biệt gene phân mảnh với gene không phân mảnh, gene cấu trúc với gene điều hoà.
Trả lời:
- Phân biệt gene phân mảnh và gene không phân mảnh:
+ Gene phân mảnh: bao gồm exon và intron.
+ Gene không phân mảnh: chỉ có exon.
- Phân biệt gen cấu trúc và gen điều hòa:
+ Gene cấu trúc: gene mã hóa protein tham gia vào cấu trúc.
+ Gene điều hòa: gene mã hóa protein có chức năng điều hòa hoạt động của gene cấu trúc.
III. RNA và phiên mã
Câu hỏi 6 (trang 8) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Quan sát Hình 1.5, 1.6 và 1.7, đọc đoạn thông tin, lập bảng phân biệt ba loại RNA theo hai tiêu chí: cấu trúc và chức năng.
Trả lời:
Câu hỏi 7 (trang 9) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Quan sát Hình 1.8, hãy:
a) Mô tả quá trình phiên mã.
b) Giải thích tại sao “phiên mã thông tin di truyền là cơ chế tổng hợp RNA dựa trên DNA”
Trả lời:
a, Quá trình phiên mã: Phiên mã là quá trình tổng hợp phân tử RNA dựa trên mạch khuôn của gene. Quá trình phiên mã thông tin di truyền từ gene ra mRNA được chia thành ba giai đoạn:
- Khởi đầu phiên mã: Enzyme RNA polymerase nhận ra và liên kết với vùng điều hoà làm cho hai mạch của gene tách nhau để lộ mạch khuôn và bắt đầu tổng hợp mRNA.
- Kéo dài mạch RNA: Enzyme RNA polymerase trượt dọc trên mạch khuôn của gene có chiều 3’ → 5’, lắp các nucleotide tự do thành chuỗi polynucleotide chiều 5’→ 3’ theo nguyên tắc bổ sung (A, U, G, C của môi trường lần lượt liên kết với T, A, C, G của mạch khuôn).
- Kết thúc phiên mã: Enzyme RNA polymerase di chuyển đến cuối gene, gặp tín hiệu kết thúc phiên mã ở đầu 5’ trên mạch khuôn của gene, quá trình phiên mã dừng lại; enzyme RNA polymerase và phân tử mRNA đã hoàn thành rời khỏi DNA.
b, Kết thúc quá trình phiên mã, thông tin di truyền trên DNA được truyền đạt sang phân tử mRNA. Do đó, bản chất của quá trình phiên mã là quá trình truyền đạt thông tin di truyền từ DNA sang mRNA.
Câu hỏi 8 (trang 10) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Quan sát hình 1.9, hãy mô tả quá trình phiên mã ngược.
Trả lời:
- Sao mã ngược là hiện tượng ARN tổng hợp ra ADN, ví dụ ở virut HIV.
- Trên mỗi sợi ARN lõi của các virus này có mang một enzyme sao mã ngược (reverse transcriptase). Khi xâm nhập vào tế bào chủ, enzyme này sử dụng ARN của virus làm khuôn để tổng hợp sợi ADN bổ sung (cADN - complementary ADN).
- Sau đó, sợi cADN này có thể làm khuôn để tổng hợp trở lại bộ gene của virus (cADN→ARN), hoặc tổng hợp ra sợi ADN thứ hai bổ sung với nó (cADN→ADN) như trong trường hợp virus gây khối u mà kết quả là tạo ra một cADN sợi kép. Phân tử ADN sợi kép được tổng hợp trước tiên trong quá trình lây nhiễm có thể xen vào ADN của vật chủ và ở trạng thái tiền virus (provirus).
- Vì vậy, provirus được truyền lại cho các tế bào con thông qua sự tái bản của ADN vật chủ, nghĩa là các tế bào con cháu của vật chủ cũng bị chuyển sang tình trạng có mầm bệnh.
IV. Mã di truyền và dịch mã
Câu hỏi 9 (trang 10) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Phân tử mRNA được phiên mã từ mạch khuôn 3’ → 5’ của gene. Xác định chiều đọc của condon và anticodon.
Trả lời:
- Chiều đọc của condon là: 5’ → 3’.
- Chiều đọc của anticodon là: 3’ → 5’.
Câu hỏi 10 (trang 12) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Quan sát Hình 1.10 và cho biết:
a) Quá trình dịch mã có sự tham gia của những thành phần nào? Nêu vai trò của những thành phần đó.
b) Chiều dịch chuyển của ribosome trên mRNA.
c) Nguyên tắc bổ sung được thể hiện trong quá trình dịch mã như thế nào?
Trả lời:
a) Quá trình dịch mã có sự tham gia của:
- mRNA: mang bộ ba mã hóa
- tRNA: mang bộ ba đối mã
- rRNA: tổng hợp ribosome
b) Chiều dịch chuyển của ribosome trên mRNA: 3’→ 5’.
c) Nguyên tắc bổ sung được thể hiện trong quá trình dịch mã: anticodon của tRNA khớp bổ sung với codon trên mRNA.
Luyện tập (trang 13) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Hãy vẽ sơ đồ tóm tắt:
* Quá trình hoạt hoá amino acid.
* Các bước của giai đoạn dịch mã tổng hợp chuỗi polypeptide.
Lời giải:
* Sơ đồ tóm tắt quá trình hoạt hoá amino acid:
* Sơ đồ tóm tắt các bước của giai đoạn dịch mã tổng hợp chuỗi polypeptide:
Câu hỏi 11 (trang 13) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Quan sát hình 1.13, hãy:
a) Nêu nhận xét về cấu trúc của các chuỗi polypeptide được dịch mã nhờ polyribosome. Giải thích tại sao.
b) Nêu vai trò của polyribosome trong việc tổng hợp protein.
Trả lời:
a) Cấu trúc của các chuỗi polypeptide được dịch mã nhờ polyribosome giống nhau vì được dịch từ cùng 1 mRNA ban đầu
b) Vai trò của polyribosome: tăng hiệu suất dịch mã.
V. Sơ đồ cơ chế truyền thông tin di truyền ở cấp độ phân tử
Câu hỏi 12 (trang 14) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Ở cấp độ phân tử, thông tin di truyền được truyền đạt theo những hướng nào? Hướng nào đảm bảo cho đặc tính di truyền của loài được duy trì ổn định?
- Ở cấp độ phân tử, thông tin di truyền được truyền đạt theo những hướng sau:
+ Hướng thứ nhất: Thông tin di truyền được truyền đạt từ thế hệ tế bào này sang thế hệ tế bào khác qua quá trình tái bản DNA.
+ Hướng thứ hai: Thông tin được truyền một chiều từ DNA → mRNA → protein, từ đó quy định các tính trạng của cơ thể sinh vật.
+ Hướng thứ ba: Trong một số trường hợp, quá trình truyền đạt thông tin di truyền có thể xảy ra theo hướng từ RNA tới DNA nhờ các loại enzyme phiên mã ngược.
- Hướng đảm bảo cho đặc tính di truyền của loài được duy trì ổn định là hướng thông tin di truyền được truyền đạt qua quá trình tái bản DNA.
Vận dụng (trang 14) Sinh 12 Chân trời sáng tạo Bài 1: Một bạn học sinh cho rằng:
1. Tất cả các đoạn trình tự nucleotide trên phân tử DNA đều được gọi là gene.
2. Ở sinh vật nhân thực, chiều dài của phân tử mRNA bằng chiều dài của gene quy định nó.
3. Ở sinh vật nhân sơ, từ chuỗi polypeptide có thể xác định được số lượng nucleotide do gene quy định.
Theo em, những nhận định của bạn học sinh trên có đúng không? Giải thích.
Lời giải:
1. Sai vì trình tự nucleotide mang thông tin quy định sản phẩm là polypeptide hoặc RNA mới được định nghĩa là gene.
2. Sai vì ở sinh vật nhân thực, mRNA sau khi phiên mã cắt bỏ các đoạn intron, nối các đoạn exon tạo thành mRNA trưởng thành nên chiều dài không thể bằng gene quy định nó.
3. Đúng vì ba nucleotide liền nhau tạo thành một mã di truyền mã hóa một amino acid trong chuỗi polypeptide.