KHTN9-CTST | Bài 37. Nucleic acid và ứng dụng

MỤC TIÊU

- Nêu được khái niệm nudeic acid. Kể tên được các loại nucleic acid: DNA (Deoxyribonucleic acid) và RNA (Ribonucleic acid).
- Thông qua hình ảnh, mô tả được DNA có cấu trúc xoắn kép, gồm các đơn phân là bốn loại nucleotide, các nucleotide liên kết giữa hai mạch theo nguyên tắc bổ sung.
- Giải thích được vì sao chỉ từ bốn loại nucleotide nhưng tạo ra được sự đa dạng của phân tử DNA.
- Nêu được chức năng của DNA trong việc lưu giữ, bảo quản, truyền đạt thông tin di truyền.
- Nêu được sơ lược về tính đặc trưng cá thể của hệ gene và một số ứng dụng của phân tích DNA trong xác định huyết thống, truy tìm tội phạm,...
- Trình bày được RNA có cấu trúc một mạch, chứa bốn loại ribonucleotide.
- Phân biệt được các loại RNA dựa vào chức năng.

TÓM TẮT KIẾN THỨC

Khởi động
Tại sao để xác định một người có phải là con đẻ của một cặp vợ chồng, người ta cần tiến hành xét nghiệm để đối sánh DNA của người đó với cả người vợ và người chồng?

❖ Phương pháp giải:
DNA là vật chất di truyền.
❖ Lời giải chi tiết:
Do con người sinh ra mang trong mình bộ gene đặc trưng, trong đó một nửa số DNA được nhận từ mẹ, một nửa số DNA được nhận từ bố. Vì thế, nếu phân tích trình tự nucleotide trên DNA của người con rồi so sánh với mẫu DNA của bố và mẹ có thể xác định được quan hệ huyết thống.

Nucleic acid là một trong những đại phân tử sinh học chứa thông tin di truyền có trong tất cả các sinh vật, được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các nucleotide. Có hai loại nucleic acid là deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA).

1. DEOXYRIBONUCLEIC ACID (DNA)

➲ 1.1. Mô tả cấu trúc của DNA

- DNA được cấu tạo từ bốn loại nucleotide là adenine (A), thymine (T), guanine (G) và cytosine (C). Trong mỗi phân tử DNA, số nucleotide loại A bằng T, G bằng C. Hàm lượng DNA trong tế bào; số lượng, thành phần, trình tự sắp xếp các nucleotide trong DNA đặc trưng cho mỗi loài sinh vật.
- DNA của tất cả các sinh vật (trừ virus) đều có cấu trúc gồm hai mạch polynucleotide chạy song song ngược chiều nhau và xoắn quanh trục tưởng tượng theo chu kì, mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nucleotide. Các nucleotide giữa hai mạch đơn liên kết với nhau bằng các liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung.

Thảo luận
Câu hỏi 1. Quan sát Hình 37.1, hãy mô tả cấu trúc của phân tử DNA.

❖ Phương pháp giải:
Quan sát Hình 37.1.
❖ Lời giải chi tiết:
Cấu trúc của phân tử DNA:
- DNA được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là nucleotide gồm 4 loại A, T, G, C.
- DNA có cấu trúc xoắn kép gồm 2 mạch polynucleotide song song, ngược chiều, xoắn quanh một trục tưởng tượng từ trái qua phải (xoắn phải). Các nucleotide trên cùng một mạch liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị (liên kết phosphodiester). Các nucleotide giữa hai mạch liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng ba liên kết hydrogen).
- DNA xoắn có tính chu kì, mỗi chu kì xoắn dài 34 Å tương ứng với 10 cặp nucleotide, đường kính vòng xoắn là 20 Å.

Thảo luận
Câu hỏi 2. Hãy giải thích tại sao chỉ từ bốn loại nucleotide nhưng lại tạo ra được sự đa dạng của phân tử DNA.

❖ Phương pháp giải:
DNA do nhiều nucleotide liên kết 2 mạch với nhau.
❖ Lời giải chi tiết:
Đơn phân của ADN là nucleotide gồm 4 loại (A, T, G, C). Bốn loại nucleotide sắp xếp theo nhiều cách khác nhau tạo ra vô số loại phân tử ADN khác nhau: Chúng khác nhau về trình tự sắp xếp, số lượng và thành phần các nucleotide.

Củng cố kiến thức
Một đoạn phân tử DNA có trình tự các nucleotide trên một mạch như sau:

-ACC-AAA-CCG-AGT-
Dựa trên nguyên tắc bổ sung, hãy xác định trình tự các nucleotide của mạch còn lại.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào nguyên tắc bổ sung.
❖ Lời giải chi tiết:
Các nucleotide giữa hai mạch của DNA liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng ba liên kết hydrogen.
Trình tự các nucleotide của mạch đã cho: -ACC-AAA-CCG-AGT-
→ Trình tự các nucleotide của mạch còn lại là: -TGG-TTT-GGC-TCA-

➲ 1.2. Tìm hiểu chức năng của DNA

- DNA có chức năng lưu trữ thông tin di truyền: Thông tin di truyền được mã hoá bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các nucleotide trên DNA.
- DNA có chức năng bảo quản thông tin di truyền: Cấu trúc của phân tử DNA đảm bảo cho phân tử có tính ổn định.
- DNA có chức năng truyền đạt thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Đồng thời, DNA cũng có chức năng truyền đạt thông tin di truyền quy định tính trạng.

Thảo luận
Câu hỏi 3. Đọc thông tin trong bài và nêu chức năng của phân tử DNA.

❖ Phương pháp giải:
Đọc thông tin.
❖ Lời giải chi tiết:
Chức năng của phân tử DNA là lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

✍ Ghi nhớ
• DNA là một đại phân tử sinh học được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là bốn loại nucleotide gồm: A, T, G, C.
• DNA được cấu tạo bởi hai chuỗi polynucleotide liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng ba liên kết hydrogen).
• DNA có chức năng lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

2. GENE

➲ 2.1. Trình bày khái niệm gene

- Gene là một đoạn phân tử DNA mang thông tin di truyền quy định một loại sản phẩm nhất định (có thể là phân tử RNA hoặc chuỗi polypeptide thực hiện chức năng trong tế bào).
- Toàn bộ thông tin di truyền của loài được mã hoá trong DNA (ở một số virus có thể là RNA) tạo thành hệ gene.
- Ví dụ: Ở người, có gene quy định màu da, gene quy định màu mắt, gene quy định chiều cao, ... Ước tính hệ gene của người có khoảng trên dưới 60 000 gene, trong đó có khoảng hơn 20 000 gene mã hoá protein.

➲ 2.2. Tìm hiểu một số ứng dụng phân tích DNA

Mỗi người có một tỉ lệ nhất định trình tự nucleotide trên DNA, do đó, người ta có thể tiến hành phân tích trình tự nucleotide trên DNA và so sánh với dữ liệu DNA có trong ngân hàng gene hoặc với mẫu DNA của các đối tượng khác nhau. Kết quả so sánh trình tự nucleotide trên DNA có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:
- Ứng dụng trong xác định tội phạm: So sánh trình tự nucleotide trên phân tử DNA được thu nhận từ các mẫu da, tóc, máu, ... ở hiện trường vụ án với trình tự DNA của các đối tượng bị tình nghi để tìm ra tội phạm.
- Ứng dụng trong xác định huyết thống: Mỗi người có một nửa số DNA được nhận từ bố và một nửa số DNA được nhận từ mẹ. Khi giám định DNA, để xác định huyết thống của con cái, người ta thường so sánh với mẫu DNA của cả bố và mẹ.

Thảo luận
Câu hỏi 4. Người ta thường xác định danh tính tội phạm dựa trên dấu vết ở hiện trường vụ án bằng cách nào?

❖ Phương pháp giải:
Lý thuyết gene.
❖ Lời giải chi tiết:
Mỗi người có một tỉ lệ nhất định trình tự nucleotide trên DNA đặc trưng. Do đó, người ta có thể tiến hành phân tích trình tự nucleotide trên DNA được thu nhận từ các mẫu da, tóc, máu,.. ở hiện trường vụ án và so sánh với trình tự nucleotide trên DNA của các đối tượng tình nghi để xác định danh tính tội phạm.

Vận dụng kiến thức
Tại sao cùng là loài người nhưng những nhóm cư dân ở các khu vực địa lí khác nhau như châu Á, châu Âu, châu Mỹ, châu Phi lại có những đặc điểm đặc trưng khác biệt?

❖ Phương pháp giải:
Các nhóm cư dân ở các khu vực địa lí khác nhau thường có những đặc điểm đặc trưng khác biệt do ảnh hưởng của nhiều yếu tố lịch sử, văn hóa và môi trường tự nhiên.
❖ Lời giải chi tiết:
Gene quy định tính trạng. Bên cạnh khả năng bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền giúp các nhóm cư dân ở các khu vực địa lí khác nhau đều được thừa hưởng một vốn gene đặc trưng cho loài người, gene còn có khả năng tạo ra những tổ hợp biến dị phong phú nhờ quá trình đột biến hay sinh sản. Do sống ở những khu vực địa lí khác nhau nên điều kiện tự nhiên tác động chọn lọc và giữ lại những tổ hợp biến dị thích nghi theo các hướng khác nhau (phù hợp với từng môi trường sống). Kết quả dẫn đến mặc dù cùng là loài người nhưng những nhóm cư dân ở các khu vực địa lí khác nhau như châu Á, châu Âu, châu Mỹ, châu Phi lại có những đặc điểm đặc trưng khác biệt.

✍ Ghi nhớ
• Gene là một đoạn phân tử DNA, mang thông tin di truyền quy định một loại sản phẩm nhất định. Sản phẩm của gene là phân tử RNA hoặc chuỗi polypeptide thực hiện chức năng trong tế bào.
• Dựa vào tính đặc trưng cá thể của hệ gene, người ta có thể tiến hành phân tích DNA nhằm ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xác định huyết thống, truy tìm tội phạm, ...

3. RIBONUCLEIC ACID (RNA)

➲ Tìm hiểu các loại RNA

RNA là một đại phân tử sinh học, do gene tổng hợp nên, cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là bốn loại nucleotide gồm: adenine (A), guanine (G), uracil (U) và cytosine (C). Khác với DNA, RNA hầu hết được cấu tạo bởi một chuỗi nucleotide, tuỳ theo chức năng mà các RNA được chia thành các loại khác nhau.
Các loại phân tử RNA phổ biến gồm: RNA thông tin (mRNA), RNA vận chuyển (tRNA) và RNA ribosome (rRNA).
- mRNA chứa thông tin di truyền tổng hợp protein.
- tRNA có chức năng vận chuyển các amino acid đến ribosome và thực hiện quá trình tổng hợp protein.
- rRNA tham gia cấu tạo nên ribosome.
Gần đây, người ta còn phát hiện thêm một số loại RNA khác tham gia chức năng điều hoà, xúc tác.

Thảo luận
Câu hỏi 5. Phân biệt chức năng các loại phân tử RNA bằng cách hoàn thành bảng sau:

STT

Các loại RNA

Chức năng

1

mRNA

?

2

tRNA

?

3

rRNA

?

❖ Phương pháp giải:
Lý thuyết chức năng các loại phân tử RNA.
❖ Lời giải chi tiết:

STT	Các loại RNA	Chức năng
1	mRNA	Chứa thông tin di truyền tổng hợp protein.
2	tRNA	Vận chuyển amino acid đến ribosome và thực hiện quá trình tổng hợp protein.
3	rRNA	Tham gia cấu tạo nên ribosome.

✍ Ghi nhớ
• RNA là một đại phân tử sinh học được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là bốn loại nucleotide gồm: adenine, guanine, uracil và cytosine.
• Có ba loại phân tử RNA chủ yếu là: mRNA, tRNA, rRNA. Trong đó, mRNA mang thông tin di truyền, tRNA vận chuyển amino acid đến ribosome, rRNA cấu tạo nên ribosome. Cả ba loại RNA đều tham gia vào quá trình tổng hợp protein.

BÀI TẬP

Đang cập nhật