100 bài tập Phiên mã và Dịch mã (có đáp án 2024) và cách giải

100 bài tập Phiên mã và Dịch mã và cách giải

I. Lý thuyết

1. Phiên mã

- Phiên mã là quá trình tổng hợp ARN dựa trên mạch gốc của gen.

- Phiên mã diễn ra ở kì trung gian của quá trình phân bào (ở pha G1 của chu kì tế bào). Ở đâu có gen thì ở đó có phiên mã. Vì vậy, trong tế bào chất của tế bào nhân thực có gen ở ti thể, lục lạp cho nên phiên mã cũng diễn ra ở ti thể, lục lạp. Do đó, ở tế bào nhân thực, phiên mã không chỉ diễn ra ở trong nhân mà còn diễn ra ở cả tế bào chất.

- Phiên mã chỉ sử dụng enzym ARN pôlimeraza. Do đó, enzym này vừa tháo xoắn ADN để lộ mạch khuôn, vừa xúc tác để tổng hợp mạch pôlinuclêôtit mới.

- Gen có 2 mạch nhưng chỉ có mạch gốc (mạch có chiều 3’→ 5’ so với chiều trượt của enzym tháo xoắn) được dùng để làm khuôn tổng hợp ARN.

- Một gen tiến hành phiên mã 10 lần thì sẽ tổng hợp được 10 phân tử mARN. Vì quá trình phiên mã diễn ra theo nguyên tắc bổ sung nên các phân tử mARN này đều có cấu trúc hoàn toàn giống nhau.

- Trên mỗi phân tử ADN có nhiều gen nhưng không phải gen nào cũng phiên mã. Sự phiên mã của gen tùy thuộc vào nhu cầu tổng hợp prôtêin của tế bào. Do đó các gen khác nhau thường có số lần phiên mã khác nhau.

- Ở sinh vật nhân sơ, đang phiên mã tổng hợp mARN, mARN được tiến hành dịch mã ngay. Ở sinh vật nhân thực, mARN được loại bỏ các đoạn intron, sau đó nối các đoạn exon lại với nhau tạo ra mARN trưởng thành, mARN trưởng thành đi ra tế bào chất tham gia dịch mã tổng hợp prôtêin.

2. Mã di truyền và dịch mã

a) Mã di truyền (MDT): là trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong gen quy định trình tự sắp xếp các axit amin trong chuỗi pôlipeptit (prôtêin).

- MDT là mã bộ ba, cứ 3 nuclêôtit quy định 1 aa. (Nếu chỉ có 2 loại A và G thì có số loại bộ ba là: 23 = 8 loại; Nếu có 3 loại A, U và X thì sẽ có 33 = 27 loại bộ ba). Nếu chỉ tính bộ ba mã hóa aa thì có 61 loại bộ ba.

- MDT được đọc liên tục, từ một điểm xác định trên mARN và không gối lên nhau. Vì vậy, trên mỗi loại phân tử mARN thì mã di truyền chỉ được đọc từ một điểm cố định (trừ bộ ba mở đầu).

- MDT có tính phổ biến (trừ một vài ngoại lệ), có tính đặc hiệu và có tính thoái hóa. Trong 64 mã di truyền thì có 2 bộ ba không có tính thoái hóa, đó là AUG và UGG.

b) Dịch mã: (Dịch mã là quá trình chuyển thông tin từ các bộ ba trên mARN thành trình tự các axit amin trên chuỗi pôlipeptit).

- Có 4 thành phần tham gia dịch mã, đó là: mARN, tARN, ribôxôm, axit amin. Trong đó tARN đóng vai trò là nhân tố tiến hành dịch mã (dịch bộ ba trên mARN thành axit amin).

- Dịch mã có 2 giai đoạn chính là giai đoạn hoạt hóa axit amin và giai đoạn tổng hợp chuỗi pôlipeptit.

- Ở giai đoạn hoạt hóa axit amin, sử dụng năng lượng ATP để hoạt hóa axi amin và gắn axit amin với tARN (ATP + aa + tARN →aa ~ tARN).

- Ở giai đoạn tổng hợp chuỗi pôlipeptit, mỗi bộ ba trên mARN được dịch thành 1 axit amin. Trong đó, bộ ba đối mã của tARN khớp bổ sung với bộ ba mã hóa trên mARN.

- Ở sinh vật nhân sơ, aa mở đầu chuỗi pôlipeptit là focmin Metiônin; Ở sinh vật nhân thực, aa mở đầu là Metiônin.

- Khi dịch mã, ribôxôm trượt từ bộ ba mở đầu (AUG) ở đầu 5’ của mARN cho đến khi gặp bộ ba kết thúc ở đầu 3’ của mARN thì dừng lại. Trên mỗi mARN có thể có nhiều bộ ba AUG nhưng chỉ có một bộ ba làm nhiệm vụ mở đầu dịch mã.

- Số lượng chuỗi pôlipeptit phụ thuộc vào số lượng ribôxôm tham gia dịch mã và số phân tử mARN. Ví dụ, nếu có x phân tử mARN và có y ribôxôm thì số chuỗi pôlipeptit được tạo ra = x.y.

* Sơ đồ mô tả cơ chế di truyền ở cấp phân tử:

* Như vậy, thông tin di truyền ở trên gen được biểu hiện thành tính trạng trên cơ thể sinh vật thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã.

3. Điều hòa hoạt động gen

* Điều hòa hoạt động gen là điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra. Ở sinh vật nhân sơ, sự điều hòa hoạt động của gen là điều hòa quá trình phiên mã theo mô hình operon Lac.

- Operon Lac có 3 thành phần, đó là: Vùng khởi động (P), vùng vận hành (O), các gen cấu trúc Z, Y, A. Vùng khởi động là vị trí để enzym bám vào khởi động phiên mã; Vùng vận hành là vị trí để chất ức chế bám vào ức chế phiên mã. Các gen cấu trúc (Z, Y, A) quy định tổng hợp prôtêin tham gia chuyển hóa và sử dụng đường lactozơ.

- Các gen trong một operon có chung một vùng khởi động, một vùng vận hành cho nên sẽ có số lần phiên mã bằng nhau. Ví dụ, nếu gen Z phiên mã 10 lần thì gen A cũng phiên mã 10 lần.

- Operon Lac sẽ không phiên mã khi có chất ức chế bám vào vùng vận hành (vùng O); Hoặc khi có đột biến làm mất vùng khởi động (P) của operon.

- Operon Lac sẽ phiên mã khi: Vùng vận hành (O) được tự do và vùng khởi động (P) hoạt động bình thường.

4. Mối quan hệ giữa gen, mARN, prôtêin

- Thông tin di truyền ở trên gen được biểu hiện thành tính trạng trên cơ thể thông qua 2 quá trình là phiên mã và dịch mã. Cả phiên mã và dịch mã đều diễn ra theo nguyên tắc bổ sung.

- Một đặc điểm chỉ có ở phiên mã ở sinh vật nhân thực mà không có ở sinh vật nhân sơ, đó là sau phiên mã có sự hoàn thiện ARN (cắt bỏ các đoạn intron và nối các đoạn exon để tạo nên mARN trưởng thành…).

- Trong các enzym tham gia cơ chế di truyền ở cấp phân tử thì chỉ có enzym ARN pôlimeraza có khả năng tháo xoắn phân tử ADN và tổng hợp mạch pôlinuclêôtit mới.

- Vì mã di truyền có tính đặc hiệu cho nên biết được trình tự các bộ ba trên mARN sẽ suy ra trình tự các axit amin trên chuỗi pôlipeptit. Ngược lại, vì mã di truyền có tính thoái hóa cho nên biết được trình tự các axit amin trên chuỗi pôlipeptit không thể suy ra trình tự các bộ ba ở trên mARN.

- Quá trình phiên mã không theo nguyên tắc bổ sung thì sẽ tổng hợp ra phân tử ARN có cấu trúc khác với ARN lúc bình thường nhưng không làm phát sinh đột biến gen (vì không làm thay đổi cấu trúc của gen).

II. Bài tập vận dụng

Câu 1: Cho biết các cô đon mã hóa các axit amin tương ứng như sau: GGG – Gly; XXX – Pro; GXU – Ala; XGA – Arg; UXG – Ser; AGX – Ser. Một đoạn mạch của một gen ở vi khuẩn có trình tự các nuclêôtit là 5’AGXGGGXGAXXXGGG3’. Nếu đoạn mạch gốc này mang thông tin mã hóa cho đoạn pôlipeptit có 5 axit amin, hãy xác định trình tự của 5 axit amin đó.

Hướng dẫn giải:

Muốn xác định trình tự của các aa trên chuỗi pôlipeptit thì phải dựa vào trình tự các bộ ba trên mARN. Muốn xác định trình tự các bộ ba trên mARN thì phải dựa vào trình tự nuclêôtit trên mạch gốc của gen. Mạch gốc của gen được đọc theo chiều 3’ đến 5’.

- Bài ra cho biết mạch gốc của gen là 5’AGXGGGXGAXXXGGG3’ thì chúng ta viết đảo lại mạch gốc thành: 3’GGGXXXAGXGGGXGA5’.

- Mạch ARN tương ứng là 5’XXXGGGUXGXXXGXU3’.

- Trong quá trình dịch mã, mỗi bộ ba trên mARN quy định 1 aa trên chuỗi pôlipeptit

Trình tự các bộ ba trên mARN là 5’XXXGGGUXGXXXGXU3’

Trình tự các aa tương ứng là Pro – Gly – Ser – Pro – Ala.

- Trình tự các nuclêôtit trên mạch goosic của gen quy định trình tự các bộ ba trên mARN, trình tự các bộ ba trên mARN quy định trình tự các aa trên chuỗi pôlipeptit. - Trên phân tử mARN , mã di truyền được đọc theo chiều 5’ đến 3’.

Câu 2: Trong một vòng đời của vi khuẩn E.coli, gen điều hòa tiến hành nhân đôi 1 lần và gen A của opêron Lac tiến hành phiên mã 31 lần. Hãy xác định:

a. Số lần nhân đôi của gen Z.

b. Số lần phiên mã của gen Y.

Hướng dẫn giải:

a. Vi khuẩn chỉ có một phân tử ADN dạng vòng. Do đó, các gen có số lần nhân đôi bằng nhau.

Vì vậy, gen điều hòa nhân đôi 1 lần thì gen Z cũng nhân đôi 1 lần.

b. Các gen trong opêron Lac đều có chung một cơ chế điều hòa (có chung vùng khởi động, vùng vận hành), do đó có số lần phiên mã giống nhau. Vì vậy, gen A phiên mã 31 lần thì gen Y cũng phiên mã 31 lần.

Câu 3: Một phân tử mARN có tỉ lệ các loại nuclêôtit là : A : U : G : X = 1 : 3 : 2 : 4. Hãy tính số nuclêôtit mỗi loại. Biết rằng phân tử mARN này có 150 nuclêôtit loại U.

Hướng dẫn giải:

Theo bài ra, tỉ lệ các loại nuclêôtit là: A : U : G : X = 1 : 3 : 2 : 4.

Câu 4: Một phân tử mARN có 240 nuclêôtit, trong đó tỉ lệ A : U : G : X = 1:3:2:2. Sử dụng phân tử ARN này làm khuôn để phiên mã ngược tổng hợp nên phân tử ADN mạch kép có chiều dài bằng chiều dài phân tử ARN này.

a. Tính số nuclêôtit mỗi loại của mARN này.

b. Tính số nuclêôtit mỗi loại của ADN này.

Hướng dẫn giải:

a. Theo bài ra ta có $\frac{A}{1}=\frac{U}{3}=\frac{G}{2}=\frac{X}{2}=\frac{A+U+G+X}{1+3+2+2}=\frac{240}{8}=30$

→ A = 30. U = 90. G = 60. X = 60.

b. Từ ARN phiên mã ngược để hình thành nên ADN mạch kép thì số nuclêôtit mỗi loại của ADN mạch kép sẽ là

G_ADN = X_ADN = G_ARN + X_ARN = 60 + 60 = 120.

A_ADN = T_ADN = A_ARN + U_ARN = 30 + 90 = 120.

Khi phiên mã ngược để tổng hợp ADN mạch kép thì số nuclêôtit mỗi loại của ADN mạch kép là: AADN = TADN = AARN + UARN; GADN = XADN = GARN + XARN.

Câu 5: Một phân tử ARN có 720 nuclêôtit, trong đó tỉ lệ A : U : G : X = 2:3:2:2. Sử dụng phân tử ARN này làm khuôn để phiên mã ngược tổng hợp nên phân tử ADN mạch kép có chiều dài bằng chiều dài phân tử ARN này.

a. Tính số nuclêôtit mỗi loại của mARN này.

b. Tính số nuclêôtit mỗi loại của ADN này.

Hướng dẫn giải:

a. Theo bài ra ta có $\frac{A}{2}=\frac{U}{3}=\frac{G}{2}=\frac{X}{2}=\frac{A+U+G+X}{2+3+2+2}=\frac{720}{9}=80$

→ A = 180. U = 240. G = 160. X = 160.

b. Từ ARN phiên mã ngược để hình thành nên ADN mạch kép thì số nuclêôtit mỗi loại của ADN mạch kép sẽ là

G_ADN = X_ADN = G_ARN + X_ARN = 160 + 240 = 400.

A_ADN = T_ADN = A_ARN + U_ARN = 160 + 160 = 320.

Khi phiên mã ngược để tổng hợp ADN mạch kép thì số nuclêôtit mỗi loại của ADN mạch kép là: AADN = TADN = AARN + UARN; GADN = XADN = GARN + XARN.

Câu 6: Trong một vòng đời của vi khuẩn E.coli, gen Z của opêron Lac tiến hành nhân đôi và phiên mã 32 lần. Hãy xác định:

a. Số lần nhân đôi của gen A.

b. Số lần phiên mã của gen Y.

Hướng dẫn giải

a. Các gen trong opêron Lac đều thuộc 1 phân tử ADN dạng vòng của vi khuẩn. Cho nên số lần nhân đôi của các gen này là như nhau. Vì vậy, gen Z nhân đôi 1 lần thì gen A nhân đôi 1 lần.

b. Các gen trong opêron Lac đều có chung một cơ chế điều hòa (có chung vùng khởi động, vùng vận hành), do đó có số lần phiên mã giống nhau. Vì vậy, gen Z phiên mã 32 lần thì gen Y cũng phiên mã 32 lần.

Các gen trong một opêron luôn có số lần nhân đôi bằng nhau, số lần phiên mã bằng nhau.

Câu 7: Trong một vòng đời của vi khuẩn E.coli, gen điều hòa tiến hành nhân đôi 1 lần và gen A của opêron Lac tiến hành phiên mã 36 lần. Hãy xác định:

a. Số lần nhân đôi của gen Z. b. Số lần phiên mã của gen Y.

Hướng dẫn giải

a. Vi khuẩn chỉ có một phân tử ADN dạng vòng. Do đó, các gen có số lần nhân đôi bằng nhau.

Vì vậy, gen điều hòa nhân đôi 1 lần thì gen Z cũng nhân đôi 1 lần.

b. Các gen trong opêron Lac đều có chung một cơ chế điều hòa (có chung vùng khởi động, vùng vận hành), do đó có số lần phiên mã giống nhau. Vì vậy, gen A phiên mã 36 lần thì gen Y cũng phiên mã 36 lần.

Câu 8: Một gen tiến hành phiên mã 8 lần. Hãy xác định số phân tử mARN được tạo ra.

Hướng dẫn giải

Quá trình phiên mã chỉ sử dụng một mạch của gen là mạch khuôn. Do đó, phiên mã 8 lần sẽ tổng hợp được 8 phân tử mARN.

Câu 9: Mạch gốc của gen có trình tự các đơn phân 3’AAAATGXTAGXXX5’. Hãy xác định trình tự các đơn phân tương ứng trên đoạn mạch của phân tử mARN do gen này tổng hợp.

Hướng dẫn giải

Gen có hai mạch nhưng chỉ có một mạch được dùng làm khuôn để tổng hợp mARN, đó là mạch gốc. Phân tử mARN có trình tự các đơn phân bổ sung với mạch gốc và có chiều ngược với mạch gốc.

Mạch gốc của gen là 3’AAAATGXTAXXX5’

Thì mARN là 5’UUUUAXGAUXGGG3’.

Phân tử mARN có trình tự các nuclêôtit bổ sung và ngược chiều với mạch gốc của gen.

Câu 10: Trên mạch gốc của một gen ở sinh vật nhân sơ có 220 A, 310 T, 250 G, 180 X. Gen phiên mã 5 lần, hãy xác định:

a. Tổng hợp được bao nhiêu phân tử mARN?

b. Số nuclêôtit mỗi loại của phân tử ARN.

Hướng dẫn giải

a. 5

b. Khi phiên mã, mạch gốc của gen được dùng để làm khuôn tổng hợp ARN. Do vậy, số nuclêôtit mỗi loại của ARN bổ sung với số nuclêôtit của mạch gốc.

Gen của vi khuẩn là gen không phân mảnh, do đó sau khi phiên mã thì phân tử mARN không bị sự cắt bỏ các nuclêôtit nên

A_ARN = T_goa = 310; U_ARN = A_goa = 220;

X_ARN = G_goa = 250; G_ARN = X_goa = 180.

- Số nuclêôtit mỗi loại của mARN bổ sung với số nuclêôtit mỗi loại trên mạch gốc của gen AARN = Tgoa, GARN = Xgoa, UARN = Agoa, XARN = Ggoa

Câu 11: Một phân tử ARN có 360 nuclêôtit, trong đó tỉ lệ A : U : G : X = 2:3:2:2. Sử dụng phân tử ARN này làm khuôn để phiên mã ngược tổng hợp nên phân tử ADN mạch kép có chiều dài bằng chiều dài phân tử ARN này.

a. Tính số nuclêôtit mỗi loại của mARN này.

b. Tính số nuclêôtit mỗi loại của ADN này.

Hướng dẫn giải

a. Theo bài ra ta có

→ A = 80. U = 120. G = 80. X = 80.

b. Từ ARN phiên mã ngược để hình thành nên ADN mạch kép thì số nuclêôtit mỗi loại của ADN mạch kép sẽ là

G_ADN = X_ADN = G_ARN + X_ARN = 80 + 120 = 200.

A_ADN = T_ADN = A_ARN + U_ARN = 80 + 80 = 160.

Khi phiên mã ngược để tổng hợp ADN mạch kép thì số nuclêôtit mỗi loại của ADN mạch kép là: AADN = TADN = AARN + UARN; GADN = XADN = GARN + XARN.

Câu 12: Giả sử trong quá trình dịch mã, mỗi bộ ba đối mã chỉ liên kết với một bộ ba mã sao trên mARN. Hãy xác định bộ ba đối mã khớp bổ sung với các bộ ba mã sao sau đây:

a. 5'AUG3'. b. 3'XAG5'. c. 5'UAA3'. d. 3'GXA5'.

Hướng dẫn giải

Để xác định được bộ ba đối mã, đầu tiên phải viết các bộ ba mã sao theo đúng trật tự từ 5¢ đến 3¢.

Sau đó chú ý đến bộ ba kết thúc (vì bộ ba kết thúc không có bộ ba đối mã tương ứng) và viết các bộ ba đối mã tương ứng với các bộ ba mã sao theo nguyên tắc bổ sung và ngược chiều.

Vậy bộ ba đối mã tương ứng với bộ ba mã sao nói trên là

a. 5'AUG3'. b. 3'XAG5'. c. 5'UAA3'. d. 3'GXA5'.

3'UAX5'. 5'GUX3'. Kết thúc 5'XGU3'.

- Bộ ba đối mã trên tARN khớp bổ sung và ngược chiều với bộ ba mã sao trên mARN. Trong số 64 bộ ba mã hóa trên mARN, có 3 bộ ba làm nhiệm vụ kết thúc dịch mã (5'UAA3'; 5'UAG3'; 5'UGA3'). Các bộ ba kết thúc không có bộ ba đối mã tương ứng. - Trong thực tế, vì trong tế bào thường chỉ có 40 đến 50 loại tARN cho nên có hiện tượng linh động khi dịch mã (tức là có hiện tượng, cùng một loại tARN nhưng khớp bổ sung với 2 loại bộ ba mã hóa khác nhau). Vì vậy, Bài tập này chỉ nhằm mục đích rèn luyện kiến thức về nguyên lí bổ sung trong dịch mã chứ không hoàn toàn chính xác.

Câu 13: Trên mạch gốc của một gen ở sinh vật nhân sơ có 200 A, 300 T, 250 G, 150 X. Gen phiên mã 10 lần, hãy xác định:

a. Tổng hợp được bao nhiêu phân tử mARN.

b. Số nuclêôtit mỗi loại mà môi trường cung cấp cho quá trình phiên mã.

Hướng dẫn giải

a. Phiên mã 10 lần thì sẽ tổng hợp được 10 phân tử mARN.

b. Số nuclêôtit mỗi loại mà môi trường cung cấp cho quá trình phiên mã:

A_MT = T_goa x 10 = 300 x 10 = 3000;

U_MT = A_goa x 10 = 200 x 10 = 2000;

G_MT = X_goa x 10 = 150 x 10 = 1500;

X_MT = G_goa x 10 = 250 x 10 = 1500;