Lý thuyết KHTN 9 Bài 37 (Chân trời sáng tạo): Nucleic acid và ứng dụng

Lý thuyết KHTN 9 Bài 37: Nucleic acid và ứng dụng

- 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.

Nucleotide và liên kết phosphodiester

(P: gốc phosphate, S: đường pentose, N: nitrogenous base)

- Có hai loại nucleic acid là deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA).

DNA và RNA

1. DEOXYRIBONUCLEIC ACID (DNA)

a. Cấu trúc của phân tử DNA

Cấu trúc của phân tử DNA

- Cấu trúc hóa học:

+ DNA được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là nucleotide (mỗi nucleotide gồm 1 gốc phosphate, 1 đường deoxyribose, 1 nitrogenous base) gồm 4 loại A, T, G, C → Từ bốn loại nucleotide liên kết theo chiều dọc và sắp xếp theo nhiều cách khác nhau đã tạo ra vô số phân tử DNA khác nhau về số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nucleotide.

+ 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.

- Cấu trúc không gian:

+ DNA của tất cả các sinh vật (trừ virus) đều 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).

+ Trên mỗi mạch, 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) → Trong mỗi phân tử DNA, số nucleotide loại A bằng T, G bằng C.

+ 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.

b. Chức năng của DNA

DNA có chức năng lưu giữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền:

DNA là vật chất di truyền ở cấp độ phân tử chủ yếu của sinh giới

- 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. Sự khác nhau về số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp của bốn loại nucleotide tạo nên tính đa dạng của phân tử DNA, từ đó tạo nên sự đa dạng của sinh vật.

- DNA có chức năng bảo quản thông tin di truyền: Cấu trúc gồm 2 mạch kép bổ sung với số lượng lớn liên kết hóa trị và liên kết hydrogen 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 thông qua cơ chế nhân đôi DNA. Đồng thời, DNA cũng có chức năng truyền đạt thông tin di truyền quy định tính trạng thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã.

2. GENE

a. Gene

- Khái niệm: 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). Ví dụ: Ở người, có gene quy định màu da, gene quy định màu mắt, gene quy định chiều cao,...

Gene

- Đặc điểm:

+ Mỗi phân tử DNA có chứa vài trăm đến hàng nghìn gene.

+ Mỗi gene có trình tự nucleotide đặc trưng, mỗi gene quy định một sản phẩm xác định là phân tử RNA hoặc chuỗi polypeptide.

b. Hệ gene

- Khái niệm: Hệ gene là toàn bộ thông tin di truyền của loài được mã hoá trong DNA (ở một số virus có thể là RNA).

- Hệ gene có tính đặc trưng: Do sự khác biệt về số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp các nucleotide trên phân tử DNA mà mỗi cá thể có một hệ gene đặc trưng.

Hệ gene của người có khoảng trên dưới 60 000 gene,

trong đó có khoảng hơn 20 000 gene mã hoá protein.

c. Một số ứng dụng phân tích DNA

- Cơ sở của phương pháp phân tích DNA là tính đặc trưng của 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.

Phương pháp phân tích DNA

- Ứng dụng của phương pháp phân tích DNA: Kết quả so sánh trình tự nucleotide trên DNA có thể được ứng dụng trong nhiểu 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 trùờng 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 để đánh giá mức độ tương đồng.

+ Ứng dụng trong nghiên cứu tiến hóa: Nghiên cứu phát sinh chủng loại sinh vật thông qua việc so sánh mức độ tương đồng giữa phân tử DNA của các đối tượng sinh học.

+ Ứng dụng trong y học: Phân tích DNA để dự đoán nguy cơ mắc các bệnh di truyền và điều trị y tế.

3. RIBONUCLEIC ACID (RNA)

- RNA là một đại phân tử sinh học, do gene tổng hợp nên.

Mô hình cấu trúc của đoạn RNA

- Cấu trúc hóa học: RNA cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là bốn loại nucleotide (mỗi nucleotide gồm 1 gốc phosphate, 1 đường ribose, 1 nitrogenous base) gồm: adenine (A), guanine (G), uracil (U) và cytosine (C).

- Cấu trúc không gian: Khác với DNA, RNA hầu hết được cấu tạo bởi một chuỗi nucleotide. Các đơn phân liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị tạo thành mạch RNA (chuỗi polypeptide).

- Phân loại: 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). Cả ba loại RNA này đều tham gia vào quá trình tổng hợp protein.

Cấu trúc các phân tử RNA

+ Gần đây, người ta còn phát hiện thêm một số loại RNA khác tham gia chức năng điều hoà, xúc tác.

* Phân biệt cấu trúcRNA và DNA:

Sự khác nhau về cấu trúc giữa RNA và DNA

Trắc nghiệm: Nucleic acid và ứng dụng

Câu 1. Nối các nucleotide liên kết hydrogen với nhau trong cấu tạo phân tử DNA.

Câu 2. Hoàn thành thông tin dưới đây.

Theo mô hình của James Watson và Francis Crick (1953), cấu trúc phân tử DNA có những đặc điểm là: gồm hai mạch một mạch , song song, cùng chiều ngược chiều và xoắn trái xoắn phải .

Câu 3. Nội dung nào sau đây không phải là chức năng của phân tử DNA?

A. Lưu giữ thông tin di truyền.

B. Truyền đạt thông tin di truyền.

C. Bảo quản thông tin di truyền.

D. Sao chép thông tin di truyền.

Câu 4. Hai loại nucleic acid chính trong tế bào là

A. protein.

B. carbohydrate.

C. RNA.

D. DNA.

Câu 5. Các nucleotide nào sau đây tham gia cấu tạo phân tử DNA?

A. Uracil.

B. Adenine.

C. Thymine.

D. Cytosine.

E. Guanine.

Câu 6. Hoàn thành thông tin dưới đây.

Trong phân tử DNA, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị hydrogen ion kị nước để tạo thành chuỗi polynucleotide. Đồng thời chúng cũng liên kết hydrogen ion cộng hóa trị kị nước giữa hai mạch với nhau.

Câu 7. Cấu trúc phân tử DNA được duy trì ổn định và bền vững chủ yếu là nhờ

A. số lượng các đơn phân nucleotide đa dạng.

B. kích thước phân tử lớn.

C. các nucleotide liên kết cộng hóa trị với nhau.

D. cấu trúc hai mạch song song và xoắn phải.

Câu 8. Điền vào chỗ trống.

Một đoạn phân tử DNA có chức năng di truyền xác định được gọi là……………….

Câu 9. Các sản phẩm do gene mã hóa bao gồm

A. polypeptide.

B. DNA.

C. phospholipid.

D. RNA.

Câu 10. Phân tích DNA được ứng dụng trong các lĩnh vực nào sau đây?

A. Nhân bản vô tính.

B. Truy tìm tội phạm.

C. Chữa bệnh ung thư.

D. Xác định huyết thống.

Câu 11. DNA của các cá thể và loài được đặc trưng bởi những đặc điểm nào sau đây?

A. Cấu trúc nucleotide.

B. Số lượng nucleotide.

C. Trình tự sắp xếp nucleotide.

D. Thành phần nucleotide.

Câu 12. Nối các loại RNA dưới đây với chức năng tương ứng của chúng.

Câu 13. Các loại nucleotide nào sau đây cấu tạo nên phân tử RNA?

A. Cytosine.

B. Thymine.

C. Uracil.

D. Adenine.

E. Guanine.

Câu 14. Sắp xếp các đặc điểm sau vào phân tử phù hợp.

Sắp xếp các đặc điểm sau vào phân tử phù hợp.

Câu 15. Đơn phân cấu tạo nên nucleic acid là

A. amino acid.

B. protein.

C. nucleotide.

D. glucose.