Bồi dưỡng học sinh giỏi Sinh 9

CHUYÊN ĐỀ 1. ADN ( thời gian: 5 buổi) NỘI DUNG I. CẤU TRÚC ADN VÀ GEN A. Mục tiêu: - Học sinh hiểu được cấu tạo hóa học và cấu trúc không gian của ADN - Biết được gen và bản chất của ADN - Biết cách giải các bài tập về cấu trúc của ADN. B. Nội dung. 1. Cấu tạo hóa học của ADN. thµnh phÇn chÝnh t¹o nªn NST. - ADN là axit đêôxiribônuclêic, là thành phần chính tạo nên NST - ADN được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N và P. - ADN thuộc loại đại phân tử và được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là các nuclêôtit,gồm 4 loại: + Ađênin( A );Timin( T ); Guanin( G), Xitôzin( X ) + Mỗi nucleotit có khối lượng tương đương 300đvC - ADN của mỗi loài sinh vật đặc thù bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các loại nuclêôtit. Trình tự sắp xếp khác nhau của 4 loại nuclêôtit tạo nên tính đa dạng của ADN. -> Tính đa dạng và đặc thù của ADN là cơ sở cho tính đa dạng và đặc thù của sinh vật.-Hµm l­îng ADN trong nh©n tÕ bµo æn ®Þnh, ®Æc tr­ng cho loµi; trong giao tö hµm l­îng ADN gi¶m ®i mét nöa. 2. Cấu trúc không gian ADN - ADN là một chuỗi xoắn kép, gồm 2 mạch đơn song song, xoắn đều theo chiều xoắn phải, xoắn có tính chu kì. - Mỗi chu kì xoắn: + Chiều cao: 34 A0 (ăngxtơrông) + Gồm 10 cặp nuclêôtit, mỗi nu dài 3,4A0 + Mỗi nu có khối lượng = 300 đvC + Đường kính vòng xoắn là 20 A0 - Các nuclêôtit giữa 2 mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung bằng các liên kết hiđrô tạo thành từng cặp A-T; G-X. + A liên kết với T = 2 LK hiđrô + G liên kết với X = 3 LK hiđrô => Số LK hiđrô = 2A+3G - Các nuclêôtit trong từng mạch liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. - Hệ quả của nguyên tắc bổ sung: + Khi biết trình tự đơn phân của 1 mạch có thể suy ra trình tự đơn phân của mạch còn lại. + Tỉ lệ các loại đơn phân của ADN: (A+ G):(T + X) =1 A = T; G = X A+ G = T + X= 50% N (A+ T):(G + X) đặc trưng cho từng loài 3.Chức năng của ADN là: lưu giữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền 4. T­¬ng quan vÒ chiÒu dµi( L), sè l­îng nucleotit(N), khèi l­îng(M) vµ sè vßng xo¾n(C) L = N/ 2 x 3.4A0 ó N = 2 x L/ 3.4 C = N/20 ó N = C x 20 C = L/ 34A0 ó L = C x 34A0 M = N x 300 ®vC ó N = M/ 300 ®vC 5. T­¬ng quan gi÷a tõng lo¹i nucleotit cña gen M¹ch 1: A1 – T1 – G1 – X1 M¹ch 2: T2 – A2 – X2 – G2 * XÐt trªn mçi m¹ch cña gen: A1 = T2 ; T1 = A2 ; G1 = X2; X1 = G2 A1 + T1 + G1 + X1 = A2 + T2 + G2 + X2 = N/2 *XÐt trªn c¶ gen: A = T = A1 + A2 = T1+ T2 = A1+ T1 = A2 + T2 A + G = T + X = N/2= 50% G = X = G1 + G2 = X1+ X2 = G1+ X1 = G2 + X2 TØ lÖ tõng lo¹i nucleotit cña gen: A% = T% = (A1% + A2%)/ 2 G% = X% = (G1% + G2%)/ 2 A% + G% = X% + G% = 50% => 6. Liªn kÕt hãa häc trong gen. - Sè liªn kÕt hãa trÞ của gen: 2N - 2 - Sè liªn kÕt hãa trÞ nèi gi÷a c¸c nucleotit: N - 2 - Sè liªn kÕt hidro: H = 2A + 3G 7. Gen là gì? - Gen lµ 1 ®o¹n phân tử ADN có chức năng di truyền xác định,mang th«ng tin quy ®Þnh cÊu tróc 1 lo¹i pr«tªin.( t­¬ng øng víi gi¶ thiÕt nh©n tè di truyÒn cña Men®en) - Bản chất hóa học của gen là ADN - Trung bình mçi gen cã kho¶ng 600 ®Õn 1500 cÆp Nu, tương đương 2040-5100A0. - Gen cã nhiÒu lo¹i: Gen cÊu tróc; gen ®iÒu hoµ; gen khëi ®éng..... 8. Câu hỏi lí thuyết: Câu 1: Trình bày cấu tạo hóa học và cấu trúc không gian của ADN? Câu 2: a. Tại sao chỉ với 4 loại nuclêôtit nhưng lại tạo ra được vô số loại ADN khác nhau? b. Vì sao ADN có kích thước rất lớn so với đường kính của tế bào nhưng vẫn nằm trọn trong nhân tế bào. Câu 3: Tính đặc trưng của ADN thể hiện ở những điểm nào? Câu 4: Trong ADN có những liên kết hóa học nào? Đặc điểm và ý nghĩa của từng loại? Câu 5: Gen là gì? Gen thực hiện những chức năng nào? Câu 6: Nguyên tắc bổ sung là gì? 9. Bài tập vận dụng: Bài tập 1: Đoạn mạch thứ nhất của gen có trình tự các các nuclêôtit -A-T-G-T-A-X-X-G-T-A- T-G-G-X-X-X-. Hãy xác định: a. Trình tự các các nuclêôtit của đoạn mạch thứ hai. b. Số nuclêôtit mỗi loại của đoạn gen này. c. Tỷ lệ ở đoạn mạch thứ nhất, ở đoạn mạch thứ hai và của cả gen. d. Số liên kết hiđrô của đoạn gen này. e. Số liên kết cộng hoá trị giữa các nuclêôtit ở đoạn gen này. g. Số liên kết cộng hoá trị có trong đoạn gen này. Bài tập 2: Mét gen cã chiÒu dµi 0,51 micromet. Tæng sè nucle«tit lo¹i A víi lo¹i bæ sung víi nã b»ng 40% số nu của gen. a.TÝnh sè nucle«tit tõng lo¹i cña gen? b.Xác định các loại liên kết hóa học có trong gen? c. TÝnh sè vßng xo¾n vµ khèi l­îng cña gen? d. Sè nucle«tit và chiều dài của mỗi mạch đơn Bài tập 3: Một gen có tổng số 3000 nucleotit và 3600 liên kết hidro. Hãy xác định: Chiều dài và số vòng xoắn của gen? Số nucleotit mỗi loại của gen? Bài tập 4: Mét gen cã 3000 nucle«tit. Sè nucle«tit lo¹i Guanin b»ng 20 % tæng sè nucle«tit cña gen. Trªn m¹ch 1 cña gen cã A1= 20% sè nucle«tit cña m¹ch, G1= 30% sè nucle«tit cña m¹ch. X¸c ®Þnh: Sè nucle«tit từng loại cña gen? Sè nucle«tit trªn mçi m¹ch ®¬n cña gen? Bài tập 5: Một gen có chiều dài 4080A0 và trên mạch 1 của gen có tỉ lệ các loại nucleotit như sau: A:T:G:X = 1:2:3:4. Hãy xác định. Số nucleotit mỗi loại của từng mạch? Số nucleotit mỗi loại của gen? Bài tập 6. Hai gen đều có chiều dài bằng nhau và bằng 5100 A0 , gen thứ nhất có hiệu số A%-G%=10%, gen thứ hai có số nucleotit loại G ít hơn số nucleotit loại T của gen thứ nhất là 100 nu. Tính số lượng từng loại nucleotit của mỗi gen? Số chu kì xoắn của 2 gen? Bài tập 7: Một phân tử AND có 10.000 nucleotit , gồm 4 gen với tỉ lệ số nu của các gen như sau: Gen I: Gen II: Gen III: Gen IV = 1:3: 2:4. Xác định: Chiều dài của phân tử AND? Chiều dài của từng gen? Trên mạch 1 của các gen đều có tỉ lệ: A:T:G:X=1:2:3:4. Xác định số nucleotit từng loại của mỗi gen? Bài tập 8: Một phân tử AND của vi khuẩn có 10.000 nucleotit. Xác định số liên kết hóa trị nối giữa các nucleotit của AND trên . Bài tập 9: Có một gen của một loài virut với chiều dài 3060 A0. Xác định số nucleotits của gen đó?( ADN của vi rút thường có 1 mạch) Bài tập 10: ë mét gen, tØ lÖ gi÷a sè nuclª«tit lo¹i G vµ lo¹i kh«ng bæ sung víi nã lµ 2/3.Trªn mçi m¹ch cña gen cã G1= T2 ; G2 = A1 ; T1 = 500nu. a. X¸c ®Þnh số nucleotit từng loại của gen? b.ChiÒu dµi cña gen ? c. Sè l­îng tõng lo¹i nuclª«tit tõng lo¹i trªn mçi m¹ch cña gen? d. TÝnh sè liªn kÕt hidro, liªn kÕt hãa trÞ cña gen? e. X¸c ®Þnh sè ribonucleotit cña ARN ®­îc tæng hîp tõ m¹ch 2 cña gen a. Theo bµi ra : = G = A (1) - Còng tõ gi¶ thuyÕt : G1= T2 vµ G2 = A1 G1+ G2 = T2+ A1 G =A1+A1 = A1(2). - Tõ (1) vµ (2) A1= A A1=A(3). - MÆt kh¸c A1+T1= A(4). Theo gi¶ thuyÕt T1= 500nu(5). Thay (3) vµ (5) vµo (4) ta ®­îc : A = 900nu G = 600nu. Ngen = 2( A + G ) = 2( 900 + 600 ) = 3000nu. Lgen = Ngen 3,4 = 5100nu. - T1= A2 = 500nu. A1 = T2 = A - T1 = 900 - 500 = 400nu. G1 = X2 = T2 = = 200nu. X1 = G2 = A1= 400nu. Bài tập 11: Một gen có tổng số 2128 liên kết hiđrô. Trên mạch một của gen có số nuclêôtit loại A bằng số nuclêôtit loại T; số nuclêôtit loại G gấp 2 lần số nuclêôtit loại A; số nuclêôtit loại X gấp 3 lần số nuclêôtit loại T. Hãy xác định: a. Số nuclêôtit mỗi loại trên mạch 1 của gen. b. Số nuclêôtit mỗi loại của gen. Hướng dẫn giải: Khi bài toán cho nhiều ẩn số thì phải lập phương trình và chuyển về một ẩn số để giải. a. Số nuclêôtit mỗi loại trên mạch 1 của gen. - Tổng số liên kết hidro của gen là 2Agen + 3Ggen = 2128. Mà Agen = A1 + T1, Ggen = G1 + X1. Nên ta có 2Agen + 3Ggen = 2(A1 + T1) + 3(G1 + X1) = 2128. - Trên mạch 1 có A1 = T1; G1 = 2A1; X1 = 3T1 à X1 = 3A1. - Nên ta có 2(A1 + T1) + 3(G1 + X1) = 2(A1 + A1) + 3(2A1 +3A1) = 2128 = 4A1 +15A1 = 19A1 = 2128 à A1 = = 112. - Số nuclêôtit mỗi loại trên mạch 1 là: A1 = 112; T1 = 112; G1 = 224; X1 = 336 b. Số nuclêôtit loại của gen: Agen = Tgen = A1 + T1 = 112 + 112 = 224(nu). Ggen = Xgen = G1 + X1 = 224 + 336 = 560(nu). NỘI DUNG 2. TỰ SAO I. Mục tiêu: - Hiểu được quá trình tự sao - Biết cách giải các bài tập tự sao. II. Nội dung buổi dạy. 1. Tự sao( tự nhân đôi) * AND tự nhân đôi theo 2 nguyên tắc: Nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn. * Kết quả: 1 phân tử AND nhân đôi 1 lần tạo ra 2 AND con giống nhau và giống mẹ về bản chất di truyền * Quá trình tự nhân đôi của AND diễn ra qua 3 bước: - Bước 1: Tháo xoắn AND. + Enzim gyraza làm AND từ chuổi xoắn thành dạng thẳng. + Enzim helicaza làm đứt các liên kết hidro. - Bước 2:Tổng hợp mạch AND mới. + Hai mạch mới được tổng hợp ngược chiều nhau. + Cả 2 mạch mới đều tổng hợp theo chiều 5/ - 3/ tương ứng với chiều 3/ - 5/ trên mạch gốc. + Mạch tổng hợp cùng chiều với chiều tháo xoắn, được tổng hợp liên tục + Mạch tổng hợp ngược chiều với chiều tháo xoắn, được tổng hợp thành từng đoạn Okazaki, sau đó nhờ enzim lygaza nối các đoạn đó lại. - Bước 3: Hai phân tử AND con được tạo thành hoàn thiện. 2. Các công thức cần nhớ. - NÕu mét gen nh©n ®«i x lÇn. + Số gen con tạo ra ở thế hệ cuối cùng là 2x + Số gen con được tổng hợp hoàn toàn từ nguyên liệu của môi trường: 2x- 2( vì có 2 gen chứa 1 mạch cũ của mẹ) + Tổng số gen con được tạo ra trong các lần nhân đôi là (2x+1 – 2) + Số gen đã xuất hiện trong quá trình nhân đôi là (2x+1 – 1) + Sè l­îng nucleotit m«i tr­êng cung cÊp: *Tæng sè nu cña m«i tr­êng: Nmt = ( 2x - 1) x N( trừ đi số nu của mẹ) *Sè nu tõng lo¹i m«i tr­êng cung cÊp: Amt = Tmt = ( 2x - 1) x A Gmt = Xmt = ( 2x - 1) x G + Sè liªn kÕt hãa häc bÞ ph¸ vµ ®­îc h×nh thµnh * Sè liªn kÕt hidro bÞ ph¸ vì: ( 2x - 1) x H *Sè liªn kÕt hidro h×nh thµnh trong quá trình nhân đôi bằng 2 lần số liên kết hidro bị phá vỡ: 2( 2x - 1) x H *Sè liªn kÕt hidro h×nh thµnh ở thế hệ cuối cùng: 2x x H *Sè liªn kÕt hãa trÞ ®­îc h×nh thµnh gi÷a c¸c nu cña m«i tr­êng: (2x - 1) x( N-2) 3. Câu hỏi lí thuyết Câu 1: Tại sao ADN vừa có tính đa dạng, vừa có tính đặc trưng cho loài? Chức năng của ADN là gì? Câu 2: Nêu các công đoạn chủ yếu trong quá trình tự nhân đôi của ADN? Câu 3: Vì sao ADN nhân đôi lại tạo ra 2 ADN con giống hệt nhau và giống ADN? Câu 4: Trong quá trình tự nhân đôi loại liên kết nào đảm bảo tính bền vững giúp các nucleotit trên từng mạch không bị đứt đoạn? 4. Bài tập vận dụng Bài 1: Một gen có tổng số 3000 nuclêôtit, số nu loại A = 20% số nu của gen. Gen tiến hành nhân đôi 4 lần. Hãy xác định: a. Số phân tử ADN được tạo ra? b. Số phân tử ADN hoàn toàn mới? c. Số liên kết cộng hoá trị được hình thành giữa các nu trong quá trình nhân đôi? d. Số nuclêôtit môi trường phải cung cấp cho gen nhân đôi? e . Số nuclêôtit mỗi loại môi trường đã cung cấp cho gen nhân đôi? g. Số liên kết hiđrô bị phá hủy và được hình thành trong quá trình nhân đôi ? h. Số liên kết hiđrô được hình thành ở thế hệ cuối cùng ? Hướng dẫn giải: a. Số phân tử ADN được tạo ra = 24 = 16 phân tử. b. Số phân tử ADN hoàn toàn mới = 24 – 2 = 14 (phân tử) c. Số liên kết cộng hoá trị được hình thành trong quá trình nhân đôi. - Trong quá trình nhân đôi, liên kết cộng hóa trị được hình thành giữa các nuclêôtit trên mạch mới. Do vậy số liên kết cộng hóa trị mới được hình thành bằng số liên kết cộng hóa trị giữa các nuclêôtit trên các mạch mới. - Tổng số liên kết cộng hóa trị trên 2 mạch của ADN là N = 3000 - 2. - Tổng số liên kết cộng hóa trị được hình thành là: (3000 – 2) × (24 – 1) = 15 × 2998 = 44.970 (liên kết) d. Số nu môi trường phải cung cấp cho gen nhân đôi: N.( 24 – 1) = 3000 x 15 = 45.000(nu) e . Số nuclêôtit mỗi loại môi trường đã cung cấp cho gen nhân đôi: - Số nu từng loại của gen: A = T = 20% . 3000 = 600 (nu) G = X = 30% . 3000 = 900 (nu) - Số nuclêôtit mỗi loại môi trường đã cung cấp: Amt = Tmt = Agen . (24 – 1) = 600 x 15 = 9000 (nu) Gmt = Xmt = Ggen . (24 – 1) = 900 x 15 = 13.500 (nu) g. Số liên kết hiđrô bị phá hủy và được hình thành trong quá trình nhân đôi: - Số LK hiđrô của gen: H = 2 x 600 + 3 x 900 = 3900 (liên kết) - Số liên kết hiđrô bị phá hủy: H .( 24 – 1) = 3900 x 15 = 58.500 (liên kết) - Số liên kết hiđrô được hình thành bằng hai lần liên kết hiđrô bị phân hủy: H .( 24 +1 – 2) = 3900 x 30 = 117.000 (liên kết) h. Số liên kết hiđrô được hình thành ở thế hệ cuối cùng : 24 . H = 3900 x 16 = 62.400 (liên kết). Bµi 2. Mét ph©n tö ADN vi khuÈn cã chiÒu dµi 34.106 Ao vµ a®ªnin chiÕm 30 % tæng sè nucle«tit. Ph©n tö ADN nµy nh©n ®«i liªn tiÕp 3 lÇn. H·y x¸c ®Þnh. Sè nucle«tit mçi lo¹i cña ph©n tö ADN Sè nucle«tit mçi lo¹i mµ m«i tr­êng cung cÊp cho qu¸ tr×nh nh©n ®«i. Sè ph©n tö ADN ®­îc cÊu t¹o hoµn toµn tõ nguyªn liÖu m«i tr­êng. Sè liªn kÕt céng hãa trÞ ®­îc h×nh thµnh gi÷a c¸c nucle«tit trong qu¸ tr×nh nh©n ®«i cña ADN. Bài 3. Một gen cấu trúc dài 5100 Ao , có G+X= 30% tổng số nu của gen. Gen nhân đôi liên tiếp một số lần, tổng số gen con được tạo ra trong các lần nhân đôi là 254. Biết các gen có số lần nhân đôi bằng nhau. a. Xác định số lượng từng loại nu có trong các gen được tạo ra ở lần nhân đôi cuối cùng? b. Tế bào chứa gen trên đã nguyên phân mấy lần? Hướng dẫn giải a. Số lượng từng loại nu có trong các gen được tạo ra ở lần nhân đôi cuối cùng. - Số nu của gen: N =(5100x2) :3,4 = 3000 - Số lượng từng loại nu của gen: Theo NTBS ta có: G=X=15%. 3000 = 450 A=T= 1500- 450 = 1050 - Gọi k là số lần nhân đôi của gen( k nguyên dương) Theo bài ra: 2k+1 – 2 = 254 => k= 7 (Số gen con được tạo ra trong các lần nhân đôi là: 21+22+23+24+25+26+27= 254) -> gen nhân đôi 7 lần. - Số lượng từng loại nu có trong các gen được tạo ra ở lần nhân đôi cuối cùng là: A = T = 1050 x 27 = 134.400 G = X = 450 x 27 = 57.600 b. Tế bào chứa gen trên đã nguyên phân : Ta phải xét 2 trường hợp. - TH1: NST có trong các tế bào con được tạo ra ở lần nguyên phân cuối cùng ở trạng thái chưa nhân đôi: Số TB con được tạo ra ở lần nguyên phân cuối cùng là 27 = 128 à TB nguyen phân 7 lần. - TH1: NST có trong các tế bào con được tạo ra ở lần nguyên phân cuối cùng ở trạng thái đã nhân đôi nhưng chưa phân chia: Số TB con được tạo ra ở lần nguyên phân cuối cùng là 26 = 64 à TB nguyen phân 6 lần. Bµi 4. Mét gen cã 2760 liªn kÕt hidro vµ hiÖu sè nucle«tit lo¹i A víi mét lo¹i nucle«tit kh¸c b»ng 20% tæng sè nucle«tit cña gen. Gen nh©n ®«i liªn tiÕp mét sè lÇn ®· cÇn m«i tr­êng cung cÊp 5880 a®ªnin. TÝnh sè l­îng từng lo¹i nucle«tit cña gen? Số lần nhân đôi của gen? Sè liªn kÕt céng hãa trÞ ®­îc h×nh thµnh gi÷a c¸c nucle«tit trong qu¸ tr×nh nh©n ®«i cña gen. Bµi 5. Hai gen cã tæng sè 210 vßng xo¾n, sè nucleotit cña gen I b»ng 2/5 sè nucleotit cña gen II. Hai gen nh©n ®«i víi tæng sè 8 lÇn, riªng gen I ®· nhËn cña m«i tr­êng 8400 nucleotit. X¸c ®Þnh: ChiÒu dµi cña mçi gen. Sè lÇn nh©n ®«i cña mçi gen. Sè l­îng nucleotit m«i tr­êng cung cÊp cho qu¸ tr×nh nh©n ®«i cña 2 gen vµ sè l­îng nucleotit cã trong tÊt c¶ c¸c gen con ®­îc t¹o ra. Bài 6. Một gen có số nucleotit loại G = 900 và có A= 2/3 G. Gen nhân đôi một số lần đã cần môi trường cung cấp 6300 nucleotit loại G. Hãy xã định. a. Số gen con được tạo ra, số gen con mới hoàn toàn? b. Số nucleotit mỗi loại môi trường cung cấp cho gen nhân đôi. c. Số liên kết hidro bị phá hủy và được hình thành trong quá trình nhan đôi? Thầy Thắng là tác giả của những đầu sách BDHSG môn Sinh học cấp THCS và đã có nhiều năm kinh nghiệm trong công tác BDHSG cũng như ôn thi vào các trường chuyên Các bạn hãy gọi số điện thoại 0984295297 để được cung cấp trọn bộ bí kíp BDHSG cấp huyện, cấp tỉnh và dạy bồi dưỡng để HS thi vào các trường chuyên nhé. Chúc thầy cô thành công.