Khoa học tự nhiên lớp 9 · KNTT · Chương 12
Lý thuyết KHTN 9 Bài 38: Nucleic acid và gene
Tóm tắt lý thuyết Khoa học tự nhiên 9 Bài 38: Nucleic acid và gene theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá kiến thức trọng tâm, sơ đồ thí nghiệm minh hoạ, bảng so sánh và câu hỏi trắc nghiệm tự luận có lời giải chi tiết.
I. Lý thuyết trọng tâm bài học
I - KHÁI NIỆM NUCLEIC ACID
- Nucleic acid là những đại phân tử sinh học được tìm thấy trong tế bào của cơ thể sinh vật, trong virus.
- Cấu trúc hóa học của nucleic acid:
+ Được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P.
+ Được cấu tạo đa phân với đơn phân là nucleotide.
Nucleotide và liên kết phosphodiester
(P: gốc phosphate, S: đường pentose, N: nitrogenous base)
- Phân loại: Nucleic acid có hai loại là deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA).
Các loại nucleic acid
II - DEOXYRIBONUCLEIC ACID (DNA)
1. Cấu trúc của phân tử DNA
Mô hình cấu trúc một đoạn phân tử DNA
a. Kích thước và cấu trúc hóa học
- Kích thước: DNA là đại phân tử sinh học có kích thước và khối lượng lớn, có thể dài tới hàng trăm micromet, khối lượng đạt tới hàng triệu hoặc chục triệu amu.
- Cấu tạo hóa học:
+ DNA được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P.
+ DNA được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là nucleotide gồm 4 loại adenine (A), thymine (T), guanine (G), cytisine (C).
b. Cấu trúc không gian
- Theo mô hình của James Watson và Francis Crick năm 1953, 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).
- Trên mỗi mạch, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, tạo thành chuỗi polynucleotide theo chiều từ 5’ tới 3’.
- Các nucleotide giữa hai mạch liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với T, G liên kết với 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.
2. Chức năng của phân tử DNA
- DNA có chức năng lưu giữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.
- DNA có cấu tạo phù hợp với chức năng:
+ Đặc điểm giúp DNA thực hiện chức năng lưu giữ thông tin di truyền: Trình tự các nucleotide trên DNA là thông tin di truyền chỉ dẫn cho tế bào tổng hợp protein. Ngoài ra, DNA có kích thước lớn giúp mỗi phân tử DNA mang được nhiều thông tin di truyền.
+ Đặc điểm giúp DNA thực hiện chức năng bảo quản thông tin di truyền: Trên mỗi mạch đơn của phân tử DNA, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị bền vững. Đồng thời, các nucleotide trên hai mạch DNA liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen, tuy liên kết hydrogen không bền nhưng số lượng liên kết lại rất lớn nên đảm bảo cấu trúc của DNA được ổn định và cũng dễ dàng cắt đứt trong quá trình tái bản.
+ Đặc điểm giúp DNA thực hiện chức năng truyền đạt thông tin di truyền: Phân tử DNA có khả năng tự nhân đôi, nhờ đó thông tin có thể di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể, đảm bảo cho đặc tính của loài được duy trì ổn định.
3. Khái niệm gene
- Khái niệm: Gene là một đoạn của phân tử DNA có chức năng di truyền xác định.
Gene
- Đặc điểm:
+ Tế bào của mỗi loài chứa nhiều gene.
+ Mỗi phân tử DNA có chứa vài trăm đến hàng nghìn gene.
+ Mỗi gene thường có từ 600 đến 1 500 cặp nucleotide có trình tự xác định.
+ Mỗi gene quy định một sản phẩm xác định là phân tử RNA hoặc chuỗi polypeptide.
- Những hiểu biết về gene là cơ sở của những ứng dụng trong chọn giống, y học và kĩ thuật di truyền, mở ra những triển vọng mới trong tương lai.
4. Tính đa dạng và đặc trưng của phân tử DNA
a. Tính đa dạng và đặc trưng của phân tử DNA
- DNA rất đa dạng và đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nucleotide:
+ DNA được cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, 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.
+ Trình tự sắp xếp các nucleotide trong phân tử DNA đặc trưng cho từng loài, thậm chí từng cá thể.
b. Phương pháp phân tích DNA
- Cơ sở của phương pháp phân tích DNA là tính đặc trưng của DNA (DNA đặc trưng cho loài, thậm trí từng cá thể).
Phân tích DNA
- Ứng dụng của phương pháp phân tích DNA:
+ Trong pháp y: So sánh, đối chiếu các mẫu DNA để xác định quan hệ huyết thống, danh tính của những thi thể không còn nguyên vẹn, truy tìm tội phạm,…
+ Trong y học: Phân tích DNA để dự đoán nguy cơ mắc các bệnh di truyền và điều trị y tế.
+ 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.
III - RIBONUCLEIC ACID (RNA)
1. Cấu trúc của phân tử RNA
Mô hình cấu trúc của đoạn RNA
a. Kích thước và cấu trúc hóa học
- Kích thước: RNA là đại phân tử sinh học có kích thước và khối lượng lớn, nhưng kích thước và khối lượng thường nhỏ hơn DNA.
- Cấu tạo hóa học:
+ RNA được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P.
+ RNA được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là nucleotide gồm 4 loại là A, U, G, C. Mỗi phân tử RNA gồm hàng trăm hoặc hàng nghìn đơn phân.
b. Cấu trúc không gian
- RNA có cấu trúc một mạch: Các đơn phân liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị tạo thành mạch RNA (chuỗi polypeptide).
- Trong tế bào, phân tử RNA được tổng hợp ở nhân hoặc vùng nhân nhưng hầu hết RNA thực hiện chức năng ở tế bào chất.
2. Các loại RNA trong tế bào
- Tuỳ theo cấu trúc và chức năng, RNA được chia thành các loại khác nhau, trong đó có RNA thông tin (mRNA), RNA vận chuyển (tRNA) và RNA ribosome (rRNA).
Mô hình cấu trúc các dạng RNA
- Phân biệt các loại RNA:
|
Loại RNA Chức năng |
mRNA |
tRNA |
rRNA |
|
Cấu trúc |
Là chuỗi polynucleotide dạng mạch thẳng, không có vùng tự bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung giữa các nucleotide. |
Là chuỗi polynucleotide có một số vùng tự bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung giữa các nucleotide (A – U, G – C) tạo nên cấu trúc 3 thùy đặc trưng. |
Là chuỗi polynucleotide có một số vùng (nhiều hơn tRNA) tự bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung giữa các nucleotide (A – U, G – C) tạo nên cấu trúc đặc trưng. |
|
Chức năng |
Trực tiếp làm khuôn cho quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide. |
Vận chuyển amino acid đến ribosome tổng hợp chuỗi polypeptide. |
Kết hợp với protein cấu thành nên ribosome – nơi tổng hợp chuỗi polypeptide. |
* Phân biệt cấu tạo RNA và DNA:
|
Đặc điểm |
RNA |
DNA |
|
Số mạch đơn |
- Thường có cấu trúc 1 mạch. |
- Thường có cấu 2 mạch. |
|
Đơn phân |
- Đường cấu tạo nên đơn phân của RNA là C5H10O5. - 4 loại base là: A, U, G, C. → 4 loại đơn phân của RNA là: A, U, C, G. |
- Đường cấu tạo nên đơn phân của DNA là C5H10O4. - 4 loại base là: A, T, G, C. → 4 loại đơn phân của DNA là: A, T, C, G. |
Sự khác nhau về cấu tạo hóa học giữa RNA và DNA
Bảng tổng hợp & so sánh kiến thức trọng tâm
| Đặc điểm so sánh | Phân tử DNA (Deoxyribonucleic acid) | Phân tử RNA (Ribonucleic acid) |
|---|---|---|
| Số chuỗi xoắn polynucleotide | Gồm 2 chuỗi xoắn kép song song ngược chiều quanh trục | Chỉ gồm 1 chuỗi đơn polynucleotide (mạch thẳng hoặc cuộn khúc) |
| Đường Pentose đơn phân | Đường Deoxyribose: | Đường Ribose: |
| Các loại Base Nitrogen | Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), Cytosine (C) | Adenine (A), Uracil (U), Guanine (G), Cytosine (C) (U thay cho T) |
| Nguyên tắc liên kết | Nguyên tắc bổ sung giữa hai mạch: (2 liên kết H), (3 liên kết H) | Đa số không có bổ sung liên kết đôi, chỉ có tRNA cuộn khúc có từng đoạn bổ sung |
| Chức năng sinh học cốt lõi | Lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền qua các thế hệ | Truyền đạt thông tin di truyền (mRNA), vận chuyển amino acid (tRNA), cấu tạo ribosome (rRNA) |
Ghi nhớ trọng tâm "Em đã học"
📌 Các điểm then chốt cần ghi nhớ:
- Kiến thức then chốt 1: Nucleic acid gồm hai loại đại phân tử sinh học là DNA (Deoxyribonucleic acid) và RNA (Ribonucleic acid), đóng vai trò lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.
- Kiến thức then chốt 2: Cấu trúc hóa học của DNA: Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các Nucleotide; mỗi nucleotide gồm 3 thành phần: gốc phosphate, đường deoxyribose () và một trong 4 loại base nitrogen: Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), Cytosine (C).
- Kiến thức then chốt 3: Mô hình cấu trúc không gian của Watson - Crick (1953): DNA gồm hai chuỗi polynucleotide xoắn kép song song ngược chiều quanh một trục chung; các base giữa hai mạch liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo Nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng 2 liên kết hydrogen (), G liên kết với C bằng 3 liên kết hydrogen ().
- Kiến thức then chốt 4: Khái niệm Gene: Gene là một đoạn xác định của phân tử DNA mang thông tin mã hóa cho một chuỗi polypeptide hoặc một phân tử RNA chức năng.
- Kiến thức then chốt 5: Chức năng sinh học cốt lõi của DNA: Lưu trữ thông tin di truyền dưới dạng trình tự sắp xếp các nucleotide và bảo tồn thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào nhờ cơ chế nhân đôi chuẩn xác.
🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)
- Nucleic acid gồm hai loại đại phân tử sinh học là DNA (Deoxyribonucleic acid) và RNA (Ribonucleic acid), đóng vai trò lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.
- Cấu trúc hóa học của DNA: Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các Nucleotide; mỗi nucleotide gồm 3 thành phần: gốc phosphate, đường deoxyribose () và một trong 4 loại base nitrogen: Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), Cytosine (C).
- Mô hình cấu trúc không gian của Watson - Crick (1953): DNA gồm hai chuỗi polynucleotide xoắn kép song song ngược chiều quanh một trục chung; các base giữa hai mạch liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo Nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng 2 liên kết hydrogen (), G liên kết với C bằng 3 liên kết hydrogen ().
- Khái niệm Gene: Gene là một đoạn xác định của phân tử DNA mang thông tin mã hóa cho một chuỗi polypeptide hoặc một phân tử RNA chức năng.
- Chức năng sinh học cốt lõi của DNA: Lưu trữ thông tin di truyền dưới dạng trình tự sắp xếp các nucleotide và bảo tồn thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào nhờ cơ chế nhân đôi chuẩn xác.