Khoa học tự nhiên lớp 9 · KNTT · Chương 12
Lý thuyết KHTN 9 Bài 40: Dịch mã và mối quan hệ từ gene đến tính trạng
Tóm tắt lý thuyết Khoa học tự nhiên 9 Bài 40: Dịch mã và mối quan hệ từ gene đến tính trạng 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 - MÃ DI TRUYỀN LÀ GÌ?
- Khái niệm: Mã di truyền là trình tự nucleotide trên gene (DNA) quy định thành phần và trình tự amino acid trên phân tử protein, qua phân tử trung gian mRNA.
- Đặc điểm: Mã di truyền là mã bộ ba (codon), mỗi codon gồm 3 nucleotide đứng cạnh nhau trên mRNA.
- Có 64 loại codon được hình thành từ 4 loại ribonucleotide (A, U, G, C). Trong đó:
+ 61 codon quy định tương ứng 20 loại amino acid.
+ 3 codon kết thúc (UAA, UAG và UGA) không mã hoá amino acid mà có vai trò kết thúc tổng hợp protein.
+ Codon AUG vừa là codon mở đầu quá trình tổng hợp protein, vừa là codon mã hoá amino acid methionine (Met).
Mã di truyền
II - MÃ DI TRUYỀN QUY ĐỊNH THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ CẤU TRÚC CỦA PROTEIN
- Mã di truyền sẽ quy định loại amino acid trên chuỗi polypeptide.
- Trình tự mã di truyền trên gene và bản phiên mã của gene (mRNA) quy định thành phần và trình tự amino acid trên chuỗi polypeptide, từ đó quy định thành phần và cấu trúc của protein.
Mã di truyền quy định thành phần hóa học và cấu trúc của protein
→ Sự đa dạng của mã di truyền trên phân tử mRNA tạo nên sự đa dạng về thành phần hoá học và cấu trúc của protein.
III - QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
- Khái niệm: Dịch mã là quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide (protein) dựa trên trình tự nucleotide trên bản phiên mã của gene (mRNA).
- Vị trí diễn ra: Quá trình phiên mã diễn ra ở tế bào chất.
- Thời điểm diễn ra: Quá trình dịch mã diễn ra khi tế bào có nhu cầu về sản phẩm do gene quy định.
- Các thành phần tham gia:
+ mRNA (chứa codon): làm mạch khuôn, mang thông tin mã hóa chuỗi polypeptide.
+ Amino acid tự do trong môi trường nội bào: là nguyên liệu tổng hợp chuỗi polypeptide.
+ tRNA (chứa bộ ba đối mã với mã di truyền trên mRNA): thực hiện chức năng “phiên dịch” mã di truyền trên mRNA (mang đúng loại amino acid tương ứng với bộ ba trên mRNA quy định).
+ Ribosome: là nơi các tRNA đã được gắn amino acid đọc và giải mã các bộ ba, tại đây hình thành liên kết giữa các amino acid.
- Diễn biến:
Các giai đoạn của quá trình dịch mã
+ Giai đoạn 1 (Mở đầu): Tiểu đơn vị bé của ribosome gắn với mRNA ở vị trí nhận biết đặc hiệu. Vị trí này nằm gần codon mở đầu. tRNA mang bộ ba đối mã với codon AUG và amino acid Met khớp bổ sung với codon mở đầu (AUG) trên mRNA. Tiểu đơn vị lớn của ribosome tiến vào khớp với tiểu đơn vị bé hình thành ribosome hoàn chỉnh sẵn sàng tổng hợp chuỗi polypeptide.
+ Giai đoạn 2 (Kéo dài): tRNA mang bộ ba đối mã với codon thứ 2 và amino acid thứ nhất tương ứng khớp bổ sung với codon thứ 2 trên mRNA. Ribosome giữ vai trò như một khung đỡ amino acid cho đến khi một liên kết peptide được hình thành giữa amino acid Met và amino acid thứ nhất. Sau đó, ribosome dịch đi một codon, tRNA mang bộ ba đối mã với codon thứ 3 và amino acid thứ 2 tương ứng khớp bổ sung với codon thứ 3 trên mRNA, một liên kết peptide được hình thành giữa amino acid thứ nhất và amino acid thứ 2. Rồi ribosome lại dịch đi một codon. Cứ như vậy, ribosome dịch chuyển trên mRNA theo chiều 5’ → 3’, các tRNA chứa các bộ ba đối mã và amino acid tương ứng với codon trên mRNA tiếp tục tiến vào ribosome, hình thành liên kết peptide giữa các amino acid được mang đến.
+ Giai đoạn 3 (Kết thúc): Khi ribosome chuyển dịch sang bộ ba kết thúc (UAA/ UAG / UGA) thì quá trình dịch mã ngừng lại, ribosome rời khỏi mRNA, giải phóng chuỗi polypeptide.
IV - MỐI QUAN HỆ GIỮA GENE VÀ TÍNH TRẠNG
1. Sự biểu hiện của gene thành tính trạng
- Mối quan hệ giữa gene và tính trạng thể hiện qua dòng thông tin: gene (DNA) → mRNA → protein → tính trạng.
Từ gene đến tính trạng
+ Ở quá trình phiên mã, trình tự mã di truyền trên gene được bản phiên mã thành mRNA theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với U, T liên kết với A, G liên kết với C và C liên kết với G) → Trình tự các nucleotide trên mạch đơn của gene (DNA) quy định trình tự các nucleotide trên mRNA.
+ Ở quá trình dịch mã, mã di truyền trên mRNA sẽ quy định loại amino acid trên chuỗi polypeptide theo nguyên tắc bổ sung (bộ ba đối mã trên tRNA khớp bổ sung với codon trên mRNA thì amino acid sẽ được đặt đúng vào vị trí) → Trình tự các mã di truyền (codon) trên mRNA quy định thành phần và trình tự amino acid trên chuỗi polypeptide, từ đó quy định thành phần hóa học và cấu trúc của protein.
+ Hoạt động của các protein biểu hiện thành tính trạng của cơ thể.
→ Các tính trạng ở sinh vật đều do gene quy định thông qua sự tương tác giữa các phân tử mRNA, protein và có thể chịu tác động của các nhân tố môi trường.
2. Ý nghĩa di truyền của mối quan hệ giữa gene và tính trạng
- Mỗi loài và cơ thể sinh vật có một hệ gene riêng. Thông tin di truyền chứa trong mỗi hệ gene qua phiên mã, dịch mã đã tạo ra tập hợp các RNA và protein khác nhau từ đó hình thành nên hệ thống tính trạng khác nhau giữa các loài, các cơ thể sinh vật.
- Ngoài ra, sự tác động của các nhân tố bên trong tế bào hoặc môi trường bên ngoài lên các quá trình biểu hiện gene thành tính trạng có thể dẫn đến làm thay đổi tính trạng ở sinh vật.
→ Gene thông qua quá trình phiên mã và dịch mã dưới tác động của các nhân tố môi trường biểu hiện thành các tính trạng khác nhau, tạo nên sự đa dạng về tính trạng của các loài.
Đa dạng sinh học
Bảng tổng hợp & so sánh kiến thức trọng tâm
| Mắt xích trong dòng thông tin | Bản chất phân tử | Vị trí thực hiện | Nguyên tắc quy ước / Bổ sung |
|---|---|---|---|
| 1. Gene (DNA) | Đoạn DNA mang thông tin mã hóa cấu trúc polypeptide | Trong nhân tế bào | Trình tự các nucleotide trên mạch mã gốc DNA |
| 2. Phiên mã mRNA | Bản mã sao thông tin mang codon bộ ba | Từ nhân ra tế bào chất | Nguyên tắc bổ sung: |
| 3. Dịch mã Protein | Chuỗi polypeptide gồm các amino acid liên kết peptide | Tại Ribosome ở tế bào chất | Anticodon trên tRNA khớp bổ sung với Codon trên mRNA |
| 4. Protein Tính trạng | Protein enzyme, hormone, kháng thể, cấu trúc | Trong toàn bộ cơ thể sống | Protein trực tiếp tương tác sinh hóa tạo nên kiểu hình tính trạng |
Ghi nhớ trọng tâm "Em đã học"
📌 Các điểm then chốt cần ghi nhớ:
- Kiến thức then chốt 1: Mã di truyền là trình tự sắp xếp các nucleotide trong gene (trên mRNA) quy định trình tự các amino acid trong chuỗi polypeptide; mã di truyền là mã bộ ba (codon: cứ 3 nucleotide kế tiếp mã hóa cho 1 amino acid).
- Kiến thức then chốt 2: Đặc điểm của mã di truyền: Có tính phổ quát (hầu như tất cả các loài sinh vật dùng chung bảng mã), tính đặc hiệu (một bộ ba chỉ mã hóa cho một loại amino acid) và tính thoái hóa (nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hóa cho một amino acid).
- Kiến thức then chốt 3: Dịch mã là quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide diễn ra tại tế bào chất trên các hạt ribosome, nhờ sự phối hợp nhịp nhàng giữa mRNA làm khuôn, các tRNA mang amino acid và các enzyme.
- Kiến thức then chốt 4: Nguyên tắc bổ sung trong dịch mã: Bộ ba đối mã (anticodon) trên tRNA khớp bổ sung với bộ ba mã sao (codon) trên mRNA: .
- Kiến thức then chốt 5: Sơ đồ mối quan hệ cốt lõi từ gene đến tính trạng: ; protein trực tiếp tham gia cấu trúc và hoạt động chức năng biểu hiện thành các tính trạng của cơ thể.
🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)
- Mã di truyền là trình tự sắp xếp các nucleotide trong gene (trên mRNA) quy định trình tự các amino acid trong chuỗi polypeptide; mã di truyền là mã bộ ba (codon: cứ 3 nucleotide kế tiếp mã hóa cho 1 amino acid).
- Đặc điểm của mã di truyền: Có tính phổ quát (hầu như tất cả các loài sinh vật dùng chung bảng mã), tính đặc hiệu (một bộ ba chỉ mã hóa cho một loại amino acid) và tính thoái hóa (nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hóa cho một amino acid).
- Dịch mã là quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide diễn ra tại tế bào chất trên các hạt ribosome, nhờ sự phối hợp nhịp nhàng giữa mRNA làm khuôn, các tRNA mang amino acid và các enzyme.
- Nguyên tắc bổ sung trong dịch mã: Bộ ba đối mã (anticodon) trên tRNA khớp bổ sung với bộ ba mã sao (codon) trên mRNA: .
- Sơ đồ mối quan hệ cốt lõi từ gene đến tính trạng: ; protein trực tiếp tham gia cấu trúc và hoạt động chức năng biểu hiện thành các tính trạng của cơ thể.