Cấu tạo và chức năng của ADN và gen

I. ADN

1. Cấu tạo hóa học của ADN  

ADN là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các nucleotit. Mỗi nucleotit cấu tạo gồm 3 thành phần : 

• 1 gốc bazơ nitơ (A, T, G, X) . 
•  1 gốc đường đêoxiribôzơ (\(C_5H_{10}O_{4}\))
•  1 gốc Axit photphoric (\(H_{3}PO_{4}\))

Các loại nucleotit chỉ khác nhau ở bazo nito nên người ta đặt tên các loại nucleotit theo tên của bazo nito. 

Nucleotit liền nhau liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị (phospho dieste) để tạo nên chuỗi polinucleotit.

Liên kết hóa trị là liên kết giữa gốc đường đêoxiribôzơ (\(C_5H_{10}O_{4}\)) của nucleotit này với gốc axit photphoric (\(H_{3}PO_{4}\)) của nucleotit khác .

Hình 1 : Cấu tạo của một chuỗi polinucleotit

2. Cấu trúc không gian của phân tử ADN

Mỗi phân tử ADN gồm có hai chuỗi polinucleotit  song song ngược chiều nhau( chiều 3'\(\rightarrow\)5' và chiều 5'\(\rightarrow\)3') . Các nucleotit của hai mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung.

    - A – T liên kết với nhau bằng 2 liên kết H

    - G -  X liên kết với nhau bằng 3 liên kết H

Từ hệ quả của nguyên tắc bổ sung thì ta có thể suy ra được số lượng nucleotit và thành phần của nucleotit ở mạch còn lại.

                                            Hình 2 :Cấu tạo hóa học và cấu trúc không gian của phân tử ADN 

Khoảng cách giữa hai cặp bazo là 3,4A⁰

Một chu kì vòng xoắn có 10 cặp nucleotit ( 20 nucleotit)

Đường kính của vòng xoắn là 20 A⁰

3. Chức năng của phân tử ADN 

ADN có chức năng  lưu giữ truyền đạt và bảo quản thông tin di truyền giữa các thế hệ.

II. GEN

Gen là một đoạn  phân tử  ADN mang thông tin mã hóa cho một chuỗi pôlipeptit hay ARN. 

Từ định nghĩa gen ta thấy :

Gen có bản chất là ADN, trên một phân tử ADN chứa rất nhiều gen ,

Nhưng điều kiện đủ để 1 đoạn ADN dược gọi là một gen khi nó  mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm nhất định .

1. Các loại gen :

Gen cấu trúc : mang thông tin mã hoá cho các sản phẩm tạo nên thành phần cấu trúc hay chức năng của tế bào.

Gen điều hoà : mang thông tin tạo ra sản phẩm kiểm soát hoạt động các gen khác.

2. Cấu trúc chung của gen cấu trúc

Mỗi gen có hai mạch polinucleotit , nhưng chỉ có mạch gốc ( 3 '\(\rightarrow\)5')mang thông tin mã hóa cho các axit amin, mạch còn lại được gọi là mạch bổ sung 

 Mỗi gen mã hóa prôtêin gồm 3 vùng trình tự nuclêôtit

                                       Hình 3 : Cấu trúc chung của một gen điển hình 

Vùng điều hòa: Nằm ở đầu 3’của gen,mang tín hiệu đặc biệt giúp ARN polimeraza nhận biết và liên kết để khởi động quá trình phiên mã và  chứa trình tự nucleotit điều hòa quá trình phiên mã.

Vùng mã hoá : Mang thông tin mã hóa các axit amin. 

Vùng kết thúc nằm ở đầu 5 ' của mạch mã gốc mang tín hiệu kết thúc phiên mã.

3.Phân biệt gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực .

Hình 4: Sự khác nhau của vùng mã hóa của SV nhân sơ và SV nhân thực 

Gen ở SVNS và SVNT đều có cấu tạo 3 phần như nhau nhưng chúng phân biệt với nhau bởi cấu tạo vùng mã hóa :

• Vùng mã hóa liên tục mã hóa axit amin có ở sinh vật nhân sơ nên được gọi là gen không phân mảnh. 
• Vùng mã hóa không liên thục có ở sinh vật nhân thực . Phần lớn các gen của sinh vật nhân thực có vùng mã hóa không liên tục , các đoạn mã hóa axit amin(exon) và không mã hóa axit amin (intron) xen kẽ nhau nên được gọi là gen phân mảnh.

III. CÁC CÔNG THỨC LIÊN QUAN ĐẾN CẤU TẠO CỦA  ADN.

Tính số lượng các loại nucleotit trong phân tử ADN.

 Theo nguyên tắc boror sung ta có : A liên kết với T bằng 2 liên kết hidro và G liên kết với X bằng 3 liên kết H 

=> A = T; G = X  

=>  %A = %T; %G = %X.

=> %A+%G = %T+%X=50%.

=> N = A + T + G + X = 2A + 2G = 2 T + 2 X

Tính chiều dài gen: 

     L = \(\frac{N\times 3.4}{2}\) => N = \(\frac{2L}{3,4}\)  

Tính số chu kì xoắn: C = \(\frac{N}{20}\) => N = C x 20

Tính số liên kết hiđrô của gen: H = 2A + 3G ( lk)

Tính khối lượng phân tử ADN (gen): M_ADN = N × 300 => N = \(\frac{M}{300}\)

Tính số liên kết phôtphođieste .

Trong phân tử ADN : liên kết  PHOTPHODIESTE gồm có liên kết giữa các gốc đường và gốc axit của cùng một nucleotit và liên kết cộng hóa trị giữa hai nucleotit.

+ Số lượng liên kết HÓA TRỊ  giữa các nucleotit: HT = N - 2.

+ Số lượng liên kết  giữa các gốc đường và gốc axit trong mỗi nucleotit = N

=> Tổng số liên kết PHOTPHODIESTEcủa ADN:   N + (N - 2) = 2N - 2

 Ví dụ 1 : Một gen có chiều dài là 5100 A⁰, số nuclêôtit loại Adenin chiếm 20%. Hãy xác định:

 1. Số lượng từng loại nuclêôtit trên gen.

 2. Số liên kết hydro của gen

 3. Số chu kỳ xoắn của gen.

4. Số liên kết photphodieste trên mỗi mạch và trên phân tử ADN.

 Hướng dẫn giải bài tập.

1.Số nuclêôtit của gen (N) N =  \(\frac{L}{3,4}\)×2 = ( \(\frac{5100}{3,4}\) )×2 = 3000 (nu)

  Số nuclêôtit từng loại (A, T, G, X)

 Theo NTBS

%A = %T = 20% => A = T = 3000×20% = 600 (nu)

 % G = %X = 50% - 20% = 30%

 → G = X = %G × N = 3000 × 30% = 900 (nu)

2. Số liên kết hyđrô trên gen

   H = 2A + 3G = (2A + 2 G) + G = Nu  + G = 3000 + 600 = 3600

 3. Số chu kỳ xoắn = \(\frac{N}{20}\) = \(\frac{3000}{2}\) = 1500.

4. Số liên kết photphodieste

Trên mỗi mạch = N - 1 = 2999.

Trên phân tử ADN = 2N-2 = 5998.

Bài tập tự giải

Bài 1. Một gen có chiều dài là 4080 A⁰, số nuclêôtit loại Adenin chiếm 20%.

1. Xác định số lượng từng loại nuclêôtit trên gen.

2. Xác định số liên kết hydro của gen

3. Xác định số ribonucleotit trên mARN do gen phiên mã

4. Xác định số chu kỳ xoắn của gen.

5. Xác định số liên kết photphodieste trên mỗi mạch và trên phân tử ADN.

ĐA :

1 . A = T = 480 ; G = X = 720

2. 3120 liên kết H 

3. 1200 ribonucleotit

4. 120 chu kì xoắn 

Bài 2. Một gen có 3120 liên kết hiđrô và có 480 Adenin.

1. Tính số lượng và tỷ lệ nuclêôtit của mỗi loại của gen.

2. Xác định chiều dài gen.

3. Xác định số liên kết hóa  trị giữa các nucleotit .

ĐA :

1. G = X = 720; 30% và A = T = 480 ; 20% .

2. L : 4080 A⁰

3. 2398 liên kết