Hướng dẫn giải bài tập SGK Cơ bản và Nâng cao Sinh học 12 Bài 2 Phiên mã và dịch mã
Bài tập 1 trang 14 SGK Sinh học 12 Hãy trình bày diễn biến quá trình phiên mã và kết quả của nó?
Quá trình phiên mã là một trong những bước quan trọng trong quá trình tổng hợp protein, khi thông tin di truyền từ DNA được sao chép sang mRNA (messenger RNA). Diễn biến của quá trình này bao gồm nhiều bước chính như sau:
Khởi đầu phiên mã: Quá trình phiên mã bắt đầu khi enzyme ARN polymerase nhận diện và gắn vào vùng điều hòa của gen, gọi là promoter (vùng khởi động). Vùng promoter này nằm gần đầu của gen và có một số trình tự đặc trưng giúp ARN polymerase nhận diện chính xác vị trí bắt đầu phiên mã. Một số yếu tố phiên mã như yếu tố sigma (ở vi khuẩn) hoặc các yếu tố phiên mã chung (ở sinh vật nhân thực) cũng tham gia vào việc này. Khi ARN polymerase gắn vào promoter, nó sẽ tách mạch ADN, tạo ra một "khe hở" nơi một mạch của ADN được sử dụng làm khuôn mẫu.
Kéo dài mạch ARN: Khi ARN polymerase bắt đầu di chuyển dọc theo mạch ADN, nó sử dụng mạch khuôn của ADN để tạo ra chuỗi mRNA. Các nucleotit của mRNA sẽ liên kết với các nucleotit tương ứng trên mạch khuôn của ADN theo nguyên tắc bổ sung, với thymine (T) trong ADN thay thế bằng uracil (U) trong mRNA. Mỗi bước kéo dài mRNA là một sự bổ sung của một ribonucleotide mới vào chuỗi mRNA đang phát triển, qua đó tạo thành chuỗi mRNA sao chép từ gen của ADN.
Kết thúc phiên mã: Quá trình phiên mã kết thúc khi ARN polymerase tiếp cận một tín hiệu kết thúc trên ADN, được gọi là terminator (vùng kết thúc). Khi này, ARN polymerase sẽ tách khỏi mạch ADN, mRNA mới được tổng hợp sẽ tách ra khỏi khuôn ADN và rời khỏi enzyme. Tại thời điểm này, mRNA đã được hình thành và có thể di chuyển ra khỏi nhân để tham gia vào quá trình dịch mã.
Kết quả của quá trình phiên mã là mRNA, một phân tử ARN đơn chuỗi mang thông tin di truyền từ ADN ra ngoài tế bào nhân để tham gia vào quá trình dịch mã và tổng hợp protein.
Bài tập 2 trang 14 SGK Sinh học 12 Quá trình dịch mã tại riboxom diễn ra như thế nào?
Dịch mã là quá trình chuyển thông tin di truyền từ mRNA thành chuỗi axit amin trong protein. Quá trình này diễn ra tại ribosom, nơi mRNA được sử dụng làm khuôn mẫu để tổng hợp protein. Các bước chính trong quá trình dịch mã bao gồm:
Khởi đầu dịch mã: Quá trình dịch mã bắt đầu khi ribosom gắn vào mRNA tại vị trí của mã mở đầu (AUG), mã này mã hóa cho axit amin methionine (Met) trong tế bào nhân thực. Các ribosom được cấu tạo từ hai tiểu đơn vị lớn và nhỏ. Tiểu đơn vị nhỏ gắn kết với mRNA, trong khi tiểu đơn vị lớn chứa các vị trí gắn với tRNA. Một phân tử tRNA mang axit amin methionine sẽ gắn với mã mở đầu trên mRNA thông qua mối liên kết bổ sung giữa anticodon của tRNA và codon của mRNA.
Kéo dài chuỗi polypeptide: Sau khi mã mở đầu đã được nhận diện, ribosom di chuyển dọc theo mRNA. Mỗi codon trên mRNA sẽ được đọc và tiếp theo là một phân tử tRNA mang một axit amin tương ứng với codon đó gắn vào ribosom. Ribosom di chuyển qua mRNA theo từng bước, kết hợp các axit amin lại với nhau thành chuỗi polypeptide. Sự liên kết giữa các axit amin được thực hiện nhờ enzyme peptidyl transferase, tạo thành liên kết peptide giữa các axit amin.
Kết thúc dịch mã: Khi ribosom đọc đến một codon kết thúc (UAA, UAG, hoặc UGA), quá trình dịch mã kết thúc. Khi này, chuỗi polypeptide hoàn chỉnh được giải phóng khỏi ribosom, và ribosom tách khỏi mRNA. Chuỗi polypeptide này sẽ được gấp lại và có thể trải qua các bước tiếp theo để tạo thành một protein chức năng.
Bài tập 3 trang 14 SGK Sinh học 12 Nêu vai trò của poliriboxom trong quá trình tổng hợp protein?
Poliriboxom là một cấu trúc gồm nhiều ribosom cùng hoạt động trên một phân tử mRNA duy nhất, giúp tăng tốc quá trình dịch mã. Mỗi ribosom trong poliriboxom đọc mRNA và dịch mã một đoạn thông tin cụ thể thành chuỗi axit amin. Vai trò của poliriboxom trong quá trình tổng hợp protein là:
Tăng hiệu suất tổng hợp protein: Khi nhiều ribosom hoạt động trên cùng một mRNA, quá trình dịch mã diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn. Điều này giúp tế bào sản xuất lượng protein cần thiết trong thời gian ngắn.
Tiết kiệm năng lượng: Các ribosom trong poliriboxom làm việc đồng thời, giảm bớt thời gian cần thiết để dịch mã hoàn chỉnh một phân tử mRNA, từ đó tiết kiệm năng lượng cho tế bào.
Đảm bảo sự chính xác: Poliriboxom giúp tăng cường độ chính xác trong quá trình dịch mã, vì mỗi ribosom liên tục di chuyển qua mRNA và dịch mã một cách đồng bộ. Điều này giúp giảm thiểu sai sót trong việc dịch mã và đảm bảo protein được tổng hợp chính xác.
Bài tập 4 trang 14 SGK Sinh học 12 Một số đoạn gen có trình tự các nucleotit như sau: 3' XGA GAA TTT XGA 5' (mạch mã gốc) 5' GXT XTT AAA GXT 3'
a) Hãy xác định trình tự các axit amin trong chuỗi polipeptit được tổng hợp từ đoạn gen trên.
Để giải bài này, chúng ta cần xác định mRNA được tổng hợp từ đoạn gen, sau đó tra cứu codon trong mRNA để tìm ra các axit amin tương ứng.
Mạch gốc ADN: 3' XGA GAA TTT XGA 5'
Mạch bổ sung: 5' CTT CTT AAA CTT 3'
Khi ADN được phiên mã, mRNA sẽ có trình tự bổ sung với mạch gốc ADN, có nghĩa là:
mRNA: 5' CUU CUU AAA CUU 3'
Sau khi xác định mRNA, ta sẽ tra cứu các codon trên mRNA và tìm ra axit amin tương ứng từ bảng mã di truyền:
CTT -> Leucine (Leu)
CUU -> Leucine (Leu)
AAA -> Lysine (Lys)
CUU -> Leucine (Leu)
Vậy, trình tự axit amin trong chuỗi polipeptit là: Leu, Leu, Lys, Leu.
b) Một đoạn phân tử prôtêin có trình tự axit amin như sau: – lơxin – alanin – valin – lizin – Hãy xác định trình tự các cặp nuclêôtit trong đoạn gen mang thông tin quy định cấu trúc đoạn prôtêin đó.
Để xác định trình tự các cặp nucleotit trong đoạn gen, chúng ta cần tra cứu thông tin trong bảng mã di truyền. Mỗi axit amin được mã hóa bởi một codon trên mRNA:
Lysin (Lys) được mã hóa bởi codon AAA.
Alanin (Ala) được mã hóa bởi codon GCU.
Valin (Val) được mã hóa bởi codon GUU.
Lơxin (Leu) được mã hóa bởi codon UUU.
Từ đó, trình tự mRNA là: 5' UUU GCU GUU AAA 3'. Sau khi có mRNA, chúng ta sẽ tìm ra trình tự gen tương ứng với mạch gốc ADN bằng cách thay A bằng T, U bằng T và C bằng G, G bằng C.
Trình tự ADN sẽ là: 3' AAA CGT CAA TTT 5'.
Bài tập 5 trang 14 SGK Sinh học 12 Hãy chọn phương án trả lời đúng nhất:
Các prôtêin được tổng hợp trong tế bào nhân thực đều
A. Bắt đầu bằng axit amin Met. B. Bắt đầu bằng axit amin foocmin mêtiônin. C. Có Met ở vị trí đầu tiên bị cắt bởi enzim. D. Cả A và C.
Câu trả lời đúng là D. Cả A và C.
Giải thích:
Các protein trong tế bào nhân thực đều bắt đầu bằng axit amin Met (Methionine).
Sau khi protein được tổng hợp, axit amin Met ở vị trí đầu tiên thường bị cắt bỏ bởi một số enzym trong quá trình biến đổi sau dịch mã.
Bài tập 3 trang 16 SGK Sinh học 12 Nâng cao Pôliribôxôm là gì?
Poliriboxom là cấu trúc gồm nhiều ribosom cùng hoạt động trên một phân tử mRNA duy nhất trong quá trình dịch mã. Điều này giúp tăng tốc quá trình tổng hợp protein vì nhiều ribosom có thể dịch mã đồng thời một mRNA, giúp tế bào sản xuất protein nhanh chóng và hiệu quả hơn. Poliriboxom giúp tăng cường hiệu quả sử dụng mRNA, giúp tế bào tiết kiệm năng lượng và thời gian trong quá trình tổng hợp protein.
Bài tập 4 trang 16 SGK Sinh học 12 Nâng cao Chọn phương án trả lời đúng. Thành phần nào sau đây không tham gia trực tiếp trong quá trình dịch mã?
A. mARN B. ADN C. tARN D. Ribôxôm
Câu trả lời đúng là B. ADN.
Giải thích: Trong quá trình dịch mã, ADN không tham gia trực tiếp. Mạch mRNA được tổng hợp từ ADN trong quá trình phiên mã và sau đó mRNA tham gia vào quá trình dịch mã với sự hỗ trợ của ribosom và tRNA.
