Công thức tính ADN Công thức tính chiều dài của gen

Công thức tính ADN là một trong những kiến thức cơ bản trong chương trình môn Sinh học THPT. Vậy cách tính ADN như thế nào? Mời các bạn cùng theo dõi bài viết dưới đây của Download.vn.

Cách tính ADN mà chúng tôi sẽ giới thiệu trong bài học hôm nay gồm toàn bộ kiến thức về lý thuyết, công thức tính, ví dụ minh họa và các dạng bài tập có đáp án giải chi tiết. Qua đó giúp các bạn học sinh lớp 10 tham khảo, hệ thống lại kiến thức để giải nhanh các bài tập Sinh học. Bên cạnh đó các bạn xem thêm cách phân biệt tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực.

A. Cấu trúc ADN

I. ADN là gì?

ADN là thuật ngữ viết tắt của Acid Deoxyribonucleic – vật chất di truyền có ở người và hầu hết các loại sinh vật có trên thế giới này. ADN còn được viết là DNA, hay nói cách khác, ADN chính là DNA. Qua nhiều nghiên cứu, các nhà khoa học nhận thấy rằng gần như mọi tế bào trong cơ thể của một người chỉ có cùng 1 loại ADN. Hơn nữa, mọi tế bào của một sinh vật đa bào đều sở hữu đầy đủ bộ ADN cần thiết cho sự sống của sinh vật đó.

*Vị trí của ADN trong cơ thể

Nếu bạn thắc mắc không biết ADN tồn tại ở đâu thì câu trả lời là ADN có trong mọi tế bào của một sinh vật đa bào. Hầu hết ADN nằm trong nhân tế bào (nuclear DNA hoặc nucDNA). Tuy nhiên, các nhà khoa học đã tìm ra được 1 tỉ lệ nhỏ ADN nằm trong ti thể (mitochondrial DNA hoặc mtDNA).

*Chức năng của ADN

ADN chính là bản chất hóa học của gen và có các chức năng sau:

• Là nơi lưu giữ, bảo tồn thông tin di truyền để truyền lại cho các thế hệ sau.
• Tạo nên sự đa dạng sinh học.
• Tạo nền tảng cho sự tiến hóa của loài.

II. Tính số nucleotit của ADN hoặc gen

1. Đối với mỗi mạch của gen

- Trong ADN, 2 mạch bổ sung nhau, nên số nu và chiều dài của 2 mạch bằng nhau

A₁ + T₁ + G₁ + X₁ = A₂ + T₂ + G₂ + X₂ =

- Trong cùng một mạch, A và T cũng như G và X , không liên kết bổ sung nên không nhất thiết phải bằng nhau.

- Sự bổ sung chỉ có giữa 2 mạch: A của mạch này bổ sung với T của mạch kia, G của mạch này bổ sung với X của mạch kia . Vì vậy, số nu mỗi loại ở mạch 1 bằng số nu loại bổ sung mạch 2.

A₁ = T₂; T₁ = A₂; G₁ = X₂; X₁ = G₂

2. Đối với cả 2 mạch:

- Số nu mỗi loại của ADN là số nu loại đó ở cả 2 mạch :

A = T = A₁ + A₂ = T₁ + T₂ = A₁ + T₁ = A₂ + T₂

G = X = G₁ + G₂ = X₁ + X₂ = G₁ + X₁ = G₂ + X₂

- Chú ý: Khi tính tỉ lệ %

* Ghi nhớ : Tổng 2 loại nu khác nhóm bổ sung luôn luôn bằng nửa số nu của ADN hoặc bằng 50% số nu của ADN : Ngược lại nếu biết:

+ Tổng 2 loại nu =  hoặc bằng 50% thì 2 loại nu đó phải khác nhóm bổ sung

+ Tổng 2 loại nu khác =  hoặc khác 50% thì 2 loại nu đó phải cùng nhóm bổ sung

3. Tổng số nu của ADN (N)

- Tổng số nu của ADN là tổng số của 4 loại nu A + T + G + X. Nhưng theo nguyên tắc bổ sung (NTBS), ta có: A = T , G = X. Vì vậy , tổng số nu của ADN được tính là :

N = 2A + 2G = 2T + 2X hay N = 2( A+ G)

Do đó A + G =  hoặc %A + %G = 50%

4. Tính số chu kì xoắn (C)

- Một chu kì xoắn gồm 10 cặp nu = 20 nu . khi biết tổng số nu (N) của ADN:

N = C×20 => ;

5. Tính khối lượng phân tử ADN (M):

- Một nu có khối lượng trung bình là 300 đvc . khi biết tổng số nu suy ra

M = N×300 đvc

6. Tính chiều dài của phân tử ADN (L):

- Phân tử ADN là 1 chuỗi gồm 2 mạch đơn chạy song song và xoắn đều đặn quanh 1 trục, vì vậy chiều dài của ADN là chiều dài của 1 mạch và bằng chiều dài trục của nó. Mỗi mạch có nuclêôtit, độ dài của 1 nu là 3,4 Å

- Đơn vị thường dùng :

+ 1 micromet = 10⁴ angstron (Å)

+ 1 micromet = 10³ nanomet (nm)

+ 1 mm = 10³ micromet = 10⁶ nm = 10⁷ Å

III. Tính số liên kết Hiđrô và liên kết Hóa Trị Đ – P

1. Số liên kết Hiđrô (H)

+ A của mạch này nối với T ở mạch kia bằng 2 liên kết hiđrô

+ G của mạch này nối với X ở mạch kia bằng 3 liên kết hiđrô

- Vậy số liên kết hiđrô của gen là :

H = 2A + 3 G hoặc H = 2T + 3X

2. Số liên kết hoá trị (HT)

a) Số liên kết hoá trị nối các nu trên 1 mạch gen:

- Trong mỗi mạch đơn của gen , 2 nu nối với nhau bằng 1 liên kết hoá trị, 3 nu nối nhau bằng 2 liên kết hoá trị, ... nu nối với nhau bằng   liên kết hóa trị

b) Số liên kết hoá trị nối các nu trên 2 mạch gen : 2()

c) Số liên kết hoá trị đường – photphát trong gen (HT Đ – P)

- Ngoài các liên kết hoá trị nối giữa các nu trong gen thì trong mỗi nu có 1 lk hoá trị gắn thành phần của H₃PO₄ vào thành phần đường . Do đó số liên kết hoá trị Đ – P trong cả ADN là:

B. Cơ chế tự nhân đôi của ADN

I . Tính số nucleotit tự do cần dùng

1. Qua 1 lần tự nhân đôi (tự sao, tái sinh, tái bản)

+ Khi ADN tự nhân đôi hoàn toàn 2 mạch đều liên kết các nu tự do theo NTBS : A_ADN nối với T_{Tự do} và ngược lại ; G_ADN nối với X_{Tự do} và ngược lại . Vì vây số nu tự do mỗi loại cần dùng bằng số nu mà loại nó bổ sung

A_td = T_td = A = T ; G_td = X_td = G = X

+ Số nu tự do cần dùng bằng số nu của AND: N_td = N

2. Qua nhiều đợt tự nhân đôi (x đợt)

- Tính số ADN con

+ 1 ADN mẹ qua 1 đợt tự nhân đôi tạo 2 = 2¹ ADN con

+ 1 ADN mẹ qua 2 đợt tự nhân đôi tạo 4 = 2² ADN con

+ 1 ADN mẹ qua3 đợt tự nhân đôi tạo 8 = 2³ ADN con

+ 1 ADN mẹ qua x đợt tự nhân đôi tạo 2^x ADN con

Vậy : Tổng số ADN con = 2^x

- Dù ở đợt tự nhân đôi nào , trong số ADN con tạo ra từ 1 ADN ban đầu , vẫn có 2 ADN con mà mỗi ADN con này có chứa 1 mạch cũ của ADN mẹ. Vì vậy số ADN con còn lại là có cả 2 mạch cấu thành hoàn toàn từ nu mới của môi trường nội bào.

Số ADN con có 2 mạch đều mới = 2x – 2

+ Tính số nu tự do cần dùng :

- Số nu tự do cần dùng thì ADN trải qua x đợt tự nhân đôi bằng tổng số nu sau cùng trong các ADN con trừ số nu ban đầu của ADN mẹ

+ Tổng số nu sau cùng trong trong các ADN con: N.2^x

+ Số nu ban đầu của ADN mẹ: N

- Vì vậy tổng số nu tự do cần dùng cho 1 ADN qua x đợt tự nhân đôi:

+N_td = N.2^x – N = N(2^x – 1)

- Số nu tự do mỗi loại cần dùng là:

+ A_td =T_td = A(2^x – 2)

+ G_td = X_td =G(2^x – 2)

- Nếu tính số nu tự do của ADN con mà có 2 mạch hoàn toàn mới:

+ N_{td mới} = N(2^x – 2)

+ A_{td mới} = T_{td mới} = A(2^x – 2)

+ G_{td mới} = X_{td mới} = G(2^x – 2)

II .Tính số liên kết hidro; liên kết hóa trị Đ – P được hình thành hoặc bị phá vỡ

1. Qua 1 đợt tự nhân đôi

a. Tính số liên kết hiđrôbị phá vỡ và số liên kết hiđrô được hình thành:

Khi ADN tự nhân đôi hoàn toàn :

- 2 mạch ADN tách ra , các liên kết hiđrô giữa 2 mạch đều bị phá vỡ nên số liên kết hiđrô bị phá vỡ bằng số liên kết hiđrô của ADN

H_{bị đứt} = H_ADN

- Mỗi mạch ADN đều nối các nu tự do theo NTBS bằng các liên kết hiđrô nên số liên kết hiđrô được hình thành là tổng số liên kết hiđrô của 2 ADN con

H_ht= 2.H_ADN

b. Số liên kết hoá trị được hình thành:

- Trong quá trình tự nhân đôi của ADN , liên kết hoá trị Đ –P nối các nu trong mỗi mạch của ADN không bị phá vỡ . Nhưng các nu tự do đến bổ sung thì dược nối với nhau bằng liên kết hoá trị để hình thành 2 mạch mới

- Vì vậy số liên kết hoá trị được hình thành bằng số liên kết hoá trị nối các nu với nhau trong 2 mạch của ADN

HT_{được hình thành} = 2() = N – 2

2. Qua nhiều đợt tự nhân đôi (x đợt)

a. Tính tổng số liên kết hidrô bị phá vỡ và tổng số liên kết hidrô hình thành:

-Tổng số liên kết hidrô bị phá vỡ:

H_{bị phá vỡ} = H(2^x – 1)

- Tổng số liên kết hidrô được hình thành:

H_ht = H×2^x

b. Tổng số liên kết hoá trị được hình thành:

- Liên kết hoá trị được hình thành là những liên kết hoá trị nối các nu tự do lại thành chuỗi mạchpolinucleotit mới

- Số liên kết hoá trị nối các nu trong mỗi mạch đơn:

- Trong tổng số mạch đơn của các ADN con còn có 2 mạch cũ của ADN mẹ được giữ lại

- Do đó số mạch mới trong các ADN con là 2.2^x – 2, vì vây tổng số liên kết hoá trị được hình thành là:

HT_ht = ()(2.2^x – 2) = (N – 2)(2^x – 1)

III. Tính thời gian sao mã

- Có thể quan niệm sự liên kết các nu tự do vào 2 mạch của ADN là đồng thời, khi mạch này tiếp nhân và đóng góp dược bao nhiêu nu thì mạch kia cũng liên kết được bay nhiêu nu

- Tốc độ tự sao : Số nu dược tiếp nhận và liến kết trong 1 giây

1. Tính thời gian tự nhân đôi (tự sao)

Thời gian để 2 mạch của ADN tiếp nhận và kiên kết nu tự do

- Khi biết thời gian để tiếp nhận và liên kết trong 1 nu là dt , thời gian tự sao dược tính là:

TG_{tự sao} = dt×

C. Ví dụ minh họa tính ADN

Ví dụ 1: Một gen chứa đoạn mạch có trình tự nuclêôtit là . . . A- G - X - T - T - A - G - X - A . . . .

Xác định trình tự nuclêôtit tương ứng trên mạch bổ sung.

Gợi ý đáp án

Theo NTBS các nuclêôtit trên gen liên kết với nhau theo nguyên tắc A liên kết với T, G liên kết với X

Vậy: Mạch có trình tự: . . . A - G - X - T - T - A - G - X - A . . . .

Mạch bổ sung là: . . . T - A - G - A - A - T - X - G - A . . .

Ví dụ 2: Một gen chứa đoạn mạch bổ sung với đoạn mạch mang mã gốc có trình tự nuclêôtit là:

. . . A - G - X - T - T - A - G - X - A . . . .

Xác định trình tự các ribô nuclêôtit được tổng hợp từ đoạn gen này.

Gợi ý đáp án

Khi biết mạch bổ sung => Xác định mạch gốc => xác định ARN (theo nguyên tắc bổ sung)

Giải

- Theo NTBS: Các nuclêôtit trên gen liên kết với nhau theo nguyên tắc A liên kết với T, G liên kết với X

Trong quá trình phiên mã các nuclêôtit trên gen liên kết với các nuclêôtit môt trường theo nguyên tắc:

A mạch gốc liên kết với U môi trường

T mạch gốc liên kết với A môi trường

G mạch gốc liên kết với X môi trường

X mạch gốc liên kết với G môi trường

Theo bài ra: mạch bổ sung của gen: . . . A - G - X - T - T - A - G - X - A . . . .

=> Mạch gốc của gen: . . . T - X - G - A - A - T - X - G - T . . . .

=> ARN . . . A - G - X - U - U - A - G - X - A . . . .

Lưu ý: Trình tự nuclêôtit mARN giống trình tự nuclêôtit của mạch bổ sung (Thay T bằng U)

Ví dụ 3: Phân tử mARN chứa đoạn mạch có trình tự nuclêôtit là . . . A- G - X - U - A - G - X - A .

Xác định trình tự nuclêôtit tương ứng trên gen.

Gợi ý đáp án

mARN . . . A - G - X - U - U - A - G - X - A . . . .

Mạch gốc: . . . T - X - G - A - A - T - X - G - T . . . .

Mạch bổ sung: . . . A - G - X - T - T - A - G - X - A . . . .

D. Bài tập tính ADN

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 nucleoti trên mARN do gen phiên mã

4. Xác định số chu kỳ xoắn của gen.

5. Xác định số bộ ba mã hóa (Triplet) trên gen.

6. Xác định số axitamin trong chuỗi pôlipeptit được tổng hợp khi gen phiên mã 1 lần, mARN có 1 riboxom trượt qua không lặp lại.

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

8. Gen tiến hành tái bản 3 lần, xác định số gen con được tạo thành.

9. Xác định số nuclêôtit trong các gen con khi gen tái bản 3 lần.

10. Gen tái bản 3 lần, xác định số nuclêôtit môi trường cung cấp.

11. Gen phiên mã 5 lần, xác định số nuclêôtit trên các phân tử ARN.

12. Xác định số phân tử H₂O được giải phóng để hình thành chuỗi pôlipeptit.

Bài 2. Một gen có tổng số nuclêôtit là 3000. 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 nuclêôtit trên mARN do gen phiên mã

4. Xác định số chu kỳ xoắn của gen.

5. Xác định số bộ ba mã hóa (Triplet) trên gen.

6. Xác định chiều dài gen.

6. Xác định số axitamin trong chuỗi pôlipeptit được tổng hợp khi gen phiên mã 1 lần, mARN có 1 riboxom trượt qua không lặp lại.

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

8. Gen tiến hành tái bản 3 lần, xác định số gen con được tạo thành.

9. Xác định số nuclêôtit trong các gen con khi gen tái bản 3 lần.

10. Gen tái bản 3 lần, xác định số nuclêôtit môi trường cung cấp.

11. Gen phiên mã 5 lần, xác định số nuclêôtit trên các phân tử ARN.

Bài 3. 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 số nuclêôtit trên mARN do gen phiên mã

3. Xác định số chu kỳ xoắn của gen.

4. Xác định số bộ ba mã hóa (Triplet) trên gen.

5. Xác định chiều dài gen.

6. Xác định số axitamin trong chuỗi pôlipeptit được tổng hợp khi gen phiên mã 1 lần, mARN có 1 riboxom trượt qua không lặp lại.

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

8. Gen tiến hành tái bản 3 lần, xác định số gen con được tạo thành.

9. Xác định số nuclêôtit trong các gen con khi gen tái bản 3 lần.

10. Gen tái bản 3 lần, xác định số nuclêôtit môi trường cung cấp.

11. Gen phiên mã 5 lần, xác định số nuclêôtit trên các phân tử ARN.

Bài 4 Vùng mã hóa của gen (không kể codon kết thúc) gồm 735 cặp bazơ nitơ. Tính khối lượng phân tử protein do gen mã hóa biết khối lượng phân tử trung bình của 1 axit amin dạng chưa mất nước là 122 và có 5 liên kết đissulfit hình thành tự phát trong quá trình cuộn gập của phân tử protein này.

Bài giải

- Số bộ 3 tham gia tổng hợp prôtêin = 245

=> Số aa trong phân tử prôtêin = Số aa tạo thành - 1 = 245-1=244

- Số phân tử nước tạo thành khi hình thành chuỗi polipeptit = 245-1 =244.

- Khi aa mở đầu tách khỏi chuỗi pôlipeptit => có 1 phân tử nước kết hợp tạo phản ứng thủy phân.

=> Toàn bộ quá trình đã giải phóng ra 244-1=243 phân tử nước.

- Số nguyên tử H2 tạo cầu đisulfit = 5.2=10

=> Khối lượng prôtêin = Số aa .Maa - Số H₂O.18 - mH2 tách ra tạo cầu đisulfit

= 244.122 - 243.18 -10 = 29768 - 4374 - 10 = 25384.