Giải SGK Sinh học 12 KNTT Bài 1: DNA và chế tái bản DNA có đáp án

Vật chất di truyền có các chức năng cơ bản là mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền. Do đó, để một phân tử hữu cơ có thể đảm nhận chức năng của một vật chất di truyền thì cấu trúc của phân tử hữu cơ đó cần đảm bảo một số điều kiện như sau:

- Phải có cấu trúc đủ lớn và đa dạng để có thể mang đủ lượng thông tin di truyền quy định mọi đặc điểm của tế bào và cơ thể sinh vật.

- Phải có cấu trúc ổn định và bền vững tương đối để đảm bảo bảo quản được thông tin di truyền ít bị hư hỏng.

- Phải có cấu trúc đảm bảo cho thông tin di truyền được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.

DNA có chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể. Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được các chức năng trên là:

- Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được chức năng mang thông tin di truyền: DNA được cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, gồm 4 loại đơn phân là các nucleotide A, T, G, C. Từ 4 loại đơn phân này với thành phần, số lượng và trật tự sắp xếp khác nhau đã tạo nên vô số phân tử DNA đặc thù, đảm bảo khả năng mang được một lượng lớn thông tin di truyền về cấu trúc và chức năng của tế bào.

- Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được chức năng bảo quản thông tin di truyền:

+ DNA có cấu tạo mạch kép nên cấu trúc ổn định, ít bị sai hỏng.

+ DNA có cấu trúc mạch kép theo NTBS nên khi một mạch của DNA bị sai hỏng thì các enzyme của tế bào có thể sử dụng mạch bình thường để làm khuôn sửa chữa sai hỏng đó.

+ Liên kết phosphodiester giữa các nucleotide trong một mạch của DNA là loại liên kết cộng hóa trị rất bền vững.

+ Liên kết hydrogene giữa các base trong hai mạch là loại liên kết yếu nhưng số lượng liên kết hydrogene trong DNA là rất lớn nên cũng đảm bảo duy trì cấu trúc phân tử DNA bền vững.

- Những đặc điểm cấu trúc của DNA đảm bảo cho nó thực hiện được chức năng truyền đạt thông tin di truyền:

+ Liên kết hydrogene giữa các base trong hai mạch là loại liên kết yếu nên có thể bị phá vỡ trong điều kiện nhất định giúp DNA có khả năng tách thành hai mạch đơn trong quá trình truyền đạt thông tin di truyền.

+ Các nucleotide có khả năng liên kết theo nguyên tắc bổ sung nên thông tin trong DNA có thể truyền đạt sang mRNA qua quá trình phiên mã và từ mRNA được dịch mã thành phân tử protein và biểu hiện thành các tính trạng của cơ thể.

+ Hai mạch đơn của DNA có trình tự các nucleotide bổ sung với nhau và sự kết hợp đặc hiệu A – T và G – C trong quá trình tái bản DNA đảm bảo cho thông tin di truyền trong DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.

Mặc dù các amino acid là những đơn phân của protein có thể dùng để ghi thông tin di truyền tương tự như cách các nucleotide là những đơn phân của DNA ghi mã thông tin di truyền nhưng do protein không có cấu trúc theo NTBS như cấu trúc của DNA, dẫn đến không có cơ chế để các enzyme của tế bào có thể sao chép trình tự các amino acid trong một protein tạo ra nhiều bản sao. Điều này đồng nghĩa với việc protein không có khả năng truyền đạt thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể - một trong những chức năng cơ bản của một vật chất di truyền. Do đó, protein tạo nên các tính trạng của sinh vật nhưng không thể đảm nhận chức năng của một vật chất di truyền.

Ý nghĩa của kết cặp đặc hiệu A - T và G - C phù hợp với chức năng của DNA:

- DNA có cấu trúc mạch kép theo NTBS nên khi một mạch của DNA bị sai hỏng thì các enzyme của tế bào có thể sử dụng mạch bình thường để làm khuôn sửa chữa sai hỏng đó, góp phần bảo quản thông tin di truyền trên DNA.

- Kết cặp đặc hiệu theo NTBS giúp thông tin trên DNA được truyền qua RNA đến protein qua quá trình phiên mã và dịch mã để được biểu hiện thành các tính trạng của cơ thể.

- Nhờ kết cặp đặc hiệu theo NTBS nên từ một mạch khuôn của DNA các enzyme có thể tổng hợp nên mạch mới. Do vậy, DNA có thể thực hiện được chức năng truyền đạt thông tin từ tế bào này sang tế bào khác, từ thế hệ này sang thế hệ khác qua quá trình phân bào.

Quá trình tái bản DNA thể hiện sự sao chép thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể:

- DNA được bắt đầu tổng hợp từ một điểm (hoặc tại nhiều điểm, đối với sinh vật nhân thực) tạo nên hai chạc sao chép ngược chiều nhau.

- Enzyme DNA polymerase đọc thông tin trên mạch khuôn theo chiều 3'→ 5' và tổng hợp mạch mới theo chiều 5'→ 3' theo nguyên tắc bổ sung A – T, G - C. Tuy vậy, mạch mới chỉ được tổng hợp khi có đoạn mồi là RNA cung cấp đầu 3'.

- Do DNA được cấu tạo gồm hai mạch ngược chiều nhau và phức hợp enzyme DNA polymerase gồm hai enzyme tổng hợp hai mạch mới cùng lúc và di chuyển theo cùng một chiều nên hai mạch của phân tử DNA được tổng hợp theo hai cách khác nhau, một mạch tổng hợp liên tục, mạch còn lại tổng hợp theo từng đoạn Okazaki rồi nối lại với nhau.

- DNA được tái bản theo nguyên tắc bán bảo toàn (phân tử DNA mới gồm một mạch cũ và một mạch mới).

→ DNA được tái bản theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn nên nếu không có sai sót thì kết thức quá trình tái bản, từ một DNA thường tạo ra hai phân tử mới giống nhau và giống phân tử DNA mẹ. Sau đó, hai phân tử DNA mới này được phân chia cho 2 tế bào con trong quá trình phân bào, đảm bảo cho thông tin di truyền trên DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.