Bài giảng Các dạng toán đột biến gen

CÁC DẠNG TỐN  ĐỘT BIẾN GEN Dạng 1: CHO BIẾT DẠNG ĐỘT BIẾN GEN, XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI VỀ LIÊN KẾT HYĐRO VÀ CẤU TRÚC CỦA PHÂN TỬ PROTÊIN * Các kiến thức cơ bản cần lưu ý: + Giữa A và T có 2 liên kết hyđrô + Giữa G và X có 3 liên kết hyđrô + Dạng mất cặp nuclêôtit sẽ làm giảm số liên kết hyđrô; dạng thêm cặp nuclêôtit sẽ làm tăng; dạng đảo vị trí sẽ không đổi; dạng thay thế sẽ có thể không làm thay đổi hoặc tăng hoặc giảm về số liên kết hyđrô trong gen. + Khi viết dạng đột biến ta sắp xếp trở lại các mã di truyền, từ đó suy ra được sự thay đổi của cấu trúc phân tử prôtêin Bài 1: 1. Số liên kết hyđrô của gen sẽ thay đổi như thế nào khi xảy ra đột biến gen ở các dạng sau: a- Mất 1 cặp nuclêôtit trong gen. b-Lặp thêm 1 cặp nuclêôtit trong gen. c- Thay thế 1 cặp nuclêôtit trong gen. 2. Phân tử prôtêin sẽ bị thay đổi như thế nào trong các trường hợp đột biến sau đây: a- Mất 1 cặp nuclêôtit sau mã mở đầu. b-Thêm 1 cặp nuclêôtit sau mã mở đầu. c- Thay 1 cặp nuclêôtit trong gen. d-Đảo vị trí giữa 2 cặp nuclêôti (không kể đến mã mở đầu và mã kết thúc). e-Trong các dạng đột biến nói trên, dạng nào ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đến cấu trúc của prôtêin? Vì sao?. Bài giải 1. a. Mất 1 cặp nuclêôtit trong gen · Nếu mất 1 cặp nuclêôtit A - T sẽ làm giảm 2 liên kết hyđrô. · Nếu mất 1 cặp nuclêôtit G - X sẽ làm giảm 3 liên kết hyđrô. b. Thêm 1 cặp nuclêôtit trong gen · Nếu thêm 1 cặp nuclêôtit A - T sẽ làm tăng 2 liên kết hyđrô. · Nếu thêm 1 cặp nuclêôtit G - X sẽ làm tăng 3 liên kết hyđrô. c. Thay 1 cặp nuclêôtit trong gen · Nếu thay 1 cặp nuclêôtit A - T bằng 1 cặp T - A hoặc thay 1 cặp nuclêôtit G - X bằng 1 cặp nuclêôtit X - G sẽ không làm thay đổi số liên kết hyđrô của gen. · Nếu thay 1 cặp nuclêôtit A - T bằng 1 cặp nuclêôtit G - X sẽ làm tăng số liên kết hyđrô lên 3 - 2 = 1 liên kết. · Nếu thay 1 cặp nuclêôtit G - X bằng 1 cặp nuclêôtit A - T sẽ làm giảm số liên kết hyđrô xuống 3 - 2 = 1 liên kết. 2. a. Mất 1 cặp nuclêôtit sau mã mở đầu sẽ thay đổi toàn bộ trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptit. b. Thêm 1 cặp nuclêôtit sau mã mở đầu sẽ thay đổi toàn bộ trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptit. c. Thay 1 cặp nuclêôtit trong gen: ·Không thay đổi cấu trúc phân tử của prôtêin khi cặp nuclêôtit bị thay thế thuộc mã mở đầu hay mã kết thúc. ·Không thay đổi cấu trúc của phân tử prôtêin khi mã bộ ba (Codon) sau đột biến quy định axit amin giống như bộ ba trước đột biến (do tính thoái hóa của mã di truyền). ·Thay đổi 1 axit amin trong chuỗi polipeptit khi mã bộ ba sau đột biến quy định axit amin khác bộ ba trước đột biến. ·Chuỗi polypeptit sẽ bị ngắn lại khi mã bộ ba sau đột biến trở thành mã kết thúc. d. Đảo vị trí giữa 2 cặp nuclêôtit (không kể đến mã mở đầu và mã kết thúc). · Không làm đổi axit amin nào trong chuỗi polypeptit khi đảo vị trí 2 cặp nuclêôtit giống nhau. · Thay đổi 1 axit amin trong chuỗi polypeptit khi đảo vị trí 2 cặp nuclêôtit của một bộ ba và mã bộ ba sau đột biến quy định axit amin khác với mã trước đột biến. · Thay đổi 2 axit amin trong chuỗi polypeptit khi đảo vị trí 2 cặp nuclêôtit của hai mã bộ ba và hai mã bộ ba sau đột biến quy định axit amin khác với trước đột biến. e. Dạng mất 1 cặp nuclêôtit hay dạng thêm 1 cặp nuclêôtit thay đổi nghiêm trọng nhất về cấu trúc của prôtêin vì hai dạng đột biến này đều sắp xếp trở lại các bộ ba từ sau mã mở đầu đến cuối gen, dẫn đến thay đổi toàn bộ trình tự các axit amin từ mã bị đột biến đến cuối chuỗi polypeptit. Bài 2 : 1. Một gen cấu trúc có trình tự xác định của các cặp nuclêôtit được bắt đầu như sau: 5 10 15 3' TAX XAA TTX AXA TXA XTT............. 5' 5' ATG GTT AAG TGT AGT GAA............. 3' Trình tự axit amin trong chuỗi polypeptit do gen trên tổng hợp được bắt đầu như thế nào? 2. Phân tử prôtêin do gen đột biến tổng hợp thay đổi ra sao trong các trường hợp sau: a.Thay 1 cặp nuclêôtit A - T vị trí thứ 2 bằng G - X. b. Mất 1 cặp nuclêôtit X - G vị trí thứ 4. c. Đảo vị trí 2 cặp nuclêôtit thứ 16 và 18 là X - G và T - A. d. Mất 2 cặp nuclêôtit thứ 13 và 14. e. Thay 1 cặp nuclêôtit ở vị trí thứ 10 là A - T bằng 1 cặp nuclêôtit T - A. Cho biết các bộ ba mã hóa trên phân tử mARN tương ứng với các axit amin như sau: GAA: axit glutamic AUG: Mêtiônin UGA: Mã kết thúc UGU: Xistêin AAG: Lizin GUU: Valin AGU: Xêrin. Bài giải 1. Trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptit - Mạch khuôn của gen có chiều 3' - 5' - Theo nguyên tắc bổ sung của cơ chế sao mã, từ trình tự các nuclêôtit trong mạch khuôn ta suy ra trình tự các ribônuclêôtit trong mARN được bắt đầu như sau: Mạch khuôn: TAX - XAA - TTX - AXA - TXA - XTT mARN: AUG - GUU - AAG - UGU - AGU - GAA - Vậy, trình tự các axit amin trong phân tử prôtêin do gen cấu trúc nói trên tổng hợp có trình tự là: Mêtiônin - Valin - Lizin - Xistêin - Xêrin - axit glutamic ..... 2. Thay đổi cấu trúc của phân tử prôtêin a. Thay 1 cặp nuclêôtit ở vị trí thứ 2 là A - T bằng G - X là thay ở mã mở đầu nên không làm thay đổi axit amin nào trong phân tử prôtêin. b. Mất 1 cặp nuclêôtit là X - G ở vị trí thứ 4 sẽ thay đổi toàn bộ axit amin trong chuỗi polypeptit từ sau axit amin mở đầu. 2. Thay đổi cấu trúc của phân tử prôtêin c. Đảo vị trí 2 cặp nuclêôtit vị trí thứ 16 và 18 làm mã bộ ba tại đây bị biến đổi thành TTX, quy định mã sao là AAG mã hóa axit amin lizin. - Vậy trong phân tử prôtêin đã thay thế axit glutamic bằng lizin. d. Mất 2 cặp nuclêôtit thứ 13 và 14 làm mã bộ ba tại vị trí này trở thành AXT, quy định mã sao UGA và đây là mã kết thúc nên chuỗi polypeptit chỉ còn 4 axit amin sau: Mêtiônin - Valin - Lizin - Xistêin ...... Dạng 2: CHO BIẾT SỰ THAY ĐỔI VỀ LIÊN KẾT HYĐRO. XÁC ĐỊNH DẠNG ĐỘT BIẾN VÀ SỐ NUCLEOTIT MỖI LOẠI CỦA GEN ĐỘT BIẾN. · - Cần lưu ý: · Muốn xác định số nucletit mỗi loại của gen đột biến ta cần biết dạng đột biến và số nucleotit mỗi loại của gen ban đầu. Bài 1: Một gen có khối lượng 45.104 đvC, có hiệu số giữa nuclêôtit loại X với một loại nuclêôtit khác chiếm 20% số nuclêôtit của gen. Cho biết dạng đột biến, số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến trong các trường hợp sau, biết đột biến không chạm đến quá 3 cặp nuclêôtit. 1. Sau đột biến, số liên kết hyđrô của gen tăng 1 liên kết. 2. Sau đột biến, số liên kết hyđrô của gen giảm 2 liên kết. Bài giải · Tổng số nuclêôtit của gen: 45.104 : 300 = 1500 nuclêôtit. ·X - A = 20 % X + A = 50% · suy ra G = X = 35; %A = T = 15% · Số nuclêôtit mỗi loại của gen trước đột biến. A = T = 1500. 15% = 225 nuclêôtit. G = X = 1500. 35% = 525 nuclêôtit. 1. Sau đột biến, số liên kết hyđrô của gen tăng 1 liên kết · Trường hợp 1: Thay 1 cặp A - T bằng 1 cặp G - X: + Số nuclêôtit mỗi loại của gen sau đột biến: A = T = 225 - 1 = 224 nuclêôtit ; G = X = 525 + 1 = 526 nuclêôtit. · Trường hợp 2: Thay 1 cặp G - X bằng 2 cặp A - T. + Số nuclêôtit mỗi loại của gen sau đột biến: A = T = 225 + 2 = 227 nuclêôtit ; G = X = 525 - 1 = 524 nuclêôtit. 2. Sau đột biến, số liên kết hyđrô của gen giảm 2 liên kết · Trường hợp 1: Mất 1 cặp A - T. + Số nuclêôtit mỗi loại của gen sau đột biến là: A = T = 225 - 1 = 224 nuclêôtit ; G = X = 525 nuclêôtit. · Trường hợp 2: Thay 2 cặp G - X bằng 2 cặp A - T: + Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến: A = T = 225 + 2 = 227 nuclêôtit ; G = X = 525 - 2 = 523 nuclêôtit. Bài 2 : Gen có 3120 liên kết hyđrô và A = 20% tổng số nuclêôtit. Tìm dạng đột biến có thể có và tính số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến trong các trường hợp sau, biết đột biến không chạm đến quá 3 cặp nuclêôtit. 1. Sau đột biến, số liên kết hyđrô của gen tăng thêm 3 liên kết. 2. Sau đột biến, số liên kết hyđrô của gen không đổi. Bài giải A = T = 20% û G = X = 50% - 20% = 30% · Gọi N là tổng số nuclêôtit của gen trước đột biến, ta có: 2.20% . N + 3. 30% . N = 3120 suy ra N = 2400 nuclêôtit. · Số nuclêôtit mỗi loại của gen trước đột biến: A = T = 2400 . 20% = 480 nuclêôtit. G = X = 2400 . 30% = 720 nuclêôtit. 1. Sau đột biến, số liên kết hyđrô của gen tăng 3 liên kết + Trường hợp 1: Thêm 1 cặp nuclêôtit G - X trong gen: · Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến: A = T = 480 nu ; G = X = 720 + 1 = 721 nu . + Trường hợp 2: Thay 3 cặp A - T bằng 3 cặp G - X: · Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến: A = T = 480 - 3 = 447 nuclêôtit; G = X = 720 + 3 = 723 nuclêôtit. + Trường hợp 3: Thay 1 cặp G - X bằng 3 cặp A - T: · Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến: A = T = 480 + 3 = 483 nuclêôtit; G = X = 720 - 1 = 719 nuclêôtit. 2. Sau đột biến, số liên kết hyđrô của gen không đổi Đột biến chỉ có thể thuộc dạng đảo vị trí các cặp nuclêôtit hoặc thay thế các cặp nuclêôtit. + Trường hợp 1: Đảo vị trí giữa các cặp nuclêôtit trong gen: · Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến: A = T = 480 nuclêôtit; G = X = 720 nuclêôtit. + Trường hợp 2 : Thay cặp nuclêôtit A - T bằng T - A hoặc thay cặp nuclêôtit G - X bằng X - G: · Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến: A = T = 480 nuclêôtit; G = X =720 nuclêôtit. + Trường hợp 3: Thay 3 cặp A - T bằng 2 cặp G - X: · Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến: A = T = 480 - 3 = 477 nuclêôtit; G = X = 720 + 2 = 722 nuclêôtit. + Trường hợp 4: Thay 2 cặp G - X bằng 3 cặp A - T: · Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến: A = T = 480 + 3 = 483 nuclêôtit; G = X = 720 - 2 = 718 nuclêôtit Dạng 3 : Cho biết sự thay đổi số lượng các nucleơtit, chiều dài gen, cấu trúc prơtêin. Xác định dạng đột biến gen. · Sau đột biến chiều dài gen khơng đổi thì có thể thuộc dạng đảo vị trí hoặc thay thế các cặp nucleotit. · Khi chiều dài gen đột biến và tỉ lệ nucleotit khơng đổi thì đột biến thuộc dạng đảo vị trí các cặp nucletit hoặc thay cặp A - T bằng T - A ; thay cặp G - X bằng X - G * Các kiến thức căn bản cần lưu ý ·· Khi chiều dài gen đột biến khơng đổi nhưng tỉ lệ các nucleotit thay đổi thì đột biến thì đột biến thuộc dạng thay đổi các cặp nucleotit khác nhau . · Vì đột biến xảy ra trên từng cặp nucleotit nên cấu trúc của gen đột biến vẫn tuân theo định luật Sacgap ( Chargaff ) : A + G = T + X . * Các kiến thức căn bản cần lưu ý Bài 1 : Một gen cấu trúc có 4050 liên kết hyđrô, hiệu số giữa nuclêôtit loại Guanin với loại nuclêôtit khác chiếm 20% số nuclêôtit của gen. Sau đột biến chiều dài của gen không đổi. 1. Nếu tỉ lệ A : G của gen đột biến xấp xỉ 43,27% thì dạng đột biến thuộc loại dạng nào ? tính số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến . 2. Nếu sau đột biến tỉ lệ G : A xấp xỉ 2,348. Hãy cho biết : a. Số nuclêôtit mỗi loại của gen sau đột biến b. Dạng đột biến gen c. Đột biến trên làm thay đổi nhiều nhất bao nhiêu axit amin trong phân tử prôtêin biết đột biến không biến đổi bộ ba mã hóa thành mã kết thúc. d. Khi gen đột biến nhân đôi 4 đợt liên tiếp thì nhu cầu về nuclêôtit tự do thuộc mỗi loại tăng hay giảm bao nhiêu ? Bài giải : 1. Dạng đột biến, số nuclêôtit của gen đột biến - Theo đề : G - A = 20% Ta có : G + A = 50% => G = X = 35% ; A = T = 15% - Gọi N tổng số nuclêôtit của gen. Ta có: 2. 15% . N + 3.35% . N = 4050 => N = 3000 nuclêôtit - Số nuclêôtit mỗi loại của gen trước đột biến. A = T = 3000 . 15% = 450 nuclêôtit. G = X = 3000 . 35% = 1050 nuclêôtit. - Tỉ lệ các loại nuclêôtit của gen trước đột biến. A : G = 15 : 35 = 42,86% - Vì gen đột biến không đổi chiều dài nhưng đã thay đổi tỉ lệ A : G = 43,27% suy ra dạng đột biến là thay một số cặp G - X bằng bấy nhiêu cặp A - T. Cách 1: Gọi x là số cặp nuclêôtit thay thế (x nguyên dương). Ta có phương trình: Adb 450 + x ----- = ---------- = 43,27 % = 0,4327 Gdb 1050 - x Giải ra: x = 3. Vậy dạng đột biến là thay 3 cặp G - X bằng 3 cặp A - T. - Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến. A = T = 450 + 3 = 453 nuclêôtit. G = X = 1050 - 3 = 1047 nuclêôtit. Cách 2: Vì chiều dài gen đột biến không đổi suy ra ta có hệ phương trình sau: A + G = 1500 (1) A =43.27% G = 0,4327 G (2) => G = X = 1047 nucleotit => A = T = 453 nuclêôtit Vậy đột biến thuộc dạng thay 3 cặp G - X bằng 3 cặp A - T. 2. a- Trước đột biến: G : A = 2,333. Sau đột biến: G : A = 2,348. - Ta có hệ phương trình: A + G = 1500 (3) G = 2,348 A (4) => G = X = 1052 nu => A = T = 448 nu b- Vậy đột biến thuộc dạng thay 2 cặp A - T bằng 2 cặp G - X. c- Đột biến làm thay đổi nhiều nhất 2 axit amin trong sản phẩm giải mã. d- Nhu cầu nuclêôtit tự do sẽ tăng: G = X = (24 - 1) . 2 = 30 nuclêôtit. - Nhu cầu nuclêôtit tự do sẽ giảm: A = T = (24 - 1) . 2 = 30 nuclêôtit. Bài 2 : Gen có 1170 nuclêôtit và A = 1/4G. Gen này bị đột biến, tổng hợp một phân tử prôtêin giảm xuống 1 axit amin và có 2 axit amin bị đổi mới. a.Tính chiều dài của gen bị đột biến b.Đã xảy ra dạng đột biến gen nào ? c.Nếu số liên kết hyđrô của gen bị đột biến là 1630 thì gen đột biến có bao nhiêu nuclêôtit thuộc mỗi loại . a. Chiều dài của gen đột biến Phân tử prôtêin do gen đột biến tổng hợp bị giảm xuống 1 axit amin chứng tỏ đã mất 3 cặp nuclêôtit trong gen. - Số nuclêôtit của gen đột biến : 1170 - 6 = 1164 nuclêôtit - Chiều dài của gen đột biến : ( 1164 :2 ) x 3,4 = 1978,8 AO b. Dạng đột biến gen Vì trong prôtêin do gen đột biến tổng hợp có thêm 2 axit amin đổi mới. Do vậy, đã xảy ra mất 3 cặp nuclêôtit trong bộ ba mã hoá liên tiếp nhau; 6 nuclêôtit còn lại trong mạch khuôn tổ hợp lại thành hai codon mới, quy định 2 axit amin mới c. Số nuclêôtit mỗi loại của gen đột biến - Số nuclêôtit mỗi loại của gen trước đột biến: A = ¼ G => G = 4A (1) A + G = 1170 : 2 = 585 (2) Từ (1) và (2) suy ra :A=117=T,G=468=X - Số liên kết hyđrô của gen trước đột biến : (117 x 2 ) + (468 x 3 ) = 1638 liên kết - Sau đột biến số liên kết hyđrô đã giảm xuống : 1638 - 1630 = 8 liên kết 8 = (3 x 2 ) +2 => trong ba cặp nuclêôtit mất đi đã có 2 cặp nuclêôtit loại G - X và 1 cặp nuclêôtit loại A - T - Số nuclêôtit mỗi loại của gen sau đột biến : A = T = 117 - 1 = 116 nuclêôtit ; G = X = 468 - 2 = 466 nuclêôtit