Sáng kiến kinh nghiệm Tên đề tài : Phân dạng và rèn luyện kĩ năng giải bài tập di truyền phân tử A.Đặt vấn đề Vấn đề dạy và học là vấn đề đợc xã hội đặc biệt quan tâm và đối với ngời giáo viên dạy và học nh thế nào cho hiệu quả, làm thế nào để giúp các em tìm thấy sự say mê đối với bộ môn lại là điều trăn trở trong các giờ lên lớp . Trong quá trình giảng dạy môn Sinh học 9 tôi và các đồng nghiệp đều nhận thấy học sinh còn gặp khá nhiều lúng túng trong việc giải bài tập một phần do các em cha nắm chắc kiến thức phần lí thuyết mặt khác do các em đã quen với phơng pháp học môn Sinh học ở lớp dới theo hớng trả lời các câu hỏi lí thuyết là chủ yếu, chính vì vậy các em không tìm đợc sự liên quan mật thiết logic giữa lí thuyết và bài tập dẫn đến các em không khỏi bỡ ngỡ và có cảm giác sợ , chán với bộ môn . Và điều đó cản trở rất lớn đến việc lĩnh hội kiến thức của học sinh Trớc thực trạng trên , qua kinh nghiệm giảng dạy một số năm qua bản thân tôi có những định hớng , những giải pháp cụ thể để giảng dạy phần bài tập môn sinh học đó là lí do tôi đa ra đề tài : Phân dạng và rèn luyện kĩ năng giải bài tập di truyền phân tử B.Giải quyết vấn đề 1.Cơ sở lý thuyết a. Cấu tạo hóa học của phân tử ADN ADN ( axitđeoxiribonucleic ) thuộc loại axitnucleic đợc cấu tạo từ các nguyên tố chính là C,H, O, N, và P . ADN là đại phân tử có kích thớc và khối lợng lớn , có thể dài tới hàng trăm micromet và khối lợng lớn đạt tới hàng triệu, hàng chục triệu đơn vị cacbon (đvC) ADN đợc cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm nhiều đơn phân .Đơn phân của ADN là nu cleic gồm có 4 loại nu cle ic khác nhau kí hiệu là A ( ađenin ) , T(timin) X(xitozin) và G(guanin).Mỗi đơn phân gồm ba thành phần : một bazơnitơ , một đờng đeôxiribô và một phân tử H 3 PO 4 , các đơn phân chỉ khác nhau bởi các bazơnitơ .Mỗi phân tử ADN gồm hàng vạn đến hàng triệu đơn phân bốn loại nucleotit trên liên kết với nhau theo chiều dọc và tùy theo số lợng của chúng mà xác định chiều dài của ADN , đồng thời chúng sắp xếp theo nhiều cách khác nhau tạo ra đợc vô số loại phân tử ADN.Các phân tử ADN phân biệt nhau không chỉ bởi trình tự sắp xếp mà còn cả về số lợng và thành phần các nucleotit b.Cấu trúc không gian của phân tử ADN Năm 1953 J. Oatxơn và F .Cric đã công bố mô hình cấu trúc không gian của phân tử ADN .Theo mô hình này , ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn song song , xoắn đều quanh một trục tởng tợng từ trái qua phải . Các nucleotit giữa hai mạch liên kết với nhau bằng các liên kết hiđro tạo thành các cặp .Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nucleotit có chiều cao 34 A o .Đờng kính mỗi vòng xoắn là 20A o . Các nucleotit giữa hai mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) trong đó A liên kết với T bằng hai liên kết hiđro , G liên kết với X bằng 3 liên kết hidro và ngợc lại Do NTBS của từng cặp nucleotit đã đa đến tính chất bổ sung của hai mạch đơn .Vì vậy khi biết trình tự sắp xếp các nucleotit trong mạch đơn này có thể suy ra trình tự sắp xếp các nucleotit trong mạch đơn kia Cũng theo NTBS trong phân tử ADN có số A bằng số T và số G bằng số X do đó ta có A + T = G + X tỉ số XG TA + + trong các phân tử ADN khác nhau thì khác nhau và mang tính chất đặc tr- ng cho từng loài c. Cơ chế nhân đôi của ADN Phân tử ADN có câu trúc hai mạch nucleotit bổ sung cho nhau và nhờ đó nó một đặc tính quan trọng là tự nhân đôi ( sao chép ) đúng mẫu ban đầu Quá trình tự nhân đôi của ADN diễn ra trong nhân tế bào, tại các nhiễm sắc thể ở kì trung gian , lúc này ADN ở dạng sợi mảnh cha xoắn .ADN có cấu trúc ổn định Năm học 2010 - 2011 Sáng kiến kinh nghiệm Khi bắt đầu tự nhân đôi phân tử ADN tháo xoắn và hai mạch đơn dần dần tách nhau ra , các nu cleotit trên mỗi mạch đơn sau khi đợc tách ra lần lợt liên kết với các nucleotit tự do trong môi trờng nội bào theo nguyên tắc bổ sung để hình thành nên mạch mới Khi quá trình tự nhân đôi kết thúc hai phân tử ADN con đợc tạo thành rồi đóng xoắn và sau này chúng đợc phân chia cho hai tế bào con thông qua quá trình phân bào Trong quá trình tự nhân đôi của ADN có sự tham gia của một số enzim và một số các yếu tố khác có tác dụng tháo xoắn , tách mạch , giữ cho mạch ở trạng thái duỗi hay liên kết các nucleotit với nhau Quá trình tự nhân đôi diễn ra theo nguyên tắc sau : + Nguyên tắc khuôn mẫu : nghĩa là mạch mới ( ADN con ) đợc tổng hợp dựa trên khuôn mẫu là mạch khuôn của ADN mẹ + NTBS : Sự liên kết của các nucleotit ở mạch khuôn với các nucleotit tự do trong môi trờng nội bào là A liên kết với T bằng hai liên kết hi đro hoặc ngợc lại , G liên kết với X bằng ba liên kết hi đro hoặc ngợc lại + Nguyên tắc giữ lại một nửa ( bán bảo toàn ) trong mỗi ADN con có một mạch là của ADN mẹ ( mạch củ ) còn một mạch là mạch mới vừa tổng hợp 2.Một số dạng bài tập Dạng 1. Tính chiều dài , số lợng nuclêôtít và khối lợng của phân tử ADN H ớng dẫn và công thức. Hai mạch pholinuclêôtít của ADN xếp song song nhau nên chiều dài của ADN bằng chiều dài của một mạch. Ký hiệu: * N : Số nuclêôtít của ADN * 2 N : Số nuclêôtít của 1 mạch * L : Chiều dài của ADN * M : Khối lợng của ADN Mỗi nuclêôtít dài 3,4 A 0 và có khối lợng trung bình là 300 đvc, nên: L = 2 N . 3,4 A 0 N = 4,3 )A(2 0 L M = N ì 300 dvc 2. Một số ví dụ minh họa Ví dụ1: Một phân tử ADN dài 1,02 mm. Xác định số lợng nuclêôtit và khối lợng của phân tử ADN. Biết 1mm = 10 7 A 0 . Giải. Chiều dài của phân tử ADN: 1,02mm = 1,02 ì 10 7 A 0 Số lợng nuclêôtit của phân tử ADN: N = 4,3 .2 L = 4,3 1002.12 7 ìì = 6.10 6 = 6000000 ( nu) Khối lợng của phân tử ADN: M = N. 300 đvc = 6.10 6 ì 300 = 18. 10 8 đvc Ví dụ 2. Có hai đoạn ADN - Đoạn thứ nhất có khối lợng là 900000 đvc - Đoạn thứ hai có 2400nuclêôtit Cho biết đoạn ADN nào dài hơn và dài hơn là bao nhiêu. Giải . - Xét đoạn ADN thứ nhất: Số lợng nuclêôtít của đoạn: N = 300 M = 300 900000 = 3000 (nu) Chiều dài của đoạn ADN: L = 2 N . 3,4 A 0 = 2 3000 3,4 = 5100 A 0 Xét đoạn AD N thứ hai: Năm học 2010 - 2011 Sáng kiến kinh nghiệm Chiều dài của đoạn ADN: L = 2 N . 3,4 A 0 = 2 2400 . 3,4 A 0 = 4080 A 0 Vậy đoạn ADN thứ nhất dài hơn đoạn ADN thứ hai. 5100 A 0 4080 A 0 = 1020 A 0 Ví dụ3. Gen thứ nhất có chiều dài 3060 A 0 . Gen thứ hai nặng hơn gen thứ nhất 36000đvc. Xác định số lợng nuclêôtít của mỗi gen. Giải. Số lợng nuclêôtit của gen thứ nhất: N = 4,3 2L = )(1800 4,3 3060.2 nu= Khối lợng của gen thứ nhất. M = N.300 đvc = 1800 ì 300 đvc = 540000 đvc Khối lợng của gen thứ hai: 540000 đvc + 36000 đvc = 516000 đvc Số lợng nuclêôtít của gen thứ hai: N = = 300 M 1920 300 576000 = (nu) Dạng 2 : Tính số lợng và tỉ lệ từng loại nucleotit của phân tử ADN H ớng dẫn công thức Theo nguyên tắc bổ sung trong phân tử ADN , số nucleotit loại ađenin luôn bằng số timin và guanin luôn bằng xitozin : A= T ; G = X Số lợng nucleotit của phân tử ADN: A + T + G + X = N hay 2A + 2G = N A + G = N/2 * Suy ra tơng quan tỉ lệ các loại nucleotit trong phân tử ADN : A + G = 50% N ; T + X = 50% N Ví dụ 1 : Một đoạn của phân tử ADN có khối lợng là 1440000 đ vC và có số nucle otit loại ađenin là : 960 a. Tính số lợng và tỉ lệ phần trăm từng loại nu cle o tit của đoạn phân tử ADN b. Tính chiều dài của đoạn ADN Giải a.Số lợng và tỉ lệ từng loại nucleotit của đoạn ADN Tổng số nu cle otit của đoạn ADN : N = 300 M = 30 1440000 = 4800 nu b. Số lợng và tỉ lệ từng loại nucleotit của đoạn ADN là : A = T = 960 nu % A = % T = 4800 960 . 100% = 20% suy ra G = X = 50 % - 20% = 30% % G = %X = 4800 . 30 % = 1440 nu c.Chiều dài của đoạn phân tử ADN L = N/2 . 3,4 A o = 2 4800 . 3,4 A o = 8160 A o Ví dụ 2 : Một gen dài 0,408 um và có số nucleotit loại G bằng 15% . Xác định số l- ợng và tỉ lệ từng loại nucleotit của gen Cho biết 1um = 10 4 A o Giải Tổng số nu cle otit của gen Năm học 2010 - 2011 Sáng kiến kinh nghiệm N = 4,3 .2 L = 4,3 10.408,0.2 = 2400 nu Gen có G = X = 15% A = T = 50 % - 15 % = 35 % Vậy tỉ lệ và số lợng từng loại nucleotit của gen là A = T = 35 % = 35% . 2400 = 840 nu G = X = 15 % = 13 % . 2400 = 360 nu Dạng 3: Xác định trình tự và số lợng các loại nucleotit trên mỗi mạch polinucleotit của phân tử ADN H ớng dẫn công thức - Xác định trình tự nucleotit trên mỗi mạch của phân tử ADN dựa vào nguyên tắc bổ sung : A trên mạch này liên kết với T mạch kia và G trên mạch này liên kết với X trên mạch kia - Gọi A 1 , T 1 , G 1 , X 1 lần lợt là số nucleotit mỗi loại trên mạch thứ nhất và A 2 , T 2 , G 2 , X 2 lần lợt là số nucleotit mỗi loại trên mạch th hai . A 1 T 1 G 1 X 1 A 1 = T 2 T 1 = A 2 mạch 1 mạch 2 G 1 = X 2 X 1 = G 2 T 2 A 2 X 2 G 2 A = T = A 1 + A 2 ; G = X = G 1 + G 2 Ví dụ 1 Một đoạn phân tử ADN có trật tự các nucleotit trên mạch đơn thứ nhất nh sau : AAT AXA GGX GXA AAX- TAG- a.Viết trật tự các nucleotit trên mạch thứ hai của đoạn ADN b. Xác định số lợng từng loại nucleotit của mỗi mạch và của đoạn ADN đã cho Giải a . Trật tự nucleotit của đoạn mạch thứ hai : TTA TGT- XXG XGT- TTG ATX - b.Số lợng từng loại nucleotit Theo đề bài và NTBS ta có số nucleotit trên mỗi mạch A 1 = T 2 = 8 nu T 1 = A 2 = 2 nu G 1 = X 2 = 4 nu X 1 = G 2 = 4 nu Số lợng từng loại nucleotit của đoạn ADN: A = T = A 1 + A 2 = 8 + 2 = 10 nu G = X = G 1 + G 2 = 4 + 4 = 8 nu Ví dụ 2 Một gen có chiều dài 5100 A o và có 25 % ađenin . Trên mạch thứ nhất có 300 timin và trên mạch thứ hai có 250 xito xin . Xác định : a. Số lợng từng loại nucleotit của cả gen b. Số lợng từng loại nucleotit của mỗi mạch gen Giải a. Số lợng từng loại nucleotit của cả gen Tổng số nucleotit của gen : N = 4,3 .2 L = 4,3 5100.2 = 3000 ( nu ) A = T = 25 % Suy ra G = X = 50 % - 25 % = 25 % Vậy số lợng từng loại nu cleotit của gen đều bằng nhau A = T = G = X = 25% . 3000 = 750 ( nu ) b. Số lợng từng loại nucleotit của mỗi mạch Theo đề bài và NTBS ta có T 1 = A 2 = 300 ( nu ) A 1 = T 2 = A A 1 = 750 300 = 450 (nu ) G 1 = X 2 = 250 nu = > X 1 = G 2 = G G 1 = 750 250 = 500 nu Ví dụ 3 Năm học 2010 - 2011 Sáng kiến kinh nghiệm Gen có khối lợng 707400 đvC Trên mạch thứ nhất của gen có 320 ađe nin và 284 ti min .Trên mạch thứ hai của gen có 325 guanin . Xác định số lợng từng loại nucleotit trên mỗi mạch gen và của cả gen Giải Số lợng nucleotit của gen N = 300 M = 300 707400 = 2358 nu Số lợng nucleotit trên mỗi mạch gen 2 N = 2 2358 = 1179 nu Theo đề bài và NTBS ta có số lợng từng loại nucleotit trên mỗi mạch gen : A 1 = T 2 = 320 nu T 1 = A 2 = 284 nu X 1 = G 2 = 325 nu áp dụng : A 1 + T 1 + G 1 + X 1 = 2 N Suy ra : G 1 = 2 N - ( A 1 + T 1 + X 1 ) Nên : G 1 = X 2 = 1179 ( 320 + 284 + 325 ) = 250 nu số lợng từng loại nucleotit của cả gen A = T = A 1 + A 2 = 320 + 284 = 604 nu G = X = G 1 + G 2 = 250 + 325 = 575 nu Dạng 4 : tính số liên kết hyđro của phân tử ADN Hớng dẫn công thức : Trong phân tử ADN A trên mạch này liên kết với T trên mạch kia bằng 2 liên kết hyđro T trên mạch này liên kết với X trên mạch kia bằng 3 liên kết hyđro gọi H là số liên kết hyđro của phân tử ADN H = ( 2 . số cặp A T ) + ( 3 . số cặp G X ) số cặp A T = số A ; số cặp G X = số G Nên : H = 2A + 3G Ví dụ 1 Một gen có 2700 nucleotit và có hiệu số giữa A với G bằng 10 % số nucleotit của gen a. Tính số lợng từng loại nucleotit của gen b. Tính số liên kết hyđro của gen Giải a. Số lợng từng loại nucleotit của gen: Theo đề bài : A G = 10 % Theo NTBS : A + G = 50 % suy ra 2A = 60 % Vậy A = T = 60 % : 2 = 30 % G = X = 50 % - 30 % = 20 % số lợng từng loại nucleotit : A = T = 30% . 2700 = 810 nu G = X = 20 % . 2700 = 540 nu b. Số liên kết hyđro của gen : H = 2A + 3G = 2 . 810 + 3 . 540 = 3240 liên kết Ví dụ 2 Một gen có 2720 liên kết hyđro và có số nu cle otit loại X là 480 . Xác định : a. Số lợng từng loại nucleotit của gen b. Chiều dài của gen Giải a. Số lợng từng loại nucleotit của gen Theo đề bài G = X = 480 nu Gen có 2720 liên kết hyđro nên : Năm học 2010 - 2011 Sáng kiến kinh nghiệm H = 2A + 3G <=> 2720 = 2. A + 3 . 480 Suy ra : A = 2 480.32720 = 640 nu Vậy số lợng từng loại nucleotit của gen: A = T = 640 nu ; G = X = 480 nu b. Chiều dài của gen Số lợng nucleotit trên một mạch gen : 2 N = A + G = 480 + 640 = 1120 nu Chiều dài của gen : L = 2 N . 3,4 A o = 1120 . 3,4 A o = 3808 A o II. Kết quả thực nghiệm Để đa nội dung kiến thức trên truyền thụ cho các em giáo viên phải thực hiện một cách linh hoạt .Giáo viên phải chọn những nội dung phù hợp với học sinh , có thể chọn một vài bài hay một vài dạng cho các em làm vào phần củng cố tiết học hoặc lồng ghép trong các tiết luyện tập , ôn tập hay các buổi học thêm Qua thời gian nghiên cứu thực nghiệm đề tài , tôi nhận thấy đa số các em nắm đ- ợc phơng pháp và có kĩ năng giải bài tập tốt hơn ngoài ra kĩ năng phân tích tổng hợp của các em cũng đợc rèn luyện thêm . Kết quả tỷ lệ học sinh đạt loại giỏi khá chiếm 30% , tỷ lệ học sinh trung bình đạt 70 % không có học sinh yếu kém C . Kết thúc vấn đề Việc phân dạng và hớng dẫn cụ thể bài tập sinh học giúp các em tìm đợc phơng pháp giải với từng dạng toán qua đó rèn luyện kĩ năng khác cho học sinh , giúp các em hiểu sâu hơn phần lí thuyết , tìm đợc sự liên quan chặt chẽ giữa lí thuyết và bài tập , tạo cho các em niềm say mê hứng thú trong quá trình học tập và sự yêu thích bộ môn Năm học 2010 - 2011 . Sáng kiến kinh nghiệm Tên đề tài : Phân dạng và rèn luyện kĩ năng giải bài tập di truyền phân tử A.Đặt vấn đề Vấn đề dạy và học là vấn đề đợc xã hội đặc biệt quan tâm và đối. có những định hớng , những giải pháp cụ thể để giảng dạy phần bài tập môn sinh học đó là lí do tôi đa ra đề tài : Phân dạng và rèn luyện kĩ năng giải bài tập di truyền phân tử B .Giải quyết vấn đề 1.Cơ. loại phân tử ADN.Các phân tử ADN phân biệt nhau không chỉ bởi trình tự sắp xếp mà còn cả về số lợng và thành phần các nucleotit b.Cấu trúc không gian của phân tử ADN Năm 1953 J. Oatxơn và F .Cric