Quá trình nhân đôi ADN là một trong những kiến thức nền tảng mà các em học sinh cần nắm chắc để có thể đạt điểm cao, điểm tối đa trong các bài thi học kỳ, đặc biệt là kỳ thi THPT quốc gia sắp tới. Vậy quá trình nhân đôi ADN diễn ra như thế nào, ở đâu và quy trình nhân đôi được thể hiện ra sao? Cùng ôn lại lý thuyết của quá trình nhân đôi ADN và làm một số bài tập vận dụng để thành thạo nội dung học tập này nhé! 

quá trình nhân đôi ADN
quá trình nhân đôi ADN

1. Nhân đôi ADN là gì? 

Nhân đôi ADN được gọi quá trình tái bản ADN, trong đó các phân tử ADN xoắn kép  sẽ được sao chép trước mỗi lần phân bào. Sau khi quá trình diễn ra, hai phân tử ADN sẽ được tạo ra với cấu trúc gần như giống nhau và giống với phân tử mẹ hoàn toàn. 

Trong quá trình nhân đôi ADN ở các tế bào nhân sơ, cơ chế sao chép sẽ được diễn ra chủ yếu ở tế bào chất. Khi các nhiễm sắc thể (NST) ở trạng thái duỗi xoắn cực độ của kỳ trung gian, quá trình nhân đôi sẽ được diễn ra ở pha S. 

Bên cạnh đó, đối với tế bào nhân thực, quá trình tái bản ADN sẽ diễn ra ở nhân tế bào, lục lạp và ti thể. Quá trình này cũng sẽ được diễn ra ở pha S, trung gian giữa 2 lần phân bào. NST duỗi xoắn cực đại sẽ thúc đẩy quá trình nhân đôi diễn ra nhanh chóng và hoàn chỉnh hơn, tạo ra các ADN con có sự tương đồng với ADN mẹ. 

 

2. Các yếu tố nào tham gia quá trình nhân đôi ADN? 

Quá trình nhân đôi ADN diễn ra với sự tham gia của rất nhiều yếu tố, trong đó các yếu tố tiêu biểu có thể kể tới như: 

 

2.1. ADN mạch khuôn 

Đây là yếu tố quan trọng nhất tạo nên sự hình thành của quá trình nhân đôi ADN. ADN mạch khuôn chính là ADN mẹ. Trong quá trình nhân đôi, các nucleotit sẽ được chọn lựa phù hợp nhất với nucleotit trên liên kết mẹ. Sau đó, các thông tin từ sợi bổ sung sẽ được hình thành sau khi lấy các thông tin từ sợi gốc, khiến cho tế bào ADN mới được tạo ra có cấu trúc giống y hệt ADN mẹ. 

 

2.2. Nguyên liệu môi trường 

Nguyên liệu môi trường trong quá trình nhân đôi ADN là các loại nucleotot triphotphat. Cụ thể hơn, có 4 loại tham gia vào quá trình này bao gồm: A (ATP), T (TTP), G (GTP), X (XTP). Nhờ có các nguyên liệu này, các phân tử ADN mới có thể hình thành. 

 

2.3. Protein 

Các protein cũng tham gia vào quá trình nhân đôi DN với vai trò gắn đặc hiệu. Các chức năng cụ thể bao gồm: 

 

Protein Chức năng 
DNA A gắn đặc hiệu vào thời điểm khởi đầu sao chép
DNA C Tạo phức và thúc đẩy DNA B liên kết với ADN mạch khuôn 
REP, DNA B Tạo dẫn xoắn ADN 
IHF và FIS Liên kết với ADN 
SSB Ngăn cản 2 mạch ADN tái liên kết bổ sung 
TBP Dừng chạc tái bản  

 

2.4. Enzyme 

Các enzyme cũng tham gia vào quá trình nhân đôi ADN với các chức năng như sau: 

 

Tên enzyme Chức năng 
Gyrase tháo xoắn ADN mẹ bằng cách làm giảm sức cân bằng, phá vỡ các liên kết của phosphodiester 
Helicase phá vỡ liên kết hydro để tách 2 mạch phân tử ADN mạch đơn
ARN polimeraza tổng hợp đoạn ARN ngắn để gắn với mạch khuôn ADN của mẹ 
ADN polimeraza Loại I: tạo chuỗi và cắt chuỗi theo 2 chiều 5’ – 3’ và 3’ – 5’ 

Loại II & III: tổng hợp ADN và đọc sửa khi có sai sót 
Ligaza Nối lại các đoạn ADN, sửa chữa và tái tổ hợp 

 

2.5. Năng lượng 

Năng lượng ATP là chất dinh dưỡng chính cung cấp cho quá trình nhân đôi ADN. 

 

quá trình nhân đôi adn
ATP là chất cung cấp dinh dưỡng chính 

3. Quá trình nhân đôi ADN diễn ra như thế nào? 

 

3.1. Quá trình tháo xoắn 

Tháo xoắn là bước đầu tiên cần làm để nhân đôi ADN. Bởi vì ADN sẽ dài và chứa khá nhiều cặp Nu, chúng thường sẽ cuộn lại và đóng xoắn để tiết kiệm diện tích. Do đó, khi thực hiện nhân đôi ADN, phân tử này nên được duỗi và tháo xoắn đầu tiên. 

Quá trình tháo xoắn diễn ra như sau: 

Bước 1: Protein DNA A nhận biết và liên kết với vị trí khởi đầu sao chép, tiến hành bẻ gãy liên kết Hidro. Quá trình này cần cung cấp năng lượng, năng lượng chủ yếu sẽ được lấy từ ATP. DNA A có tác dụng hỗ trợ các protein DNA B và DNA C gắn vào vị trí khởi đầu sao chép hơn, tạo nên phức hệ tiền khởi đầu. 

 

Bước 2: Enzyme gyrase sẽ sử dụng ATP để giải phóng các ADN, khiến quá trình dãn xoắn của phân tử ADN ở hai phía của protein DNA B diễn ra thuận lợi hơn. Enzym này đóng vai trò quan trọng cho quá trình tách riêng hai phân tử ADN mạch kép mới và giúp chúng cuộn xoắn và định khu lại trong các tế bào con. 

 

Bước 3: Enzyme Helicase sẽ đảm nhiệm vai trò phá vỡ các liên kết Hidro giữa các bazơ nhờ năng lượng giải phóng thủy giải nucleoside 5’ triphosphate (NTP) khiến hai mạch của ADN được tách ra. Các loại Helicase sẽ hoạt động cùng lúc với nhau, trong đó protein REP sẽ gắn trên mạch 3’ – 5’ còn Helicase II và III sẽ gắn trên mạch 5’ – 3’ 

 

Bước 4: Các protein SSB có tác dụng ngăn mạch liên kết trở lại bằng cách gắn lên khắp mạch đơn

 

3.2. Tổng hợp ADN mới 

Sau khi hoàn tất quá trình tháo xoắn, giai đoạn tổng hợp ADN mới bắt đầu.

Bước 1: Tổng hợp đoạn mồi ARN 

Các enzyme ADN polymerase sẽ tiến hành nối dài các đoạn mồi đã bắt cặp sẵn trên khuôn. 

 

Bước 2: Tổng hợp mạch liên tục 

Có 2 loại sợi ADN là sợi dẫn đầu và sợi trễ. Sợi dẫn đầu có chiều từ 3’ – 5’ và sợi trễ có chiều ngược lại là 5’ – 3’. Quá trình ADN polymerase liên kết với sợi dẫn đầu và chạy dọc theo sợi đó để thêm các nucleotide tương ứng theo chiều 5’-3’ được gọi là quá trình tổng hợp mạch liên tục.

 

Bước 3: Tổng hợp mạch gián đoạn 

Các đoạn mồi được tạo ra bởi enzyme primase và các liên kết khác nhau dọc theo sợi trễ. Các đoạn này sẽ được thêm vào sợi trễ theo hướng 5’-3’. Kiểu sao chép này là kiểu sao chép không liên tục vì các đoạn Okazaki cần được nối với nhau sau này. 

 

Sau khi các đoạn bazơ đã được kết nối và khớp với nhau, các đoạn mồi sẽ được bỏ đi và lấp những chỗ trosng bằng nucleotide tương ứng. Sợi mới sẽ được đọc lại để đảm bảo các sai sót không xảy ra trong quá trình tạo ADN mới. Cuối cùng, trình tự sao chép được đóng lại bằng hai sợi kép liên tục và ADN mới tự động chuyển về dạng chuỗi xoắn kép. 

quá trình tháo xoắn adn
quá trình tháo xoắn ADN

 

4. Kết quả của quá trình nhân đôi ADN là gì? 

  • Sau quá trình nhân đôi ADN, từ 1 phân tử ADN mẹ ban đầu, sau khi tự nhân đôi 1 lần sẽ tạo ra 2 ADN con. 
  • 2 ADN con được tạo ra có đặc điểm là gần như giống hệt nhau và giống ADN mẹ ban đầu 
  • Trong phân tử ADN con, có 1 mạch đơn mới được tạo ra và 1 mạch đơn cũ từ ADN mẹ 

Nguyên tắc bảo toàn: là nguyên tắc giữ lại ADN mẹ sau khi đã hoàn thành ADN con. Nguyên tắc này lặp lại ở các quá trình sau.

 

Nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng 2 liên kết hydro và G liên kết với X bằng 3 liên kết Hydro. Nguyên tắc này diễn ra liên tục cho tới khi hoàn thiện quá trình nhân đôi ADN. 

 

Nguyên tắc khuôn mẫu: Hai mạch đơn của ADN con sẽ được tổ hợp dựa trên các trình tự bố trí của mạch khuôn ADN mẹ. Vì vậy, 2 ADN con được tại ra sẽ trông giống hệt nhau và giống hệt mẹ.

 

5. Ý nghĩa của quá trình nhân đôi ADN trong tế bào? 

  • Quá trình nhân đôi ADN có ý nghĩa chuẩn bị cho quá trình nhân đôi NST và qua trình phân chia tế bào. 
  • Nhân đôi ADN còn giải thích sự di truyền các đặc điểm thông tin qua các thế hệ một cách chính xác. 

 

6. Bài tập ứng dụng quá trình nhân đôi ADN 

Câu 1: Trên một mạch của gen có tỉ lệ A:T:X:G = 4:2:2:1. Tỉ lệ (A+T)/(X+G) của gen là:

  1. 3
  2. 2
  3. 4
  4. 1

 

Câu 2: Ở sinh vật nhân thực, axit amin Leu được mã hoá bởi các bộ ba XUU; XUG; XUX, XUA. Ví dụ trên thể hiện đặc điểm nào sau đây của mã di truyền?

  1. Tính thoái hoá
  2. Tính đặc hiệu
  3. Tính phổ biến
  4. Tính liên tục

 

Câu 3: Trên mạch thứ nhất của gen có hiệu số giữa X với A bằng 10% và giữa G với X bằng 20% số nuclêôtit của mạch. Trên mạch thứ hai của gen có G = 300 nuclêôtit và hiệu số giữa A với G bằng 10% số nuclêôtit của mạch. Chiều dài của gen bằng

  1. 2550 μm
  2. 0,255 μm
  3. 0,51 μm
  4. 5100 μm

 

Câu 4: Một phân tử ADN có cấu trúc xoắn kép, giả sử phân tử ADN này có tỉ lệ  (A + T)/(G + X)=14 thì tỉ lệ nucleotit loại G của phân tử ADN này là:

  1. 10%
  2. 40%
  3. 20%
  4. 25%

 

Câu 5: Đặc điểm nào sau đây không phải của mã di truyền?

  1. mã di truyền có tính thoái hóa
  2. mã di truyền là mã bộ ba
  3. có 64 bộ ba đều mã hóa cho các axit amin
  4. mã di truyền có tính đặc hiệu

 

Để ghi nhớ và luyện tập thêm về quá trình nhân đôi ADN, các em học sinh tham khảo tại đây nhé!

 

Trên đây là những thông tin quan trọng về quá trình nhân đôi ADN trong chương trình học lớp 12 mà các em học sinh cần biết và nắm chắc để đạt kết quả tốt nhất cho kỳ thi sắp tới. Để luyện tập thêm các dạng bài môn Sinh học và cả những môn học khác nữa, các em học sinh có thể đăng ký tài khoản và luyện tập làm bài trắc nghiệm online miễn phí cùng chúng mình!!