Để tổng hợp các phân tử ADN mới, môi trường tế bào cần cung cấp nguyên liệu là các nucleotit tự do. Số lượng nucleotit môi trường cung cấp phụ thuộc vào số lần nhân đôi và thành phần nucleotit của ADN gốc. Phân tử ADN mới tạo ra hoàn toàn giống với ADN ban đầu về thành phần và số lượng nucleotit.
- Khi gen nhân đôi một lần:
Số nucleotit môi trường cung cấp bằng số nucleotit có trong gen gốc.
Nmt = Ngen
Amt = Tmt = Agen = Tgen
Gmt = Xmt = Ggen = Xgen
- Khi phân tử ADN nhân đôi k lần:
Số nucleotit môi trường cung cấp được tính theo công thức:
Nmt = N × (2k – 1)
Trong đó:
- Nmt: Tổng số nucleotit môi trường cung cấp
- N: Tổng số nucleotit của ADN gốc
- k: Số lần nhân đôi
Tương tự, số lượng từng loại nucleotit môi trường cung cấp là:
Amt = Tmt = A × (2k – 1)
Gmt = Xmt = G × (2k – 1)
Alt text: Mô hình trực quan quá trình nhân đôi ADN, minh họa các nucleotit tự do liên kết để tạo thành chuỗi mới, thể hiện vai trò của môi trường cung cấp số nu trong sao chép.
Ví dụ minh họa cách tính Số Nu Môi Trường Cung Cấp:
Ví dụ 1: Một gen có chiều dài 5270 Å. Gen nhân đôi 5 lần. Tính số nucleotit môi trường cần cung cấp cho quá trình nhân đôi của gen.
Hướng dẫn giải:
Số nucleotit trong gen là:
N = (5270 / 3.4) x 2 = 3100 (Nu)
Số nucleotit môi trường cần cung cấp là:
Nmt = 3100 x (25 – 1) = 3100 x 31 = 96100 (Nu)
Ví dụ 2: Một phân tử ADN của vi khuẩn có chiều dài 34 x 106 Å và A chiếm 30% tổng số nucleotit. Phân tử ADN này nhân đôi liên tiếp hai lần. Tính số nucleotit loại G mà môi trường cung cấp cho quá trình nhân đôi.
Hướng dẫn giải:
Số lượng nucleotit trong phân tử ADN là:
N = (34 x 106 / 3.4) x 2 = 2 x 107 (Nu)
A chiếm 30%, suy ra G = 20% (vì G + A = 50%)
Số lượng G trong phân tử ADN là:
G = 20% x 2 x 107 = 4 x 106
Số Nu loại G mà môi trường cung cấp cho hai lần nhân đôi là:
Gmt = 4 x 106 x (22 – 1) = 12 x 106
Ví dụ 3: Một phân tử ADN có chiều dài 4080 Å và có A = 2G. Phân tử ADN này nhân đôi liên tiếp 5 lần. Tính số nucleotit loại A mà môi trường cung cấp cho quá trình nhân đôi.
Hướng dẫn giải:
Số nucleotit trong phân tử ADN là:
N = (4080 / 3.4) x 2 = 2400 (Nu)
Số Nucleotit loại G trong phân tử ADN là:
G = 2400 / 3 = 800 (Nu)
A = 2G = 1600 (Nu)
Số nucleotit loại A môi trường cần cung cấp cho quá trình nhân đôi là:
Amt = 1600 x (25 – 1) = 49600 (Nu)
Cấu trúc phân tử ADN
Alt text: Hình ảnh mô tả cấu trúc xoắn kép của ADN, chú thích các thành phần nucleotit A, T, G, X, nhấn mạnh vai trò của chúng trong việc xác định số lượng nu mà môi trường cung cấp.
Bài tập áp dụng (tự giải để luyện tập):
Bài 1: Trên 1 mạch đơn của gen có A = 60, G = 120, X = 80, T = 30. Khi gen nhân đôi liên tiếp 3 lần, môi trường cung cấp số nucleotit mỗi loại là bao nhiêu?
Đáp số: A = T = 630, G = X = 1400.
Bài 2: Một phân tử ADN mạch kép thẳng của sinh vật nhân sơ có chiều dài 4080 Å. Trên mạch 1 của gen có A1 = 260 nu, T1 = 220 nu. Gen này thực hiện tự sao một số lần sau khi kết thúc đã tạo ra tất cả 64 chuỗi polinucleotit. Số nu từng loại mà môi trường nội bào cung cấp cho quá trình tái bản của gen nói trên là bao nhiêu?
Đáp số: A = T = 14880; G = X = 2232.
Bài 3: Một gen có chiều dài là 5270Å. Gen nhân đôi 5 lần, số nucleotit môi trường cần cung cấp cho quá trình nhân đôi của gen đó là bao nhiêu?
Đáp số: 96100 nucleotit
Bài 4: Gen B dài 5100 Å trong đó nu loại A bằng 2/3 nu loại khác. Đột biến xảy ra làm gen B trở thành gen b; số liên kết hidro của gen b là 3902. Khi gen đột biến này tái bản liên tiếp 3 lần thì môi trường nội bào cung cấp số nucleotit loại Timin là bao nhiêu?
Đáp số: 4186 T
Bài 5: Gen có chiều dài 2550Ao và có 1900 liên kết hyđrô. Gen bị đột biến thêm 1 cặp A-T. Số lượng từng loại nuclêôtit môi trường cung cấp cho gen đột biến tự sao 4 lần là:
Đáp số: Amt = Tmt = 5265 nu, Gmt = X mt = 6000 nu
Bài 6: Gen A có chiều dài 2805 Å và 2074 liên kết H. Gen bị đột biến điểm làm giảm 3 liên kết hiđrô thành gen a. Số nucleotit mỗi loại mà môi trường cung cấp cho cặp Gen Aa nhân đôi 3 lần là bao nhiêu?
Đáp số: A = T = 7200, G = X = 4800
Alt text: Sơ đồ minh họa quá trình nhân đôi ADN với các enzyme tham gia, làm nổi bật sự chính xác và tốc độ sao chép, qua đó cho thấy tầm quan trọng của việc cung cấp đủ số nu môi trường.
