Cơ chế di truyền và biến dị là gì? Công thức, lý thuyết và bài tập 

Chuyên mục cơ chế di truyền và biến dị chiếm tỷ trọng lớn trong đề thi Tốt nghiệp THPT môn Sinh học. Việc nắm chắc lý thuyết, công thức và phương pháp giải bài tập giúp sĩ tử Gen Z tự tin chinh phục điểm cao. Bài viết này tổng hợp toàn bộ kiến thức di truyền và biến dị lớp 12 cùng hệ thống công thức then chốt nhất.

Cơ chế di truyền và biến dị là gì

1ơ chế di truyền

Là quá trình truyền đạt thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, đảm bảo sự ổn định của các đặc tính di truyền qua các thế hệ. Bao gồm các quá trình:

• Nhân đôi ADN: ADN tự nhân đôi theo nguyên tắc bổ sung và bán bảo tồn, đảm bảo thông tin di truyền được truyền lại cho các tế bào con và thế hệ sau.
• Phiên mã: ADN được phiên mã thành mARN trong nhân tế bào.
• Dịch mã: mARN được dịch mã thành protein trên riboxom.

Biến dị

Là những thay đổi trong vật chất di truyền (ADN, NST) làm xuất hiện những biến đổi về kiểu hình của sinh vật. Biến dị có thể xảy ra ở cấp độ phân tử (gen) hoặc cấp độ tế bào (NST).

Có hai loại biến dị chính:

• Biến dị gen: là những biến đổi xảy ra trong cấu trúc của gen.
• Biến dị nhiễm sắc thể: là những biến đổi xảy ra trong cấu trúc hoặc số lượng NST.

Lý thuyết Cơ chế di truyền và biến dị

Cơ chế di truyền

Nhân đôi ADN:

ADN tự nhân đôi theo nguyên tắc bổ sung và bán bảo tồn:

• Nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T, G liên kết với X.
• Nguyên tắc bán bảo tồn: mỗi ADN con được tạo thành gồm một mạch mới và một mạch cũ.

Phiên mã:

Phiên mã là quá trình tổng hợp mARN từ ADN.

Quá trình phiên mã diễn ra trong nhân tế bào, có sự tham gia của enzim ARN polimeraza và một số enzim khác.

mARN được tổng hợp theo nguyên tắc bổ sung và ngược chiều với mạch khuôn ADN.

Dịch mã:

Dịch mã là quá trình tổng hợp protein từ mARN.

Quá trình dịch mã diễn ra trên riboxom, có sự tham gia của tARN và một số yếu tố khác.

Protein được tổng hợp theo nguyên tắc bổ sung giữa codon trên mARN và anticodon trên tARN.

Biến dị

• Biến dị gen: Là những biến đổi xảy ra trong cấu trúc của gen.
• Biến dị nhiễm sắc thể: Là những biến đổi xảy ra trong cấu trúc hoặc số lượng NST.

Mối quan hệ giữa cơ chế di truyền và biến dị

• Biến dị là nguồn nguyên liệu cho di truyền.
• Di truyền là quá trình truyền đạt biến dị từ thế hệ này sang thế hệ khác.

Các công thức Cơ chế di truyền và biến dị

Công thức các thành phần của ADN

• Công thức liên quan chiều dài ADN (L) và số lượng nuclêôtit (N): L = N/2.3,14(A)
• Công thức chu kì xoắn (Ck): Ck = L/34 = N/20 (chu kì)
• Công thức tính tổng số nucleotit của gen: N = Ck.20 = L.2 /3,4 = A + T + G + X = 2A + 2G
• Công thức tính khối lượng M: M = N.300 = (2L/3,4).300
• Công thức tính số liên kết hidro: H = 2A + 3G
• Công thức tính số liên kết photphodieste: P = N - 2
• Công thức tính số liên kết đường – photphat: D - P = 2(N/2 -1) + N = 2N - 2

Công thức của quá trình tự sao

Số ADN con được tạo ra sau k lần tự phân của 1 ADN: 2^k

Số ADN con được tạo ra sau k lần tự phân của n ADN: n.2^k

Số nuclêôtit mà môi trường nội bào cung cấp:

• Nnb = N.(2^k -1)
• Anb = Tnb = A(2^k - 1) = T(2^k-1)
• Gnb = Xnb = G.(2^k - 1) = X.(2^k - 1)
• Số ADN con có 2 mạch đều mới là: 2^k - 2
• Số liên kết hidro được hình thành/phá vỡ:Hht = H.2k

Quá trình phiên mã

• Số ribônuclêôtit cần sử dụng trong quá trình phiên mã: rN = N/2
• Liên hệ giữa chiều dài và số ribônuclêôtit: rN = L/3,4
• Khối lượng của ARN: M = rN x 300 đvC
• Số liên kết hoá trị giữa các ribônuclêôtit: P = rN – 1.

Quá trình dịch mã

Số axit amin cần sử dụng là cho 1 chuỗi pôlipeptit: aa = N/2.3 - 1 = rN/3 - 1

Số axit amin ở 1 chuỗi polipeptit hoàn chỉnh: aa = N/2.3 - 2 = rN/3 - 2

Số liên kết hiđrô

Đột biến đảo cặp nuclêôtit, số liên kết hiđrô được giữ nguyên.

Đột biến thay thế:

• Thay 1 cặp A – T thành 1 cặp G – X: Hđb = H + 1
• Thay 1 cặp G – X thành 1 cặp A – T: Hđb = H – 1.

Đột biến mất 1 cặp nuclêôtit:

• Mất 1 cặp A – T: Hđb = H – 2.
• Mất 1 cặp G – X: Hđb = H – 3.

Đột biến thêm 1 cặp nuclêôtit:

• • Thêm 1 cặp A – T: Hđb = H + 2.
  • Thêm 1 cặp G – X: Hđb = H + 3.