Đăng nhậpDùng miễn phí

Sinh học 12 · Phần bốn: Di truyền học – Chương 1. Di truyền phân tử

Bài 4. Đột biến gene

Đột biến gene là gì; gene bị biến đổi ra sao trong quá trình tái bản DNA; đột biến vừa có hại vừa là nguồn nguyên liệu cho tiến hóa và chọn giống.

Nhớ nhanh

1. Khái niệm đột biến gene

Gene là một đoạn DNA mang thông tin di truyền, quy định cấu trúc của một chuỗi polypeptide, một phân tử tRNA hoặc rRNA, hoặc đảm bảo sự kiểm soát các hoạt động nhất định của tế bào.

Định nghĩa

Đột biến gene là những biến đổi trong cấu trúc của gene, liên quan đến sự thay đổi về số lượng, thành phần hoặc trình tự các cặp nucleotide trong gene. Đột biến liên quan đến một cặp nucleotide gọi là đột biến điểm. Gene đột biến tạo ra allele mới.

Tính chất và nguyên nhân:

Ba kiểu đột biến gene chính
Kiểu đột biếnBản chất
Thay thếMột cặp nucleotide được thay thế bằng một cặp nucleotide khác.
ThêmGene có thêm một (hoặc một số) cặp nucleotide.
MấtGene bị mất một (hoặc một số) cặp nucleotide.

2. Cơ chế phát sinh đột biến gene

Trong tế bào, khi tái bản DNA, nếu DNA polymerase lắp sai nucleotide, bỏ sót hoặc thêm nucleotide vào mạch đang tổng hợp (ví dụ do base nitơ ở dạng hiếm bắt cặp sai) mà không được hệ thống sửa sai khắc phục thì gene bị biến đổi. Tác nhân đột biến cũng gây biến đổi DNA: 5BU có thể gây thay thế cặp A−-T bằng cặp G−-C qua các lần tái bản; tia UV có thể làm hai thymine liền nhau trên một mạch liên kết với nhau, gây sai sót khi tái bản. Đột biến thường phải qua một số lần tái bản mới hình thành (qua giai đoạn tiền đột biến). Gene đột biến sau đó được phiên mã ra mRNA đột biến, dịch mã ra protein đột biến, từ đó có thể làm thay đổi đặc tính của sinh vật.

Chuỗi biến đổi từ gene đến đặc tính
  1. 1.
    Gene đổi cấu trúc (trình tự hoặc số lượng cặp nucleotide).
  2. 2.
    Gene đột biến được phiên mã ra mRNA mang trình tự đột biến.
  3. 3.
    mRNA đột biến được dịch mã thành protein có trình tự amino acid thay đổi, bị ngắn hoặc dài bất thường.
  4. 4.
    Sự thay đổi cấu trúc protein dẫn đến thay đổi chức năng, từ đó làm thay đổi đặc tính của sinh vật (hoặc không gây hậu quả nếu đột biến trung tính).

Mức độ ảnh hưởng của đột biến phụ thuộc vào ba yếu tố chính.

Hậu quả lên protein của một số dạng đột biến
Dạng đột biếnHậu quả lên protein
Thay thế một cặp nucleotideCó thể không làm thay đổi amino acid (do nhiều bộ ba mã hóa cùng quy định một amino acid); có thể thay đổi một amino acid; hoặc tạo bộ ba kết thúc làm protein bị ngắn lại, mất chức năng.
Thêm hoặc mất một số cặp nucleotide không chia hết cho 3Làm dịch khung đọc mRNA từ vị trí đột biến trở đi; các amino acid phía sau bị thay đổi và protein thường bất thường.
Thêm hoặc mất 3 cặp nucleotide liền nhauKhung đọc phía sau không đổi; chuỗi polypeptide thường chỉ thiếu hoặc thêm một amino acid (có thể đổi thêm một amino acid lân cận).
Lưu ý khi phân tích hậu quả đột biến
  • Không phải đột biến gene nào cũng thay đổi protein: nếu bộ ba mới cùng mã hóa một amino acid với bộ ba cũ thì amino acid không đổi; nếu bộ ba mới cho amino acid cùng tính chất thì protein vẫn có thể hoạt động gần như bình thường.
  • Với đột biến dịch khung, vị trí đột biến càng gần đầu vùng mã hoá thì càng nhiều amino acid bị thay đổi, protein càng dễ mất chức năng.

3. Ý nghĩa và ứng dụng

4. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1

Cho một đoạn gene có trình tự mạch mã hóa (mạch này có trình tự giống mRNA, chỉ khác là T thay cho U):

ATG TCA AAG CCT GGA TTT TGA

a) Viết trình tự mRNA và dãy amino acid của protein được dịch mã từ gene trên.

b) Nếu nucleotide thứ 12 trên mạch mã hóa (T của bộ ba CCT) bị thay bằng A thì protein có thay đổi không?

c) Nếu gene bị mất nucleotide thứ 12 thì điều gì xảy ra?

Lời giải · 7 bước

a) mRNA:

AUG UCA AAG CCU GGA UUU UGA

Bước 2

Dãy amino acid: Met – Ser – Lys – Pro – Gly – Phe, sau đó quá trình dịch mã dừng lại khi gặp bộ ba kết thúc UGA.

Bước 3

b) Sau khi T ở vị trí 12 được thay bằng A, mạch mã hóa là

ATG TCA AAG CCA GGA TTT TGA

Bước 4

mRNA có bộ ba CCA thay cho bộ ba CCU. Vì CCA và CCU đều mã hóa amino acid proline nên protein không thay đổi. Đây là đột biến đồng nghĩa (thường trung tính), là hệ quả của tính thoái hoá của mã di truyền.

Bước 5

c) Khi mất một nucleotide, mạch mã hóa còn lại là

ATG TCA AAG CCG GAT TTT GA

Bước 6

Nhóm lại theo từng bộ ba từ bộ ba khởi đầu:

AUG | UCA | AAG | CCG | GAU | UUU | GA…\dots

Bước 7

Dãy amino acid trở thành: Met – Ser – Lys – Pro – Asp – Phe…\dots Như vậy các bộ ba phía sau bị lệch khung; protein không còn giống bình thường nữa và có thể xuất hiện sớm bộ ba kết thúc. Đây là đột biến dịch khung đọc.

5. Bài tập vận dụng

Câu hỏi 1

Một đoạn gene mã hóa một polypeptide gồm 100 amino acid. Gene này xảy ra đột biến thay thế một cặp nucleotide. Hãy nêu các hướng có thể xảy ra và giải thích tại sao có trường hợp gene đã đột biến nhưng protein không thay đổi.

Gợi ý trả lời

Dựa vào tính thoái hoá của mã di truyền: nhiều codon khác nhau vẫn cùng quy định một amino acid. Đột biến thay thế (thường ở vị trí thứ ba của bộ ba) có thể tạo codon mới cùng mã hoá amino acid cũ nên amino acid không đổi; hoặc rơi vào vị trí khác nên đổi một amino acid; hoặc tạo bộ ba kết thúc làm protein bị ngắn lại và mất chức năng.

Câu hỏi 2

Những phát biểu nào sau đây đúng về đột biến gene?

  • a
    Đột biến gene luôn có hại.
  • b
    Đột biến gene luôn làm protein mất hoàn toàn chức năng.
  • c
    Đột biến gene có thể tạo allele mới cho quần thể.
  • d
    Đột biến nhân tạo được ứng dụng trong chăn nuôi và trồng trọt.
Gợi ý trả lời

Phát biểu c và d đúng; a và b sai vì mang tính tuyệt đối. Đột biến có thể có hại, có lợi hoặc trung tính; tác nhân nhân tạo được dùng để tạo biến dị rồi chọn giống; allele mới làm thay đổi vốn gene của quần thể.

Gặp bài khó? Chụp ảnh để CEAO giảiAI giải từng bước, đề kiểm tra theo bài, thẻ ghi nhớ. Đăng ký miễn phí.
Thử ngay