Đề cương ôn tập Sinh học 12

Nội dung text: Đề cương ôn tập Sinh học 12

1. BÀI 1. KHÁI QUÁT SINH HỌC PHÂN TỬ VÀ CÁC THÀNH TỰU Câu hỏi: 09/08/2024 255 Việc giải trình tự hệ gene người đem lại những ứng dụng thực tiễn gì? Trả lời: Việc giải trình tự hệ gene người đem lại nhiều ứng dụng trong thực tiễn như: - Trong y học: Giải trình tự hệ gene của người giúp bác sĩ biết được người đó có mang gene hây bệnh hay không, qua đó đưa ra các biện pháp phòng và điều trị bệnh. Ngoài ra, việc giải trình tự hệ gene người cũng cho phép phát triển các phương pháp điều trị bệnh di truyền phân tử mới như liệu pháp gene và chỉnh sửa gene. - Trong pháp y: Giải trình tự hệ gene người được ứng dụng trong ngành pháp y để tìm ra thủ phạm trong các vụ án, danh tính nạn nhân trong các vụ tai nạn hoặc xác định mối quan hệ huyết thống. - Trong nghiên cứu tiến hóa: Giải trình tự hệ gene người được ứng dụng trong việc xác định mối quan hệ họ hàng giữa con người với các sinh vật khác, xây dựng cây phát sinh chủng loại. BÀI 2. TÁCH CHIẾT DNA Câu 1. Bằng cách nào chúng ta có thể tách chiết được DNA ra khỏi tế bào dưới dạng tinh sạch, không liên kết hoặc lẫn các hợp chất khác? Trả lời: Có thể tách chiết được DNA ra khỏi tế bào dưới dạng tinh sạch, không liên kết hoặc lẫn các hợp chất khác bằng cách sử dụng phương pháp tách chiết DNA gồm 4 bước: - Bước 1: Phá vỡ tế bào bằng phương pháp lí – hóa (sử dụng chất tẩy rửa loại bỏ màng lipid). - Bước 2: Biến tính và loại bỏ protein bằng phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ và enzyme protease. - Bước 3: Biến tính và loại bỏ RNA bằng phương pháp sử dụng enzyme Rnase. - Bước 4: Kết tủa và tinh sạch DNA bằng phương pháp sử dụng ethanol lạnh kết hợp li tâm Câu 2. CDNA là gì? Người ta có thể tạo ra cDNA bằng cách nào và nhằm mục đích gì? Trả lời: - CDNA là đoạn DNA được tổng hợp từ mRNA nhờ enzyme phiên mã ngược, mang trình tự nuceotide mã hoá chuỗi amino acid của gene, không mang intron. - Người ta có thể tạo ra cDNA bằng cách sử dụng enzyme phiên mã ngược (RT) để tổng hợp cDNA dựa trên mạch khuôn mRNA trưởng thành. - Mục đích sử dụng cDNA: dùng để tạo DNA tái tổ hợp, chuyển vào tế bào nhân sơ; dùng để tạo ngân hàng cDNA; so sánh sự biểu hiện của các gene ở các mô nhất định trong cơ thể. Câu 3. DNA có thể kết tủa bằng chất hóa học nào? 1
2. Trả lời: DNA có thể kết tủa bằng nhiều loại hóa chất khác nhau. Tuy nhiên, DNA thường được kết tủa bằng ethanol lạnh. Câu 3: Việc sử dụng các enzyme trong các quy trình tách chiết DNA cho thấy enzyme có kích thước lớn hơn hay nhỏ hơn so với phân tử DNA? Bằng cách nào em biết được điều đó Trả lời: - Việc sử dụng enzyme trong quy trình tách chiết DNA cho thấy enzyme có kích thước nhỏ hơn DNA. - Có thể biết được điều đó thông qua các dấu hiệu sau: + Mỗi enzyme thường được mã hóa bởi một gene, trong khi mỗi phân tử DNA bao gồm rất nhiều gene. + DNA kết tủa có thể tách ra bằng đũa thủy tinh, điều này không làm được đối với enzyme. + Về mặt cấu trúc, DNA gồm rất nhiều đơn phân, trong khi số đơn phân của enzyme là ít hơn rất nhiều Câu 5: Những enzyme nào được sử dụng để phân giải protein và RNA mà không tác động đến DNA? Trả lời: - Enzyme phân giải protein gồm nhiều loại protease trong đó có proteinase K. - Enzyme phân giải RNA gồm nhiều loại ribonuclease, một trong số đó là ribonuclease A, RNase A. Câu 6: Em hãy đề xuất một quy trình tách chiết RNA, biết rằng trong khi enzyme ribonuclease (như Rnase A) phân huỷ đặc hiệu RNA thì enzyme deoxyribonuclease (như DNase I) phân hủy đặc hiệu DNA. Kiểm chứng giả thuyết bằng cách tìm kiếm "Quy trình tách chiết RNA" trên mạng internet. Trả lời: - HS chỉ cần trả lời trên nguyên lí suy luận ra từ quy trình tách chiết DNA đã học trong bài hoặc các em có thể sưu tầm quy trình khác nhau trên internet. - Gợi ý quy trình tách chiết RNA: Phá vỡ tế bào lấy dịch tế bào → Xử lí dịch chiết bằng enzyme phân giải protein và enzyme phân giải DNA → Pha loãng dịch chiết rồi cho vào cột chứa các chất hấp thụ RNA để tách RNA khỏi các thành phần khác (Ví dụ, ở cột có chứa các hạt gắn chuỗi poly T, nếu đổ dung dịch chứa các loại RNA và các phân tử khác thì các hạt sẽ giữ lại các mRNA có đuôi poly A bắt đôi bổ sung với poly T còn các phân tử khác sẽ bị loại ra ngoài). Câu hỏi: 7 2
3. Giải thích quy trình nhân bản gene bằng kĩ thuật PCR. Trả lời: Giải thích quy trình nhân bản gene bằng kĩ thuật PCR: - Bước 1: Biến tính: tăng nhiệt độ để biến tính DNA đích, tách 2 mạch khuôn của gene đích. - Bước 2: Gắn mồi: cung cấp các đoạn mồi đặc hiệu, hạ nhiệt độ để mồi gắn vào mạch khuôn. - Bước 3: Kéo dài chuỗi: sử dụng taq DNA polymerase để gắn các dNTP, kéo dài chuỗi polynucleotide. Quy trình được lặp lại nhiều chu kì để tăng số bản sao của gene. Câu hỏi: Tại sao DNA của vi khuẩn không bị cắt bởi các enzyme giới hạn sẵn có trong tế bào của chúng? (Gợi ý: Chỉ dùng enzyme cắt giới hạn để cắt DNA khi không còn protein nào liên kết với DNA). Trả lời: DNA của vi khuẩn không bị cắt bởi các enzyme cắt giới hạn của chúng bởi vì: - DNA của vi khuẩn có thể không chứa trình tự cắt giới hạn. - Tế bào vi khuẩn có cơ chế để bảo vệ DNA của mình: cuộn xoắn DNA, DNA liên kết với các phân tử protein để ngăn cản enzyme cắt giới hạn tiếp xúc với phân tử, cải biến DNA (gắn nhóm methyl vào các nitrogenous base,...) làm cho enzyme không nhận biết được trình tự cắt giới hạn,... BÀI 3. CÔNG NGHỆ GEN Câu hỏi: Chuyển gene từ loài này sang loài khác nhằm mục đích gì? Trả lời: Chuyển gene từ loài này sang loài khác nhằm nhiều mục đích khác nhau như: - Đối với cây trồng: Chuyển gene nhằm tạo ra cây trồng mang nhiều đặc tính ưu việt khác nhau phù hợp với thị hiếu của con người như cây trồng chống chịu điều kiện bất lợi của môi trường (chịu hạn, chịu lạnh, chịu mặn, chịu nhiệt), cây trồng kháng sâu, cây trồng có gene chín chậm, cây trồng có giá trị dinh dưỡng cao, - Đối với tế bào động vật và người: Việc chuyển gene nhằm 2 mục đích chính: (1) Tạo ra các tế bào có gene được chỉnh sửa như thay thế gene bệnh thành gene lành, làm bất hoạt hay hoạt hóa gene rồi đưa trở lại cơ thể như trong liệu pháp gene chữa bệnh di truyền và (2) tạo ra sinh vật chuyển gene hay sinh vật biến đổi gene có các đặc tính mong muốn để nghiên cứu (xác định chức năng gene, nghiên cứu bệnh học, tạo mô hình thử nghiệm thuốc và vaccine, ) hoặc ứng dụng trong thực tế (sản xuất chế phẩm hoặc thuốc sinh học, ). Câu hỏi: Nêu vai trò của vector trong công nghệ gene Trả lời: Vai trò của vector trong công nghệ gene: - Giúp mang gene đích vào trong tế bào nhận. 3
4. - Giúp gene đích có thể tồn tại, nhân đôi, phiên mã và dịch mã bình thường trong tế bào nhận. - Các vector khác nhau được sử dụng với các mục đích khác nhau: Có loại dùng để chuyển gene với mục đích nhân dòng gene, tạo ra nhiều bản sao của gene trong tế bào, mỗi dòng tế bào chứa một loại gene dùng để nghiên cứu giải trình tự gene và các mục đích khác. Có loại vector chuyên dùng để chuyển gene nhằm tạo ra được nhiều sản phẩm của gene nhất có thể. Một số vector như retrovirus có thể sử dụng trong liệu pháp gene, thay gene gây bệnh ở người bằng gene lành. Câu hỏi: Tại sao vector cần có ba thành phần (thuộc tính phân tử): trình tự khởi đầu tái bản, gene chỉ thị chọn lọc và vị trí nhân dòng? Trả lời: Vector cần có ba thành phần (thuộc tính phân tử): trình tự khởi đầu tái bản, gene chỉ thị chọn lọc và vị trí nhân dòng vì: - Trình tự khởi đầu tái bản là cần thiết để các enzyme của tế bào có thể nhận ra và tái bản DNA tái tổ hợp, nhờ đó gene đích được nhân lên cùng với sự nhân lên của tế bào nhận, tránh trường hợp gene đích bị mất đi khi tế bào nhận phân chia. - Gene chỉ thị hay còn gọi là gene thông báo có các sản phẩm dễ nhận biết nhằm giúp sàng lọc các tế bào nhận có mang vector tái tổ hợp. Gene chỉ thị thường là gene kháng thuốc kháng sinh hoặc gene có sản phẩm có thể dễ nhận biết thông qua màu sắc khi sản phẩm của gene được nhuộm bởi thuốc nhuộm đặc hiệu. Mỗi vector cần phải có hai gene chỉ thị, một gene có vị trí để cài gene chuyển, gene còn lại thường là gene kháng kháng sinh dùng để nhận biết tế bào chuyển gene. - Vị trí nhân dòng là vị trí nhận biết của enzyme cắt giới hạn để có thể cắt vector và gắn gene chuyển vào đó. Vị trí này thường nằm trong vùng mã hóa của một gene. - Các vector là plasmid, ngoài các trình tự nucleotide nói trên còn phải chứa gene điều hòa để điều hòa sự hoạt động của gene chuyển mà nó mang. Câu hỏi: Việc sử dụng cây GMO và động vật chuyển gene trong thực tiễn có thể mang lại các lợi ích và rủi ro gì so với các cây trồng và vật nuôi truyền thống? Trả lời: - Lợi ích: + Tăng năng suất cây trồng. + Tăng giá trị dinh dưỡng của nông sản. + Giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm. + Giảm sử dụng thuốc trừ sâu hóa học,... - Rủi ro: + Thực phẩm GMO có thể có hại cho sức khoẻ của người dùng: có thể gây dị ứng, góp phần vào sự phát triển bệnh ung thư, làm tăng khả năng kháng thuốc kháng sinh, giảm hiệu quả điều trị bệnh,... + Gene từ GMO có thể được chuyển vào các sinh vật khác, ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Ví dụ, gene kháng thuốc diệt cỏ từ ngô có thể chuyển sang cỏ thông qua lai xa,... 4
5. + Phá vỡ quy tắc tiến hóa của sinh vật: Sự hình thành các tính trạng ở các loài trải qua quá trình tiến hóa lâu dài. Việc chuyển gene từ loài này sang loài khác một cách nhanh chóng làm phá vỡ quy luật tiến hóa đó, tạo ra loài có ưu thế vượt trội, gây nguy hiểm cho các loài khác. Câu hỏi: Vì sao phải sử dụng vector khi chuyển gene từ tế bào này sang tế bào khác? Trả lời: Phải sử dụng vector khi chuyển gene từ tế bào này sang tế bào khác vì: - Nếu không dùng vector để chuyển gene mà để gene tự biến nạp vào tế bào thì gene chuyển sẽ dễ bị các enzyme của tế bào phân hủy khi chúng nhận ra đó là DNA ngoại lai. Gene chuyển nếu không bị phân giải trong tế bào thì cũng không thể tự tái bản thành nhiều bản sao nếu không được tích hợp vào hệ gene của tế bào chủ. - Vector giúp đưa gene ngoại lai vào tế bào nhận và đảm bảo gene chuyển không bị loại thải bởi hệ thống bảo vệ của tế bào. Đồng thời, vector cũng đảm bảo cho gene chuyển được nhân lên và biểu hiện trong tế bào nhận. Câu hỏi: Hãy vẽ sơ đồ phác thảo ba bước của một quy trình công nghệ gene cơ bản. Lấy ví dụ về nhân dòng và biểu hiện một gene của người (như gene quy định hormone sinh trưởng HGH) trong tế bào vi khuẩn E. coli. Mục đích chuyển gene HGH của người vào tế bào vi khuẩn là gì? Trả lời: • Sơ đồ ba bước của quy trình công nghệ gene : • Ví dụ: Nhân dòng và biểu hiện gene HGH của người trong tế bào E. coli: - Phân lập gene HGH từ tế bào người: + Tách chiết mRNA từ tế bào người. + Sử dụng kĩ thuật RT - PCR, dùng cặp mồi đặc hiệu của gene HGH để tạo và nhân bản cDNA. - Cài cDNA vào plasmid: 5
6. + Xử lí plasmid và cDNA bằng cùng một loại enzyme cắt giới hạn để tạo đầu dính phù hợp. + Trộn cDNA với plasmid, bổ sung ligase để gene HGH nối vào plasmid, tạo ra DNA tái tổ hợp. - Đưa vector vào tế bào nhận: + Dung dịch DNA tái tổ hợp được trộn với tế bào E. coli, tạo các điều kiện để DNA tái tổ hợp được biến nạp vào tế bào vi khuẩn. + Chọn lọc tế bào chứa DNA tái tổ hợp, tách và nuôi thành dòng tế bào. • Mục đích chuyển gene HGH của người vào tế bào vi khuẩn là để tạo ra lượng lớn hormone GH phục vụ cho các mục đích khác nhau, ví dụ: tiêm cho người bị lùn bẩm sinh do thiếu GH. Câu hỏi: Hãy sưu tầm các tài liệu về vi khuẩn chuyển gene có khả năng làm sạch các chất gây ô nhiễm môi trường như dầu mỏ, túi nylon,... Trả lời: Một số vi khuẩn chuyển gene có khả năng làm sạch các chất gây ô nhiễm môi trường như dầu mỏ, túi nylon,...: - Chủng Pseudomonas florescens HK44 xử lí ô nhiễm dầu. - Chủng Pseudomonas K-62 xử lí ô nhiễm thuỷ ngân. - Chủng Vibrio natriegens cải biến để xử lí nhựa PET trong điều kiện mặn. Câu hỏi: Tại sao độc tố Bt có nguồn gốc vi khuẩn Baccillus thurigiensis được cây GMO tạo ra làm chết côn trùng (sâu bệnh) khi chúng ăn phải nhưng lại không gây độc cho chính vi khuẩn và cây GMO? Trả lời: Độc tố Bt được tổng hợp ở dạng tinh thể, không hoạt động trong tế bào vi khuẩn và cây GMO. Nó chỉ được hoạt hóa khi đi vào ống tiêu hóa của một số loại côn trùng. Chính vì vậy, nó gây độc cho côn trùng ăn nó nhưng an toàn cho vi khuẩn và cây GMO. 6