Tại viện công nghệ California, Matthew Meselson và Franklin
Stahl đã nuôi cấy tế bào E.coli qua một số thế hệ trong môi trường chứa các nucleotide
tiền chất được đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ 15N. Các nhà khoa học sau đó chuyển
vi khuẩn sang môi trường chỉ chứa đồng vị 14N. Sau 20 phút và 40 phút, các mẫu vi
khuẩn nuôi cấy được hút ra. Meselson và Stahl có thể phân biệt được các phân tử DNA
có tỷ trọng khác nhau bằng phương pháp ly tâm sản phẩm DNA được chiết rút từ vi
khuẩn (hình 1). Biết rằng mỗi vi khuẩn E.coli nhân đôi sau mỗi 20 phút trong môi
trường nuôi cấy.
a. Thí nghiệm này được thiết kế để chứng minh nguyên tắc nào của quá trình nhân đôi
DNA? Giải thích nguyên tắc đó.
b. Tại thời điểm 20 phút và 40 phút nuôi cấy, băng B chiếm bao nhiêu phần trăm? Giải
thích.
c. Nếu tiếp tục nuôi vi khuẩn E.coli trong môi trường chứa 14N và lấy mẫu ở thời điểm
80 phút thì số lượng phân tử DNA ở băng B có thay đổi so với thời điểm 40 phút
không? Giải thích.
Quảng cáo
4 câu trả lời 115
tham khảo
a. Thí nghiệm này được thiết kế để chứng minh nguyên tắc nào của quá trình nhân đôi DNA? Giải thích.
Thí nghiệm chứng minh nguyên tắc nhân đôi bán bảo tồn (semi-conservative replication).
Giải thích:
Mỗi phân tử DNA con sau khi nhân đôi gồm:1 mạch cũ của DNA mẹ.
1 mạch mới được tổng hợp từ môi trường.
Khi chuyển vi khuẩn từ môi trường chứa ¹⁵N sang ¹⁴N:Mạch cũ vẫn chứa ¹⁵N.
Mạch mới chứa ¹⁴N.
Vì vậy sau lần nhân đôi đầu tiên, tất cả DNA đều có tỷ trọng trung gian (¹⁵N–¹⁴N), phù hợp với mô hình nhân đôi bán bảo tồn.
b. Tại thời điểm 20 phút và 40 phút nuôi cấy, băng B chiếm bao nhiêu phần trăm? Giải thích.
Giả sử:
Băng A: DNA nặng (¹⁵N–¹⁵N).
Băng B: DNA lai (¹⁵N–¹⁴N).
Băng C: DNA nhẹ (¹⁴N–¹⁴N).
Sau 20 phút (1 lần nhân đôi)
Toàn bộ DNA nặng chuyển thành DNA lai.
→ 100% DNA ở băng B.
Sau 40 phút (2 lần nhân đôi)
Mỗi DNA lai tạo ra:1 DNA lai.
1 DNA nhẹ.
Tổng số DNA:
50% DNA lai.
50% DNA nhẹ.
→ Băng B chiếm 50%.
tham khảo
a. Thí nghiệm này được thiết kế để chứng minh nguyên tắc nào của quá trình nhân đôi DNA? Giải thích.
Thí nghiệm chứng minh nguyên tắc nhân đôi bán bảo tồn (semi-conservative replication).
Giải thích:
Mỗi phân tử DNA con sau khi nhân đôi gồm:1 mạch cũ của DNA mẹ.
1 mạch mới được tổng hợp từ môi trường.
Khi chuyển vi khuẩn từ môi trường chứa ¹⁵N sang ¹⁴N:Mạch cũ vẫn chứa ¹⁵N.
Mạch mới chứa ¹⁴N.
Vì vậy sau lần nhân đôi đầu tiên, tất cả DNA đều có tỷ trọng trung gian (¹⁵N–¹⁴N), phù hợp với mô hình nhân đôi bán bảo tồn.
b. Tại thời điểm 20 phút và 40 phút nuôi cấy, băng B chiếm bao nhiêu phần trăm? Giải thích.
Giả sử:
Băng A: DNA nặng (¹⁵N–¹⁵N).
Băng B: DNA lai (¹⁵N–¹⁴N).
Băng C: DNA nhẹ (¹⁴N–¹⁴N).
Sau 20 phút (1 lần nhân đôi)
Toàn bộ DNA nặng chuyển thành DNA lai.
→ 100% DNA ở băng B.
Sau 40 phút (2 lần nhân đôi)
Mỗi DNA lai tạo ra:1 DNA lai.
1 DNA nhẹ.
Tổng số DNA:
50% DNA lai.
50% DNA nhẹ.
→ Băng B chiếm 50%.
Chào bạn, đây là một trong những thí nghiệm kinh điển và đẹp đẽ nhất của sinh học phân tử nhằm chứng minh cơ chế nhân đôi của DNA. Dựa trên các dữ kiện bạn đưa ra, chúng ta cùng giải quyết từng câu hỏi nhé:
a. Nguyên tắc của quá trình nhân đôi DNA
Nguyên tắc được chứng minh: Thí nghiệm này nhằm chứng minh nguyên tắc bán bảo tồn (bán bảo toàn - semi-conservative) của quá trình nhân đôi DNA.
Giải thích nguyên tắc: Theo nguyên tắc này, khi một phân tử DNA nhân đôi, hai mạch đơn của nó sẽ tách nhau ra. Mỗi mạch đơn sẽ đóng vai trò là mạch khuôn để tổng hợp nên một mạch mới hoàn toàn dựa trên nguyên tắc bổ sung. Kết quả là tạo ra hai phân tử DNA con, trong đó mỗi phân tử DNA con đều chứa một mạch cũ (mạch khuôn từ phân tử mẹ) và một mạch mới tổng hợp.
b. Tỷ lệ phần trăm của băng B tại thời điểm 20 phút và 40 phút
Để trả lời chính xác, chúng ta cần phân loại 3 loại băng DNA dựa trên tỷ trọng sau khi ly tâm:
Băng A (Nặng): Cả 2 mạch đều chứa $^{15}\text{N}$ (nằm dưới cùng).
Băng B (Trung gian - Hybrid): Gồm 1 mạch chứa $^{15}\text{N}$ và 1 mạch chứa $^{14}\text{N}$ (nằm ở giữa).
Băng C (Nhẹ): Cả 2 mạch đều chứa $^{14}\text{N}$ (nằm trên cùng).
Vì ban đầu vi khuẩn được nuôi trong $^{15}\text{N}$ qua nhiều thế hệ, nên toàn bộ DNA ban đầu đều có 2 mạch $^{15}\text{N}$. khi chuyển sang môi trường $^{14}\text{N}$:
Tại thời điểm 20 phút (sau 1 lần nhân đôi):
Từ 1 phân tử DNA mẹ ($^{15}\text{N}\text{-}^{15}\text{N}$) sẽ tạo ra 2 phân tử DNA con.
Theo nguyên tắc bán bảo tồn, cả 2 phân tử con này đều là dạng lai ($^{15}\text{N}\text{-}^{14}\text{N}$), tức là thuộc băng B.
Kết luận: Băng B chiếm 100%.
Tại thời điểm 40 phút (sau 2 lần nhân đôi - tức là thêm 1 lần nữa từ thời điểm 20 phút):
Từ 2 phân tử DNA lai ($^{15}\text{N}\text{-}^{14}\text{N}$) tiến hành nhân đôi lần thứ 2 trong môi trường $^{14}\text{N}$.
Tổng số phân tử DNA tạo ra là $2^2 = 4$ phân tử.
Trong đó, 2 mạch chứa $^{15}\text{N}$ ban đầu tách ra và tạo nên 2 phân tử DNA lai ($^{15}\text{N}\text{-}^{14}\text{N}$, thuộc băng B).
Các mạch $^{14}\text{N}$ còn lại sẽ tổng hợp mạch mới hoàn toàn bằng $^{14}\text{N}$, tạo nên 2 phân tử DNA nhẹ ($^{14}\text{N}\text{-}^{14}\text{N}$, thuộc băng C).
Kết luận: Băng B chiếm tỷ lệ là: $\frac{2}{4} = 50\%$.
c. Thay đổi ở thời điểm 80 phút
Câu trả lời: Số lượng phân tử DNA ở băng B KHÔNG THAY ĐỔI so với thời điểm 40 phút (vẫn cố định là 2 phân tử DNA lai trên mỗi mạch khuôn ban đầu). Tuy nhiên, tỷ lệ phần trăm của băng B sẽ giảm xuống.
Giải thích: * Tại thời điểm 80 phút, vi khuẩn đã trải qua 4 lần nhân đôi ($80 / 20 = 4$). Tổng số phân tử DNA lúc này là $2^4 = 16$ phân tử.
Vì môi trường nuôi cấy hoàn toàn là $^{14}\text{N}$, nên 2 mạch chứa $^{15}\text{N}$ từ phân tử ban đầu vẫn chỉ có thể tạo ra tối đa 2 phân tử DNA lai ($^{15}\text{N}\text{-}^{14}\text{N}$, thuộc băng B).
14 phân tử còn lại hoàn toàn là DNA nhẹ ($^{14}\text{N}\text{-}^{14}\text{N}$, thuộc băng C).
Do đó, dù số lượng tuyệt đối của băng B luôn giữ nguyên là 2, nhưng do tổng số phân tử DNA tăng lên, nên tỷ lệ phần trăm của băng B lúc này giảm xuống chỉ còn $\frac{2}{16} = 12,5\%$.
Thí nghiệm kinh điển của Meselson và Stahl chứng minh nguyên tắc nhân đôi ADN bán bảo toàn. Sau đây là lời giải chi tiết cho các câu hỏi của bạn:
a. Nguyên tắc nhân đôi: Thí nghiệm chứng minh nguyên tắc bán bảo toàn. Giải thích: Trong mỗi phân tử DNA con được tạo ra sau nhân đôi, có một mạch là mạch cũ (mạch mẹ) lấy từ phân tử DNA ban đầu, mạch còn lại được tổng hợp mới từ môi trường. [1]
b. Tỷ lệ băng B (DNA lai, chứa cả \(^{15}N\) và \(^{14}N\)):
Tại thời điểm 20 phút: Băng B chiếm 100%. Sau 1 thế hệ nhân đôi, mọi phân tử DNA đều là phân tử lai gồm 1 mạch cũ (\(^{15}N\)) và 1 mạch mới (\(^{14}N\)).
Tại thời điểm 40 phút: Băng B chiếm 50%. Sau 2 thế hệ, vi khuẩn tạo ra 4 phân tử DNA. Trong đó có 2 phân tử là DNA lai và 2 phân tử là DNA nhẹ (chỉ chứa \(^{14}N\)), suy ra băng lai chiếm \(\frac{2}{4} = 50\%\).
c. Tại thời điểm 80 phút: Số lượng phân tử DNA ở băng B không thay đổi so với thời điểm 40 phút, nhưng tỷ lệ phần trăm giảm xuống.
Giải thích: Từ thời điểm 40 phút đến 80 phút (trải qua thêm 2 thế hệ), các phân tử DNA băng B tiếp tục nhân đôi để tạo thêm các phân tử DNA lai mới. Tuy nhiên, dù số lượng DNA lai tăng lên, tỷ lệ phần trăm của băng B so với tổng số phân tử DNA sẽ giảm dần và tiệm cận về \(0\%\) (ví dụ: chiếm \(\frac{12,5\%}{}\) tổng số DNA ở thế hệ thứ 4), trong khi băng DNA nhẹ (băng C) sẽ tăng lên áp đảo.
Bạn có cần giải thích thêm về cách đọc kết quả ly tâm tỷ trọng trong thí nghiệm này, hoặc muốn tìm hiểu bài tập về tính số phân tử DNA trong các thế hệ tiếp theo không?
Quảng cáo
Bạn cần hỏi gì?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
15062 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
7093 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
5604 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
5442 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
5354 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
5344 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
4317
