Chào các em học sinh lớp 10! Hôm nay, cô trò mình sẽ cùng nhau chinh phục một dạng bài tập quan trọng trong chương trình Sinh học 10, đó là tính số đoạn mồi hoặc số đoạn Okazaki trong quá trình nhân đôi ADN. Các em hãy mở sách giáo khoa Sinh học 10 ra trang 171 để theo dõi nhé.

Đầu tiên, cô muốn nhấn mạnh lại một số kiến thức quan trọng về cơ chế nhân đôi ADN mà chúng ta đã học:

* Nhân đôi ADN diễn ra theo nguyên tắc bán bảo tồn và bán gián đoạn.
* Chạc chữ Y là nơi diễn ra quá trình tổng hợp ADN. Mỗi phân tử ADN sau khi nhân đôi sẽ tạo ra hai chạc chữ Y.
* Mạch được tổng hợp liên tục (mạch khuôn 3′ -> 5′) chỉ cần một đoạn mồi ARN để khởi đầu.
* Mạch được tổng hợp gián đoạn (mạch khuôn 5′ -> 3′) cần nhiều đoạn mồi ARN để khởi đầu. Các đoạn ADN con được tổng hợp trên mạch này gọi là đoạn Okazaki.

Dựa vào nguyên tắc này, chúng ta có thể rút ra mối quan hệ sau:

* Trong một chạc chữ Y: Số đoạn mồi = Số đoạn Okazaki + 2. (Vì mạch tổng hợp liên tục cần 1 mồi, mạch tổng hợp gián đoạn cần nhiều mồi và mỗi đoạn Okazaki cũng được bắt đầu bằng một đoạn mồi, cộng thêm 2 đầu mút của chạc ADN ban đầu).

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào bài tập ví dụ mà đề bài đã cho để hiểu rõ hơn cách áp dụng công thức.

Ví dụ 1: Ở một phân tử ADN của vi khuẩn có tổng số 15×10⁴ chu kì xoắn. Phân tử ADN này nhân đôi liên tiếp 2 lần. Cho rằng, mỗi đoạn Okazaki có trung bình 1000 nuclêôtit. Xác định số đoạn mồi được tổng hợp.

Để giải bài tập này, chúng ta cần thực hiện các bước sau:

Bước 1: Xác định số cặp nuclêôtit của phân tử ADN.

Chúng ta biết rằng, 1 chu kì xoắn của ADN chứa 10 cặp nuclêôtit.
Do đó, tổng số cặp nuclêôtit (N) của phân tử ADN là:
N = Số chu kì xoắn × 10
N = 15 × 10⁴ × 10
N = 15 × 10⁵ cặp nuclêôtit.

Bước 2: Xác định số đoạn Okazaki trên một mạch của phân tử ADN.

Đề bài cho biết, mỗi đoạn Okazaki có trung bình 1000 nuclêôtit.
Số cặp nuclêôtit trên một mạch của ADN là:
Số cặp nuclêôtit trên một mạch = N / 2
Số cặp nuclêôtit trên một mạch = (15 × 10⁵) / 2
Số cặp nuclêôtit trên một mạch = 7.5 × 10⁵ cặp nuclêôtit.

Số đoạn Okazaki trên một mạch (Số Okazaki/mạch) = (Số cặp nuclêôtit trên một mạch) / (Số nuclêôtit trung bình trong 1 đoạn Okazaki)
Số Okazaki/mạch = (7.5 × 10⁵) / 1000
Số Okazaki/mạch = 7.5 × 10⁵ / 10³
Số Okazaki/mạch = 7.5 × 10²
Số Okazaki/mạch = 750 đoạn.

Bước 3: Xác định số đoạn mồi được tổng hợp trong lần nhân đôi đầu tiên.

Phân tử ADN của vi khuẩn là nhân sơ, chỉ có một đơn vị tái bản.
Trong một đơn vị tái bản, có 2 chạc chữ Y.
Số đoạn mồi trên một chạc chữ Y = Số đoạn Okazaki trên chạc đó + 2.

Tuy nhiên, chúng ta có thể tính tổng số đoạn Okazaki trên cả phân tử ADN. Do mạch được tổng hợp liên tục chỉ cần 1 đoạn mồi, còn mạch tổng hợp gián đoạn thì mỗi đoạn Okazaki đều cần 1 đoạn mồi, nên tổng số đoạn mồi ban đầu sẽ bằng tổng số đoạn Okazaki cộng với 2 đoạn mồi khởi đầu cho cả hai mạch.
Vì vi khuẩn chỉ có 1 đơn vị tái bản nên:
Tổng số đoạn mồi cho lần nhân đôi đầu tiên = Tổng số đoạn Okazaki trên phân tử ADN + 2
Vì mỗi mạch có 750 đoạn Okazaki nên tổng số đoạn Okazaki trên cả phân tử ADN là 750 x 2 = 1500.
Số đoạn mồi (lần 1) = 1500 + 2 = 1502 đoạn.

Bước 4: Xác định tổng số đoạn mồi được tổng hợp sau 2 lần nhân đôi.

Phân tử ADN nhân đôi liên tiếp 2 lần.
Sau lần nhân đôi thứ nhất, tạo ra 2 phân tử ADN con.
Sau lần nhân đôi thứ hai, mỗi phân tử ADN con lại nhân đôi tạo ra 2 phân tử ADN cháu, tổng cộng là 4 phân tử ADN cháu.

Số đoạn mồi được cung cấp cho mỗi lần nhân đôi sẽ là số đoạn mồi cần thiết cho các phân tử ADN mới được tạo ra.
Lần nhân đôi thứ nhất: Cần 1502 đoạn mồi.
Lần nhân đôi thứ hai: Có 2 phân tử ADN con, mỗi phân tử cần 1502 đoạn mồi (vì số đoạn Okazaki không đổi trên một phân tử ADN). Vậy lần này cần: 2 × 1502 = 3004 đoạn mồi.

Tổng số đoạn mồi được tổng hợp trong 2 lần nhân đôi là:
Tổng số đoạn mồi = Số đoạn mồi (lần 1) + Số đoạn mồi (lần 2)
Tổng số đoạn mồi = 1502 + 3004 = 4506 đoạn.

Như vậy, chúng ta đã xác định được số đoạn mồi được tổng hợp trong bài tập này.

Lưu ý quan trọng: Đề bài đã cho một công thức rút gọn: “Số đoạn mồi ARN môi trường cung cấp cho k lần nhân đôi của gen = (Số đoạn Okazaki + 2. Số đơn vị tái bản )(2k- 1)”. Tuy nhiên, công thức này thường áp dụng cho trường hợp cần tính tổng số đoạn mồi cung cấp bởi môi trường qua nhiều thế hệ, bao gồm cả những đoạn mồi được thay thế bằng nuclêôtit.

Trong bài toán này, đề bài chỉ yêu cầu xác định “số đoạn mồi được tổng hợp”, tức là số đoạn mồi được tạo ra trong quá trình nhân đôi. Cách giải từng bước ở trên sẽ giúp các em hiểu rõ bản chất và tránh nhầm lẫn.

Đối với bài tập này, vì là ADN của vi khuẩn (nhân sơ), nên chỉ có 1 đơn vị tái bản.
Số đoạn Okazaki trên 1 phân tử ADN = 750 (trên 1 mạch) x 2 (mạch) = 1500 đoạn.
Số đoạn mồi ban đầu cho 1 phân tử ADN = Số đoạn Okazaki + 2 = 1500 + 2 = 1502 đoạn.

Vì có 2 lần nhân đôi, số phân tử ADN con được tạo ra là 2² = 4.
Số đoạn mồi được tổng hợp cho lần nhân đôi 1: 1502 đoạn.
Số đoạn mồi được tổng hợp cho lần nhân đôi 2 (cho 2 phân tử ADN con): 2 x 1502 = 3004 đoạn.
Tổng số đoạn mồi được tổng hợp = 1502 + 3004 = 4506 đoạn.

Các em hãy ghi nhớ cách phân tích đề bài và áp dụng công thức một cách linh hoạt nhé. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô. Chúc các em học tốt!