Trong một bài kiểm tra Sinh học, có một câu hỏi tưởng chừng rất dễ: "Một gen có 3.000 nuclêôtit, tính chiều dài của gen." Bạn Lan làm rất nhanh: lấy 3.000 nhân với 3,4 rồi ghi đáp án 10.200 Å. Bạn Hùng ngồi cạnh cũng làm nhanh không kém: lấy 3.000 chia 2 rồi nhân 3,4, ra 5.100 Å. Hai đáp án khác nhau một trời một vực, mà chỉ một đáp án đúng. Bạn đoán xem ai đúng? Chính là bạn Hùng. Và lỗi của bạn Lan — quên chia đôi tổng số nu trước khi nhân với 3,4 — là lỗi phổ biến nhất khi học sinh dùng công thức tính chiều dài gen.
Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ công thức tính chiều dài gen: vì sao phải chia đôi, đơn vị Ångstrôm là gì, cách đổi sang micrômét và nanômét ra sao, và làm thế nào để không bao giờ mất điểm oan ở dạng bài này nữa. Mỗi ví dụ đều được tính từng bước, có bảng đổi đơn vị để tra nhanh, có phần lỗi sai thường gặp và bài tập tự luyện cuối bài.
Vì sao mỗi cặp nuclêôtit lại dài 3,4 Å?
Để hiểu công thức, trước hết bạn cần hình dung phân tử ADN. ADN có dạng xoắn kép: hai mạch nuclêôtit quấn quanh nhau như một chiếc thang xoắn ốc. Mỗi "bậc thang" của chiếc thang này là một cặp nuclêôtit bổ sung — A bắt cặp với T, G bắt cặp với X. Các nhà khoa học đã đo được rằng khoảng cách giữa hai cặp nu liên tiếp, tức chiều dài của một "bậc thang", là 3,4 Å.
Å là ký hiệu của đơn vị Ångstrôm, đặt theo tên nhà vật lý người Thụy Điển Anders Ångström. Đây là đơn vị rất nhỏ, chuyên dùng để đo kích thước ở cấp độ phân tử. Một Ångstrôm bằng một phần mười tỉ mét. Nghe thì khó hình dung, nhưng bạn cứ nhớ: một sợi tóc người dày khoảng 500.000 Å, còn một gen dài 5.100 Å thì nhỏ hơn sợi tóc tới gần 100 lần.
Như vậy, chiều dài của gen chính bằng số "bậc thang" nhân với chiều dài mỗi bậc. Số "bậc thang" bằng số cặp nuclêôtit, mà mỗi cặp gồm 2 nu — một nu trên mạch này, một nu trên mạch kia. Vì vậy số cặp nu bằng tổng số nu chia 2, tức N ÷ 2. Đó chính là lý do công thức phải có phép chia 2 mà bạn Lan ở đầu bài đã quên.
Công thức tính chiều dài gen
L = (N ÷ 2) × 3,4 Å
Trong đó:
- L là chiều dài của gen, thường tính bằng Å (Ångstrôm), cũng có thể đổi sang micrômét (μm) hoặc nanômét (nm).
- N là tổng số nuclêôtit của gen (đơn vị: nu).
- N ÷ 2 là số cặp nuclêôtit của gen, tức số "bậc thang" của thang xoắn kép.
- 3,4 Å là chiều dài của mỗi cặp nuclêôtit theo chương trình SGK mới "Kết nối tri thức với cuộc sống".
Điều kiện áp dụng: công thức dùng cho gen trên phân tử ADN mạch kép, trong đó các cặp nu xếp liên tiếp nhau. Với gen của sinh vật nhân thực, chiều dài tính theo công thức này là chiều dài của đoạn ADN mang gen, chưa tính phần ADN cuộn xoắn trong nhiễm sắc thể.
Bảng đổi đơn vị chiều dài thường dùng
| Đơn vị | Ký hiệu | Đổi ra Å | Đổi ra mét |
|---|---|---|---|
| Ångstrôm | Å | 1 Å | 10−10 m |
| Nanômét | nm | 1 nm = 10 Å | 10−9 m |
| Micrômét | μm | 1 μm = 104 Å | 10−6 m |
| Milimét | mm | 1 mm = 107 Å | 10−3 m |
Từ bảng trên, bạn có thể suy ra hai công thức đổi đơn vị rất hay dùng trong bài tập:
- L (μm) = N × 1,7 × 10−4 — vì L (Å) = (N ÷ 2) × 3,4 = N × 1,7, rồi chia cho 104 để đổi Å sang μm.
- L (nm) = N × 0,17 — vì 1 nm = 10 Å nên L (nm) = N × 1,7 ÷ 10 = N × 0,17.
Ngược lại, nếu đề bài cho chiều dài mà hỏi tổng số nu, bạn dùng công thức đảo: N = (L ÷ 3,4) × 2, trong đó L phải đổi về đơn vị Å trước khi thay số.
Ví dụ minh họa có lời giải chi tiết
Ví dụ 1: Tính chiều dài gen khi biết tổng số nu
Đề bài: Một gen có 3.000 nuclêôtit. Tính chiều dài của gen theo đơn vị Å và μm.
Lời giải:
Bước 1: Tính số cặp nu: N ÷ 2 = 3.000 ÷ 2 = 1.500 cặp.
Bước 2: Tính chiều dài theo Å: L = 1.500 × 3,4 = 5.100 Å.
Bước 3: Đổi sang μm: 1 μm = 104 Å nên L = 5.100 ÷ 10.000 = 0,51 μm.
Đáp số: L = 5.100 Å = 0,51 μm.
Kiểm tra bằng công thức gọn: L (μm) = N × 1,7 × 10−4 = 3.000 × 1,7 × 10−4 = 0,51 μm. Kết quả khớp nhau.
Ví dụ 2: Tính chiều dài gen có 2.400 nu
Đề bài: Một gen có tổng số 2.400 nuclêôtit. Tính chiều dài của gen.
Lời giải:
Bước 1: Số cặp nu: 2.400 ÷ 2 = 1.200 cặp.
Bước 2: L = 1.200 × 3,4 = 4.080 Å.
Bước 3: Đổi sang μm: 4.080 ÷ 10.000 = 0,408 μm. Đổi sang nm: 4.080 ÷ 10 = 408 nm.
Đáp số: L = 4.080 Å = 408 nm = 0,408 μm.
Ví dụ 3: Tính số nu khi biết chiều dài gen
Đề bài: Một gen dài 0,34 μm. Tính tổng số nuclêôtit của gen.
Lời giải:
Bước 1: Đổi chiều dài về Å: 0,34 μm = 0,34 × 104 Å = 3.400 Å.
Bước 2: Tính số cặp nu: 3.400 ÷ 3,4 = 1.000 cặp.
Bước 3: Tính tổng số nu: N = 1.000 × 2 = 2.000 nu.
Đáp số: gen có 2.000 nuclêôtit.
Lưu ý: bước đổi đơn vị phải làm trước khi thay số vào công thức. Nếu bạn lấy 0,34 chia cho 3,4 thì sẽ ra một con số vô nghĩa, vì hai số không cùng đơn vị.
Ví dụ 4: Bài tập tổng hợp — từ chiều dài suy ra số lượng từng loại nu
Đề bài: Một gen dài 1,02 μm, trong đó nuclêôtit loại A chiếm 15%. Tính tổng số nu và số nu loại A, loại G của gen.
Lời giải:
Bước 1: Đổi chiều dài về Å: 1,02 μm = 1,02 × 104 Å = 10.200 Å.
Bước 2: Số cặp nu: 10.200 ÷ 3,4 = 3.000 cặp.
Bước 3: Tổng số nu: N = 3.000 × 2 = 6.000 nu.
Bước 4: Số nu loại A: A = 15% × 6.000 = 900 nu.
Bước 5: Tỉ lệ %G = 50% − 15% = 35%; số nu loại G: G = 35% × 6.000 = 2.100 nu.
Bước 6: Kiểm tra: A + G = 900 + 2.100 = 3.000 nu, đúng bằng N ÷ 2.
Đáp số: N = 6.000 nu; A = 900 nu; G = 2.100 nu.
Lỗi sai thường gặp khi tính chiều dài gen
Lỗi 1: Quên chia đôi tổng số nu.
Đây là lỗi phổ biến nhất, như câu chuyện bạn Lan ở đầu bài: lấy N × 3,4 thay vì (N ÷ 2) × 3,4, khiến kết quả dài gấp đôi. Mẹo nhớ: 3,4 Å là chiều dài của một cặp nu, mà một cặp có 2 nu, nên phải chia đôi N trước.
Lỗi 2: Nhầm lẫn đơn vị khi đổi.
Nhiều bạn nhớ 1 μm = 104 Å nhưng khi đổi lại viết 5.100 Å = 5,1 μm (nhầm thành chia cho 1.000) hoặc 0,051 μm (chia cho 100.000). Cách tránh nhầm: 1 μm = 10.000 Å, nên số đo bằng μm luôn nhỏ hơn số đo bằng Å đúng 10.000 lần. 5.100 Å mà ra 5,1 μm thì chỉ nhỏ hơn 1.000 lần — sai ngay.
Lỗi 3: Dùng 3,4 nm thay vì 3,4 Å.
Một số tài liệu cũ hoặc bài viết trên mạng ghi "mỗi cặp nu dài 3,4 nm". Con số này sai đơn vị: đúng ra mỗi cặp nu dài 3,4 Å, tức 0,34 nm. Nếu bạn dùng 3,4 nm thì chiều dài tính ra sẽ lớn gấp 10 lần. Hãy luôn kiểm tra đơn vị trước khi thay số.
Lỗi 4: Quên đổi đơn vị trước khi tính ngược.
Khi đề cho chiều dài bằng μm mà hỏi số nu, nhiều bạn lấy luôn số 0,34 hay 0,51 chia cho 3,4. Kết quả ra số nhỏ hơn 1, vô lý ngay. Quy tắc: luôn đổi chiều dài về Å trước, rồi mới chia cho 3,4 và nhân 2.
Bài tập tự luyện
Câu 1: Một gen có 1.800 nuclêôtit. Tính chiều dài của gen theo Å và μm.
Câu 2: Một gen dài 0,68 μm. Tính tổng số nuclêôtit của gen.
Câu 3: Một gen có 1.200 nuclêôtit. Tính chiều dài của gen theo Å.
Câu 4: Một gen dài 1.700 Å. Tính tổng số nuclêôtit của gen.
Câu 5: Một gen có 4.500 nuclêôtit. Tính chiều dài của gen theo Å và μm.
Đáp án bài tập tự luyện
| Câu | Đáp án | Giải thích ngắn |
|---|---|---|
| 1 | L = 3.060 Å = 0,306 μm | Số cặp nu = 900; L = 900 × 3,4 = 3.060 Å = 0,306 μm. |
| 2 | N = 4.000 nu | 0,68 μm = 6.800 Å; số cặp nu = 6.800 ÷ 3,4 = 2.000; N = 4.000 nu. |
| 3 | L = 2.040 Å | Số cặp nu = 600; L = 600 × 3,4 = 2.040 Å. |
| 4 | N = 1.000 nu | Số cặp nu = 1.700 ÷ 3,4 = 500; N = 500 × 2 = 1.000 nu. |
| 5 | L = 7.650 Å = 0,765 μm | Số cặp nu = 2.250; L = 2.250 × 3,4 = 7.650 Å = 0,765 μm. |
Câu hỏi thường gặp về công thức tính chiều dài gen
Hỏi: Vì sao công thức tính chiều dài gen phải chia N cho 2?
Đáp: Vì 3,4 Å là chiều dài của một cặp nuclêôtit, mà mỗi cặp gồm 2 nu. Tổng số cặp nu bằng N ÷ 2, nên chiều dài gen L = (N ÷ 2) × 3,4 Å.
Hỏi: 1 μm bằng bao nhiêu Å?
Đáp: 1 μm = 104 Å = 10.000 Å. Còn 1 nm = 10 Å. Nhớ hai mốc này là bạn đổi được mọi đơn vị trong bài tập về gen.
Hỏi: Gen càng dài thì càng có nhiều nuclêôtit, có đúng không?
Đáp: Đúng, chiều dài gen tỉ lệ thuận với tổng số nu: gen dài gấp đôi thì có số nu gấp đôi. Nhưng hai gen dài bằng nhau có thể mang thông tin khác nhau, vì trình tự các nu mới quyết định gen đó quy định sản phẩm gì.
Hỏi: Chiều dài gen tính được có phải là chiều dài thật của gen trong tế bào không?
Đáp: Chưa hẳn. Công thức cho chiều dài của đoạn ADN khi duỗi thẳng. Trong tế bào, ADN cuộn xoắn nhiều cấp độ quanh prôtêin histôn để vừa trong nhân tế bào, nên chiều dài thực tế khi cuộn lại ngắn hơn nhiều.
Hỏi: Biết chiều dài gen rồi thì tính được gì tiếp theo?
Đáp: Từ chiều dài, bạn tính ngược được tổng số nu N, rồi từ N tính tiếp số liên kết hiđrô của gen và số axit amin mà gen quy định. Nếu chưa nhớ cách tính tổng số nu, hãy xem lại bài công thức tính số nuclêôtit của gen.
Kết luận
Công thức tính chiều dài gen — L = (N ÷ 2) × 3,4 Å — chỉ có một phép chia và một phép nhân, nhưng lại là nơi học sinh mất điểm nhiều nhất chỉ vì quên chia đôi hoặc nhầm đơn vị. Bạn hãy nhớ hai điều: 3,4 Å là chiều dài của một cặp nu, và 1 μm = 10.000 Å. Nắm chắc hai điều đó, mọi bài tập về chiều dài gen đều trở nên dễ dàng.
Để luyện thêm, bạn hãy làm các bài tập trong ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Sinh học và ngân hàng đề thi trên ClassOn. Khi gặp phép tính có số thập phân dài, bạn có thể dùng máy tính Casio online để bấm nhanh và kiểm tra lại kết quả. Chúc bạn học tốt và đạt điểm cao trong bài kiểm tra Sinh học sắp tới!