Bạn hãy tưởng tượng một đoàn tàu có 499 toa. Để nối các toa lại với nhau thành một đoàn tàu hoàn chỉnh, người ta cần bao nhiêu mối nối? Bạn đếm thử: toa 1 nối với toa 2 bằng 1 mối nối, toa 2 nối với toa 3 bằng 1 mối nối nữa, cứ như vậy cho đến toa cuối cùng. Đoàn tàu 499 toa sẽ có đúng 498 mối nối — lúc nào cũng ít hơn số toa đúng một cái, vì toa đầu tiên không cần nối với toa nào ở phía trước. Và mỗi lần thợ đóng một mối nối, họ lại tháo ra một chiếc đinh thừa, rơi xuống đất — 498 mối nối thì có 498 chiếc đinh rơi.
Chuỗi polipeptit cũng là một "đoàn tàu" như vậy, trong đó mỗi toa tàu là một axit amin, mỗi mối nối là một liên kết peptit, và mỗi chiếc đinh rơi ra là một phân tử nước được giải phóng. Bài viết này sẽ giúp bạn nắm chắc công thức tính số liên kết peptit và số phân tử nước giải phóng khi tổng hợp prôtêin — một công thức chỉ có một phép trừ 1, nhưng lại có một cái bẫy tinh vi ở phía sau: số liên kết peptit được hình thành trong lúc dịch mã và số liên kết peptit thực sự còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh là hai con số khác nhau, chênh nhau đúng 1. Hiểu được chỗ này, bạn sẽ không bao giờ bị đề thi đánh lừa nữa.
Liên kết peptit là gì, nước từ đâu mà ra?
Trước khi tính toán, bạn cần hiểu liên kết peptit thực chất là cái gì. Mỗi axit amin có hai đầu: một đầu mang nhóm cacboxyl (–COOH) và một đầu mang nhóm amin (–NH2). Khi hai axit amin nối nhau, nhóm –COOH của axit amin này gặp nhóm –NH2 của axit amin kia, chúng kết hợp với nhau tạo thành liên kết –CO–NH–, gọi là liên kết peptit. Trong lúc kết hợp, một nhóm –OH từ đầu –COOH và một nguyên tử H từ đầu –NH2 tách ra, hợp lại thành một phân tử nước H2O bay ra ngoài. Phản ứng này gọi là phản ứng ngưng tụ, hay phản ứng tách nước.
Bạn hãy nhớ kỹ mối quan hệ một – một này: cứ hình thành một liên kết peptit thì giải phóng đúng một phân tử nước. Không có liên kết peptit nào được tạo ra mà không kèm theo một phân tử nước, và cũng không có phân tử nước nào được giải phóng ngoài quá trình tạo liên kết peptit. Vì vậy, trong mọi bài tập, số phân tử nước giải phóng luôn bằng số liên kết peptit được hình thành. Bạn chỉ cần tính một trong hai con số, con số còn lại tự khắc bằng nó. Đây chính là chìa khóa giúp bạn làm nhanh dạng bài này: tính liên kết peptit xong là có ngay số phân tử nước, không cần tính lại từ đầu.
Một điều nữa bạn cần nhớ: liên kết peptit chỉ nối hai axit amin kề nhau trong cùng một chuỗi. Một chuỗi có m axit amin thì có m − 1 khoảng nối giữa chúng, tức là m − 1 liên kết peptit. Công thức này giống hệt bài toán "trồng cây hai đầu đường" hay "nối toa tàu" ở đầu bài: số khoảng nối luôn ít hơn số đối tượng đúng một đơn vị. Bạn hãy giữ hình ảnh đoàn tàu trong đầu, vì nó sẽ giúp bạn nhớ công thức này mãi mãi.
Công thức tính số liên kết peptit và số phân tử nước
Gọi m là số axit amin của một chuỗi polipeptit. Số liên kết peptit và số phân tử nước giải phóng được tính như sau:
Số liên kết peptit = m − 1
Số phân tử nước giải phóng = Số liên kết peptit = m − 1
Với gen mẫu của chúng ta, chuỗi polipeptit có m = 499 axit amin, vì vậy số liên kết peptit hình thành là 499 − 1 = 498, và số phân tử nước giải phóng cũng là 498. Bạn có thể tính m từ rN của mARN: m = rN ÷ 3 − 1, thay vào công thức trên ta được số liên kết peptit hình thành = rN ÷ 3 − 2. Với gen mẫu, rN ÷ 3 = 500, trừ 2 còn 498 — khớp hoàn toàn.
Nhưng câu chuyện chưa dừng lại ở đó. Sau khi chuỗi polipeptit rời khỏi ribôxôm, axit amin mở đầu mêtiônin bị cắt bỏ. Khi Met tách ra, liên kết peptit nối Met với axit amin thứ hai cũng bị phá vỡ theo. Vì vậy, prôtêin hoàn chỉnh chỉ còn lại 498 axit amin với 497 liên kết peptit. Công thức cho con số này là:
Số liên kết peptit thực sự còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh = rN ÷ 3 − 3
Với gen mẫu: 500 − 3 = 497 liên kết peptit. Bạn hãy nhớ: số 3 ở đây là 1 codon kết thúc + 1 axit amin mở đầu bị cắt + 1 liên kết peptit bị phá vỡ cùng với nó. Ba lần trừ, ba lý do khác nhau, nhưng đều bắt nguồn từ cùng một quá trình dịch mã.
Bảng tóm tắt các công thức con
| Đại lượng cần tính | Công thức | Gen mẫu |
|---|---|---|
| Số axit amin trong chuỗi polipeptit | m = rN ÷ 3 − 1 | 499 aa |
| Số liên kết peptit hình thành trong 1 chuỗi | m − 1 = rN ÷ 3 − 2 | 498 |
| Số phân tử nước giải phóng khi tạo 1 chuỗi | m − 1 = rN ÷ 3 − 2 | 498 |
| Số axit amin trong prôtêin hoàn chỉnh | rN ÷ 3 − 2 | 498 aa |
| Số liên kết peptit thực sự còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh | rN ÷ 3 − 3 | 497 |
| Tổng số liên kết peptit hình thành khi tạo nhiều chuỗi | Số chuỗi × (m − 1) | 15 chuỗi → 7.470 |
| Tổng số phân tử nước giải phóng khi tạo nhiều chuỗi | Số chuỗi × (m − 1) | 15 chuỗi → 7.470 |
| Tổng số liên kết peptit còn lại trong các prôtêin hoàn chỉnh | Số chuỗi × (rN ÷ 3 − 3) | 15 chuỗi → 7.455 |
Ví dụ minh họa có lời giải chi tiết
Ví dụ 1: Tính số liên kết peptit và nước của gen mẫu
Đề bài: Gen mẫu có N = 3.000 nu. Tính số liên kết peptit được hình thành, số phân tử nước giải phóng khi tổng hợp một chuỗi polipeptit, và số liên kết peptit thực sự còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh.
Lời giải:
Bước 1: Số ribônu của mARN: rN = 3.000 ÷ 2 = 1.500 ribônu.
Bước 2: Số axit amin trong chuỗi polipeptit: m = 1.500 ÷ 3 − 1 = 499 axit amin.
Bước 3: Số liên kết peptit hình thành = m − 1 = 499 − 1 = 498 liên kết.
Bước 4: Số phân tử nước giải phóng = số liên kết peptit = 498 phân tử.
Bước 5: Số liên kết peptit thực sự còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh = 500 − 3 = 497 liên kết.
Đáp số: 498 liên kết peptit hình thành; 498 phân tử nước giải phóng; 497 liên kết peptit còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh.
Bạn hãy để ý: đáp số có hai con số 498 giống nhau và một con số 497. Hai con số 498 là cặp song sinh không thể tách rời — liên kết peptit và nước luôn đi cùng nhau. Còn con số 497 là con số của prôtêin hoàn chỉnh, sau khi đã cắt Met mở đầu. Nếu đề bài chỉ hỏi "số liên kết peptit" mà không nói rõ, bạn hãy trả lời 498, vì đó là số liên kết được hình thành trong quá trình dịch mã.
Ví dụ 2: Gen ngắn hơn thì liên kết peptit thay đổi ra sao?
Đề bài: Một gen khác có N = 2.400 nu. Tính số liên kết peptit hình thành, số phân tử nước giải phóng và số liên kết peptit còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh.
Lời giải:
Bước 1: Số ribônu của mARN: rN = 2.400 ÷ 2 = 1.200 ribônu.
Bước 2: Số axit amin trong chuỗi: m = 1.200 ÷ 3 − 1 = 399 axit amin.
Bước 3: Số liên kết peptit hình thành = 399 − 1 = 398 liên kết.
Bước 4: Số phân tử nước giải phóng = 398 phân tử.
Bước 5: Số liên kết peptit còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh = 400 − 3 = 397 liên kết.
Đáp số: 398 liên kết peptit hình thành; 398 phân tử nước; 397 liên kết peptit còn lại.
So sánh với ví dụ 1, gen ngắn hơn 600 nu thì chuỗi ngắn hơn 100 axit amin, ít hơn 100 liên kết peptit và ít hơn 100 phân tử nước. Quy luật này rất đều đặn: cứ mỗi 6 nu của gen bớt đi thì số liên kết peptit giảm đúng 1. Bạn có thể dùng quy luật này để kiểm tra nhanh đáp số khi làm bài thi.
Ví dụ 3: Tính cho nhiều chuỗi polipeptit cùng lúc
Đề bài: Gen mẫu sao mã tạo ra 3 phân tử mARN, mỗi phân tử mARN có 5 lượt ribôxôm trượt qua. Tính tổng số liên kết peptit được hình thành, tổng số phân tử nước giải phóng và tổng số liên kết peptit còn lại trong các prôtêin hoàn chỉnh.
Lời giải:
Bước 1: Tổng số chuỗi polipeptit tạo thành = 3 × 5 = 15 chuỗi.
Bước 2: Mỗi chuỗi có 499 axit amin nên số liên kết peptit hình thành trong một chuỗi là 498.
Bước 3: Tổng số liên kết peptit hình thành = 15 × 498 = 7.470 liên kết.
Bước 4: Tổng số phân tử nước giải phóng = 7.470 phân tử.
Bước 5: Mỗi prôtêin hoàn chỉnh còn lại 497 liên kết, vậy tổng số liên kết còn lại = 15 × 497 = 7.455 liên kết.
Đáp số: 7.470 liên kết peptit hình thành; 7.470 phân tử nước; 7.455 liên kết peptit còn lại.
Bạn hãy kiểm tra phép nhân: 15 × 498 = 15 × 500 − 15 × 2 = 7.500 − 30 = 7.470. Còn 15 × 497 = 15 × 500 − 15 × 3 = 7.500 − 45 = 7.455. Chênh lệch giữa hai tổng số là 15, đúng bằng số chuỗi polipeptit — mỗi chuỗi mất đúng 1 liên kết khi cắt Met mở đầu. Đây là một cách kiểm tra rất hay: tổng số liên kết hình thành trừ tổng số liên kết còn lại phải bằng đúng số chuỗi.
Ví dụ 4: Dạng đề ngược — tìm số chuỗi từ lượng nước giải phóng
Đề bài: Trong quá trình dịch mã của gen mẫu, tổng số phân tử nước được giải phóng là 5.976 phân tử. Hỏi đã có bao nhiêu chuỗi polipeptit được tổng hợp?
Lời giải:
Bước 1: Mỗi chuỗi polipeptit của gen mẫu giải phóng 498 phân tử nước.
Bước 2: Số chuỗi polipeptit = 5.976 ÷ 498 = 12 chuỗi.
Đáp số: 12 chuỗi polipeptit.
Kiểm tra lại: 12 × 498 = 12 × 500 − 12 × 2 = 6.000 − 24 = 5.976, khớp với đề bài. Dạng đề ngược này rất hay xuất hiện trong các đề thi, vì nó buộc bạn phải nhớ rằng số nước giải phóng bằng số liên kết peptit, rồi mới chia cho số liên kết của một chuỗi. Nếu bạn nhầm số nước của một chuỗi là 497 hay 499 thì đáp số sẽ không chia hết, đó chính là dấu hiệu cho thấy bạn đã tính sai ở đâu đó.
498 hay 497? Phân biệt cho rõ hai con số
Đây là phần quan trọng nhất của bài, vì vậy bạn hãy đọc thật kỹ. Khi ribôxôm dịch mã xong một chuỗi polipeptit có 499 axit amin, trong chuỗi đó có 498 liên kết peptit, và trong quá trình tạo ra chúng, tế bào đã giải phóng 498 phân tử nước. Đến đây, mọi chuyện còn đơn giản. Nhưng sau đó, chuỗi polipeptit rời khỏi ribôxôm và enzim cắt bỏ axit amin mở đầu Met. Met không tự rơi ra một mình: nó đang nối với axit amin thứ hai bằng một liên kết peptit, và muốn tách Met ra thì phải phá vỡ liên kết đó. Phá vỡ một liên kết peptit là phản ứng thủy phân, ngược với phản ứng ngưng tụ lúc tạo liên kết. Vì vậy, sau khi cắt Met, prôtêin hoàn chỉnh còn 498 axit amin và chỉ còn 497 liên kết peptit.
Bạn hãy hình dung lại đoàn tàu ở đầu bài: đoàn tàu 499 toa có 498 mối nối. Bây giờ người ta tháo toa đầu tiên ra khỏi đoàn tàu. Khi tháo toa đầu, mối nối giữa toa 1 và toa 2 cũng bị tháo theo, nên đoàn tàu còn lại 498 toa với 497 mối nối. Chính xác là như vậy. Số liên kết peptit "hình thành" là số mối nối thợ đã đóng trong lúc lắp ráp đoàn tàu, còn số liên kết peptit "thực sự còn lại" là số mối nối còn trên đoàn tàu sau khi đã tháo toa đầu. Hai con số này khác nhau đúng 1, và đề thi rất thích hỏi cả hai để xem bạn có phân biệt được hay không.
Vậy còn số phân tử nước thì sao? Trong lúc lắp ráp, mỗi mối nối đóng vào giải phóng 1 phân tử nước, tổng cộng 498 phân tử. Khi tháo toa đầu ra, phản ứng thủy phân cần dùng 1 phân tử nước để phá vỡ mối nối đó. Nhưng trong các bài tập phổ thông, người ta thường chỉ hỏi "số phân tử nước giải phóng trong quá trình dịch mã", tức là 498 phân tử, chứ không trừ đi phân tử nước dùng cho thủy phân. Bạn hãy làm theo quy ước này: nước giải phóng = số liên kết peptit hình thành = m − 1. Chỉ khi nào đề bài hỏi rõ "số liên kết peptit thực sự còn lại" thì bạn mới dùng công thức rN ÷ 3 − 3.
Lỗi sai thường gặp khi tính liên kết peptit và nước
Lỗi 1: Lấy số axit amin làm số liên kết peptit.
Bạn trả lời chuỗi 499 axit amin có 499 liên kết peptit. Sai rồi: 499 axit amin chỉ có 498 khoảng nối giữa chúng. Cách phòng tránh: nhớ hình ảnh đoàn tàu — số mối nối luôn ít hơn số toa đúng 1.
Lỗi 2: Nhầm số liên kết hình thành với số liên kết còn lại.
Đề hỏi số liên kết trong prôtêin hoàn chỉnh mà bạn trả lời 498 thay vì 497, hoặc ngược lại. Cách phòng tránh: đọc kỹ cụm từ hỏi — "hình thành" hay "được tạo ra" thì dùng m − 1, còn "thực sự còn lại" hay "trong prôtêin hoàn chỉnh" thì dùng rN ÷ 3 − 3.
Lỗi 3: Tính số nước khác số liên kết peptit.
Có bạn tính số nước bằng số axit amin, hoặc tính số nước bằng số liên kết còn lại 497. Cách phòng tránh: nhớ quy tắc một – một — cứ một liên kết peptit hình thành thì giải phóng một phân tử nước, vì vậy số nước luôn bằng số liên kết peptit hình thành, tức là 498 với gen mẫu.
Lỗi 4: Quên nhân với số chuỗi khi tính tổng.
Đề cho 15 chuỗi mà bạn chỉ tính số liên kết của một chuỗi là 498 rồi dừng lại. Cách phòng tránh: tính xong một chuỗi, bạn hãy tự hỏi "đề hỏi một chuỗi hay nhiều chuỗi?" rồi nhân thêm với số chuỗi nếu cần.
Bài tập tự luyện
Câu 1: Gen mẫu có N = 3.000 nu. Tính số liên kết peptit hình thành, số phân tử nước giải phóng khi tổng hợp một chuỗi polipeptit và số liên kết peptit còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh.
Câu 2: Một gen có N = 1.800 nu. Tính số liên kết peptit hình thành, số phân tử nước giải phóng và số liên kết peptit còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh.
Câu 3: Một phân tử mARN có 2.100 ribônu. Tính số liên kết peptit hình thành, số phân tử nước giải phóng và số liên kết peptit còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh.
Câu 4: Gen mẫu sao mã tạo ra các phân tử mARN, tổng cộng có 10 chuỗi polipeptit được tổng hợp. Tính tổng số liên kết peptit hình thành, tổng số phân tử nước giải phóng và tổng số liên kết peptit còn lại trong các prôtêin hoàn chỉnh.
Câu 5: Trong quá trình dịch mã của gen mẫu, tổng số phân tử nước được giải phóng là 3.486 phân tử. Hỏi đã có bao nhiêu chuỗi polipeptit được tổng hợp và tổng số liên kết peptit còn lại trong các prôtêin hoàn chỉnh là bao nhiêu?
Đáp án bài tập tự luyện
| Câu | Đáp án | Giải thích |
|---|---|---|
| 1 | 498 LK; 498 H2O; 497 LK còn lại | Chuỗi có 499 aa nên số liên kết hình thành = 499 − 1 = 498; số nước = 498; số liên kết còn lại trong prôtêin hoàn chỉnh = 500 − 3 = 497. Nếu bạn trả lời 499 liên kết thì bạn đã lấy số axit amin làm số liên kết; nếu trả lời 497 cho số nước thì bạn đã nhầm nước với liên kết còn lại. |
| 2 | 298 LK; 298 H2O; 297 LK còn lại | rN = 1.800 ÷ 2 = 900 ribônu; số codon = 300; chuỗi có 299 aa; số liên kết hình thành = 299 − 1 = 298; số nước = 298; số liên kết còn lại = 300 − 3 = 297. Đừng lấy N = 1.800 chia 3, vì 1.800 là số nu của gen hai mạch. |
| 3 | 698 LK; 698 H2O; 697 LK còn lại | Đề cho trực tiếp rN = 2.100 ribônu: số codon = 700; chuỗi có 699 aa; số liên kết hình thành = 699 − 1 = 698; số nước = 698; số liên kết còn lại = 700 − 3 = 697. Nếu bạn chia 6 thì ra 350 codon, sai một nửa, vì 2.100 là rN của mARN một mạch. |
| 4 | 4.980 LK; 4.980 H2O; 4.970 LK còn lại | 10 chuỗi, mỗi chuỗi 498 liên kết hình thành nên tổng số liên kết hình thành = 10 × 498 = 4.980; tổng số nước = 4.980; tổng số liên kết còn lại = 10 × 497 = 4.970. Chênh lệch 4.980 − 4.970 = 10, đúng bằng số chuỗi, vì mỗi chuỗi mất 1 liên kết khi cắt Met. |
| 5 | 7 chuỗi; 3.479 LK còn lại | Mỗi chuỗi giải phóng 498 phân tử nước nên số chuỗi = 3.486 ÷ 498 = 7 chuỗi; tổng số liên kết còn lại = 7 × 497 = 3.479. Kiểm tra: 498 × 7 = 3.486, khớp đề bài; 497 × 7 = 3.479. Nếu bạn chia cho 497 thì ra 7,01, không phải số nguyên, đó là dấu hiệu bạn đã dùng sai số nước của một chuỗi. |
Câu hỏi thường gặp về liên kết peptit và nước
Hỏi: Vì sao số phân tử nước luôn bằng số liên kết peptit?
Đáp: Vì mỗi liên kết peptit được tạo ra bằng phản ứng ngưng tụ: nhóm –COOH của axit amin này và nhóm –NH2 của axit amin kia kết hợp, tách ra đúng một phân tử nước. Một liên kết thì một phân tử nước, mười liên kết thì mười phân tử nước, không bao giờ lệch.
Hỏi: Liên kết peptit và liên kết phôtphođieste khác nhau thế nào?
Đáp: Liên kết peptit nối hai axit amin trong chuỗi polipeptit, còn liên kết phôtphođieste nối hai nuclêôtit trong mạch ADN hoặc ARN. Cả hai đều là liên kết cộng hoá trị, nhưng nối hai loại đơn phân khác nhau và thuộc hai quá trình khác nhau: dịch mã tạo liên kết peptit, còn nhân đôi và sao mã tạo liên kết phôtphođieste.
Hỏi: Khi cắt axit amin mở đầu, có phải số phân tử nước giải phóng cũng giảm đi 1 không?
Đáp: Trong các bài tập phổ thông, số phân tử nước giải phóng được tính trong quá trình dịch mã tạo chuỗi polipeptit, tức là 498 với gen mẫu, và người ta không trừ đi phân tử nước dùng cho phản ứng thủy phân khi cắt Met. Bạn cứ làm theo quy ước này: nước giải phóng = số liên kết peptit hình thành.
Hỏi: Prôtêin có nhiều chuỗi polipeptit thì tính liên kết peptit thế nào?
Đáp: Bạn tính riêng từng chuỗi rồi cộng lại: prôtêin có k chuỗi với tổng cộng m axit amin thì số liên kết peptit là m − k, vì mỗi chuỗi thiếu 1 liên kết so với số axit amin của nó. Với prôtêin chỉ có 1 chuỗi thì công thức trở về m − 1 như trong bài này.
Hỏi: Học xong công thức này thì nên ôn thêm công thức nào?
Đáp: Bạn nên ôn lại công thức tính số ribônuclêôtit của ARN để tính rN khi đề chỉ cho số nu từng loại, và công thức tính chiều dài gen để thấy mối liên hệ giữa N, chiều dài gen và số axit amin của prôtêin. Cả ba bài dùng chung gen mẫu N = 3.000 nu nên bạn chỉ cần nhớ một bộ số liệu là làm được cả chuỗi bài tập.
Kết luận
Số liên kết peptit trong một chuỗi polipeptit được tính bằng công thức m − 1, và số phân tử nước giải phóng luôn bằng đúng số liên kết peptit đó, vì mỗi liên kết peptit hình thành đều giải phóng một phân tử nước. Với gen mẫu, chuỗi polipeptit có 499 axit amin, 498 liên kết peptit và 498 phân tử nước giải phóng. Nhưng bạn đừng quên con số 497: sau khi axit amin mở đầu bị cắt bỏ, prôtêin hoàn chỉnh chỉ còn lại 497 liên kết peptit, tính bằng công thức rN ÷ 3 − 3.
Muốn thành thạo, bạn hãy làm lại các bài tập cuối bài mà không nhìn đáp án, đặc biệt chú ý đọc kỹ đề hỏi "liên kết hình thành" hay "liên kết còn lại" trước khi chọn công thức. Khi làm bài kiểm tra, nếu phép tính có nhiều con số, bạn có thể dùng máy tính Casio online để bấm nhanh và kiểm tra lại kết quả của mình. Chúc bạn học tốt và đạt điểm cao trong bài kiểm tra Sinh học sắp tới!