Bạn có một cuốn sách dày hai mặt giấy, nhưng bạn chỉ muốn photo lại những trang mình cần, in ra một mặt giấy mỏng để mang theo bên mình. Bản photo đó ngắn hơn cuốn sách gốc một nửa, vì mỗi trang photo chỉ sao lại nội dung của một mặt giấy, không phải cả hai mặt. Phân tử ARN cũng giống như một bản photo như vậy: nó được sao chép từ gen trên ADN, nhưng chỉ dài bằng một mạch của gen, vì ARN chỉ có một mạch đơn.
Bài viết này sẽ giúp bạn nắm chắc công thức tính số ribônuclêôtit của ARN — một công thức chỉ có một phép chia đôi, nhưng lại mở ra cả một loạt bài tập về phiên mã: tính số ribônu từng loại, đối chiếu ribônu với nuclêôtit trên mạch khuôn, hay tính ngược lại tổng số nu của gen từ số ribônu của ARN. Chúng ta sẽ bắt đầu từ điểm khác nhau giữa ARN và ADN, rồi đi qua công thức chính, bốn ví dụ tính từng bước với đủ dạng đề, cách phân biệt mạch khuôn với mạch mã gốc, phần lỗi sai thường gặp, bài tập tự luyện có đáp án giải thích cặn kẽ và mục hỏi đáp cuối bài.
ARN khác ADN ở những điểm nào?
Trước khi tính toán, bạn cần nhớ ba điểm khác nhau cơ bản giữa ARN và ADN, vì cả ba đều liên quan trực tiếp đến cách làm bài tập. Thứ nhất, ADN có hai mạch xoắn đôi, còn ARN thường chỉ có một mạch đơn. Thứ hai, đường trong nuclêôtit của ARN là đường ribôzơ, còn đường trong ADN là đường đêôxiribôzơ — đó cũng là lý do đơn phân của ARN được gọi là ribônuclêôtit, viết tắt là rN, còn đơn phân của ADN được gọi là nuclêôtit, viết tắt là N. Thứ ba, ARN không có bazơ timin (T) mà thay bằng bazơ uraxin (U): trong ARN, U đóng vai trò giống như T trong ADN, bắt cặp bổ sung với A.
ARN được tổng hợp từ gen trong quá trình phiên mã: enzim ARN pôlimeraza bám vào gen, tách hai mạch của gen ra, rồi dùng một trong hai mạch làm khuôn để tổng hợp nên phân tử ARN theo nguyên tắc bổ sung. Phân tử ARN vừa tạo ra sẽ rời khỏi gen, đi làm nhiệm vụ của mình trong tế bào, còn gen thì đóng hai mạch lại như cũ để tiếp tục phiên mã lần sau hoặc nhân đôi khi tế bào phân chia.
Gen mẫu mà chúng ta dùng xuyên suốt bài này có tổng số nuclêôtit N = 3.000 nu, trong đó A = T = 900 nu và G = X = 600 nu. Mỗi mạch của gen có 1.500 nu, với thành phần từng mạch như sau: mạch 1 có A1 = 400, T1 = 500, G1 = 350, X1 = 250; mạch 2 có A2 = 500, T2 = 400, G2 = 250, X2 = 350. Bạn hãy kiểm tra nhanh: 400 + 500 + 350 + 250 = 1.500, và 500 + 400 + 250 + 350 = 1.500, cả hai mạch đều đủ 1.500 nu. Bộ số liệu này sẽ được dùng cho mọi ví dụ trong bài, kể cả khi đổi vai trò mạch khuôn.
Vì sao số ribônu của ARN bằng số nu trên một mạch của gen?
Câu trả lời nằm ngay trong cách ARN được tổng hợp. Khi phiên mã, chỉ có một mạch của gen được dùng làm khuôn, gọi là mạch gốc hay mạch khuôn. Enzim ARN pôlimeraza đọc từng nuclêôtit trên mạch khuôn và gắn vào phân tử ARN đang dài ra một ribônuclêôtit bổ sung tương ứng. Mạch khuôn có bao nhiêu nuclêôtit thì phân tử ARN tạo ra có bấy nhiêu ribônuclêôtit, không hơn không kém.
Bạn hãy quay lại hình ảnh bản photo ở đầu bài: cuốn sách có hai mặt giấy, mỗi mặt 1.500 chữ, nhưng bản photo một mặt chỉ sao lại nội dung của một mặt, nên chỉ dài 1.500 chữ. Tương tự, gen có hai mạch, mỗi mạch 1.500 nu, nhưng ARN chỉ sao từ một mạch khuôn nên chỉ có 1.500 ribônu. Đó là lý do công thức của bài hôm nay lại có phép chia đôi N/2: số ribônu của ARN bằng số nu trên MỘT mạch của gen, tức là bằng một nửa tổng số nu của gen.
Một điểm quan trọng nữa: mạch còn lại của gen, gọi là mạch mã gốc hay mạch bổ sung, không được dùng làm khuôn trong lần phiên mã đó. Nó chỉ đứng bên cạnh, giữ vai trò bổ sung với mạch khuôn theo nguyên tắc A với T, G với X. Vì vậy, khi đề bài cho số nu trên cả hai mạch, bạn phải xác định rõ mạch nào là mạch khuôn rồi mới đối chiếu sang ribônu của ARN. Nhầm mạch khuôn với mạch mã gốc là một trong những lỗi sai hay gặp nhất, chúng ta sẽ nói kỹ ở phần sau của bài.
Công thức tính số ribônuclêôtit của ARN
Gọi N là tổng số nuclêôtit của gen, rN là tổng số ribônuclêôtit của phân tử ARN được tổng hợp từ gen đó. Công thức tính số ribônuclêôtit của ARN như sau:
rN = N/2 = rA + rU + rG + rX
Trong đó:
- rN là tổng số ribônuclêôtit của phân tử ARN (đơn vị: ribônu).
- N là tổng số nuclêôtit của gen làm khuôn (đơn vị: nu).
- rA, rU, rG, rX là số lượng ribônuclêôtit từng loại trên phân tử ARN.
- N/2 là số nuclêôtit trên một mạch của gen, cũng là số nu trên mạch khuôn.
Vì ARN được tổng hợp theo nguyên tắc bổ sung với mạch khuôn, từng loại ribônu trên ARN đối chiếu trực tiếp với từng loại nu trên mạch khuôn như sau: rA = T gốc, rU = A gốc, rG = X gốc, rX = G gốc. Bạn hãy đọc kỹ bốn đẳng thức này, vì chúng là chìa khóa của mọi bài tập tính số ribônu từng loại. Lưu ý chỗ dễ nhầm nhất: rU đi với A gốc, vì trong ARN, U thay cho T nên U sẽ bắt cặp với A trên mạch khuôn; còn rA đi với T gốc, vì A trên ARN bắt cặp với T trên mạch khuôn. Tương tự, rG đi với X gốc và rX đi với G gốc, giống như cặp G-X quen thuộc trong ADN.
Bạn cũng có thể tính ngược lại: nếu đề cho rN thì tổng số nu của gen là N = 2 × rN. Và nếu đề cho ba trong bốn loại ribônu thì loại còn lại bằng rN trừ đi tổng ba loại đã biết. Hai phép biến đổi nhỏ này sẽ xuất hiện trong ví dụ 4 và bài tập cuối bài, bạn hãy ghi nhớ để dùng khi gặp dạng đề ngược.
Bảng tóm tắt các công thức con
| Đại lượng cần tính | Công thức | Ghi chú |
|---|---|---|
| Tổng số ribônu của ARN | rN = N/2 | Dạng dùng nhiều nhất |
| Tổng số ribônu của ARN | rN = rA + rU + rG + rX | Cộng đủ 4 loại ribônu |
| Số ribônu loại A | rA = T gốc | A trên ARN bổ sung với T trên mạch khuôn |
| Số ribônu loại U | rU = A gốc | U thay cho T nên bổ sung với A gốc |
| Số ribônu loại G | rG = X gốc | G trên ARN bổ sung với X trên mạch khuôn |
| Số ribônu loại X | rX = G gốc | X trên ARN bổ sung với G trên mạch khuôn |
| Tổng số nu của gen khi biết rN | N = 2 × rN | Dạng đề ngược |
Ví dụ minh họa có lời giải chi tiết
Ví dụ 1: Tính tổng số ribônu và số ribônu từng loại khi mạch 2 làm khuôn
Đề bài: Gen mẫu có N = 3.000 nu. Mạch 2 của gen làm mạch khuôn để tổng hợp ARN, với A2 = 500, T2 = 400, G2 = 250, X2 = 350. Tính tổng số ribônuclêôtit của ARN và số lượng ribônu từng loại.
Lời giải:
Bước 1: Tính tổng số ribônu: rN = N/2 = 3.000 ÷ 2 = 1.500 ribônu.
Bước 2: Đối chiếu từng loại ribônu với mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung: rA = T gốc = T2 = 400; rU = A gốc = A2 = 500; rG = X gốc = X2 = 350; rX = G gốc = G2 = 250.
Bước 3: Kiểm tra: rA + rU + rG + rX = 400 + 500 + 350 + 250 = 1.500 ribônu, đúng bằng rN vừa tính.
Đáp số: rN = 1.500 ribônu; rA = 400, rU = 500, rG = 350, rX = 250.
Bạn hãy để ý: số ribônu loại U là 500, lớn nhất trong bốn loại, vì nó đối chiếu với A gốc = 500 trên mạch khuôn. Nhiều bạn hay nhầm rU với T gốc, nhưng ARN không có T, ribônu đứng đối diện với A gốc phải là U, không thể là T được.
Ví dụ 2: Đổi mạch khuôn sang mạch 1 thì kết quả thay đổi ra sao?
Đề bài: Gen mẫu có N = 3.000 nu. Lần này mạch 1 của gen làm mạch khuôn để tổng hợp ARN, với A1 = 400, T1 = 500, G1 = 350, X1 = 250. Tính tổng số ribônuclêôtit của ARN và số lượng ribônu từng loại.
Lời giải:
Bước 1: Tính tổng số ribônu: rN = N/2 = 3.000 ÷ 2 = 1.500 ribônu. Tổng số không đổi, vì dù mạch nào làm khuôn thì mạch khuôn cũng có 1.500 nu.
Bước 2: Đối chiếu từng loại ribônu với mạch khuôn mới: rA = T gốc = T1 = 500; rU = A gốc = A1 = 400; rG = X gốc = X1 = 250; rX = G gốc = G1 = 350.
Bước 3: Kiểm tra: 500 + 400 + 250 + 350 = 1.500 ribônu, đúng bằng rN.
Đáp số: rN = 1.500 ribônu; rA = 500, rU = 400, rG = 250, rX = 350.
So sánh với ví dụ 1, bạn thấy tổng số ribônu không đổi nhưng số lượng từng loại đã đổi chỗ cho nhau: rA và rU hoán đổi, rG và rX hoán đổi. Điều này hoàn toàn hợp lý, vì hai mạch của gen bổ sung cho nhau nên thành phần của chúng cũng "đổi vai" cho nhau. Bài học rút ra: đề bài cho mạch nào làm khuôn thì bạn đối chiếu đúng mạch đó, đừng lấy số liệu của mạch còn lại ra dùng.
Ví dụ 3: Tính số ribônu của một gen ngắn hơn
Đề bài: Một gen khác có N = 2.400 nu. Phân tử ARN do gen này tổng hợp có rA = 300, rU = 400, rG = 250, rX = 250. Tính tổng số ribônu của ARN và kiểm tra xem các số liệu có khớp nhau không.
Lời giải:
Bước 1: Tính tổng số ribônu từ N: rN = N/2 = 2.400 ÷ 2 = 1.200 ribônu.
Bước 2: Cộng số ribônu từng loại đề cho: rA + rU + rG + rX = 300 + 400 + 250 + 250 = 1.200 ribônu.
Bước 3: So sánh: tổng cộng từng loại bằng đúng rN tính từ N, vậy các số liệu khớp nhau, đề bài nhất quán.
Đáp số: rN = 1.200 ribônu; các số liệu khớp nhau.
Bước kiểm tra ở ví dụ này tuy ngắn nhưng rất quan trọng: trong phòng thi, bạn luôn có thể cộng bốn loại ribônu lại để đối chiếu với N/2. Nếu hai con số lệch nhau thì hoặc đề bài có bẫy, hoặc bạn đã tính sai ở đâu đó. Thói quen kiểm tra này chỉ tốn vài giây nhưng cứu được rất nhiều điểm.
Ví dụ 4: Tìm loại ribônu còn thiếu và tính ngược ra N của gen
Đề bài: Một gen có N = 1.800 nu. Phân tử ARN do gen này tổng hợp có rA = 200, rU = 250, rG = 300. Tính rX và tổng số ribônu của ARN. Nếu chỉ biết rN = 900 ribônu thì tính được N của gen bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Bước 1: Tính tổng số ribônu: rN = N/2 = 1.800 ÷ 2 = 900 ribônu.
Bước 2: Tìm rX bằng cách lấy tổng trừ đi ba loại đã biết: rX = rN − (rA + rU + rG) = 900 − (200 + 250 + 300) = 900 − 750 = 150 ribônu.
Bước 3: Kiểm tra: 200 + 250 + 300 + 150 = 900 ribônu, đúng bằng rN.
Bước 4: Tính ngược N từ rN: N = 2 × rN = 2 × 900 = 1.800 nu, đúng bằng N đề cho.
Đáp số: rX = 150 ribônu; rN = 900 ribônu; N = 1.800 nu.
Ví dụ này gộp hai kỹ năng hay gặp trong đề thi: tìm loại ribônu còn thiếu bằng phép trừ, và tính ngược N từ rN bằng phép nhân đôi. Cả hai đều dựa trên cùng một đẳng thức rN = N/2 = rA + rU + rG + rX, chỉ khác là bạn xuất phát từ đầu nào của đẳng thức mà thôi.
Phân biệt mạch khuôn với mạch mã gốc
Đây là phần lý thuyết ngắn nhưng rất hay bị hỏi dưới dạng câu trắc nghiệm, nên bạn hãy đọc kỹ. Gen có hai mạch: mạch khuôn, còn gọi là mạch gốc, là mạch được enzim ARN pôlimeraza dùng làm khuôn để tổng hợp ARN; mạch còn lại gọi là mạch mã gốc hay mạch bổ sung, có trình tự giống với phân tử ARN, chỉ khác là ở mạch mã gốc có T ở những vị trí mà trên ARN có U.
Bạn có thể kiểm chứng ngay bằng gen mẫu: lấy mạch 2 làm khuôn như ví dụ 1, ARN tạo ra có rA = 400, rU = 500, rG = 350, rX = 250. Mạch 1, tức là mạch mã gốc trong trường hợp này, có A1 = 400, T1 = 500, G1 = 350, X1 = 250. Bạn thấy đấy: A trên ARN bằng A trên mạch mã gốc, G bằng G, X bằng X, còn U trên ARN thì tương ứng với T trên mạch mã gốc. Nói cách khác, đọc mạch mã gốc là bạn đọc được gần như toàn bộ "nội dung" của phân tử ARN, chỉ cần đổi T thành U.
Trong bài tập, đề bài có thể cho số nu trên mạch mã gốc rồi hỏi số ribônu của ARN. Khi đó bạn có hai cách làm: một là suy ra số nu trên mạch khuôn bằng nguyên tắc bổ sung rồi đối chiếu như ví dụ 1, hai là dùng thẳng quan hệ "ARN giống mạch mã gốc, chỉ đổi T thành U". Cách thứ hai nhanh hơn: rA = A mã gốc, rU = T mã gốc, rG = G mã gốc, rX = X mã gốc. Bạn hãy thử với gen mẫu: mạch 1 là mạch mã gốc có A1 = 400, T1 = 500, G1 = 350, X1 = 250 thì ARN có rA = 400, rU = 500, rG = 350, rX = 250, đúng bằng kết quả ví dụ 1. Hai cách cho cùng một đáp số, bạn dùng cách nào thấy thuận tay hơn thì dùng.
Lỗi sai thường gặp khi tính số ribônuclêôtit của ARN
Lỗi 1: Lấy cả N làm số ribônu.
Nhiều bạn tính rN = N = 3.000 ribônu thay vì rN = N/2 = 1.500 ribônu. Nguyên nhân là quên mất ARN chỉ có một mạch, chỉ sao từ một mạch khuôn. Hãy luôn tự nhắc mình: ARN một mạch nên số ribônu bằng số nu trên MỘT mạch của gen.
Lỗi 2: Đối chiếu nhầm mạch khuôn.
Đề cho mạch 2 làm khuôn mà bạn lại lấy số liệu mạch 1 ra đối chiếu, kết quả là rA và rU hoán đổi cho nhau, rG và rX cũng hoán đổi. Tổng số ribônu vẫn đúng nên bạn rất khó phát hiện ra mình sai nếu chỉ kiểm tra tổng. Cách phòng tránh: khoanh tròn dòng "mạch nào làm khuôn" ngay khi đọc đề, rồi chỉ dùng số liệu của mạch đó.
Lỗi 3: Nhầm rU với T gốc.
Có bạn viết rU = T gốc, tức là cho rằng ribônu U đối diện với T trên mạch khuôn. Sai rồi: U bắt cặp với A, giống như T bắt cặp với A trong ADN. Ribônu đối diện với T gốc phải là A, tức là rA = T gốc. Bạn hãy nhớ câu thần chú: U đi với A, A đi với T.
Lỗi 4: Cộng thiếu một loại ribônu khi kiểm tra tổng.
Khi kiểm tra rA + rU + rG + rX = rN, có bạn chỉ cộng ba loại rồi kết luận đề sai. ARN có bốn loại ribônu, thiếu một loại là tổng lệch ngay. Bạn hãy đếm đủ bốn số hạng trước khi cộng.
Lỗi 5: Nhầm số ribônu với số nuclêôtit của gen khi tính ngược.
Dạng đề ngược cho rN = 900 rồi hỏi N, có bạn trả lời N = 900 nu mà quên nhân đôi. ARN có 900 ribônu thì mạch khuôn có 900 nu, cả gen có hai mạch nên N = 2 × 900 = 1.800 nu. Nhân đôi ở bước cuối là bước không được quên.
Bài tập tự luyện
Câu 1: Gen mẫu có N = 3.000 nu. Tính tổng số ribônuclêôtit của phân tử ARN do gen này tổng hợp.
Câu 2: Mạch khuôn của gen mẫu có A = 500, T = 400, G = 250, X = 350. Tính số lượng ribônu từng loại của ARN.
Câu 3: Một gen có N = 2.400 nu. Phân tử ARN do gen này tổng hợp có rA = 350, rU = 250, rG = 300. Tính rX.
Câu 4: Một phân tử ARN có rN = 900 ribônu. Tính tổng số nuclêôtit của gen đã tổng hợp nên phân tử ARN đó.
Câu 5: Một phân tử ARN có rA = 400, rU = 500, rG = 350, rX = 250. Tính tổng số ribônu của ARN và tổng số nuclêôtit của gen làm khuôn.
Đáp án bài tập tự luyện
| Câu | Đáp án | Giải thích |
|---|---|---|
| 1 | rN = 1.500 ribônu | rN = N/2 = 3.000 ÷ 2 = 1.500 ribônu, vì ARN chỉ có một mạch nên số ribônu bằng số nu trên một mạch của gen. Nếu bạn ra 3.000 ribônu thì bạn đã quên chia đôi; nếu ra 750 thì bạn đã chia đôi hai lần. |
| 2 | rA = 400, rU = 500, rG = 350, rX = 250 | Đối chiếu với mạch khuôn: rA = T gốc = 400; rU = A gốc = 500; rG = X gốc = 350; rX = G gốc = 250. Kiểm tra tổng: 400 + 500 + 350 + 250 = 1.500 ribônu, đúng bằng N/2. Nếu bạn viết rU = 400 thì bạn đã nhầm rU với T gốc; U phải đi với A gốc mới đúng. |
| 3 | rX = 300 ribônu | Tổng số ribônu là rN = 2.400 ÷ 2 = 1.200 ribônu. rX = 1.200 − (350 + 250 + 300) = 1.200 − 900 = 300 ribônu. Nếu bạn lấy 2.400 trừ đi 900 thì bạn đã quên chia đôi N trước, đáp số sẽ sai gấp đôi. |
| 4 | N = 1.800 nu | Dạng đề ngược: N = 2 × rN = 2 × 900 = 1.800 nu. Nếu bạn trả lời 900 nu thì bạn đã quên nhân đôi ở bước cuối; 900 mới chỉ là số nu trên một mạch khuôn, chưa phải tổng số nu của cả gen. |
| 5 | rN = 1.500 ribônu; N = 3.000 nu | rN = 400 + 500 + 350 + 250 = 1.500 ribônu. Gen làm khuôn có N = 2 × rN = 2 × 1.500 = 3.000 nu. Đây chính là gen mẫu của chúng ta, với mạch khuôn là mạch 2. Nếu bạn chỉ cộng ra 1.500 mà dừng lại thì mới trả lời được nửa câu hỏi. |
Câu hỏi thường gặp về số ribônuclêôtit của ARN
Hỏi: Vì sao ARN lại dùng U thay cho T?
Đáp: Đó là đặc điểm cấu tạo của ARN: trong bốn loại bazơ của ARN có uraxin (U) thay cho timin (T) của ADN. Về mặt bắt cặp, U làm đúng vai trò của T, tức là bắt cặp bổ sung với A. Vì vậy mọi quy tắc đối chiếu bạn đã biết với T đều áp dụng được cho U, chỉ cần nhớ đổi tên.
Hỏi: ARN có mấy loại, công thức này dùng cho loại nào?
Đáp: ARN có ba loại chính là mARN, tARN và rARN, nhưng công thức rN = N/2 dùng chung cho mọi phân tử ARN được tổng hợp từ một gen, vì phân tử ARN nào cũng chỉ có một mạch và cũng sao từ một mạch khuôn của gen. Bài này không đi sâu vào chức năng từng loại ARN, bạn chỉ cần nhớ công thức dùng được cho cả ba loại.
Hỏi: Nếu đề cho số nu trên mạch mã gốc thì tính ribônu thế nào?
Đáp: Bạn có hai cách. Cách một: suy ra số nu trên mạch khuôn bằng nguyên tắc bổ sung rồi đối chiếu rA = T gốc, rU = A gốc, rG = X gốc, rX = G gốc. Cách hai nhanh hơn: ARN giống mạch mã gốc, chỉ đổi T thành U, nên rA = A mã gốc, rU = T mã gốc, rG = G mã gốc, rX = X mã gốc. Hai cách cho cùng một đáp số.
Hỏi: Số ribônu của ARN có bằng số axit amin của chuỗi pôlipeptit không?
Đáp: Không. Trên phân tử mARN, cứ 3 ribônu liên tiếp tạo thành một bộ ba mã hóa một axit amin, nên số axit amin bằng rN ÷ 3, trừ đi các bộ ba kết thúc và bộ ba mở đầu theo từng trường hợp cụ thể. Công thức này thuộc bài về dịch mã, không nằm trong phạm vi bài hôm nay, nhưng bạn nên biết để không nhầm hai đại lượng với nhau.
Hỏi: Học xong công thức này thì nên ôn thêm công thức nào?
Đáp: Bạn nên ôn lại công thức tính số nuclêôtit của gen để tính N 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 ribônu của ARN. 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 ribônuclêôtit của ARN được tính bằng công thức rN = N/2 = rA + rU + rG + rX. Toàn bộ tinh thần của công thức nằm ở hai ý: ARN chỉ có một mạch nên số ribônu bằng số nu trên một mạch khuôn của gen, và ARN dùng U thay cho T nên quy tắc đối chiếu là rA = T gốc, rU = A gốc, rG = X gốc, rX = G gốc. Nhớ được hai ý này, bạn sẽ làm được mọi dạng đề: tính tổng số ribônu, tính từng loại ribônu, tìm loại còn thiếu, hay tính ngược lại tổng số nu của gen.
Muốn thành thạo, bạn hãy làm lại các bài tập cuối bài mà không nhìn đáp án, đặc biệt chú ý khoanh tròn mạch khuôn ngay khi đọc đề để không đối chiếu nhầm mạch. 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!