Bài học

Nguyên tắc bổ sung

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em phát biểu và áp dụng đúng nguyên tắc bổ sung (A ghép T, G ghép C) để viết mạch bổ sung từ một mạch DNA cho trước, và nêu đúng số liên kết hydrogen của mỗi loại cặp base.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết DNA gồm hai mạch đối song song, mỗi mạch là chuỗi nucleotide nối tiếp qua liên kết đường-phosphate, và base nitơ của hai mạch quay vào trong, liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen (same-grade bridge). Bài này gọi tên chính xác quy luật ghép cặp đó: base nào bắt buộc đứng đối diện base nào.

Khởi động

Một ổ khóa chỉ mở được bằng đúng một loại chìa — không phải chìa nào cũng vừa. Base nitơ trên hai mạch DNA cũng "chọn bạn" theo cách tương tự: mỗi loại base chỉ ghép cặp được với đúng một loại base khác, không bao giờ ghép lẫn. Quy tắc chọn bạn đó là gì?

Kiến thức trọng tâm

Nguyên tắc bổ sung phát biểu: trên phân tử DNA, Adenine (A) của mạch này luôn ghép cặp với Thymine (T) của mạch kia, và Guanine (G) luôn ghép cặp với Cytosine (C) — không bao giờ A ghép với G hay C, cũng không bao giờ T ghép với G hay C. Đây chính là quy luật quyết định base nào đứng đối diện base nào mà bài trước còn để ngỏ.

Số liên kết hydrogen giữa hai base trong một cặp không giống nhau ở hai loại cặp: cặp A–T liên kết với nhau bằng 2 liên kết hydrogen, còn cặp G–C liên kết bằng 3 liên kết hydrogen. Không có mẹo tắt nào để suy ra con số này — cần ghi nhớ trực tiếp: A–T mang 2, G–C mang 3. Chính vì mỗi cặp luôn gồm một base cỡ lớn ghép với một base cỡ nhỏ, khoảng cách giữa hai mạch xương sống giữ đều nhau suốt chiều dài phân tử, dù ghép theo trật tự nào.

Vì hai mạch đối song song, khi viết mạch bổ sung của một mạch cho trước, em không đổi thứ tự các vị trí — chỉ cần thay từng base tại đúng vị trí đó theo nguyên tắc bổ sung, rồi ghi rõ mạch bổ sung chạy theo chiều ngược lại (nếu mạch gốc viết 5' đến 3' thì mạch bổ sung xếp thẳng hàng bên dưới chạy 3' đến 5'). Nhầm giữa việc "đổi base" và việc "đổi chiều đọc" là lỗi hay gặp nhất ở dạng bài này, và callout cuối bài sẽ nhắc lại kỹ hơn.

Đối chiếu từng cột: A–T, T–A, G–C, C–G, C–G, A–T, T–A, G–C — không cột nào lệch quy tắc.

Bốn phát biểu bên phải đều là những nhầm lẫn phổ biến — đối chiếu từng câu với nguyên tắc bổ sung vừa học để thấy rõ vì sao chúng sai.

Ví dụ

Viết mạch bổ sung từ một mạch gốc cho trước

1
Cho mạch gốc DNA có trình tự 5'-A T T G C A-3'. Viết mạch bổ sung tương ứng, ghi rõ chiều của mạch bổ sung.
2
Thay lần lượt từng base theo quy tắc A↔T, G↔C: vị trí 1 (A) → T; vị trí 2 (T) → A; vị trí 3 (T) → A; vị trí 4 (G) → C; vị trí 5 (C) → G; vị trí 6 (A) → T. (1)
3
Vì hai mạch đối song song, khi xếp mạch bổ sung thẳng hàng ngay dưới mạch gốc (mạch gốc 5' ở cột trái), mạch bổ sung chạy theo chiều ngược lại — đầu 3' của mạch bổ sung nằm ở cột trái, đầu 5' nằm ở cột phải.
4
Từ (1), mạch bổ sung xếp thẳng hàng dưới mạch gốc là 3'-T A A C G T-5'.
5
Đối chiếu từng cặp: A–T, T–A, T–A, G–C, C–G, A–T — đủ 6 cặp, không cặp nào sai quy tắc.
6
Vậy mạch bổ sung của 5'-ATTGCA-3' là 3'-TAACGT-5', xếp thẳng cột và chạy ngược chiều với mạch gốc.

Ví dụ

Suy ra base bị che từ mạch bổ sung đã biết (dạng đề thi)

1
Một đoạn mạch gốc DNA bị mờ hai vị trí khi in đề: 5'-G T ? C A ?-3'. Biết mạch bổ sung xếp thẳng hàng bên dưới, đọc được đầy đủ là 3'-C A G G T A-5'. Xác định hai base bị che của mạch gốc.
2
So khớp bốn vị trí còn đọc được: vị trí 1 (G–C), vị trí 2 (T–A), vị trí 4 (C–G), vị trí 5 (A–T) — cả bốn đều đúng nguyên tắc bổ sung, xác nhận cách ghép cặp trong đề. (1)
3
Từ (1), mạch bổ sung tại vị trí 3 là G. Vì G luôn ghép với C, base mạch gốc tại vị trí 3 phải là C.
4
Mạch bổ sung tại vị trí 6 là A. Vì A luôn ghép với T, base mạch gốc tại vị trí 6 phải là T.
5
Mạch gốc đầy đủ là G T C C A T; ghép với mạch bổ sung C A G G T A, đủ 6 cặp G–C, T–A, C–G, C–G, A–T, T–A — không cặp nào sai quy tắc.
6
Vậy hai base bị che của mạch gốc là C (vị trí 3) và T (vị trí 6); mạch gốc đầy đủ là 5'-GTCCAT-3'.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Sai lầm thường gặp

Sai lầm phổ biến nhất là viết đúng từng base theo nguyên tắc bổ sung nhưng quên đảo chiều — ghi mạch bổ sung là "5' đến 3'" ngay dưới mạch gốc cũng "5' đến 3'", trong khi đúng ra phải là "3' đến 5'" vì hai mạch đối song song. Từng cặp base vẫn đúng, nhưng chiều ghi sai khiến cả bài bị trừ điểm trình bày. Một lỗi khác là nhầm A–T với G–C khi đếm liên kết hydrogen — luôn nhớ A–T mang 2, G–C mang 3, không phải ngược lại.

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Ghi nhớ ba điều của bài hôm nay: A ghép T, G ghép C, không ghép chéo; cặp A–T mang 2 liên kết hydrogen, cặp G–C mang 3; khi viết mạch bổ sung, thay đúng base tại từng vị trí rồi ghi rõ mạch bổ sung chạy ngược chiều với mạch gốc.

Nếu biết một mạch có bao nhiêu A, T, G, C, em có thể suy luôn ra thành phần của mạch còn lại — và hơn thế, suy ra thành phần của cả phân tử DNA. Bài tiếp theo biến quy tắc này thành công cụ tính toán.