Quá trình nhân đôi ADN diễn ra theo nguyên tắc nào?

Trả lời nhanh

Quá trình tự nhân đôi của ADN diễn ra theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết T, G liên kết X) và nguyên tắc bán bảo toàn (mỗi ADN con gồm một mạch cũ của ADN mẹ và một mạch mới tổng hợp). Hai nguyên tắc này giúp ADN con giống hệt ADN mẹ và giống nhau.

Hiểu đúng câu hỏi

Câu hỏi này thường xuất hiện ở dạng điền khuyết hoặc trắc nghiệm trong phần di truyền phân tử của Sinh học 12. Đáp án cần nhớ luôn là cặp “bổ sung” và “bán bảo toàn”. Nếu đề cho phương án ghép hai nguyên tắc, hãy chọn phương án có đủ cả hai cụm này.

Nguyên tắc bổ sung

Khi tổng hợp mạch mới, các nucleotit tự do của môi trường đến ghép với nucleotit trên mạch khuôn theo quy tắc:

A (ađênin) ghép với T (timin) bằng 2 liên kết hiđrô.
G (guanin) ghép với X (xitôzin) bằng 3 liên kết hiđrô.

Nhờ quy tắc này, trình tự mạch mới được quyết định hoàn toàn bởi mạch khuôn. Đây là lí do thông tin di truyền được sao chép chính xác.

Nguyên tắc bán bảo toàn

Sau một lần nhân đôi, từ 1 phân tử ADN mẹ tạo ra 2 phân tử ADN con. Mỗi phân tử con chứa một mạch cũ (lấy từ ADN mẹ) và một mạch mới (vừa tổng hợp). Vì một nửa phân tử được giữ lại nên gọi là “bán bảo toàn”.

Nguyên tắc này được chứng minh bằng thí nghiệm của Meselson và Stahl (1958) trên vi khuẩn E. coli, dùng đồng vị nitơ nặng ¹⁵N để đánh dấu ADN.

Bảng tóm tắt hai nguyên tắc

Nguyên tắc	Nội dung	Ý nghĩa
Bổ sung	A–T, G–X giữa nucleotit môi trường và mạch khuôn	Đảm bảo trình tự mạch mới chính xác
Bán bảo toàn	Mỗi ADN con có 1 mạch cũ + 1 mạch mới	Giữ ổn định thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào

Diễn biến chính giúp hiểu vì sao có hai nguyên tắc

Enzim tháo xoắn tách hai mạch ADN, tạo chạc chữ Y; mỗi mạch làm khuôn.
Enzim ADN pôlimeraza gắn nucleotit vào mạch mới theo nguyên tắc bổ sung, và chỉ kéo dài mạch theo chiều 5’→3′.
Trên mạch khuôn 3’→5′, mạch mới được tổng hợp liên tục; trên mạch khuôn 5’→3′, mạch mới được tổng hợp thành từng đoạn ngắn (đoạn Okazaki) rồi được enzim nối ligaza nối lại.
Kết thúc, mỗi ADN con giữ lại một mạch của ADN mẹ: đó là bán bảo toàn.

Loại trừ các cách nói dễ nhầm

“Nguyên tắc bảo toàn”: sai. Nếu bảo toàn thì ADN mẹ giữ nguyên cả hai mạch và ADN con có hai mạch hoàn toàn mới. Thực tế không như vậy.
“Nguyên tắc phân tán”: sai. Mô hình này cho rằng mạch cũ và mới đứt đoạn xen kẽ nhau; thí nghiệm Meselson–Stahl đã bác bỏ.
“Nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bảo toàn”: sai vế sau.
Chỉ ghi “nguyên tắc bổ sung” hoặc “nguyên tắc khuôn mẫu”: chưa đủ ý. Khuôn mẫu là cách diễn đạt bản chất của bổ sung, nhưng đề chuẩn luôn đòi cả bổ sung lẫn bán bảo toàn.

Mẹo nhớ

Nhớ “Bổ sung ghép đúng cặp – Bán bảo toàn giữ một nửa“. Hỏi “ghép thế nào” thì đáp bổ sung; hỏi “ADN con có gì của mẹ” thì đáp bán bảo toàn.

Lỗi sai thường gặp

Nhầm A–X, G–T khi ghép bổ sung (A chỉ với T, G chỉ với X).
Nghĩ ADN con có một phân tử cũ nguyên vẹn và một phân tử mới (đó là mô hình bảo toàn).
Quên rằng mạch mới luôn kéo dài theo chiều 5’→3′.

Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Một phân tử ADN nhân đôi 3 lần liên tiếp trong môi trường chỉ có nguyên liệu mới. Có bao nhiêu phân tử ADN con? Bao nhiêu phân tử còn chứa mạch của ADN ban đầu?

Giải: Số ADN con = 2³ = 8. Do bán bảo toàn, hai mạch gốc của ADN mẹ nằm ở hai phân tử khác nhau nên có 2 phân tử chứa mạch cũ. Tổng số mạch là 16, trong đó 2 mạch cũ và 14 mạch mới.

Bài 2. Một đoạn mạch khuôn có trình tự 3′-ATGXXA-5′. Viết trình tự mạch mới được tổng hợp trên đoạn này.

Giải: Ghép bổ sung từng nucleotit: A–T, T–A, G–X, X–G, X–G, A–T. Mạch mới là 5′-TAXGGT-3′.

Bài 3 (ví dụ tự đặt). Một gen có 3000 nucleotit, A = 600. Gen nhân đôi 2 lần. Môi trường cung cấp bao nhiêu nucleotit loại A và G?

Giải: A = T = 600; G = X = 3000/2 − 600 = 900. Số gen con sau 2 lần là 4, nên môi trường cung cấp A = 600 × (2² − 1) = 1800 và G = 900 × 3 = 2700.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên tắc bán bảo toàn trong nhân đôi ADN nghĩa là gì?

Là mỗi phân tử ADN con có một mạch của ADN mẹ (mạch cũ) và một mạch mới tổng hợp, nên một nửa phân tử mẹ được giữ lại.

Vì sao nhân đôi ADN phải theo nguyên tắc bổ sung?

Vì các nucleotit mới chỉ ghép đúng với nucleotit trên mạch khuôn theo cặp A–T, G–X nên trình tự mạch mới được quyết định bởi mạch khuôn, giúp sao chép chính xác thông tin di truyền.

Ai chứng minh ADN nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo toàn?

Meselson và Stahl năm 1958, bằng thí nghiệm nuôi vi khuẩn E. coli trong môi trường chứa đồng vị nitơ nặng 15N rồi chuyển sang môi trường nitơ nhẹ.

Nhân đôi ADN có theo nguyên tắc bảo toàn không?

Không. Nguyên tắc bảo toàn cho rằng ADN mẹ giữ nguyên và ADN con hoàn toàn mới, mô hình này không đúng với thực nghiệm.