Темы «Молекулярная биология» и «Генетика» – наиболее интересные и сложные темы в курсе «Общая биология». Эти темы изучаются и в 9-х, и в 11х классах, но времени на отработку умения решать задачи в программе явно недостаточно. Однако умение решать задачи по генетике и молекулярной биологии предусмотрено Стандартом биологического образования, а также такие задачи входят в состав КИМ ЕГЭ.
Для решения задач по молекулярной биологии необходимо владеть следующими биологическими понятиями: виды нуклеиновых кислот,строение ДНК, репликация ДНК , функции ДНК, строение и функции РНК, генетический код, свойства генетического кода,мутация.
Типовые задачи знакомят с основными приемами рассуждений в генетике, а «сюжетные»– полнее раскрывают и иллюстрируют особенности этой науки, делая ее интересной и привлекательной для учащихся. Подобранные задачи характеризуют генетику как точную науку, использующую математические методы анализа. Решение задач в биологии требует умения анализировать фактический материал, логически думать и рассуждать , а также определенной изобретательности при решении особенно трудных и запутанных задач.
Для закрепления теоретического материала по способам и приемам решения задач предлагаются задачи для самостоятельного решения, а также вопросы для самоконтроля.
Примеры решения задач
Необходимые пояснения:
- Один шаг это полный виток спирали ДНК–поворот на 360o
- Один шаг составляют 10 пар нуклеотидов
- Длина одного шага – 3,4 нм
- Расстояние между двумя нуклеотидами – 0,34 нм
- Молекулярная масса одного нуклеотида – 345 г/моль
- Молекулярная масса одной аминокислоты – 120 г/мол
- В молекуле ДНК: А+Г=Т+Ц (Правило Чаргаффа: ∑(А) = ∑(Т), ∑(Г) = ∑(Ц), ∑(А+Г) =∑(Т+Ц)
- Комплементарность нуклеотидов: А=Т; Г=Ц
- Цепи ДНК удерживаются водородными связями, которые образуются между комплементарными азотистыми основаниями: аденин с тимином соединяются 2 водородными связями, а гуанин с цитозином тремя.
- В среднем один белок содержит 400 аминокислот;
- вычисление молекулярной массы белка:
где Мmin – минимальная молекулярная масса белка,
а – атомная или молекулярная масса компонента,
в – процентное содержание компонента.
Задача № 1.Одна из цепочек ДНК имеет последовательность нуклеотидов : АГТ АЦЦ ГАТ АЦТ ЦГА ТТТ АЦГ … Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка ДНК той же молекулы. Для наглядности можно использовать магнитную «азбуку» ДНК (прием автора статьи) .
Решение: по принципу комплементарности достраиваем вторую цепочку (А-Т,Г-Ц) .Она выглядит следующим образом: ТЦА ТГГ ЦТА ТГА ГЦТ ААА ТГЦ.
Задача № 2. Последовательность нуклеотидов в начале гена, хранящего информацию о белке инсулине, начинается так: ААА ЦАЦ ЦТГ ЦТТ ГТА ГАЦ. Напишите последовательности аминокислот, которой начинается цепь инсулина.
Решение: Задание выполняется с помощью таблицы генетического кода, в которой нуклеотиды в иРНК (в скобках – в исходной ДНК) соответствуют аминокислотным остаткам.
Задача № 3. Большая из двух цепей белка инсулина имеет (так называемая цепь В) начинается со следующих аминокислот : фенилаланин-валин-аспарагин-глутаминовая кислота-гистидин-лейцин. Напишите последовательность нуклеотидов в начале участка молекулы ДНК, хранящего информацию об этом белке.
Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): т.к. одну аминокислоту могут кодировать несколько триплетов, точную структуру и-РНК и участка ДНКопределить невозможно, структура может варьировать. Используя принцип комплементарности и таблицу генетического кода получаем один из вариантов:
| Цепь белка |
Фен |
Вал |
Асн |
Глу |
Гис |
Лей |
|
|
и-РНК |
УУУ |
ГУУ |
ААУ |
ГАА |
ЦАЦ |
УУА |
|
|
ДНК |
1-я цепь |
ААА |
ЦАА |
ТТА |
ЦТТ |
ГТГ |
ААТ |
|
2-я цепь |
ТТТ |
ГТТ |
ААТ |
ГАА |
ЦАЦ |
ТТА |
Задача № 4. Участок гена имеет следующее строение, состоящее из последовательности нуклеотидов: ЦГГ ЦГЦ ТЦА ААА ТЦГ … Укажите строение соответствующего участка белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка удаление из гена четвертого нуклеотида?
Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): Используя принцип комплементарности и таблицу генетического кода получаем:
| Цепь ДНК |
ЦГГ |
ЦГЦ |
ТЦА |
ААА |
ТЦГ |
|
и -РНК |
ГЦЦ |
ГЦГ |
АГУ |
УУУ |
АГЦ |
|
Аминокислоты цепи белка |
Ала-Ала-Сер-Фен-Сер |
При удалении из гена четвертого нуклеотида – Ц произойдут заметные изменения – уменьшится количество и состав аминокислот в белке:
| Цепь ДНК |
ЦГГ |
ГЦТ |
ЦАА |
ААТ |
ЦГ |
|
и -РНК |
ГЦЦ |
ЦГА |
ГУУ |
УУА |
ГЦ |
|
Аминокислоты цепи белка |
Ала-Арг-Вал-Лей- |
Задача № 5. Вирусом табачной мозаики (РНК-содержащий вирус) синтезируется участок белка с аминокислотной последовательностью: Ала – Тре – Сер – Глу – Мет-. Под действием азотистой кислоты (мутагенный фактор) цитозин в результате дезаминирова ния превращается в урацил. Какое строение будет иметь участок белка вируса табачной мозаики, если все цитидиловые нуклеотиды подвергнутся указанному химическому превращению?
Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): Используя принцип комплементарности и таблицу генетического кода получаем :
| Аминокислоты цепи белка (исходная) |
Ала – Тре – Сер – Глу – Мет- |
||||
|
и -РНК (исходная) |
ГЦУ |
АЦГ |
АГУ |
ГАГ |
АУГ |
|
и -РНК (дезаминированная) |
ГУУ |
АУГ |
АГУ |
ГАГ |
АУГ |
|
Аминокислоты цепи белка (дезаминированная) |
Вал – Мет – Сер – Глу – Мет- |
Задача № 6. При синдроме Фанкоми (нарушение образования костной ткани) у больного с мочой выделяются аминокислоты , которым соответствуют кодоны в и -РНК : АУА ГУЦ АУГ УЦА УУГ ГУУ АУУ. Определите, выделение каких аминокислот с мочой характерно для синдрома Фанкоми, если у здорового человека в моче содержатся аминокислоты аланин, серин, глутаминовая кислота, глицин.
Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): Используя принцип комплементарности и таблицу генетического кода получаем:
| и -РНК |
АУА |
ГУЦ |
АУГ |
УЦА |
УУГ |
ГУУ |
АУУ |
|
Аминокислоты цепи белка (больного человека) |
Изе-Вал-Мет-Сер-Лей-Вал-Иле |
||||||
|
Аминокислоты цепи белка (здорового человека) |
Ала-Сер-Глу-Гли |
Таким образом, в моче больного человека только одна аминокислота (серин) такая же как, у здорового человека, остальные – новые, а три, характерные для здорового человека, отсутствуют.
Задача № 7. Цепь А инсулина быка в 8-м звене содержит аланин, а лошади – треонин, в 9-м звене соответственно серин и глицин. Что можно сказать о происхождении инсулинов?
Решение (для удобства сравнения используем табличную форму записи решения): Посмотрим, какими триплетами в и-РНК кодируются упомянутые в условии задачи аминокислоты.
| Организм |
Бык |
Лошадь |
|
8-е звено |
Ала |
Тре |
|
и- РНК |
ГЦУ |
АЦУ |
|
9-е звено |
Сер |
Гли |
|
и- РНК |
АГУ |
ГГУ |
Т.к. аминокислоты кодируются разными триплетами, взяты триплеты, минимално отличающиеся друг от друга. В данном случае у лошади и быка в 8-м и 9-м звеньях изменены аминокислоты в результате замены первых нуклеотидов в триплетах и -РНК : гуанин заменен на аденин ( или наоборот). В двухцепочечной ДНК это будет равноценно замене пары Ц-Г на Т-А (или наоборот).
Следовательно, отличия цепей А инсулина быка и лошади обусловлены транзициями в участке молекулы ДНК, кодирующей 8-е и 9-е звенья цепи А инсулинов быка и лошади.
Задача № 7 . Исследования показали, что в и- РНК содержится 34% гуанина,18% урацила, 28% цитозина и 20% аденина.Определите процентный состав азотистых оснваний в участке ДНК, являющейся матрицей для данной и-РНК.
Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): Процентное соотношение азотистых оснований высчитываем исходя из принципа комплементарности:
| и-РНК |
Г |
У |
Ц |
А |
|
34% |
18% |
28% |
20% |
|
|
ДНК (смысловая цепь, считываемая) |
Г |
А |
Ц |
Т |
|
28% |
18% |
34% |
20% |
|
|
ДНК (антисмысловая цепь) |
Г |
А |
Ц |
Т |
|
34% |
20% |
28% |
18% |
Суммарно А+Т и Г+Ц в смысловой цепи будут составлять: А+Т=18%+20%=38% ; Г+Ц=28%+34%=62%. В антисмысловой (некодируемой) цепи суммарные показатели будут такими же , только процент отдельных оснований будет обратный: А+Т=20%+18%=38% ; Г+Ц=34%+28%=62%. В обеих же цепях в парах комплиментарных оснований будет поровну, т.е аденина и тимина – по 19%, гуанина и цитозина по 31%.
Задача № 8. На фрагменте одной нити ДНК нуклеотиды расположены в последователь ности: А–А–Г–Т–Ц–Т–А–Ц–Г–Т–А–Т. Определите процентное содержание всех нукле отидов в этом фрагменте ДНК и длину гена.
Решение:
1) достраиваем вторую нить (по принципу комплементарности)
2) ∑(А +Т+Ц+Г) = 24,из них ∑(А) = 8 = ∑(Т)
| 24 – 100% |
=> х = 33,4% |
|
8 – х% |
|
24 – 100% |
=> х = 16,6% |
|
4 – х% |
∑(Г) = 4 = ∑(Ц)
3) молекула ДНК двуцепочечная, поэтому длина гена равна длине одной цепи:
12 × 0,34 = 4,08 нм
Задача № 9. В молекуле ДНК на долю цитидиловых нуклеотидов приходится 18%. Определите процентное содержание других нуклеотидов в этой ДНК.
Решение:
1) т.к. Ц = 18%, то и Г = 18%;
2) на долю А+Т приходится 100% – (18% +18%) = 64%, т.е. по 32%
Задача № 10. В молекуле ДНК обнаружено 880 гуанидиловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего числа нуклеотидов в этой ДНК. Определите: а) сколько других нуклеотидов в этой ДНК? б) какова длина этого фрагмента?
Решение:
1) ∑(Г) = ∑(Ц)= 880 (это 22%); На долю других нуклеотидов приходится 100% – (22%+22%)= 56%, т.е. по 28%; Для вычисления количества этих нуклеотидов составляем пропорцию:
22% – 880
28% – х, отсюда х = 1120
2) для определения длины ДНК нужно узнать, сколько всего нуклеотидов содержится в 1 цепи:
(880 + 880 + 1120 + 1120) : 2 = 2000
2000 × 0,34 = 680 (нм)
Задача № 11. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 000, из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК. Определите длину этого фрагмента.
Решение:
1) 69 000 : 345 = 200 (нуклеотидов в ДНК), 8625 : 345 = 25 (адениловых нуклеотидов в этой ДНК),∑(Г+Ц) = 200 – (25+25)= 150, т.е. их по 75;
2) 200 нуклеотидов в двух цепях, значит в одной – 100. 100 × 0,34 = 34 (нм)
Задача № 12. Что тяжелее: белок или его ген?
Решение: Пусть х – количество аминокислот в белке, тогда масса этого белка – 120х, количество нуклеотидов в гене, кодирующем этот белок, – 3х, масса этого гена – 345 × 3х. 120х < 345 × 3х, значит ген тяжелее белка.
Задача № 13. Гемоглобин крови человека содержит 0, 34% железа. Вычислите минимальную молекулярную массу гемоглобина.
Решение: Мmin = 56 : 0,34% · 100% = 16471
Задача №14. Альбумин сыворотки крови человека имеет молекулярную массу 68400. Определите количество аминокислотных остатков в молекуле этого белка.
Решение: 68400 : 120 = 570 (аминокислот в молекуле альбумина)
Задача №15. Белок содержит 0,5% глицина. Чему равна минимальная молекулярная масса этого белка, если М глицина = 75,1? Сколько аминокислотных остатков в этом белке?
Решение: Мmin = 75,1 : 0,5% · 100% = 15020 ; 15020 : 120 = 125 (аминокислот в этом белке)
Задачи для самостоятельной работы
- Молекула ДНК распалась на две цепочки. одна из них имеет строение : ТАГ АЦТ ГГТ АЦА ЦГТ ГГТ ГАТ ТЦА … Какое строение будет иметь вторая молекула ДНК ,когда указанная цепочка достроится до полной двухцепочечной молекулы ?
- Полипептидная цепь одного белка животных имеет следующее начало : лизин-глутамин-треонин-аланин-аланин-аланин-лизин-… С какой последовательности нуклеотидов начинается ген, соответствующий этому белку?
- Участок молекулы белка имеет следующую последовательность аминокислот: глутамин-фенилаланин-лейцин-тирозин-аргинин. Определите одну из возможных последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК.
- Участок молекулы белка имеет следующую последовательность аминокислот: глицин-тирозин-аргинин-аланин-цистеин. Определите одну из возможных последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК.
- Одна из цепей рибонуклеазы (фермента поджелудочной железы) состоит из 16 аминокислот: Глу-Гли-асп-Про-Тир-Вал-Про-Вал-Про-Вал-Гис-фен-Фен-Асн-Ала-Сер-Вал. Определите структуру участка ДНК , кодирующего эту часть рибонуклеазы.
- Фрагмент гена ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ГТЦ ЦТА АЦЦ ГГА ТТТ. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и аминокислот в полипептидной цепи белка.
- Фрагмент гена ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТЦГ ГТЦ ААЦ ТТА ГЦТ. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и аминокислот в полипептидной цепи белка.
- Фрагмент гена ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТГГ АЦА ГГТ ТТЦ ГТА. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и аминокислот в полипептидной цепи белка.
- Определите порядок следования аминокислот в участке молекулы белка, если известно, что он кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК: ТГА ТГЦ ГТТ ТАТ ГЦГ ЦЦЦ. Как изменится белок , если химическим путем будут удалены 9-й и 13-й нуклеотиды?
- Кодирующая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТАГ ЦГТ ТТЦ ТЦГ ГТА. Как изменится структура молекулы белка, если произойдет удвоение шестого нуклеотида в цепи ДНК. Объясните результаты.
- Кодирующая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТАГ ТТЦ ТЦГ АГА. Как изменится структура молекулы белка, если произойдет удвоение восьмого нуклеотида в цепи ДНК. Объясните результаты.
- Под воздействием мутагенных факторов во фрагменте гена: ЦАТ ТАГ ГТА ЦГТ ТЦГ произошла замена второго триплета на триплет АТА. Объясните, как изменится структура молекулы белка.
- Под воздействием мутагенных факторов во фрагменте гена: АГА ТАГ ГТА ЦГТ ТЦГ произошла замена четвёртого триплета на триплет АЦЦ. Объясните, как изменится структура молекулы белка.
- Фрагмент молекулы и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГЦА УГУ АГЦ ААГ ЦГЦ. Определите последовательность аминокислот в молекуле белка и её молекулярную массу.
- Фрагмент молекулы и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГАГ ЦЦА ААУ АЦУ УУА. Определите последовательность аминокислот в молекуле белка и её молекулярную массу.
- Ген ДНК включает 450пар нуклеотидов. Какова длина, молекулярная масса гена и сколько аминокислот закодировано в нём?
- Сколько нуклеотидов содержит ген ДНК, если в нем закодировано 135 аминокислот. Какова молекулярная масса данного гена и его длина?
- Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующую структуру: ГГТ АЦГ АТГ ТЦА АГА. Определите первичную структуру белка, закодированного в этой цепи, количество (%) различных видов нуклеотидов в двух цепях фрагмента и его длину.
- Какова молекулярная масса гена и его длина, если в нем закодирован белок с молекулярной массой 1500 г/моль?
- Какова молекулярная масса гена и его длина, если в нем закодирован белок с молекулярной массой 42000 г/моль?
- В состав белковой молекулы входит 125 аминокислот. Определите количество нуклеотидов в и-РНК и гене ДНК, а также количества молекул т-РНК принявших участие в синтезе данного белка.
- В состав белковой молекулы входит 204 аминокислоты. Определите количество нуклеотидов в и-РНК и гене ДНК, а также количества молекул т-РНК принявших участие в синтезе данного белка.
- В синтезе белковой молекулы приняли участие 145 молекул т-РНК. Определите число нуклеотидов в и-РНК, гене ДНК и количество аминокислот в синтезированной молекуле белка.
- В синтезе белковой молекулы приняли участие 128 молекул т-РНК. Определите число нуклеотидов в и-РНК, гене ДНК и количество аминокислот в синтезированной молекуле белка.
- Фрагмент цепи и-РНК имеет следующую последовательность: ГГГ УГГ УАУ ЦЦЦ ААЦ УГУ. Определите, последовательность нуклеотидов на ДНК, антикодоны т-РНК, и последовательность аминокислот соответствующая фрагменту гена ДНК.
- Фрагмент цепи и-РНК имеет следующую последовательность: ГУУ ГАА ЦЦГ УАУ ГЦУ. Определите, последовательность нуклеотидов на ДНК, антикодоны т-РНК, и последовательность аминокислот соответствующая фрагменту гена ДНК.
- В молекуле и-РНК содержится 13% адениловых, 27% гуаниловых и 39% урациловых нуклеотидов. Определите соотношение всех видов нуклеотидов в ДНК, с которой была транскрибирована данная и-РНК.
- В молекуле и-РНК содержится 21% цитидиловых, 17% гуаниловых и 40% урациловых нуклеотидов. Определите соотношение всех видов нуклеотидов в ДНК, с которой была транскрибирована данная и-РНК
- Молекула и-РНК содержит 21% гуаниловых нуклеотидов, сколько цитидиловых нуклеотидов содержится в кодирующей цепи участка ДНК?
- Если в цепи молекулы ДНК, с которой транскрибирована генетическая информация, содержалось 11% адениловых нуклеотидов, сколько урациловых нуклеотидов будет содержаться в соответствующем ему отрезке и-РНК?
Используемая литература.
- Болгова И.В. Сборник задач по общей биологии с решениями для поступающих в вузы–М.: ООО «Издательство Оникс»:»Издательство.»Мир и Образование», 2008г.
- Воробьев О.В. Уроки биологии с применением информационных технологий .10 класс. Методическое пособие с электронным приложением–М.:Планета,2012г.
- Чередниченко И.П. Биология. Интерактивные дидактические материалы.6-11 класс. Методическое пособие с электронным интерактивным приложением. – М.:Планета,2012г.
- Интернет-ссылки:
- http://ru.convdocs.org/download/docs-8406/8406.doc
- https://bio.1sept.ru/articles/2009/06
Определение количества нуклеотидов в молекуле ДНК
Задача 77.
В молекуле ДНК 17% адениловых нуклеотидов, сколько в ней содержится гуаниловых нуклеотидов?
Решение:
Согласно принципу комплементарности аденин всегда стоит в паре с тимином, значит их количество одинаково, т.е. А = Т = 17%, а вместе они составляют 34%. Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% — 34% = 66%. Поскольку гуанин всегда находится в паре с цитозином, то Г = Ц = 66%, а на каждого из них приходится 66 : 2 = 33%.
Ответ: процентное содержание гуаниловых нуклеотидов составляет 33%.
Задача 78.
В молекуле иРНК : 22% аденина, 36% гуанина, 15% цитозина и 27% урацила. Сколько и каких нуклеотидов будет в двухцепочечной молекуле ДНК, на которой
была синтезирована иРНК?
Решение:
Зная, что молекула иРНК комплементарна одной цепи ДНК, можно посчитать содержащиеся в этой цепи нуклеотиды: 22% аденина в иРНК соответствует 22% тимина в ДНК, 36% гуанина в иРНК соответствует 36% цитозина в ДНК, 15% цитозина в иРНК соответствует 15% гуанина в ДНК, 27% урацила в иРНК соответствует 27% аденина в ДНК. Теперь по принципу комплементарности можно посчитать нуклеотиды во второй цепи ДНК. Если в первой цепи 22% тимина, то во второй цепи будет 22% аденина (Т = А), если в первой цепи 36% цитозина, то во второй цепи будет 36% гуанина (Ц = Г), соответственно во второй цепи будет 15% цитозина напротив Г (Г = Ц) и 27% Т напротив А (А = Т). Теперь можно посчитать нуклеотиды в двух цепях: А = 27% в первой цепи + 22% во второй цепи = 49%, Т = А тоже 49%, Г = 15% в одной цепи + 36% во второй цепи = 51%, значит Ц тоже будет 51%.
Ответ: А = 49%, Т = 49%, Г = 51%, Ц = 51%.
Задача 79.
Молекула иРНК состоит из 300 нуклеотидов. Какова длина и масса этой молекулы?
Решение:
Молекула иРНК одноцепочечная. Известно, что длина одного нуклеотида равна 0,34 нм. Значит, длина иРНК будет 400 х 0,34 нм = 136 нм. Известно, что средняя молярная масса нуклеотида равна 300 г/моль, значит, масса молекулы иРНК будет: 300 х 300 = 900 г/моль.
Ответ: длина молекулы иРНК — 136 нм, М(иРНК) = 1600 г/моль.
Задача 80.
Молекула ДНК состоит из 2000 нуклеотидов, какова е? длина? Какова длина иРНК, построенной на данной молекуле ДНК?
Решение:
Поскольку молекула ДНК двухцепочечная, то чтобы узнать, сколько нуклеотидов в одной цепи, надо 2000 : 2 = 1000 пар нуклеотидов. Зная длину нуклеотида в
цепи, можно вычислить длину ДНК: 1000 х 0,34 нм = 340 нм. Такую же длину будет иметь иРНК, так как она строится на одной цепи ДНК.
Ответ: длина молекулы ДНК = длине молекулы иРНК = 340 нм.
Задача 81.
Фрагмент нуклеотидной цепи ДНК имеет последовательность ААГТГАЦГГАТТАА.
Определите нуклеотидную последовательность второй цепи и общее число водородных связей, которые образуются между двумя цепями.
Решение:
По принципу комплементарности А всегда стоит в паре с Т, а Г всегда образует пару с Ц, значит можно достроить вторую цепь ДНК, получим:
1-я цепочка ДНК – ААГТГАЦГГАТТАА;
2-я цепочка ДНК – ТТЦАЦТГЦЦТААТТ.
Теперь можно посчитать количество водородных связей, которые поддерживают эту молекулу. Между А и Т две водородные связи, между Г и Ц — три водородные связи. Количество аденинов и тиминов в 1-й цепочке ДНК равно 9, столько же будет и во 2-й цепочке — (А = Т = 9); Количество гуанинов и цитозинов и тиминов в 1-й цепочке ДНК равно 5, столько же будет и во 2-й цепочке — (Г = Ц = 5). Значит,всего водородных связей будет: (2 х 9) + (3 х 5) = 18 + 15 = 33.
Ответ: 33 водородных связей между двумя цепями ДНК.
Методические рекомендации по решение задач по молекулярной биологии.
Молекулярная биология
– наука, ставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности
путем изучения биологических объектов и систем на уровне, приближающемся к
молекулярному уровню, а в ряде случаем и достигающем этого предела. Конечной
целью при этом является выяснение того, каким образом и в какой мере
характерные проявления жизни, такие, как наследственность — воспроизведение
себе подобного, биосинтез белков, возбудимость, рост и развитие, хранение и
передача информации, превращения энергии, подвижность и т. д., обусловлены структурой,
свойствами и взаимодействием молекул биологически важных веществ, в первую
очередь двух главных классов высокомолекулярных биополимеров – белков и
нуклеиновых кислот. Неотъемлемой
частью изучения молекулярной биологии является приобретение навыков решения
задач, методом применения на практике теоретических знаний биологических
закономерностей. При
решении задач по молекулярной биологии используются следующие понятия и
термины:
1.
Антикодон (гр. анти – против + кодон) – участок молекулы транспортной РНК,
состоящий из трех нуклеотидов, специфически (комплементарно) связывающийся с кодоном
информационной РНК, что обеспечивает правильную расстановку каждой
аминокислоты (в полипептидной цепи) при биосинтезе
белка.
2. Аминокислота
— класс органических соединений, содержащих карбоксильные (-COOH)
и аминогруппы (-NH2)
и обладающих свойствами кислот и оснований.
3. Ген –
(гр. генос – род, происхождение) – элементарная единица наследственности; участок
молекулы ДНК (у высших организмов) и РНК (у вирусов и фагов), содержащая
информацию о первичной структуре одного белка.
4. Генетический
код — система (записи) наследственной (генетической) информации в
молекулах нуклеиновых кислот чередованием последовательности нуклеотидов. Генетический
код определяет последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся
полипептидную цепь в соответствии с последовательностью нуклеотидов ДНК гена.
Общие свойства генетического кода:
> Триплетность — каждая
аминокислота кодируется тремя нуклеотидами;
> Вырожденность (избыточность)
— многие аминокислотные остатки кодируются несколькими кодонами;
> Однозначность —
каждый отдельный кодон кодирует только один аминокислотный остаток;
> Универсальность —
генетический код одинаков для всех исследованных организмов;
> Компактность —
между кодонами в и — РНК нет «занятых» нуклеотидов, которые
не входят в последовательность кодонов данного гена.
> Неперекрываемость —
кодоны одного гена не перекрываются, (исключение: вирус и
бактериофаги).
5.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — представляет собой
двойной неразветвленный полимер, свернутый в спираль, носитель генетической
информации, ее отдельные участки соответствуют определенным генам. ДНК — биополимер,
мономерами являются дезоксирибонуклеотиды. Состав
нуклеотида:
а) азотистое основание (пуриновое – аденин , гуанин; пиримидиновое
— цитозин и тимин);
б) углевод – дизоксирибоза; в)
остаток фосфорной кислоты. Функция
ДНК — хранение и передача наследственных свойств клеток.
6. Интроны —
участки гена (ДНК) эукариот, которые не несут генетической информации,
относящейся к синтезу белка, кодируемого данным геном.
7. РНК (рибонуклеиновая
кислота) — представляет собой одинарную
полинуклеотидную цепочку, биополимер – мономерами являются
рибонуклеотиды.
Состав рибонуклеотида: а)
азотистое основание (пуриновое – аденин , гуанин и пиримидиновое
— цитозин, урацил);
б) углевод – рибоза; в)
остаток фосфорной кислоты.
7.
Информационная РНК или матричная РНК (и — РНК или м- РНК передает
код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы.
8. Рибосомальная
РНК (р — РНК) – входит в состав особых органелл клетки – рибосом,
вместе с белками р — РНК выполняет структурную функцию, обеспечения
определенное пространственное расположение и- РНК и т- РНК во время синтеза
белковой молекулы.
9. Транспортная
РНК (т — РНК) переносит аминокислоты к рибосом.
10. Кодон (триплет)
(фр. код – сборник условных сокращенных обозначений и названий) —
дискретная единица генетического кода, состоящего из 3-х последовательных нуклеотидов,
в молекуле ДНК или и — РНК. Последовательность кодонов в гене
определяет последовательность аминокислот в полимерной цепи белка,
кодируемого этим геном.
11. Комплементарность
(от лат. комплементум — дополнение) –
пространственная взаимозаменяемость молекул или их частей, приводящая к
образованию водородных связей. Комплементарность проявляется в
строение нуклеиновых кислот, где в полинуклеотидной цепи в
результате комплементарного взаимодействия пар пуриновых и пиримидиновых
оснований (А-Т, Г-Ц) образуют двуспиральную в молекулу.
12. Правило
Э. Чаргаффа — в
любых молекулах ДНК молярная сумма пуриновых оснований (аденин+гуанин) равна
сумме пиримидиновых оснований (цитозин + тимин), то есть —
=1, молярное
содержание аденина равно тимину, а гуанина- цитозину. Из правила Э.
Чаргаффа следует, что нуклеотидный состав ДНК различных видов может
варьировать только по суммам комплементарних оснований — 
=1
Правило Э. Чаргаффа было
использовано для построения модели структуры ДНК. 
13. Рибосомы (от
рибонуклеиновая кислота и греч. сома – тельце) – немембранные органеллы клетки осуществляют
биосинтез белка, имеют две разные по размерам субъединиц: большой и малой.
Каждая из субъединиц состоит из взаимодействующих между собой рибосомальной —
РНК (р -РНК) и белков.
14. Репарация (от лат. reparatio — восстановление) –
особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические
повреждения и разрывы в молекулах ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе
ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов.
15.
Репликация – это свойство ДНК к самоудвоению,
оно основывается на принципе комплементарности (редупликации): (А=Т; Т=А;
Г=Ц; Ц=Г) последовательность нуклеотидов во вновь созданной цепи определяется
их расположением в цепи материнской молекулы ДНК, которая служит матрице
16.
Транскрипция (лат. транскрипцио — переписывание) —
биосинтез и — РНК на матрице (соответствующих участках) ДНК, осуществляется в
клетках организма, — первый этап реализации генетической информации, в
ходе которого, последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается»
в нуклеотидную последовательность и — РНК.
17. Трансляция (лат. трансляцио — передача) – синтез полипептидных
цепей белков, идущий в клетках путем «считывания» генетической информации,
«записанной» в виде последовательности нуклеотидов в молекуле информационной
(и — РНК) или матричной (или м — РНК). Перевод генетической информации
с и- РНК в структуру специфических белков осуществляется путем синтеза («сбора»)
аминокислот в последовательности, соответствующей «записанному» на и – РНК
генетическому коду. Трансляция начинается всегда с триплета АУГ, который
кодирует аминокислоту метионин. Сигналом для окончания синтеза белка является
один из стоп – кодонов (УАА, УАГ, УГА).
18. Трансверсия
(лат. transverto — обращать, превращать)— мутация,
приводящая к замене пуринового основания на пиримидиновое (А или Г на Т, У или
Ц) или пиримидинового основания на пуриновое (Т, У или Ц на А или Г). Термин
«трансверсия» предложен Э. Фризом в 1959 году.
19. Транзиция (лат. transitus — переход, прохождение) — мутация,
приводящая к замене одного пуринового азотистого основания на другое (А на
Г) или одного пиримидинового азотистого основания на другое (У или Т на Ц).
Термин «Транзиция» предложен Э.Фризом в 1959году.
20. Экзоны —
участки гена (ДНК) эукариот, несущие генетическую информацию, которая, в
отличие от интронов, полностью представлена в молекуле и —
РНК, которая кодирует первичную структуру
белка.
21. Линейные размеры нуклеотида 0,34 нм или 3,4 (Ангстрем)
22. Средняя длина одной аминокислоты 0,3635
нм.
23. Молекулярная масса одной аминокислоты равна 100 а. е. м. или 100 Да (Да –
дальтон, единица измерения молекулярной массы одной
аминокислоты).
24.
Молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 а. е. м. или
345 (Да дальтон, единица измерения молекулярной массы одного нуклеотида).
на. Фризом в 1959
25. Таблица генетического кода
Решение задач на определение содержания элементов и органических
веществ в организме человека
1.
Содержание серы в организме человека составляет 0,25% от массы тела.
Какая
масса серы входит в состав организма человека массой 70 кг?
|
Дано: ω(S) = 0,25% m (тела) =70кг. |
|
M (S) — ? |
Алгоритм решения задачи.
Решение
ω = 
:100%;
m(S)=
= 
Ответ: 0,175кг серы
2. В клетках организма
человека кассовые части кислорода, углерода и водорода составляют
соответственно 15%, 18%, 10%. Атомы какого из названных элементов в
организме человека больше всего.
3. Гемоглобин крови
человека содержит 0,34% железа. Определите молекулярную массу
гемоглобина.
4. Белок содержит 0,5%
глицина, молекулярная масса глицина 75. Чему равна минимальная молекулярная масса
белка.
5. Содержание белка в
организме человека составляет 17% от массы тела. Определите массу
белка в организме человека, масса которого 70 кг.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ФРАГМЕНТА ДНК или РНК
6. Какова длина фрагмента ДНК, состоящая из 540 нуклеотидов?
Алгоритм
решения задачи
|
Дано: n нук -дов ДНК =540 L нук.=0,34 нм |
Решение: Молекула ДНК состоит из двух цепей, поэтому её длина равна 1. n (нук.) одной цепи =540:2 =270 нуклеотидов 2.L ДНК= n нуклеотидов × L нук. = 270× Ответ: длина ДНК =83.7нм |
|
L ДНК — ? |
7. Одна из ДНК сперматозоида человека содержит 10 пар азотистых
оснований. Определите длину ДНК.
8. Какова длина фрагмента ДНК, состоящая из 450 нуклеотидов
9. Фрагмент молекулы РНК овцы состоит из 37 нуклеотидов, какова
его длина? 10.
Какова длина фрагмента ДНК, состоящая из 270 нуклеотидов?
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ДНК И ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
НУКЛЕОТИДОВ В МОЛЕКУЛЕ ДНК.
11. На фрагменте правой цепи молекулы
ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А-А-А-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т
Определите:
а)
порядок нуклеотидов в левой цепи молекулы ДНК,
объясните,
каким принципом при этом вы руководствуетесь?
б) какова длина (в нм) этого
фрагмента ДНК? (Каждый нуклеотид занимает 0.34 нм по
длине цепи ДНК);
в)
сколько (в %) содержится нуклеотидов (отдельно) в этой ДНК?
Алгоритм решения задачи
Решение: для построения левой цепи мы
знаем, что ДНК способна к самоудвоению по принципу комплементарности (А=Т;
Т=А; Г=Ц; Ц=Г) нуклеотиды расположены в следующем порядке: |
а)
А-А-А-Т- Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т …
| | | | | | | | | | | |
Т- Т- Т-А- Г-А-Т- Г-Ц-А-Т-А ..
б) зная
длину одного нуклеотида (0,34 нм) и
количество нуклеотидов в одной цепи фрагмента ДНК, находим длину
этого фрагмента:
L ДНК= n нуклеотидов × L нук. =12 × 0,34нм =4,08 нм:
в) для
того, чтобы определить процентное содержание нуклеотидов в данной ДНК,
посчитать количество нуклеотидов в двух цепях всего их 24, из них А = 9,
Т = 9, Г = 3, Ц — 3. Составляем пропорцию и находим процентный состав
адениловых (А) нуклеотидов:
всего нук. 24 — 100% Х1= 24 н.×9(А):100% =37,5%(А)
А нук. 9 — Х1%
n(А) = n(Т) = по 37,5%, А=Т по 37,5%,
а гуаниловых (Г) количество их 3 нуклеотида в
двух цепях. Составляем пропорцию:
всего нук. 24 — 100% Х2= 24 н.×3(Г):100% =12,5%(А)
Г нук. 3 — Х2%
n (Г) == n(Ц) = по 12,5%, Г=Ц по12,5%.
ОТВЕТ: длина ДНК 4,08 нм, а
процентный состав: А = Т по 37,5%: Г = Ц по 12,5%.
12. Даны
фрагменты правой цепи молекулы ДНК:
А). Ц-Т-Т-Г-Г-А-Ц-Ц-Т-А-Г-Ц…
Б). Г-Г-Ц-Ц-Г-А-Т-А-А-Т-А-Т-Т-А-Ц…
В). А-Г-Т-Ц-Ц-Т-Г-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г…
Г).А-А-Ц-Т-А-Г-Ц-Т-Т-Г-Г-А-Ц-Г-Т-Т-А-Г…
Определите:
а)
порядок нуклеотидов в левой цепи молекулы ДНК,
объясните,
каким принципом при этом вы руководствуетесь?
б) какова длина
(в нм) этого фрагмента ДНК? (Каждый нуклеотид занимает
0.34 нм по длине цепи ДНК);
в)
сколько (в %) содержится нуклеотидов (отдельно) в этой ДНК?
13. Фрагмент молекуле ДНК содержит 1120 тимидиловых нуклеотидов,
что составляют 32% от общего количества нуклеотидов. Определите:
а) сколько содержится
других нуклеотидов (отдельно) в этом фрагменте ДНК;
б) какова длина этого
фрагмента ДНК?
Алгоритм решения задачи.
|
Дано: n (Т) ДНК =1120 ω (Т) = 32% L нук.=0,34 нм |
Решение: 1. Согласно правилу Э. Чаргаффа количество тимидиловых По условию задачи молекула ДНК содержит 1120 тимидиловых нуклеотидов, следовательно, столько |
|
n(А)-? n(Ц)-? n(Г)-? L ДНК -? |
3. Находим количество цитидиловых
и гуаниловых нуклеотидов в молекуле ДНК: 1120 тимидиловых нуклеотидов
составляют 32% от общего количества, тогда n(Г) гуаниловых нуклеотидов
составляют 18% от общего количества нуклеотидов: n(Г)=(1120×18%) : 32%=630 нуклеотидов, так как n(Г)= n(Ц), то количество цитидиловых нуклеотидов будет равно 630. 4.
Находим общее количество нуклеотидов в молекуле
ДНК: Т+А+Г+Ц=1120+1120+630+630=3500, такое
количество нуклеотидов содержится в двух цепях фрагмента ДНК, а в одной цепи
будет 3500:2=1750 нуклеотидов.
5. Зная длину одного нуклеотида — 0,34 нм и количество
нуклеотидов одной цепи фрагмента ДНК, находим длину этого фрагмента:
L ДНК= n нуклеотидов × L нук. = 1750 × 0,34=
595нм. Ответ: n (А)=1120нук.(32%); n(Ц) = n(Г) =630нук.(18%); L ДНК =595нм.
14. Фрагмент молекулы ДНК содержит
8000 адениловых нуклеотидов, что составляет 40% от
общего количества нуклеотидов в этой цепи ДНК. Сколько содержится
других нуклеотидов в этом фрагменте (отдельно)? Какая длина ДНК?
15. В молекуле
ДНК адениловых нуклеотидов составляет 15% от
общего количестве. Определить процентное содержание других
видов нуклеотидов.
16.Сколько новых видов свободных нуклеотидов потребуется
при редупликации двухспиральной молекулы ДНК, в которой А =
454, а Г = 1420?
17. В молекуле ДНК тимидиловые нуклеотиды составляет
18% от общего количества. Определите процентное содержание других видов нуклеотидов.
18.Фрагмент
молекулы ДНК содержит 760 адениловых нуклеотидов, что составляет
35% от общего количества нуклеотидов. Определите количество тимидиловых, гуаниловых, цитидилових нуклеотидов в
данном фрагменте молекулы ДНК, длину и массу.
ЗАДАЧИ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ И
ДЛИНУ ГЕНА.
19. Определить молекулярный
вес и длину гена, если несет информацию о белке, молекулярная масса которого
равна 155 000 а. е. м.
Алгоритм решения задачи
|
Дано: М белка = 155000 а. е. м. (Да) М амин — ты. = 100 а. о.м.(Да) L нук.=0,34 нм |
|
М гена — ? L ДНК -? |
РЕШЕНИЕ
1.Зная
массу белка и массу одной аминокислоты, находим количество аминокислот
в белке: n аминокислот = М
белка: М аминокислоты= 155000: 100 = 1550 аминокислот.
2.Каждая
аминокислота в полипептидной цепи
кодируются определенной последовательностью из трех нуклеотидов, кодогенной цепи
гена: n нуклеотидов = n аминокислот × 3 нуклеотида =1550
× 3 = 4650 нуклеотидов
3. Находим длину гена по кодогенной цепи: L ДНК (гена) = n нук. × L нук. (нм) = 4650×0,34 = 1581нм.
4. Кодогенная цепь ДНК 4650 нуклеотидов комплементарна некодогенной цепи
ДНК, в ней столько же нуклеотидов. Найдем общее количество нуклеотидов в
гене: n
нуклеотидов в гене: =4650нук. ×2 = 9300 нуклеотидов.
5.
Зная, общее количество нуклеотидов в
двух цепях ДНК и молекулярную массу одного нуклеотида, мы находим
молекулярную массу гена.
Мг = n нук × М (нук) = 9300 нуклеотидов × 345 = 3208500 а.
е. м. (Да).
ОТВЕТ: длина
гена 1581 нм, масса гена
3208500 а. е. м. (Да)
20. Определите молекулярную массу и длину соответствующего гена,
если в нем закодирован полипептид, молекулярная масса, которого равна 112000 а.
е. м. Что тяжелее: масса белка или гена, во сколько раз?
|
Дано: М белка = 112000 а. е. м. (Да) М L нук.=0,34 нм |
|
М гена ≥М белка |
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
РЕШЕНИЕ
1. Зная массу белка и массу
одной аминокислоты, находим количество аминокислот
в белке: n аминокислот
= М белка: М аминокислоты =112000: 100 = 1120.
2. Каждая аминокислота в полипептидной цепи кодируются определенной
последовательностью из трех нуклеотидов, кодогенной цепи гена: n
нуклеотидов = n аминокислот × 3 нукл- да =1120 ×3=3360 нуклеотидов
3. Длину гена определяем по кодогенной цепи :
L ДНК (гена)= n нук.×0,34 = 3360 =1142,4 нм.
4.Кодогенная цепь ДНК 3360 нуклеотидов комплементарна некодогенной, поэтому
в ней столько же нуклеотидов. Найдем общее количество нуклеотидов в
гене:
n
нук. в 2-х цепях=3360нук. ×2 = 6720 нуклеотидов.
5.
Зная, общее количество нуклеотидов в
двух цепях ДНК и молекулярную массу одного нуклеотида, мы находим
молекулярную массу гена.
Мг = n нук. × М (нук.) = 6720 нуклеотидов × 345 = 2318400а.е.м.
(Да). 6.Сравним массу гена и массу
полипептида: М
гена≥ М белка =2318400 : 112000=21 раз; М гена≥ М белка 21раз.
ОТВЕТ: длина гена 1142,4 нм; масса гена 23184500 а. е. м. (Да); М гена в 21 раз ≥ М белка
21.
Известная молекулярная масса четырех видов белков: а) 3000; б) 4600; в)
78000, г) 3500, д)600000. Определить длину и массу соответствующих генов. Что
тяжелее: масса белка или гена и во сколько раз? 22.
Кодогенная цепь ДНК имеет молекулярную массу 34155 а. е. м.
Определите количество мономеров белка, запрограммированного в
кодогенной цепи ДНК.
Алгоритм решения задач
|
Дано: М гена = 34155 а. е. м. (Да) М нуклеотида =345 а. о. м. (Да) |
|
n мономеров (аминокислот) — ? |
РЕШЕНИЕ:
1)
Сколько нуклеотидов содержится в ДНК?
n
нук. = 34155: 345 = 99 нуклеотидов в кодогенной
цепи содержится в ДНК.
2)
Какое количество мономеров (аминокислот) белка запрограммировано в
кодогенной цепи ДНК (каждая аминокислота кодируется 3 нуклеотидами)?
n
аминокислот 99: 3 = 33 триплета в ДНК кодируют 33
аминокислоты (мономера) белка.
Ответ:
в кодогенной цепи ДНК массой 34155 а. е. м. запрограммированы 33
аминокислоты.
23.
Какая молекулярная масса гена (двухцепочного участка ДНК), если в
одной его цепи закодирован белок с молекулярной массой 3000.
24.Определите
молекулярную массу и длину гена, если несет информацию о белке, молекулярная
масса которого равна 840000 а. е. м.
25.
Одна из цепей молекулы ДНК имеет массу 68310 а. е. м. Определите количество
мономеров белка, закодированного в этой цепи ДНК.
26.В
состав белка входят 350 аминокислот. Какая длина гена, кодирующий синтез
этого белка.
27.
Данная молекула ДНК с относительной молекулярной массой 144900 а. е.м., из них
16560 а. е. м. приходится на долю тимидиловых нуклеотидов:
а) сколько содержится
других нуклеотидов (отдельно) в этой молекуле ДНК;
б) какова длина ДНК?
Алгоритм решения задачи
РЕШЕНИЕ
|
Дано: М ДНК =144900 а. е. м. М М нуклеотида =345 а. L нук.=0,34 нм |
|
n(А)-? n(Ц)-? n(Г)-? L ДНК — ? |
1) Сколько всего нуклеотидов в молекуле
ДНК?
n нук. = 138448: 345 = 420 нуклеотидов в
ДНК
2) Сколько тимидиловых нуклеотидов в
ДНК?
n =16560:345= 48 тимидиловых нуклеотидов содержится в этом
фрагменте ДНК), так как Т = А согласно правила Э. Чаргаффа количество
А= 48.
3)Сколько гуаниловых и цитидилових нуклеотидов в
это молекуле ДНК?
На
долю Г + Ц приходится 420 — (48 Т + 48 А) =
324нуклеотидов или
324: 2 = по 162(Г и Ц).
4)
Сколько нуклеотидов в одной
цепи ДНК?
нуклеотидов в
двух цепях: 420:2 = 210 нуклеотидов в одной цепи ДНК.
5)
Какова длина ДНК?
L ДНК = 210 нук. ×0,34 =71,4нм.
Ответ: n(Т)= n(А)=по 48нук; n(Ц)=n(Г)= по 162нук.; L ДНК 71,4нм.
28. Молекулярная масса каталазы 224000 а. е.м. Сколько
аминокислотных звеньев в этой молекуле? Какая длина первичной структуры
этого белка?
29. Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в
котором закодирована первичная структура белка инсулина, состоящего из 153
аминокислотных остатков?
30.
Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК), в которых
запрограммированы следующие белки:
а) 7500
аминокислот, б) 826 аминокислот, в) 489 аминокислот. Определите молекулярную
массу и длину гена.
31. Какова молекулярная масса
гена (двух цепей ДНК), если в кодогенной цепи запрограммирован белок
с молекулярной массой 47250 а. е
32. Белок рибонуклеазы состоит
из 124 аминокислот. Что тяжелее: белок или ген, кодирующий его.
33. Молекула РНК вируса ВИЧ
состоит из 13000 нуклеотидов. Одна молекула вируса ВИЧ состоит
из 316 аминокислот.
Определите:
а)
длину гена, несущего информацию о структуре этого белка;
б) во
сколько раз масса гена больше массы белка;
в)
сколько видов белка закодирована в РНК вируса ВИЧ.
34. Молекула РНК вируса
табачной мозаики состоит из 9750 нуклеотидов. Одна молекула белка вируса
табачной мозаики состоит из 237 аминокислот. Определите: а) длину гена,
несущего информацию о структуре этого белка; б) во сколько раз масса гена
больше массы белка; в) сколько видов белков закодировано в РНК вируса табачной
мозаики?
35. СПИД – инфекционное
заболевание, которое преимущественно передается половым путем. Возбудитель
СПИДа – ретровирус ВИЧ его наследственный материал РНК содержит 18426
нуклеотидов. Из скольких триплетов состоит РНК ВИЧ? Определите суммарную
молекулярную массу белковых молекул, закодированных в геноме вируса, если на
структурные гены приходится 8000 нуклеотидов.
36. Какая скорость синтеза
белка у высших организмов, если на составление инсулина (51 аминокислотной
звено) расходуется 7,3 секунды?
37. Какое число
аминокислот закодировано во фрагменте двухцепочной ДНК, содержит
3000 нуклеотидов?
38. Определите длину и молекулярную массу фрагмента двухцепочной ДНК,
состоящая из 266330 нуклеотидов.
39. Альбумин сыворотки крови человека имеет молекулярную
массу 102600 а. е. м. Определите количество нуклеотидов ДНК, которые кодируют
этот белок и длину гена.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА ЭКЗОН — ИНТРОННУЮ ОРГАНИЗАЦИЮ ГЕНОМА
40. Структурный ген фрагмента молекулы ДНК содержит 576 цитидиловых
нуклеотидов, что составляет 20% от общего количества. В экзонных участках
этого гена закодирован белок, состоящий из 130 аминокислот. 1.
Определите нуклеотидный состав
гена. 2.Чему равна
молекулярная масса интронных участков гена?
3. Насколько зрелая и – РНК короче про – и – РНК?
Алгоритм решения задачи
Решение
1.Определим
общее число нуклеотидов в фрагменте ДНК, так как цитидиловые нуклеотиды
приходится 30% от общего количества, то общее количество нуклеотидов составит:
576(цитозин.
нук.) — 20% Х нук.=(576×100%):20%=2880(нук.)
Х нук — 100%
2. Согласно правилу Э. Чаргаффа
количество цитидиловых нуклеотидов
равно гуаниловым нуклеотидов, а количество тимидиловых нуклеотидов в молекуле
ДНК равно количеству адениловым.
А+Т = 2880 — (Ц+Г) = 2880нук.-
(576+576)=1728(А+Т) ; А=Т по 864нук.
3. Находим количество нуклеотидов
в экзонных участках гена:
n нук. в гене=130амин-т ×3
нук. × 2цепи=780нуклеотидов в экзонных
участках гена.
4. Находим количество нуклеотидов
в интронных участках гена:
n нук. в гене = 2880 нук. – 780=
2100 нуклеотидов в интронных участках гена.
5. Находим молекулярную массу интронных
участках гена.
М=2100 нук. ×М
нук.= 2100×345 а. е. м. =724500 а. е. м.
6. Какова длина про – и –РНК?
L про –
и –РНК =0.34 нм. × 2100нук= 714нм.
7. Какова длина зрелой и
– РНК?
L и
–РНК= 0.34 нм. × 390 нук. =132,6нм
8. Какова разница в длине про
– и –РНК и зрелой и – РНК в нм.?
L про –
и –РНК = 714 нм; L и –РНК=132,6 =581,4 нм.
ОТВЕТ: n нук. в гене =2880: М интронов =724500 а. е. м.; L – и –РНК (зрелой) короче
про – и –РНК на581,4нм.
41. Ген, кодирующий белок А, состоит из 5 экзонов по 160
пар нуклеотидов и 2 интрона по 300 пар нуклеотидов.
Сколько: а) всего нуклеотидов в про
– и – РНК? б) нуклеотидов входит в состав и — РНК? в)
нуклеотидов входит в состав и — РНК?
Алгоритм
решения задачи
Решение
1) Сколько всего нуклеотидов в про–и — РНК:
(160×5)+(30×2) = 1400 нуклеотидов.
2) Сколько нуклеотидов входит в состав и — РНК:
160 ×3 = 480 нуклеотидов
3) Сколько аминокислот входит в состав данного
белка:
480 нукл : 3 = 160
кодонов
1 кодом →1 триплет → 1 аминокислота →160 аминокислот в
белке
ОТВЕТ: про – и — РНК -1400 нуклеотидов, и-РНК = 480 нуклеотидов, 160 аминокислот.
42. Известно, что
молекула и — РНК состоит из 3837 нуклеотидов. Из скольких
аминокислот состоит белок, синтезированный на этой молекуле, если известно, что
среди них два триплет УАА, три триплета УАГ, четыре триплета УГА.
43. Известно, что
молекула и — РНК состоит из 5331 нуклеотидов. Из скольких
аминокислот состоит белок, синтезированные на этой молекуле, если известно, что
среди них два триплет УАГ, четыре триплета УАА, семь триплетов УГА.
44. Фрагмент молекулы ДНК
состоит из 8882 нуклеотидов , кодирующий полипептид, имеет
пять интронов по: 65, 100, 120 и два по 175 нуклеотидов . Сколько
аминокислот находится в белке.
45. Какое количество нуклеотидов расположены
в ДНК, кодирующий полипептид, состоящий из 350 аминокислот, если 25%
триплетов входят в состав интронов.
46. Сколько аминокислот закодировано в и — РНК, состоящий из
504 нуклеотидов, среди них имеют 7 триплетов интронов.
47. В эукариотической клетке белок А состоит из 657
экзонов и 251 интронов. Сколько аминокислот входит в состав
белка.
48. Установлено, что молекула про – и — РНК состоит из 3600 нуклеотидов,
причем на интронные участки приходится 872 нуклеотидов. Определите, какое
количество аминокислот включает в себя полипептид.
49. Установлено, что
молекула про — и — РНК состоит из 2400 нуклеотидов, причем на интронные
участки приходится 666 нуклеотидов. Определите, длину и массу молекулы и –
РНК, которая участвует в трансляции.
50. Установлено, что молекула про — и — РНК на интронные участки
приходится 1200 нуклеотидов. Определите, полную массу и размер структурного
гена, если в нем закодирован полипептид массой 310000 а. е.м.
51. Какое количество аминокислот имеет полипептид синтезирован про
— и — РНК состоит из 402 нуклеотидов , если в ней 9
триплетов интронов .
52. Сколько
аминокислот закодировано в про–и — РНК, состоящий из 378 нуклеотидов,
среди них имеются 3 триплета интронов .
53. Молекула РНК вируса табачной мозаики из 9750 нуклеотидов. Одна
молекула вируса табачной мозаики из 237 аминокислот. Определите:
а) длину гена, несущего
информацию о структуре этого белка; б) во
сколько раз масса гена больше массы белка; в)
сколько видов белка закодировано в РНК вируса табачной мозаики.
54. Сколько аминокислот
закодировано во фрагменте ДНК, состоящей из 2325 нуклеотидов, если в ней
1131интронов?
Задачи на определение молекулярной массы белка
55. Длина гена1053 нм. Определите молекулярную массу закодированного
в нем белка.
|
Дано: L гена = 1053 нм. М амин -ты =100 а. L нук.=0,34 нм |
|
М белка — ? |
Алгоритм решения задачи
Решение
1..Зная длину гена и длину одного нуклеотида
(0,34нм), находим количество нуклеотидов в кодогенной цепи: n
нук. в гене = L (гена) : L (нук.)= 1053
: 0,34 =3097
нуклеотидов
2. Каждая аминокислота кодируется 3 (нуклеотидами ), зная число нуклеотидов в
кодогенной цепи, находим количество
аминокислот
в полипептиде:
n(амин
— лот) = n нук.: 3 нук. = 3097:3 =1032 аминокислот.
3. Зная количество аминокислот в полипептиде
и молекулярную массу одной аминокислоты, определяем молекулярную массу
белка:
М белка = n
(амин-лот) × М (аминокислоты) =
1032 ×100=103200 а. е. м.
ОТВЕТ:
ген длиной 1053 нм кодирует белок молекулярной массой 103200 а. е. м.
56. Длина гена
3509 нм. Определите молекулярную массу закодированного в нем белка.
57.
Длина гена 589 нм. Определите молекулярную массу закодированного в нем
белка.
58.
Длина гена 8453 нм. Определите молекулярную массу закодированного в нем
белка.
59.
Длина гена 680 нм. Определите молекулярную массу закодированного в нем
белка.
60.
Длина гена 3162 нм. Определите молекулярную массу закодированного в нем
белка.
61. Определите
длину (нм) и молекулярную массу фрагмента двухцепочной ДНК, которая состоит из
2266 нуклеотидов.
62. Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в котором
закодирована первичная структура белка, состоящего 298 аминокислотных
остатков? Какова молекулярная масса и длина этого гена?
63. В нуклеиновой кислоты
аденин составляет 18% (что соответствует 730 нуклеотидам), гуанин
и цитозин — по 28%. Определите состав нуклеиновой кислоты, ее
длину и массу.
|
Дано: ω А- 18 %состав.730 нук. ω Г = ω Ц = L нук.=0,34 нм М нуклеотида =345 а. |
|
М нук. кислоты -? L нук. кислоты -? Состав нук. кислоты -? |
Алгоритм решения задачи
Решение
1.Сумма известных нуклеотидов составляет:
18% (А) + 28% (Г) + 28% (Ц) =74%
2.Следовательно, остальное количество приходится на неизвестный
нуклеотид: 100% -74% = 26%
3.Так как процентное содержание неизвестного нуклеотида не соответствует
аденину, несмотря на процентное равенство гуанина и цитозина, по правилу
Чаргаффа (принцип комплементарности) не соблюдается. Значит, данная
нуклеиновая кислота не ДНК, а РНК, тогда недостающий нуклеотид — урацил –
процентное содержание составляет 26%. Зная, что 18% аденина
соответствует 730 нуклеотидам, можем вычислить количество всех
нуклеотидов в РНК, составляем пропорцию:
18% (А) — 730 нукл .
100% —
X нукл . X = (730 нук.× 100%):18%= 4055 нуклеотида.
4.Масса РНК = М нук. × n нуклеотидов =345 а. е. м . × 4055 = 1398975
а. е. м .
5.Длина РНК
= L нук
-да × n нук леотидов =0,34 нм ×
4055 = 1378,7нм
ОТВЕТ: состав РНК: А
– 18 %; У -26%; Г 28%; Ц — 28% масса РНК — 1398975
а. е. м.; длина РНК — 1378,7нм
64. Известен
состав и-РНК: аденина — 41%, гуанина — 7%, урацила —
39%. Определить нуклеотидный состав соответствующего участка
ДНК.
Алгоритм
решения задачи
Решение
1. Находим сумму известных нуклеотидов
в составе и — РНК : Σ
= А — 41% + Г -7% + У — 39% = 87%,
отсюда можем найти содержание цитозина(Ц) в составе и
— РНК : и
— РНК : 100% — (41% + 7% + 39%) = 13% (Ц).
2. По составу и — РНК строим
кодогенную цепь ДНК с использованием принципа комплементарности азотистых
оснований: А=Т; У=А; Ц=Г; Г=Ц;
а) нуклеотидный состав и РНК;
А-41%, У-39%, Г-7%, Ц-13%
б) нук. состав кодогенной цепи ДНК: Т- 41%, А- 39%, Ц- 7% Г-13% в)
нук. состав некодогенной цепи ДНК: А-41%, Т- 39%, Г-7%, Ц-13%
3.Находим
процентное содержание нуклеотидов в соответствующем участке ДНК:
Т = (41% + 39%): 2 = 40%;
А = (39% + 41%): 2 = 40%;
Ц= (7% + 13%): 2 =10%; Г=
(7%+ 13%): =10%. ОТВЕТ: в ДНК содержится А и Т по 40%; Г и Ц по 10%.
65. Известен
состав и-РНК : аденина — 37%, гуанина — 11%, урацила — 27%. Определить нуклеотидный состав
соответствующего участка ДНК.
66. Химический анализ показал, что 28% от общего
числа нуклеотидов данной и — РНК приходится на аденин, 6%
— на гуанин и 40% на урацил. Какой должна
быть нуклеотидный состав соответствующего участка двух цепочной
ДНК, информация с которого «переписана» данной и-РНК ? А какой
будет состав ДНК, если и-РНК содержит 18% гуанина, 30% аденина, 20%
урацила?
67. В молекуле и-РНК выявлено 220 гуаниловых ,
173 адениловых , 128 цитидилових и 174 уридиловых нуклеотидов.
Определите сколько нуклеотидов (отдельно) содержится в области
молекулы ДНК слепком с которой данная и-РНК . Какая длина и
молекулярная масса этого фрагмента.
68. В и — РНК содержится 32% аденина, 20%
гуанина, 12% цитозина. Определить нуклеотидный состав
соответствующего участка ДНК.
69. В молекуле и – РНК человека в результате
биохимических исследований обнаружено 487 гуаниловых нуклеотидов, 256
адениловых, 522 цитидиловых, 248 уридиловых нуклеотидов. Какова масса
соответствующего фрагмента молекулы ДНК, транскрипционной копией которой
является данная и – РНК?
70. Какова молекулярная масса гена (обеих цепей ДНК), в одной из
цепей которого закодирована последовательность аминокислотных остатков белка
с молекулярной массой 112000 а. е. м.?
71. Информационная РНК
состоит из 818 кодонов. Сколько рибосом (максимум) может входить в
состав полисомы , осуществляющей синтез белка по данной и-РНК , если диаметр
рибосомы 300 А(ангстрем), а интервал между рибосомами 200 А(ангстрем)?
|
Дано: И-РНК = 818 кодонов. Dрибосомы -100А L нук.=3,4 А(ангстрем) |
|
М белка — ? |
Алгоритм
решения задачи
Решение
1.Находим
количество нуклеотидов в 818 кодонов и – РНК ?
n нук. в и – РНК = n кодонов × 3
нуклеотида = 818 × 3 =2454
нуклеотидов. 2.Какова длина
и-РНК? L и –
РНК = n нук × L (нук.)= 2454 ×3,4А = 8343А.
3.
Сколько рибосом входят в состав полисомы. n рибосом = L и –
РНК : (300А. +200А.) = 8343 А. : 500 А. =17 рибосом.
ОТВЕТ: 17 рибосом входит в состав полисомы.
72. Одна из цепей молекулы
ДНК имеет массу 68310. определите количество мономеров белка, закодированного в
этой ДНК.
73. Пользуясь таблицей генетического кода, воспроизведите участок
ДНК, в котором закодирована информация с такой последовательностью аминокислот
в белке: метионин
— аланин — глицин — глутамин — лейцин — пролин — тирозин — цистеин
74. Пользуясь таблицей
генетического кода, воспроизведите участок ДНК, в котором закодирована
информация с такой последовательностью аминокислот в белке: метионин -аланин —
глицин — глутамин — лейцин — пролин — тирозин — цистеин — валин.
75. Определите антикодоны т — РНК, участвующие в синтезе белка,
кодируемого фрагментом ДНК
… …Т-А-Ц
— Т — Ц — А- А -Г-А -Г-Г-А- Г- Ц-Т- А-Ц-Г- А-Т-Г …
76. Соотнеси
антикодон т — РНК с кодонами и — РНК.
кодоны и — РНК антикодоны т — РНК
1. АГЦ 1. ГГЦ
2. ЦАА 2. ЦГА
3. УУГ 3. ГУУ
4. ГЦУ 4.УЦГ
5. ЦЦГ 5. ААЦ
77. Полипептид состоит из
следующих аминокислот: метионин — аланин — гистидин — лейцин —
глутамин — тирозин. Определите структуру участка ДНК, кодирующего эту
полипептидную цепь.
РЕШЕНИЕ: Зная, по
условию задачи последовательность аминокислот в полипептиде, воспроизводим
строение и — РНК , которая управляет синтезом этого полипептида. По
таблице генетического кода находим структуру триплетов и-РНК: А-У-Г-Г-Ц-У-Ц-А-У-Ц-У-У-Ц-А-А-У-А-У. По
цепочке и-РНК восстанавливаем кодогенную цепь ДНК, которая имеет
следующее строение: мет — ала — гис — лей — глн — тир
и-РНК:
А-У-Г- Г-Ц-У-Ц-А-У-Ц-У-У-Ц- А- А- У-А-У
| | | | | | | | | | | | | | | | | |
кодогенная
цепь ДНК Т- А-Ц-Ц-Г-А-Г-Т-А -Г-А-А- Г- Т- Т- А-Т- А
| | | | | | | | | | | | | | | | | |
некодогенная
цепь ДНК А- Т-Г-Г-Ц-Т-Ц-А-Т-Ц-Т-Т- Ц-А- А-Т- А-Т
78. Даны полипептидные цепи:
а) метионин
— аланин -аспарагиновая кислота — тирозин -лизин -аспарагин…
б)
метионин- глицин -изолейцин- валин- глутаминовая кислота- пролин…
в) метионин-
лейцин -серин -фенилаланин -цистеин- аргинин –глутамин…
Определите структуру участка
ДНК и длину, кодирующего эту полипептидную цепь.
79. Фермент белка табачной
мозаики кодируется следующим кодонами и — РНК:
…
УЦУ-ГГГ-УЦЦ-АУЦ-АЦЦ- ААА -УУУ -ЦГГ …
1)
Определите, из каких аминокислот состоит данный фрагмент?
2) При воздействии на и —
РНК азотистой кислотой цитозин превращается
в гуанин, как изменится: а) состав и — РНК?; б) аминокислотный
состав фрагмента.
80. Кодогенная цепь
ДНК имеет следующий состав: А-Ц-А-А-Т-А-Т-Т-Ц- Г-Г-Г-Ц-Ц-Г…
Определите:
а) аминокислотную
последовательность белка?;
б) заполните
таблицу: триплеты ДНК, кодоны и — РНК, антикодоны и — РНК, аминокислоты,
участвующих в синтезе этого белка.
|
Триплеты |
Триплеты |
Триплеты |
Аминокислоты |
|
А |
|||
|
Ц |
|||
|
А |
81. Определите антикодон т — РНК, что принимает участие в
синтезе белка, который кодируется фрагментом ДНК:
… Г-Ц-Т-А-Ц-Г-А-Т-Т-Т-Ц-А-А- Г-А -… .
82. Гормон инсулина
представлен следующими аминокислотами: метионин — гистидин — серии
— глицин — цистеин — лейцин — глутаминовая кислота — аспарагиновая кислота
— валин – фенилаланин. Определите количественные
соотношения азотистых оснований (аденин + тимин) и (гуанин + цитозин) в
цепи ДНК, кодирующий этот гормон инсулина.
83. По данным фрагмента кодогенной цепи ДНК: Т-Г-Т-Г-Т-Ц-А-Г-А-Ц-А-Т-Г-А-А
…
а) восстановить некодогенную цепь ДНК; б)
определить нуклеотидной состав и – РНК; в)
используя таблицу генетического кода определить аминокислотный состав белка; г)
указать антикодоны т – РНК, участвующие в синтезе белка.
84. Какие изменения
произойдут в структуре белка, если в кодируемом его участке ДНК … ТАЦ-ЦАГ-АГГ-АЦТ-ААТ
… между 7 и 8 нуклеотидами произойдет вставка тимина, а между 12 и
13 нуклеотидами произойдет вставка цитозина ?
85. Э. Чаргаффа ,
исследуя состав ДНК различных видов установил, что у человека А = Т = 20%, Г =
Ц = 30%, а у белки А = Т = 29%, Г = Ц = 21%, у тутового шелкопряда А = Т =
28%, Г = Ц = 22%. У кого из названных видов спирали молекулы ДНК более
прочно связаны?
86. На фрагменте
левой цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: Ц-Ц-Т-Т-Г-Т-Г-А-Т-Ц-А-Т-
Ц-А-А- А —
а) какова первичная
структура белка, синтезируемого с генетической информации в правой цепи?
б) как изменится
структура синтезируемого белка, если в левой цепи ДНК выпадает
восьмой нуклеотид?
в) к каким
биологическим последствиям это может привести в организме?
г) унаследует ли
потомство такое изменение ДНК?
87. Участок правой цепи молекулы ДНК имеет
следующий нуклеотидный состав:
…А-Т-А-Т-Т-Г-Т-Г-Т-А-Ц-А-Ц-Ц-Г…
. Определите:
а)
порядок нуклеотидов в левой цепи молекулы ДНК;
б) каким принципом
руководствовались;
в) длину этого участка
молекулы ДНК;
г) молекулярную массу гена;
д) содержание в %
каждого нуклеотида во фрагменте ДНК;
е) первичную структуру белка;
ж) молекулярную массу белка;
88. Участок молекулы ДНК, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий
порядок азотистых оснований: …ААА
— ААЦ — ЦАТ — АГА — ГАГ …
Во время
редупликации третий слева аденин выпал из спирали. Определите изменение в
данном фрагменте белка в результате указанной мутации.
Решение:
|
ДНК (кодирующий участок) |
…ААА-ААЦ-ЦАТ-АГА-ГАГ… |
|
и — РНК |
…УУУ- УУГ-ГУА-УЦУ- ЦУЦ… |
|
полипептид |
…фен-лей- вал-сер – лей… |
|
ДНК ( мутация) |
…ААА-АЦЦ-АТА-ГАГ-АГ… |
|
и — РНК |
…УУУ — УГГ –УАУ –ЦУЦ-УЦ… |
|
белок |
…фен- три- тир- лей-… |
Ответ:
результат указанной мутации изменился аминокислотный состав
белка, до мутации полипептид имеет следующий состав …фен- лей — вал -сер –
лей…а после мутации изменился аминокислотный состав белка … фен- три- тир- лей.
89. Во фрагменте левой цепи ДНК, нуклеотиды расположены в такой
последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-Т-А-Ц-Г-Т-Г-… .
Определите: — порядок расположения нуклеотидов
в правой цепи ДНК; — какова длина
этого фрагмента
ДНК; —
какова молекулярная масса гена?
90. Дана кодогенная цепь ДНК: ЦТА -ТАГ- ТАА- ЦЦА –ТАГ — ГГЦ … Определите:
а)
длину этого гена;
б)
количество в процентах различных видов нуклеотидов в этом гене (в
двух цепях); в)
первичную структуру белка, закодированного в этой
цепи; г) первичную
структуру белка, синтезируемого после выпадения девятого нуклеотида в
этой цепи ДНК?
91. На участке левой цепи ДНК нуклеотиды расположены в
такой последовательности:
… ГГГ
— ЦЦЦ – ГТТ – ААА – ЦТА – ГАТ…
а) какова
структура закодированного белка? б)
какой будет структура белка, если в этой цепи ДНК под влиянием облучения между
седьмым и восьмым нуклеотидами Г замещен А? К каким биологических
последствиям это может привести? в)
которая будет структура белка, если под влиянием химического мутагена (бензопирен)
между одиннадцатым и двенадцатым нуклеотидами ДНК будет вставлен
Т? К каким биологических последствиям это может привести?
92. На фрагменте кодогенной цепи ДНК
нуклеотиды расположены в такой последовательности:
ТАЦ
— ТТГ- ЦТТ- ЦТА- ГГЦ- ТГ… . В результате мутации одновременно выпадают пятый
и восьмой нуклеотиды. Определите последовательность:
— нуклеотидов в и — РНК до и после мутации; изменится ли аминокислотный
состав белка после мутации.
93. Как изменится первичная структура белка, если в
последовательности нуклеотидов: … Ц-Ц-А-А-Т-Г-Г-Г-Ц-А-Т-Г-Т-Т-Ц…
произойдет трансверсия шестого пуринового нуклеотида слева
Г заменен на пиримидиновый Т, а справа шестой пуриновый А замен на пиримидиновый
Т.
Алгоритм решения задачи
Решение
Используя кодогенную цепь ДНК в соответствии с принципом
комплементарности, определяем структуру участка и – РНК (вместо Т
присутствует У);
Кодогенная
цепь ДНК: …Ц-Ц-А-А-Т-Г-Г-Г-Ц-А-Т-Г-Т-Т-Ц…
| | | | | | | | | | | | | | |
и — РНК Г-Г-У-У-А-Ц-Ц-Ц-Г-У-А-Ц-А-А-Г используя
таблицу генетического кода находим структуру триплетов и — РНК и
аминокислотный белка до трансверсии:
гли- тир — про — тир — лиз
Проследим
изменится ли первичная структура белка, если произойдет трансверсия шестого нуклеотида слева
Г заменен на Т; а трансверсия шестого нуклеотида справа А
замен на Т), (трансверсия мутация, приводящая к замене пуринового основания
на пиримидиновое (А или Г на Т, У или Ц) или пиримидинового основания на пуриновое
(Т, У или Ц на А или Г).
Кодогенная
цепь ДНК: …Ц-Ц-А-А-Т-Т-Г-Г-Ц-Т- Т-Г-Т-Т- Ц…после мутации
| | | | | | | | | | | | | | |
и-РНК Г-Г-У-У-А-А-Ц-Ц-Г-А-А-Ц-А-А-Г
гли- стоп- кодон — про — асн — лиз
Ответ: да, до трансверсии первичная структура белка имеет следующий
аминокислотный состав – из 5 аминокислот: гли- тир — про — тир – лиз, а после
мутации — трансверсии первичная структура белка изменилась и имеет следующий
аминокислотный состав – из 4 аминокислот: гли— стоп- кодон — про —
асн — лиз (тирозин → в некодирующий стоп- кодон, а тир → на асн).
94. Как
изменится первичная структура белка, если на фрагменте ДНК … Т-Ц-Т-Ц-А-Ц-А-Т-А-Г-Г-Т…
произойдет транзиция замена четвертого пиримидинового азотистого основания
Ц на пуриновое азотистое основание Г, а десятое пуриновое азотистое основание Г заменено на пиримидиновое азотистое основание Т.
Алгоритм
решения задачи
Решение
Используя кодогенную цепь ДНК в соответствии с принципом
комплементарности определяем структуру участка и – РНК (вместо Т
присутствует У);
Кодогенная
цепь ДНК: …Т- Ц-Т- Ц-А-Ц-А- Т-А-Г-Г-Т-
| | | | | | | | | | | |
и — РНК А-Г-А- Г-У- Г-У- А-У-Ц-Ц-А-
используя таблицу генетического кода находим структуру триплетов и — РНК и
аминокислотный белка до транзиции:
арг — вал — тир — про
Проследим
изменится ли первичная структура белка, если
произойдет транзиция замена четвертого пиримидинового азотистого основания Ц
заменено на пуриновое
азотистое основание Г, а десятое
пуриновое азотистое основание Г заменено на
пиримидиновое азотистое основание Т.
Кодогенная
цепь ДНК: …Т- Ц- Т- Г-А-Ц-А- Т-А-Т-Г-Т- после мутации
| | | | | | | | | | | |
и — РНК А-Г-А- Ц-У- Г-У- А-У-А-Ц-А-
арг — лей — тир — тре
Ответ: да, до транзиции первичная структура белка имеет следующий
аминокислотный состав – из 4 минокислот: арг- вал — тир — про , а после
транзиции первичная структура белка изменился и имеет следующий
аминокислотный состав – из 4 аминокислот: арг – лей — тир — тре (вал→
на лей, про → на тре).
95. У здорового человека с мочой выделяются такие аминокислоты:
аланин, серин, глутамин, глицин. У человека, больного цистинурией,
выделяются аминокислоты, которым соответствует следующие триплеты и — РНК: УЦЦ
— УГУ-ГЦУ-ГГУ-ЦАГ-ЦГУ-ААА- УЦЦ . Какие именно аминокислоты выделяются у
больных цистинурией?
96. При синдроме Фанкони (нарушение
образования костной ткани) у больного с мочой выделяются аминокислоты, которым
соответствуют следующие триплеты и — РНК:
… АУА ГУЦ АУГ УЦА
УУГ ГУУ АУУ.
Определите,
какие аминокислот выделяются с мочой при синдроме Фанкони, если у здорового человека в моче содержатся аминокислоты
аланин, серин, глутаминовая кислота, глицин.
Алгоритм решения задачи
Решение. Используя
триплеты и — РНК и генетический код определяем наличие аминокислот в белке:
— и — РНК
АУА- ГУЦ- АУГ-УЦА-УУГ -ГУУ- АУУ.
Аминокислоты
цепи иле —
вал — мет — сер — лей — вал — иле белка (больного
человека)
Аминокислоты цепи белка алан–сер –глу- глн (здорового
человека)
Ответ: в
моче больного человека только одна аминокислота (серин) такая же как, у
здорового человека, остальные – новые, а три, характерные для здорового
человека, отсутствуют.
97. Фрагмент
цепи и — РНК имеет следующую последовательность:
АУГ- ААГ- ГГГ- ЦУА- АЦГ. Определите:
— последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, каким принципом вы
руководствовались;
— аминокислотный состав белка и указать антикодоны т – РНК,
участвующие в синтезе белка.
98. Молекула ДНК (ген вазопрессина) имеет следующую нуклеотидную
последовательность:
Т- Г- Т- Т- А-Т- Т-Т — Т- Г-А- А- Г-А- Т- Т- Г- Т
| | |
| | | | | | | | | | | | | | |
А -Ц -А- А-Т-А- А-А- А-Ц-Т -Т- Ц -Т-А- А-Ц
-А… произошла трансверсия — пиридиминовое азотистое основание тимин на 5-м
месте нижней цепочки замещено на пуриновое азотистое основание гуанин. Определить:
а) как отразится трансверсия на первичную структуру синтезируемого белка;
б) может
ли повлиять трансверсия на наследственность организма и какая эта мутация.
Ответ: да, если организм одноклеточный; у
многоклеточного организма, в том случае, если это генеративная мутация, она
скажется на наследственность гибрида.
99.
В результате действия повреждающего фактора изменилась одна из
цепей молекул ДНК. Обнаружьте тот участок, в котором произошли изменения,
если неповреждённая цепочка молекулы ДНК имеет такой состав:
ГГЦ-ГТГ- ААТ- ААЦ- ТАГ-ЦАЦ-ТТ, а молекула и — РНК, если бы она была
синтезирована на измененной цепи ДНК, имела бы состав: ГГЦ-АГА- ГГЦ- ЦЦА-
УАГ- ЦАЦ- УУГ. Установите последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК после
репарации.
Алгоритм решения задачи
Решение
По
условию задачи неповрежденный участок цепи молекулы ДНК имеет такой состав:
ГГЦ-ГТГ- ААТ- ААЦ- ТАГ-ЦАЦ-ТТГ
А
молекула и – РНК по условию задачи синтезирована на измененной цепи ДНК и имеет
такой нуклеотидный состав:
ГГЦ-АГА- ГГЦ- ЦЦА- УАГ- ЦАЦ- УУГ
В
результате действия повреждающего фактора участок цепи молекулы ДНК с
которого синтезирована и — РНК нуклеотиды расположены в такой последовательности:
ЦЦГ- ТЦТ- ЦЦГ- ГГТ — АТЦ-ГТГ-ААЦ
100.
В результате действия повреждающего фактора изменилась одна из цепей ДНК, после
этого молекула ДНК приобрела следующий нуклеотидный состав азотистых
оснований (первая цепь ДНК не подвергалась изменению):
ЦГА- ТГГ- ЦАЦ- АГТ- ТТЦ
ГЦЦ -ЦТТ- ЦГТ— ТЦА- ААГ .
Найдите измененный участок молекула ДНК и определите процентное содержание
нуклеотидов в молекуле ДНК после повреждения и после репарации.
101.
Фрагмент цепи и — РНК имеет такую последовательность нуклеотидов: УЦЦ – АЦА –
УАУ – АГЦ – ГЦА –ЦГГ…
. Определите
последовательность:
— аминокислот в первичной структуре белка; —
антикодоны т – РНК;
— нуклеотидов на кодогенной цепи
ДНК.
Литература
1.Грин, Н. Биология: в 3-х т. / Н. Грин,
У. Стаут, Д. Тейлор. – М.: Мир, 1990.
2. Муртазин Г.М. Задачи
и упражнения по общей биологии: пособие для учителей.
Москва. Просвещение, 1981. -192 с.
3. Овчинников С.А.
Сборник задач и упражнений по общей биологии: Учебное пособие. — Донецк: Третье
тысячелетие, 2002. — 128 с.
4.Реймерс Н.Ф. Основные
биологические понятия и термины: книга для учителя. Москва. Просвещение, 1988.
-391с.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это линейный органический полимер, мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.
Что такое ДНК?
Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).
ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула. Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой. Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации).
Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген.
Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма. Одни из них кодируют белки, другие — только молекулы РНК.
Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:
- синтеза РНК (транскрипции): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).
- синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы.
Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.
Строение ДНК
ДНК – это линейный органический полимер. Его мономерные звенья – нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из:
- азотистого основания;
- пятиуглеродного сахара (пентозы);
- фосфатной группы (рисунок 1).
Рисунок 1 : ДНК – строение одной цепочки нуклеотидов
При этом, фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка, а органическое основание — к 1′-атому.
Основания в ДНК бывают двух типов:
- Пуриновые: аденин ( А ) и гуанин (G);
- Пиримидиновые: цитозин (С) и тимин (Т);(рисунок 2),
Рисунок 2: Азотистые основания- пуриновые и пиримидиновые
Строение нуклеотидов в молекуле ДНК
В ДНК моносахарид представлен 2′-дезоксирибозой, содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН), а в РНК — рибозой, имеющей 2 гидроксильные группы (OH).
Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец), а на другом — 5′-фосфатная группа (5′-конец).
Уровни структуры ДНК
Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:
- первичную;
- вторичную;
- третичную.
Первичная структура ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.
Вторичная структура ДНК стабилизируется водородными связями между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек, закрученных вправо вокруг одной оси.
Общий виток спирали- 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм.
Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК. Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов. Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме. Так, в вытянутой форме длина молекулы ДНК составляет 8 см, а в форме суперспирали укладывается в 5 нм.
Правило Чаргаффа
Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:
- У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т или (А + G)/(C + Т)=1.
- В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +C) равно количеству оснований с кетогруппами (G + Т): А +C= G + Т или (А +C)/(G + Т)= 1
- Правило эквивалентности, то есть : А=Т, Г=Ц; А/Т = 1; Г/Ц=1.
- Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности меньше 1, и колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98, у микроорганизмов он больше 1.
Модель ДНК Уотсона-Крика
Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).
Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3). При этом аденин образует пару только с тимином, а гуанин — с цитозином. Пара оснований А—Т стабилизируется двумя водородными связями, а пара G—С — тремя.
Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.
Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’—З’-фосфодиэфирными связями, образует «боковины винтовой лестницы», а пары оснований А—Т и G—С — ее ступеньки (рисунок 3).
Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика
Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′. В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:
- 5′-TAGGCAT-3′
- 3-ATCCGTA-5′.
В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева, а 3′-конец — справа.
Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.
Модель ДНК Уотсона—Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:
- согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
- нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.
Интересные факты о ДНК
- Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации. При этом, ДНК всех клеток человеческого организма занимают 60 млрд. терабайт, что сохраняются на 150-160 граммах ДНК. [2]
- Международный день ДНК отмечается 25 апреля. Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот», где описали двойную спираль молекулы ДНК. [3]
Одним из основных процессов обмена веществ является синтез белка. Информация о строении белка, т. е. о порядке соединения аминокислотных остатков в его молекуле, хранится в ДНК. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток (ядерная ДНК), небольшое количество ДНК содержится в митохондриях и пластидах (внеядерная ДНК).
ДНК — полинуклеотид. Каждый нуклеотид (мономер) ДНК содержит:
- пятиуглеродный сахар — дезоксирибозу,
- один остаток фосфорной кислоты,
- азотистое основание: аденин, гуанин, цитозин или тимин.
Рис. (1). Строение нуклеотида ДНК
Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) образована двумя полинуклеотидными цепочками, закрученными в спираль. Цепочки в молекуле ДНК противоположно направлены. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания обоих цепей располагаются в соответствии с правилом комплементарности.
Напротив цитозина одной цепи находится гуанин другой цепи, напротив аденина — тимин.
Рис. (2). Двойная спираль ДНК
Между азотистыми основаниями двух цепей устанавливаются водородные связи: между аденином и тимином таких связей две, а между гуанином и цитозином — три.
Пара А — Т соединена двумя водородными связями, а пара Г — Ц — тремя.
Рис. (3). Водородные связи в ДНК
Пары нуклеотидов аденин и тимин, гуанин и цитозин соответствуют по размерам и строению молекул, они комплементарны друг другу. Если известен порядок соединения нуклеотидов в одной цепи ДНК, то используя принцип комплементарности можно определить строение второй цепи.
Соотношение количества нуклеотидов разных типов и азотистых оснований в молекуле ДНК определяет правило Чаргаффа (правило комплементарности).
Количество цитозиновых нуклеотидов в каждой молекуле ДНК равно количеству гуаниновых (Ц= Г), а количество адениновых — количеству тиминовых (А = Т).
Источники:
Рис. 1. Строение нуклеотида ДНК © ЯКласс.
Рис. 2. Двойная спираль ДНК © ЯКласс.
Рис. 3. Водородные связи в ДНК https://image.shutterstock.com/image-vector/transcription-rna-dna-600w-1316249144.jpg