Как найти число нуклеотидов в трнк

Задание № 7355

Фрагмент молекулы и-РНК состоит из 87 нуклеотидов. Определите число нуклеотидов двойной цепи ДНК, число триплетов матричной цепи ДНК и число нуклеотидов в антикодонах всех т-РНК, которые участвуют в синтезе белка. Ответ поясните.

Нашли ошибку в задании? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез
биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице — нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом
«генетическом языке». Скоро вы все поймете — мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК
и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится — перерисуйте его себе

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) — АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать — УАГ (кодон иРНК).
тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись — АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения
будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК — удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio — удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по
принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) — в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них
содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между
дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит
в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А — У, Т — А, Г — Ц, Ц — Г (загляните в «генетический словарик»
выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК — промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух
цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

• Инициация (лат. injicere — вызывать)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

• Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК
быстро растет.

• Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК — терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень — в процесс трансляции.
Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность
аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

• Инициация

Информационная РНК (иРНК, синоним — мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц.
Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту,
соответствующую кодону АУГ — метионин.

• Элонгация

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) — У (урацил), Г (гуанин) — Ц (цитозин).
В основе этого также лежит принцип комплементарности.



Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу
иРНК одновременно — образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.



• Терминация

Синтез белка — полипептидной цепи из аминокислот — в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание
в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция — завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что
кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй — из верхнего горизонтального,
третий — из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА — Глн. Попробуйте самостоятельно найти
аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота — Ала, ААА — Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк:
это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК),
приведенной вверху.

«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов
во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны
соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити
ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК:
А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК:
А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что
тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется
на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону
тРНК»

Обратите свое пристальное внимание на слова «Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК «. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу
синтезировать с ДНК фрагмент тРНК — другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было
в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой — мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК — АЦГ соответствует антикодону тРНК — УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК,
так что переведем антикодон тРНК — УГЦ в кодон иРНК — АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ — Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и
аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной
молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК
соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК — так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%.
100% — (20%+20%) = 60% — столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то
на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы?

Дано:
т-РНК=145 молекул
Найти: n(и-РНКнуклеотидов)-?, n(аминокислот)-?
n (нуклеотидов в гене ДНК) -?
Решение:
Тип данной задачи-на биосинтез белка.
1) т.к. каждая т-РНК транспортирует одну аминокислоту, то количество аминокислот будет равно количеству т-РНК. Т.к. по условию количество т-РНК=145 молекул, количество аминокислот=145
2)Определяем количество нуклеотидов в и-РНК, исходя из того, что генетический код триплетен:
145*3=435 (нуклеотидов)
3) т.к. в процессе транскрипции и-РНК синтезируется на нити ДНК, то число нуклеотидов, кодирующей цепи ДНК будет:
В одной-435 (нуклеотидов), а в двух цепях 435*2=870 (нуклеотидов)
Ответ: 1) количество аминокислот в данном белке составляет 145. 2) количество нуклеотидов в гене ДНК составляет 870.

Примеры решения задач на реалезацию наследственной информации в клетке.

Принцим комплементарности

Задача 106.
Восстановите формулу ДНК, если известно, что транскрипция иРНК выглядит так: У-У-Г-Ц-Ц-Ц-У-У-У-Г-Г-Ц. Какими триплетами будет закрываться эта цепочка при трансляции? Сколько нужно будет триплетов?
Решение:
Используя принцип комплементарности¹, по иРНК можно восстановить последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК: А-А-Ц-Г-Г-Г-А-А-А-Ц-Ц-Г (надо помнить, что в ДНК отсутствует урацил, вместо него становится тимин). 
Теперь, опять же пользуясь принципом комплементарности, на полученной цепи ДНК строим вторую цепь ДНК: Т-Т-Г-Ц-Ц-Ц-Т-Т-Т-Г-Г-Ц. 
К кодонам иРНК подбираются комплементарные антикодоны-триплеты нуклеотидов тРНК, и соединяются водородными связями (кодон = антикодон) тоже по принципу комплементарности, получим тРНК: А-А-Ц,Г-Г-Г,А-А-А,Ц-Ц-Г. 
Следовательно, при решении данной задачи необходимо записать:
     ДНК:
2-я цепь: Т-Т-Г-Ц-Ц-Ц-Т-Т-Т-Г-Г-Ц
1-я цепь: А-А-Ц-Г-Г-Г-А-А-А-Ц-Ц-Г
    иРНК: У-У-Г-Ц-Ц-Ц-У-У-У-Г-Г-Ц
    тРНК: А-А-Ц,Г-Г-Г,А-А-А,Ц-Ц-Г
Цепочка при трансляции будет закрываться 4 триплетами. 
 

Задача 107.
Белковая молекула имеет следующий состав и последовательность аминокислот: лизин-триптофан-глутамин-серин-метионин-гистидин-аланин-валин.
Дайте графическую модель фрагмента гена. Сколькими способами может быть кодирован этот участок молекулы белка?
Решение:
1. Графическая модель фрагмента гена

В условии задачи последовательность аминокислот в молекуле белка дана. Используя таблицу генетического кода в триплетах иРНК, можно установить строение и РНК.
По таблице генетического кода находим структуру триплетов лизина, их два — ААА и ААГ, триптофана (УГГ), глутамина 2 триплета — ГАА, ГАГ, серина – 6 триплетов: (УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ), метионина-АУГ, гистидина- 2 триплета ЦАУ, ЦАЦ, аланина-4 триплета — ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ; валина-4 триплета-ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ.
Пример графической модели фрагмента гена:
иРНК ААА… УГГ… ГАА… УЦУ… АУГ… ЦАУ… ГЦУ… ГУУ
мДНК ТТТ… АЦЦ… ЦТТ… АГА… ТАЦ… ГТА… ЦГА… ЦАА

2. Количество кодирования участка молекулы белка

Количество кодирования участка молекулы белка определим перемножив число вариантов триплетов для каждой аминокислоты, получим:

2•1•2•6•1•2•4•4 = 768.

Таким образом, данный в задаче участок молекулы белка может быть кодирован 768 способами.
 

Задача 108.
1) Дано: в молекуле ДНК Г- 40%. Определите сколько % приходится на Т, А, Ц?
2) Дано: нить ДНК — ААТ ТТГ ГГЦ ЦЦА ГГГ ТТТ ААА, синтезируйте иРНК, тРНК, определите молекулярную массу белка, если масса 1 –аминокислоты = 110 а. е. м. Сколько мономеров содержит синтезируемый белок?
Решение:
1. Согласно принципу комплементарности гуанин всегда стоит в паре с цитозином, значит их количество одинаково, т.е. Г = Ц = 40%, а вместе они составляют 80%.
Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% — 80% = 20%. Поскольку тимин всегда находится в паре с аденином, то Т = А = 20%, а на каждого из них приходится 20 : 2 = 10%. 

Ответ: Ц = 40%; Т = 10%; А = 10%.

2. Согласно правилу Чаргафа² (Г = Ц, А = У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция). К кодонам иРНК подбираются комплементарные антикодоны-триплеты нуклеотидов тРНК, и соединяются водородными связями (кодон = антикодон) тоже по принципу комплементарности. Каждый триплет тРНК
приносит определенную аминокислоту, согласно генетическому коду. Антикодоны тРНК пишутся через запятую. Цепь аминокислот и есть синтезируемый белок.  
Учитывая всё это необходимо записать:
ДНК: ААТ ТТГ ГГЦ ЦЦА ГГГ ТТТ ААА
иРНК УУА ААЦ ЦЦГ ГГУ ЦЦЦ ААА УУУ
тРНК ААУ, УУГ, ГГЦ, ЦЦА, ГГГ УУУ ААА
Белок (аминокислоты): Лей-Асн-Про-Гли-Про-Лиз-Фен

Так как полипептид состоит из семи аминокислотных звеньев, то молекулярная масса белка равна: М_(белок) = 110 • 7 = 770 г/моль.

Ответ: 
молекуле ДНК была закодирована цепь аминокислот: лейцин – аспарагиновая кислота – пролин — глицин — пролин — лизин — фенилаланин. Синтезируемый белок содержит 7 аминокислот. Молекулярная масса белка 770 г/моль.

Задача 109. 
Участок цепи ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, состоит из 48 нуклеотидов. Определите число нуклеотидов на иРНК, кодирующих аминокислоты, число аминокислот в полипептиде и количество тРНК, необходимых для переноса этих аминокислот к месту синтеза. Ответ поясните.
Решение:
Если в ДНК 48 нуклеотидов, то в иРНК будет столько же нуклеотидов, так как они комплементарны (иРНК является копией ДНК). Количество тРНК будет 48:3 = 16, так как генетический код триплетен, и антикодон тРНК состоит их 3-х нуклеотидов. Количество аминокислот в белке будет тоже 16, т.к. одна тРНК доставляет к месту синтеза белка одну аминокислоту.

Ответ: 16 аминокислот, 16 тРНК.
 

Задача 110.
Одна из цепей ДНК имеет молекулярную массу 112500. Определите количество аминокислот, закодированных в ней, если известно, что согласно параметрам ДНК3 средняя молекулярная масса нуклеотида3 равна 300. 
Решение:
Молекулярную массу ДНК надо разделить на молекулярную массу одного нуклеотида, получим количество нуклеотидов: 112500 : 300 = 375 нуклеотидов. Так как
3 нуклеотида кодируют 1 аминокислоту, то 375 надо разделить на 3 и получить количество аминокислот в белке: 375 : 3 = 125. 

Ответ: 125 аминокислот.
 

Задача 111.
Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300 нуклеотидов с аденином (А), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г) и 200
нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое число нуклеотидов с А, Т, Г и Ц содержится в двухцепочечной молекуле ДНК? Сколько аминокислот должен содержать белок,
кодируемый этим участком молекулы ДНК? Ответ поясните.
Решение:
Согласно принципу комплементарности во второй цепи ДНК содержится нуклеотидов: А — 100, Т — 300, Г — 200, Ц – 180. В двух цепях ДНК содержится нуклеотидов: А
300 + 100 = 400, значит Т = А= 400; Ц = 200 + 180 = 380, значит Г = Ц = 380. Информацию о структуре белка несет одна из двух цепей, число нуклеотидов в одной цепи ДНК: 300 + 100 + 180 + 200 = 780, поскольку одну аминокислоту кодирует 3 нуклеотида, поэтому в белке должно содержаться 780 : 3 = 260 аминокислот.

Ответ: 280 аминокислот.

¹Азотистые основания делятся на 2 группы: пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (тимидин, цитозин и урацил). В ДНК отсутствует урацил, в РНК — тимидин.
Азотистые основания образуют между собой водородные связи в строгом соответствии: А-Т, Г-Ц в молекуле ДНК и А-У, Г-Ц – в РНК. Такое соответствие носит название «принцип комплементарности, который лежит в основе передачи генетической информации:
1) с ДНК на ДНК (реакция редупликации — самоудвоения)
2) с ДНК на информационную РНК (иРНК) — реакция транскрипции
3) взаимодействия иРНК (кодон) с тРНК (антикодон) в реакции трансляции, т.е. реакции синтеза белка на рибосоме.
Все три реакции носят название матричных.

²Нуклеотидный состав ДНК обнаруживает определенные закономерности (правила Чаргаффа): 
1. Количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — цитозину: А = Т, Г = Ц; 
2. Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А + Г= Т + Ц. 

³Параметры молекулы ДНК:
Диаметр спирали — 2 нм
Шаг ДНК состоит из 10 пар нуклеотидов
Длина нуклеотида=0,34 нм.
Средняя молекулярная масса нуклеотида = 300 а.е.м. (атомных единиц массы).

Скачать материал

Выбранный для просмотра документ задачи ао цитологии.pptx

Скачать материал