Как найти длину участка молекулы днк - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Определение средней длины и средней молекулярной массы ДНК

Вычисление длины и молекулярной массы ДНК

Задача 103.
Вычислите массу (в граммах) двойной спирали ДНК, имеющей длину, равную расстоянию от Земли до Луны (384 000 км).
Решение:
молекулярная масса одного нуклеотида – 345 г/моль;
один шаг это полный виток спирали ДНК – поворот на 360 ⁰С;
один шаг составляют 10 пар нуклеотидов;
длина одного шага – 3,4 нм;
расстояние между двумя нуклеотидами – 0,34 нм;
в 1 м = 10⁹ нм;
в 1 км = 10¹¹ нм;
384 000 = 384 • 10¹⁴ нм.

Тогда

Количество нуклеотидов в одной спирали ДНК будет составлять:

количество нуклеотидов = (384 • 10¹⁴)/ 0,34 = 1,1294118e+17 шт.

масса 1 спирали ДНК будет сотавлять:

масса спирали ДНК = (1,1294118e+17) • 345 = 3,8964706e+19 г.

Отсюда

Масса ДНК = (3,8964706e+19) • 2 = 7,7929412e+19 г.

Ответ: 7,7929412e+19 г.

Задача 104.
В молекуле ДНК 30% гуаниловых нуклеотидов. Определите процентное содержание Ц, Т, А и длину молекулы ДНК, если в ней всего 600 нуклеотидов.
Решение:
В соответствии с принципом комплементарности количество Г равно количеству Ц, т.е. Г = Ц = 30%. Тогда их совместное количество: Г + Ц = 60%, а количество
А + Т = 100 — 60 = 40%, а в отдельности А = Т = 40 : 2 = 20%. Длина молекулы ДНК определяется количеством нуклеотидов в одной цепи (т.е. количеством пар нуклеотидов) умноженным на длину нуклеотида. В ДНК 600 нуклеотидов (шт.) или 300 пар, расстояние между соседними парами 0,34 нм, следовательно длина молекулы ДНК будет:

300 х 0,34 = 102 нм.

Ответ: Г = 30%, Ц = 30%, А = 20%, Т = 20%; длина ДНК 102 нм.

Задача 105.
Вычислите среднюю длину (в нанометрах) и среднюю молекулярную массу генов, координирующих: а) тРНК (90 мононуклеотидных остатков); б) рибонуклеазу (124 аминокислотных остатка); в) миозин (1800 аминокислотных остатков).
Решение:
расстояние между двумя нуклеотидами – 0,34 нм;
молекулярная масса одного нуклеотида – 345 г/моль.

а) тРНК (90 мононуклеотидных остатков)

Ген, контролирующий тРНК, содержит в два раза больше мононуклеотидных остатков, значит, количество нуклеотидов будет 180 (90 • 2 = 180).

Тогда

Длина гена = 180 • 0,34 = 61,2 нм.
Средняя молекулярная масса гена = 180 • 345 = 62100 г/моль.

б) рибонуклеаза (124 аминокислотных остатка)

Каждую аминокислоту контролирует кодон, состоящий из трех нуклеотидов. Поэтому участок одной спирали ДНК будет состоять из 372 нуклеотидов (124 • 3 = 372), а ген, с учетом того, что ДНК состоит из двух спиралей, будет содержать 744 нуклеотида (372 • 2 = 744).

Тогда

Длина гена = 744 • 0,34 = 252,96 нм.
Средняя молекулярная масса гена = 744 • 345 = 256680 г/моль.

в) миозин (1800 аминокислотных остатков)

Каждую аминокислоту контролирует кодон, состоящий из трех нуклеотидов. Поэтому иРНК будет состоять из 5400 нуклеотидов (1800 • 3 = 5400), а ген, с учетом того, что ДНК состоит из двух спиралей, будет содержать 10800 нуклеотида (5400 • 2 = 10800).

Тогда

Длина гена = 10800 • 0,34 = 3672 нм.
Средняя молекулярная масса гена = 10800 • 345 = 3726000 г/моль.

Определение первичной структуры полипептида по кодирующей цепи ДНК

Задача 106.
На участке левой (условно) цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: АТАГТТАААТТТАЦА. Какую первичную структуру имеет полипептид, если кодирующей является правая цепь ДНК? Что произойдет с белком, если выпадет пятый нуклеотид?
Решение:
1. Первичная структура белка

1-я цепь ДНК: АТАГТТАААТТТАЦА
2-я цепь ДНК: ТАТЦААТТТАААТГТ

иРНК: АУА ГУУ ААА УУУ АЦА
полипептид: Иле-Вал-Лиз-Фен-Тре

2. Первичная структура полипептида после выпадения 5-го нуклеотида

2-я цепь ДНК: ТАТ ЦАТ ТТА ААТ ГТ
иРНК: АУА ГУА ААУ УУА ЦА
полипептид: Иле-Вал-Асп-Лей

Источник

Наука
/ Биология

Скованные одной цепью: задачи для вступительных экзаменов по биологии

…но сначала кое-что вспомним.

Итак, ДезоксирибоНуклеиновая Кислота (ДНК) – крупная молекула, функция которой – хранить, передавать из поколения в поколение и реализовывать генетическую информацию. В 1953 году Уотсон и Крик выяснили, что ДНК – это спираль из двух правозакрученных цепей. Каждая цепь состоит из отдельных звеньев – нуклеотидов, а каждый нуклеотид, в свою очередь, из сахара (дезоксирибозы), остатка фосфорной кислоты и азотистого основания.

Если сравнить ДНК с винтовой лестницей, остатки фосфорной кислоты и дезоксирибоза окажутся перилами, а азотистые основания – ступеньками.

Учёные выяснили и параметры молекулы ДНК:

диаметр спирали – 2 нм;
длина одного нуклеотида – 0,34 нм;
на один виток спирали приходится 10 нуклеотидов;
шаг спирали (виток) имеет длину 3,4 нм.

Прочитали? А теперь повторите про себя. Ещё раз. И ещё. Тогда вы легко решите типовые задачи № 1, 2 и 3.

Задача 1

Участок молекулы ДНК состоит из 50 пар нуклеотидов. Вычислите длину этого участка.

Дано: 50 пар нуклеотидов.
Найти: длину участка.

Решение: Вспоминаем, что длина нуклеотида – 0, 34 нм, записываем 50х0,34=17 нм (ДНК двухцепочечная, поэтому длина фрагмента равна длине одной цепи).

Ответ: 17 нм.

Задача 2

Длина участка молекулы ДНК составляет 476 нм. Определите число пар нуклеотидов в этом участке.

Дано: длина участка ДНК – 476 нм.
Найти: число пар нуклеотидов.

Решение: как мы успели запомнить, длина нуклеотида=0, 34 нм, тогда
476:0,34= 1400 пар нуклеотидов.

Ответ: 1400 пар нуклеотидов.

Задача 3

Найдите количество витков во фрагменте ДНК, который содержит 1500 пар нуклеотидов.

Дано: длина участка=1500 пар нуклеотидов.
Найти: количество витков.

Решение: на один виток спирали ДНК приходится 10 пар нуклеотидов, тогда
1500:10=150 нм.

Ответ: 150 нм.

Тигр-альбинос спешит на помощь

Для записи фрагментов ДНК зачастую используют только азотистые основания, потому что дезоксирибоза и остатки фосфорной кислоты всегда одинаковы. Если убрать «лишнее», получится своего рода текст. Им и записана вся наследственная информация.

Встречающиеся в молекуле ДНК азотистые основания – аденин (А), гуанин (Г или G), тимин (Т), цитозин (Ц или С) – расположены не беспорядочно, а согласно правилу:

Против А должно быть Т;
Против Т должно быть А;
Против Г должно быть Ц;
Против Ц должно быть Г;

Эта закономерность носит название «принцип комплементарности» (дополнительности): А комплементарен Т, Г комплементарен Ц.

При делении клетка должна передать ДНК клеткам-потомкам. Для этого две цепи ДНК родительской клетки расплетаются, и на каждой из них происходит достройка второй цепи. Благодаря принципу комплементарности, последовательность нуклеотидов в новых цепях в точности повторяет «исходник».

Задача 4

Участок правой цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: А-Т-Г-Ц-А-А-Ц-Т-Т-Г-А-Ц-Г-Ц-А. Найдите нуклеотидную последовательность левой цепи.

Дано: ДНК А-Т-Г-Ц-А-А-Ц-Т-Т-Г-А-Ц-Г-Ц-А.
Найти: нуклеотидную последовательность левой цепи.

Решение: (нуклеотиды левой цепи ДНК подбираем по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц)
ДНК А-Т-Г-Ц-А-А-Ц-Т-Т-Г-А-Ц-Г-Ц-А
ДНК Т-А-Ц-Г-Т-Т-Г-А-А-Ц-Т-Г-Ц-Г-Т.

Ответ: левая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов Т-А-Ц-Г-Т-Т-Г-А-А-Ц-Т-Г-Ц-Г-Т.

При записи решения размещайте цепи на одной строке без переноса друг под другом. Это побережёт нервы вам и экзаменатору.
Чтобы не путать комплементарные нуклеотиды, можно использовать сочетания слов «Голубая Цапля» и «Тигр-Альбинос». Вы можете придумать что-то свое, Главная Цель – не Терять Адекватности во время экзаменов.

Азотистые основания подразделяются на пурины (А и Г) и пиримидины (Т и Ц). Пиримидины отличаются сравнительно небольшой величиной, а пурины почти в два раза превосходят по размеру «коллег». Диаметр спирали ДНК имеет относительно постоянный размер – 2 нм. Два пурина не смогли бы уместиться внутри цепи, а два пиримидина – оказались бы слишком далеко друг от друга. Только один пурин и один пиримидин могут образовать «ступеньку».

Отсюда можно сделать вывод, что число пуриновых оснований равно числу пиримидиновых, то есть А+Г=Т+Ц. Эта закономерность известна как правило Чаргаффа.

Задача 5

Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г во фрагменте молекулы ДНК, если в нём обнаружено 1200 нуклеотидов Ц, что составляет 20% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?

Дано: Ц 20% — 1200 нуклеотидов.
Найти: нуклеотидов А, Т, Г.

Решение:
1. Ц комплементарен Г и их количество равно, то Г=20%, что составляет 1200 нуклеотидов.
2. Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%, тогда А+Г и Т+Ц по 50 %, следовательно 50-20=30% (А, Т).
3. Составляем пропорцию
1200 нуклеотидов – 20%
х нуклеотидов – 30%
30х1200:20=1800 нуклеотидов (А, Т)

Ответ: Г – 1200 нуклеотидов, А, Т – 1800 нуклеотидов.

Цепи ДНК удерживаются благодаря водородным связям между комплементарными основаниями. Так, между А и Т образуется двойная связь (А = Т), а между Г и Ц – тройная (Г = Ц). Эти связи достаточно слабы, и легко разрушаются в процессе самоудвоения ДНК или при экстремальном воздействии факторов среды (например, высокой температуры).

Разрушить тройную связь сложнее, чем двойную, поэтому в молекулах ДНК бактерий, живущих в термальных источниках преобладают Г-Ц пары.

Задача 6

Определите число водородных связей в фрагменте молекулы ДНК, если известно, что нуклеотидов с аденином – 10, с гуанином – 25.

Дано: А – 10, Г – 25.
Найти: водородные связи в ДНК.

Решение:
1. А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны.
2. Считаем количество пар А – Т и умножаем на 2, так как между аденином и тимином образуются две водородные связи: 10х2=20 связей;
3. Считаем количество пар Г – Ц и умножаем на 3, так как между гуанином и цитозином образуются три водородные связи: 25х3=75 связей;
4. Тогда всего 20+75=95 водородных связей.

Ответ: 95 водородных связей.

Длина одного нуклеотида – 0,34 нм

На один виток спирали приходится 10 нуклеотидов

Шаг спирали (виток) имеет длину – 3,4 нм

Принцип комплементарности: А-Т, Г-Ц

Правило Чаргаффа: А+Г=Т+Ц

Водородные связи: А = Т, Г ≡ Ц.

Ни пуха ни пера!

Источник

Слайд 2

Молекулярная биология изучает механизмы хранения и передачи

наследственной информации.
Задачи по молекулярной биологии встречаются в двух основных темах: нуклеиновые кислоты,
генетический код.

Слайд 3Типы задач
Установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК,

антикодонов тРНК, используя принцип комплементарности.
Вычисление количества нуклеотидов,

их процентное соотношение в цепи ДНК, иРНК.
Вычисление количества водородных связей в цепи ДНК, иРНК.
Определение дины, массы ДНК, иРНК.
Определение последовательности аминокислот по таблице генетического кода.
Определение массы ДНК, гена, белка, количества аминокислот, нуклеотидов.
Комбинированные .

Слайд 4Требования к решению задач
ход решения должен соответствовать

последовательности процессов, протекающих в клетке
решать задачи осознано,

обосновывать каждое действие теоретически
запись решения оформлять аккуратно, цепи ДНК, иРНК , тРНК прямые, символы нуклеотидов четкие, расположены на одной линии по горизонтали
цепи ДНК, иРНК , тРНК размещать на одной строке без переноса
ответы на все вопросы выписывать в конце решения

Слайд 6 Первый тип задач — задачи на

установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК,
антикодонов

тРНК

Участок правой цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов:
А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т. Запишите последовательность нуклеотидов левой цепи ДНК.
Дано: ДНК А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т
Решение: ( нуклеотиды левой цепи ДНК подбираем по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц)
ДНК А Г Т Ц Т А А Ц Т Г А Г Ц А Т
ДНК Т Ц А Г А Т Т Г А Ц Т Ц Г Т А
Ответ : левая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А

Слайд 7 Первый тип задач — задачи на

установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов

тРНК

Участок цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: Ц-Т-А-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г. Запишите последовательность нуклеотидов иРНК.
Дано: ДНК Ц-Т-А-А- Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т- Г- А- Г
Решение: ( нуклеотиды иРНК подбираем по принципу комплементарности к ДНК : А-У, Г-Ц)

ДНК Ц Т А А Ц Ц А Т А Г Т Т Г А Г
иРНК Г А У У Г Г У А У Ц А А Ц У Ц

Ответ : иРНК имеет последовательность нуклеотидов Г-А-У-У-Г- Г-У-А-У-Ц-А-А-Ц-У-Ц

Слайд 8 * Определите последовательность нуклеотидов иРНК, антикодоны

молекул тРНК , если фрагмент ДНК

имеет последовательность нуклеотидов
Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-Т-А-А-Г-Т-Ц
Дано: ДНК Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-Т-А-А-Г-Т-Ц
Решение: (нуклеотиды подбираем по принципу комплементарности А-У, Г-Ц под ДНК сначала строим иРНК, затем тРНК)

ДНК Г Ц Ц Т А Ц Т А А Г Т Ц
иРНК Ц Г Г А У Г А У У Ц А Г
тРНК Г Ц Ц У А Ц У А А Г У Ц
Ответ : иРНК имеет последовательность нуклеотидов Ц Г Г А У Г А У У Ц А Г
антикодоны тРНК Г Ц Ц У А Ц У А А Г У Ц

Слайд 9
Второй тип задач — на вычисление

количества нуклеотидов, их процентное соотношение в цепи

ДНК, иРНК.

В одной молекуле ДНК нуклеотидов с тимином Т -22% . Определите процентное содержание нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в этой молекуле ДНК.
Дано: Т -22%
Найти: % А, Г, Ц
Решение 1:
согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%.
Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.
22+22=44% ( А+Т)
100- 44 =56% (Г+Ц)
Так как гуанин комплементарен цитозину, то их количество тоже равно, поэтому
56 : 2 =28% (Г, Ц)

Решение 2:
согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100% или А+Г и Т+Ц по 50 %
Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.
следовательно 50 — 22=28% (Г, Ц, т.к. они комплементарны)
Ответ : А=22%, Г=28%, Ц=28%

Слайд 10Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г, во

фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено

1500 нуклеотидов Ц, что составляет 30% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?
Дано: Ц- 30% =1500 нуклеотидов
Найти: количество нуклеотидов А, Т, Г

Решение:
Так как Ц комплементарен Г и их количество равно, то Г =30%,
что составляет 1500 нуклеотидов.
согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%
А+Г и Т+Ц по 50 % следовательно 50-30=20% (А, Т). Составим пропорцию 30% — 1500
20% — ?
20х1500 : 30 =1000 нуклеотидов (А, Т)
Ответ: во фрагменте молекулы ДНК содержится:
Г=1500 нуклеотидов, А=1000 нуклеотидов, Т=1000 нуклеотидов.

Слайд 11* Участок молекулы ДНК ( одна цепочка)

содержит:
150 нуклеотидов – А, 50 нуклеотидов

– Т,
300 нуклеотидов – Ц, 100 нуклеотидов — Г.
Определите : количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
Дано: нуклеотидов в 1-й цепи ДНК: А-150, Т-50, Ц-300, Г-100.
Найти: А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
Решение:
А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны, поэтому во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100
Всего нуклеотидов: А(150+50)+Т(50+150)+Г(300+100)+Ц(100+300)=1200
Ответ: нуклеотидов во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100;
1200 нуклеотидов в двух цепях.

Слайд 12 *В состав иРНК входят нуклеотиды: аденина

28%, гуанина 16%, урацила 24%. Определите процентный

состав нуклеотидов в двуцепочечной молекулы ДНК, информация с которой «переписана» на иРНК
Дано: нуклеотидов в иРНК: А-28%, У-24%, Г-16%.
Найти: % А, Т, Ц, Г в ДНК.
Решение:
Определяем процентное содержание цитозина в иРНК, учитывая, что сумма всех нуклеотидов иРНК составляет 100%:
100 — ( 24+28+16) = 32% (Ц)
Учитывая принцип комплементарности ( А=Т, У=А, Г=Ц, Ц=Г), вычисляем процентный состав нуклеотидов цепи ДНК, с которой была списана информация на и РНК. Сумма всех нуклеотидов в двух цепях ДНК составляет 100%:
Т=28:2=14%, Г= 32:2=16%, А=24:2=12%, Ц=16:2=8%
Вторая цепочка ДНК является комплементарной первой, следовательно, в ней процентный состав нуклеотидов следующий:
А=14%, Ц=16%, Т=12%, Г=8%
В двуцепочечной ДНК процентное содержание нуклеотидов будет таким:
А = 12+14=26%, Т= 14+12=26%, Г=16+8=24%, Ц= 8+16=24%
Ответ: в двух цепях ДНК % состав нуклеотидов: Т -26%, А-26%,
Г-24%, Ц-24%

Слайд 13*Третий тип задач на вычисление количества водородных

связей.

Две цепи ДНК удерживаются водородными связями. Определите

число водородных связей в этой цепи ДНК, если известно, что нуклеотидов с аденином 12, с гуанином 20.
Дано: А-12, Г-20
Найти: водородных связей в ДНК
Решение:
А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны
Между А и Т двойная водородная связь, поэтому 12х2=24 связи
Между Г и Ц тройная водородная связь, поэтому 20х3=60 связей
24+60=84 водородных связей всего
Ответ: 84 водородных связей.

Слайд 14*Четвертый тип задач определение длины, ДНК, иРНК

Участок

молекулы ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов.

Определите длину этого участка (расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0, 34 нм)
Дано: 60 пар нуклеотидов
Найти: длину участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм
60х0,34= 20,4 нм
Ответ: 20,4 нм

Длина участка молекулы ДНК составляет 510нм. Определите число пар нуклеотидов в этом участке.
Дано: длина участка ДНК 510нм
Найти: Определите число пар нуклеотидов
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм
510:0,34= 1500 нуклеотидов
Ответ: 1500 нуклеотидов

Слайд 15Число нуклеотидов в цепи ДНК равно 100.

Определите длину этого участка
Дано: 100 нуклеотидов
Найти: длину

участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм , ДНК состоит из 2-х цепей значит 50 пар нуклеотидов.
50х0,34=17нм
Ответ: 17нм

Число нуклеотидов в цепи и-РНК равно 100. Определите длину этого участка
Дано: 100 нуклеотидов
Найти: длину участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм , и-РНК состоит из одной цепи
100х0,34=34нм
Ответ: 34нм

Слайд 16« Биосинтез белка,
генетический код»
на

участке ДНК строится иРНК
иРНК переходит

в цитоплазму
иРНК соединяется с рибосомой ( 2 триплета)
тРНК несет аминокислоту в рибосому
кодон иРНК комплементарен антикодону тРНК
в рибосоме из аминокислот образуется белок
ДНК- РНК- белок
20 аминокислот — 64 триплета
ДНК — иРНК — тРНк
3 нуклеотида =1 триплет =1 аминокислота = 1тРНК

« Биосинтез белка,
генетический код» на участке ДНК строится

Слайд 17Пятый тип задач — определение последовательности аминокислот

по таблице генетического кода.

Фрагмент цепи ДНК имеет

последовательность нуклеотидов: ТГГАГТГАГТТА. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны тРНК и аминокислотную последовательность фрагмента молекулы белка.
Дано: ДНК Т-Г-Г-А-Г-Т-Г-А-Г-Т-Т-А
Найти: иРНК, тРНК и аминокислотную последовательность белка
Решение: на участке ДНК по принципу комплементарности (А-У, Г-Ц) построим иРНК, затем по цепи иРНК построим тРНК по принципу комплементарности ( А-У, Г-Ц)
ДНК Т- Г- Г- А- Г- Т- Г- А- Г- Т- Т- А
иРНК А-Ц-Ц-У- Ц- А- Ц- У- Ц- А- А- У
тРНК У- Г- Г- А -Г- У- Г -А- Г- У- У-А
иРНК разделим на триплеты и по таблице генетического кода определим аминокислотную последовательность белка:
А-Ц-Ц тре, У-Ц-А сер, Ц-У-Ц лей, А- А-У асн.
Ответ : иРНК А-Ц- Ц-У- Ц- А-Ц-У-Ц-А- А-У
тРНК У- Г -Г- А- Г-У- Г-А-Г- У- У-А
аминокислотную последовательность белка :тре, сер, лей, асн

Слайд 18*Участок молекулы ДНК имеет следующее строение:
ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА
Определите

последовательность нуклеотидов соответствующего участка иРНК. Определите последовательность

аминокислот в полипептиде, синтезируемом по иРНК. Как изменится последовательность аминокислот в полипептиде, если в результате мутации пятый нуклеотид в ДНК будет заменён на аденин? Ответ объясните.

Дано: ДНК ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА
Найти: аминокислотную последовательность исходного белка, мутированного
Решение: определим иРНК по принципу комплементарности
ДНК ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ- ЦАА
иРНК ЦЦУ- УГГ-УАУ-ЦАГ-ГУУ
По таблице генетического кода определим аминокислотную последовательность белка: про, три, тир, глн, вал
В результате мутации ДНК изменится , т.к. пятый нуклеотид в ДНК будет заменён на аденин
ДНК ГГА — ААЦ-АТА-ГТЦ- ЦАА
иРНК ЦЦУ- УУГ-УАУ-ЦАГ-ГУУ
По таблице генетического кода определим аминокислотную последовательность измененного белка: про, лей, тир, глн, вал,
Ответ: про, три, тир, глн, вал; про, лей, тир, глн, вал, так как изменился нуклеотид в ДНК, то изменился нуклеотид иРНК, изменилась аминокислота и структура белка.

Слайд 19* Известно, что все виды РНК синтезируются

на ДНК- матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на

котором синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов АТАГЦТГААЦГГАЦТ. 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.
Дано: ДНК АТАГЦТГААЦГГАЦТ
Найти:
нуклеотидную последовательность участка тРНК
аминокислоту, которую будет переносить тРНК
Решение :
Так как тРНК синтезируются на ДНК, то построим тРНК по принципу комплементарности (А-У, Г-Ц)
ДНК А Т А Г Ц Т Г А А Ц Г Г А Ц Т
тРНК У А У Ц Г А Ц У У Г Ц Ц У Г А
Третий триплет ( антикодон тРНК) ЦУУ , соответствует кодону на иРНК ГАА (по принципу комплементарности), по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота ГЛУ, которую переносить данная тРНК.
Ответ: тРНК УАУЦГАЦУУГЦЦУГА
аминокислота ГЛУ

Слайд 20Шестой тип задач — определение массы белка,

количества аминокислот, нуклеотидов.

1. Фрагмент молекулы ДНК содержит

1230 нуклеотидных остатков. Сколько аминокислот будет входить в состав белка?
Дано: 1230 нуклеотидов
Найти: количество аминокислот
Решение:
Одной аминокислоте соответствует 3 нуклеотда, поэтому 1230:3= 410 аминокислот.
Ответ: 410 аминокислот.

2. Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий белок из 210 аминокислот?
Дано: 210 аминокислот
Найти: количество нуклеотидов
Решение:
Одной аминокислоте соответствует 3 нуклеотда, поэтому 210х3=630 нуклеотидов
Ответ: 630 нуклеотидов

Слайд 21*Определите число аминокислот , входящих в состав

белка, число триплетов и число нуклеотидов в

гене, который кодирует этот белок, если в процессе трансляции участвовало 30 молекул тРНК.
Дано: 30 тРНК
Найти: число аминокислот, триплетов, нуклеотидов в гене
Решение:
1тРНК=1 аминокислоте, поэтому аминокислот 30
1 аминокислоте = 1 триплету, поэтому триплетов 30
1 триплет = 3 нуклеотида, поэтому 30х3=90 нуклеотидов.
Ответ: аминокислот 30, триплетов 30, 90 нуклеотидов

Слайд 22* Молекулярная масса полипептида составляет 40000. Определите

длину кодирующего его гена, если молекулярная масса

одной аминокислоты в среднем равна 100, а расстояние между соседними нуклеотидами в цепи ДНК составляет 0, 34 нм.
Дано: масса белка — 40000
масса аминокислоты — 100
расстояние между нуклеотидами 0,34нм
Найти: длину гена
Решение:
Так как белок ( полипептид) состоит из аминокислот, найдем количество аминокислот 40000:100=400
1 аминокислота=3 нуклеотида, 400х3=1200 нуклеотидов
Ген состоит из нуклеотидов. Длина гена 1200х0,34=408нм
Ответ: длина гена 408нм

Слайд 23Комбинированные задачи

* Белок состоит из 100 аминокислот.

Установите, во сколько раз молекулярная масса участка

гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка, если средняя молекулярная масса аминокислоты -110, а нуклеотида — 300.
Дано:
100 аминокислот,
молекулярная масса аминокислоты -110,
молекулярная масса нуклеотида — 300.
Найти : во сколько раз масса гена превышает массу белка.
Решение:
Так как ген — это участок ДНК, состоящий из нуклеотидов, то определим их количество: одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида ,
то 100х3=300 нуклеотидов.
Молекулярная масса белка 100х110=11000,
Молекулярная масса гена 300х300=90000
Молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка: 90000: 11000 =8 раз
Ответ : в 8 раз

Слайд 24
Какую длину имеет участок молекулы ДНК, в

котором закодирована первичная структура инсулина, если молекула

инсулина содержит 51 аминокислоту, а один нуклеотид занимает 0,34 нм в цепи ДНК? Какое число молекул тРНК необходимо для переноса этого количества аминокислот к месту синтеза? (Следует учитывать, что одна тРНК доставляет к рибосоме одну аминокислоту.) Ответ поясните.
Дано: 51 аминокислота, 1 нуклеотид 0,34 нм
Найти: длину ДНК, число тРНК
1)для кодирования одной аминокислоты необходимо 3 нуклеотида, 51 х 3 = 153 нуклеотида;
2) участок ДНК имеет длину 0,34 х 153 = 52 нм
3) одна тРНК переносит одну аминокислоту,
поэтому тРНК 51 молекула
Ответ: длина ДНК 52 нм , число тРНК — 51

Слайд 25Энергетический обмен
1. Подготовительный (в пищеварительном канале, лизосомах)

крахмал

глюкоза ( Е )
2. Бескислородный « гликолиз» ( в цитоплазме)
глюкоза 2 ПВК + 2АТФ
3 . Кислородный «дыхание» ( в митохондриях)
ПВК СО2 +Н 2О + 36 АТФ

1 глюкоза = 38 АТФ

Слайд 26В процессе гликолиза образовалось

42 молекулы пировиноградной кислоты. Какое

количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении?
Дано: 42 ПВК
Найти: кол-во глюкозы, кол-во АТФ при полном окислении.
Решение:
1) при гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется с образованием 2-х молекул пировиноградной кислоты (ПВК), следовательно, гликолизу подверглось: 42 : 2 = 21 молекула глюкозы;
2) при полном окислении одной молекулы глюкозы (бескислородный 2АТФ и кислородный этапы 36 АТФ) образуется 38 молекул АТФ;
3) при окислении 21 молекулы образуется: 21 х 38 = 798 молекул АТФ.
Ответ: 21 молекула глюкозы, 798 молекул АТФ

Слайд 28Общая масса всех молекул ДНК в 46

хромосомах одной соматической клетки человека составляет около

6 . 10 -9 мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в ядре при овогенезе перед началом деления, в конце телофазы мейоза I и мейоза II. Объясните полученные результаты.
Дано: 46 хромосом = масса 6 . 10 -9 мг
Найти: массу ДНК: перед началом деления, в конце телофазы мейоза I и мейоза II.
Решение:
1)перед началом деления в процессе репликации число ДНК удваивается и масса ДНК равна 2 • 6 . 10 -9 = 12 . 10 -9 мг;
2) первое деление мейоза редукционное, число хромосом становится в 2 раза меньше, но каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК (сестринских хроматид), поэтому в телофазе мейоза I масса ДНК равна 12 . 10 -9 : 2 = 6 . 10-9 мг;
3)после мейоза II каждое ядро в клетке содержит однохроматидные хромосомы гаплоидного набора, поэтому в телофазе мейоза II масса ДНК равна 6 . 10-9 : 2 = 3. 10-9 мг.
Ответ: масса ДНК перед началом деления 12 . 10 -9 мг, в конце телофазы мейоза I — 6 . 10-9 мг, в конце телофазы мейоза II — 3. 10-9 мг

Слайд 29Список использованной литературы

Источник

1.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задачи на установление последовательности нуклеотидов
в молекуле ДНК

Задача №1. Участок
правой цепи молекулы ДНК имеет последовательность

нуклеотидов:
А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т. Записать последовательность

нуклеотидов
левой цепи ДНК.

Дано: ДНК
А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т

Решение:
нуклеотиды левой цепи ДНК подбираем по принципу

комплементарности
А-Т, Г — Ц

ДНК

Ответ: левая цепь
ДНК имеет последовательность нуклеотидов Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-

Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А.

Задача
№2. Участок цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов:
Ц-Т-А-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г. Запишите последовательность

нуклеотидов
и — РНК.

Дано: ДНК
Ц-А-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г

Решение:
нуклеотиды и-РНК подбираем по принципу комплементарности к ДНК:

А-У,
Г-Ц.

ДНК

и-
РНК

Ответ: и-РНК имеет последовательность
нуклеотидов Г-А-У-У-Г- Г-У-А-У-Ц-А-А-Ц-У-Ц.

Задача
№3. Определить последовательность нуклеотидов и-РНК, антикодоны молекул т-РНК,
если фрагмент ДНК имеет последовательность нуклеотидов Г-Ц-Ц-Т-А-

Ц-Т-А-А-Г-Т-Ц.

Дано:
ДНК Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-Т-А-А-Г-Т-Ц

Решение:
подобрать нуклеотиды по принципу комплементарностиА-У, Г-Ц, под

ДНК
записать и-РНК, затем т-РНК.

ДНК

и-РНК

т-РНК

Ответ: и-РНК имеет последовательность
нуклеотидов Ц-Г-Г-А-У-Г-А-У-У-Ц-А-Г; антикодоны т-РНК: Г-Ц-Ц-У-А-Ц-У-А-А-Г-У-Ц.

Задачи
на определение процентного содержания нуклеотидов в молекулах ДНК. Применение
правила ЧАРГГАФА

Задача
№1. В одной молекуле ДНК нуклеотидов с тимином Т-22%. Определить процентное
содержание нуклеотидов А, Г, Ц в этой молекуле ДНК.

Дано: Т-22%

Найти: % А, Г, Ц.

Решение
1:Известно, что по правилу Чаргаффа А+Г=Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют
100%. Так как тимин комплементарен аденину, то А =22%.

22+22=44%
(А+Т) 100-44=56% (Г+Ц).

Так как гуанин комплементарен
цитозину, то их количество тоже равно, поэтому 56:2 =28% (Г, Ц)

Решение
2: Известно, что по правилу Чаргаффа А+Г=Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют
100% или А+Г и Т+Ц по 50%.Так как тимин комплементарен аденину,

то
А=22%.

Следовательно
50-22=28% (Г, Ц, т.к. они комплементарны).

Ответ: А=22%,
Г=28%, Ц=28%

Задачи
на определение водородных связей в молекуле ДНК Задача №1. Две цепи ДНК
удерживаются водородными связями. Определить

число
водородных связей в этой цепи ДНК, если известно, что нуклеотидов с аденином

12,
с гуанином 20.

Дано: А-12, Г-20

Найти:в молекуле
ДНКколичество водородных связей.

Решение:

А=Т, Г=Ц, так как
они комплементарны.

Между А и Т
двойная водородная связь, поэтому 12х2=24 связи.

Между
Г и Ц тройная водородная связь, поэтому 20х3=60 связей. 24+60=84 водородных
связей всего.

Ответ: 84
водородные связи.

Задачи на определение длины молекулы ДНК
Задача №1. Участок молекулы ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов. Определить

длину
этого участка (расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0, 34 нм).

Дано: 60 пар
нуклеотидов

Найти: длину
участка.

Решение: длина
нуклеотида 0, 34нм. Тогда 60х0,34= 20,4нм.

Ответ: 20,4нм.

Задача
№2. Длина участка молекулы ДНК составляет 510нм. Определить число пар
нуклеотидов в этом участке.

Дано: длина
участка ДНК 510нм.

Найти: число пар
нуклеотидов.

Решение: длина
нуклеотида 0,34нм. Тогда 510:0,34=1500 нуклеотидов.

Ответ: 1500
нуклеотидов.

Задачи
на определение количества аминокислотных остатков Задача №1. Альбумин сыворотки
крови человека имеет молекулярную массу

68400.
Определить количество аминокислотных остатков в молекуле этого белка.

Решение:
определить общее количество аминокислотных остатков, принимая среднюю молекулярную
массу одного аминокислотного остатка за 100 (а.е.м.) 68400:100 = 684
аминокислот

Ответ: 684
аминокислот в молекуле альбумина.

Источник

ДНК и гены

ДНК ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ

Справа крупнейшая спираль ДНК человека, выстроенная из людей на пляже в Варне (Болгария), вошедшая в книгу рекордов Гиннесса 23 апреля 2016 года

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Общие сведения

Содержание страницы:

Дезоксирибонуклеиновая кислота
Строение нуклеиновых кислот
Репликация
Строение РНК
Транскрипция
Трансляция
Генетический код
Геном: гены и хромосомы
Прокариоты
Эукариоты
Строение генов
Строение генов прокариот
Строение генов эукариот
Сравнение строения генов
Мутации и мутагенез
Генные мутации
Хромосомные мутации
Геномные мутации
Видео по теме ДНК
Дополнительный материал

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – своеобразный чертеж жизни, сложный код, в котором заключены данные о наследственной информации. Эта сложная макромолекула способна хранить и передавать наследственную генетическую информацию из поколения в поколение. ДНК определяет такие свойства любого живого организма как наследственность и изменчивость. Закодированная в ней информация задает всю программу развития любого живого организма. Генетически заложенные факторы предопределяют весь ход жизни как человека, так и любого др. организхма. Искусственное или естественное воздействие внешней среды способны лишь в незначительной степени повлиять на общую выраженность отдельных генетических признаков или сказаться на развитии запрограммированных процессов.

Дезоксирибонуклеи́новая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.

С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы (С) и фосфатной (Ф) группы (фосфодиэфирные связи).

Рис. 2. Нуклертид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула закручена по винтовой линии.

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином (А-Т), гуанин — только с цитозином (Г-Ц). Именно эти пары и составляют «перекладины» винтовой «лестницы» ДНК (см.: рис. 2, 3 и 4).

Рис. 2. Азотистые основания

Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции.

Рис. 3. Репликация ДНК

Расположение базовых комбинаций химических соединений ДНК и количественные соотношения между этими комбинациями обеспечивают кодирование наследственной информации.

Образование новой ДНК (репликация)

Процесс репликации: раскручивание двойной спирали ДНК — синтез комплементарных цепей ДНК-полимеразой — образование двух молекул ДНК из одной.
Двойная спираль «расстегивается» на две ветви, когда ферменты разрушают связь между базовыми парами химических соединений.
Каждая ветвь является элементом новой ДНК. Новые базовые пары соединяются в той же последовательности, что и в родительской ветви.

По завершении дупликации образуются две самостоятельные спирали, созданные из химических соединений родительской ДНК и имеющие с ней одинаковый генетический код. Таким путем ДНК способна перерывать информацию от клетки к клетке.

Более подробная информация:

СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Рис. 4 . Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) относится к нуклеиновым кислотам. Нуклеиновые кислоты – это класс нерегулярных биополимеров, мономерами которых являются нуклеотиды.

НУКЛЕОТИДЫ состоят из азотистого основания, соединенного с пятиуглеродным углеводом (пентозой) – дезоксирибозой (в случае ДНК) или рибозой (в случае РНК), который соединяется с остатком фосфорной кислоты (H₂PO₃–).

Азотистые основания бывают двух типов: пиримидиновые основания – урацил (только в РНК), цитозин и тимин, пуриновые основания – аденин и гуанин.

Рис. 5. Структура нуклеотидов (слева), расположение нуклеотида в ДНК (снизу) и типы азотистых оснований (справа): пиримидиновые и пуриновые

Атомы углерода в молекуле пентозы нумеруются числами от 1 до 5. Фосфат соединяется с третьим и пятым атомами углерода. Так нуклеинотиды соединяются в цепь нуклеиновой кислоты. Таким образом, мы можем выделить 3’ и 5’-концы цепи ДНК:

Рис. 6. Выделение 3’ и 5’-концов цепи ДНК

Две цепи ДНК образуют двойную спираль. Эти цепи в спирали сориентированы в противоположных направлениях. В разных цепях ДНК азотистые основания соединены между собой с помощью водородных связей. Аденин всегда соединяется с тимином, а цитозин – с гуанином. Это называется правилом комплементарности (см. принцип комплементарности).

Правило комплементарности:

Например, если нам дана цепь ДНК, имеющая последовательность

3’– ATGTCCTAGCTGCTCG – 5’,

то вторая ей цепь будет комплементарна и направлена в противоположном направлении – от 5’-конца к 3’-концу:

5’– TACAGGATCGACGAGC– 3’.

Рис. 7. Направленность цепей молекулы ДНК и соединение азотистых оснований с помощью водородных связей

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК

Репликация ДНК – это процесс удвоения молекулы ДНК путем матричного синтеза. В большинстве случаев естественной репликации ДНК праймером для синтеза ДНК является короткий фрагмент РНК (создаваемый заново). Такой рибонуклеотидный праймер создается ферментом праймазой (ДНК-праймаза у прокариот, ДНК-полимераза у эукариот), и впоследствии заменяется дезоксирибонуклеотидами полимеразой, выполняющей в норме функции репарации (исправления химических повреждений и разрывов в молекле ДНК).

Репликация происходит по полуконсервативному механизму. Это значит, что двойная спираль ДНК расплетается и на каждой из ее цепей по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Дочерняя молекула ДНК, таким образом, содержит в себе одну цепь от материнской молекулы и одну вновь синтезированную. Репликация происходит в направлении от 3’ к 5’ концу материнской цепи.

Рис. 8. Репликация (удвоение) молекулы ДНК

ДНК-синтез – это не такой сложный процесс, как может показаться на первый взгляд. Если подумать, то для начала нужно разобраться, что же такое синтез. Это процесс объединения чего-либо в одно целое. Образование новой молекулы ДНК проходит в несколько этапов:

1) ДНК-топоизомераза, располагаясь перед вилкой репликации, разрезает ДНК для того, чтобы облегчить ее расплетание и раскручивание.
2) ДНК-хеликаза вслед за топоизомеразой влияет на процесс «расплетения» спирали ДНК.
3) ДНК-связывающие белки осуществляют связывание нитей ДНК, а также проводят их стабилизацию, не допуская их прилипания друг к другу.
4) ДНК-полимераза δ (дельта), согласовано со скоростью движения репликативной вилки, осуществляет синтез ведущей цепи дочерней ДНК в направлении 5’→3′ на матрице материнской нити ДНК по направлению от ее 3′-конца к 5′-концу (скорость до 100 пар нуклеотидов в секунду). Этим события на данной материнской нити ДНК ограничиваются.

Рис. 9. Схематическое изображение процесса репликации ДНК: (1) Отстающая цепь (запаздывающая нить), (2) Ведущая цепь (лидирующая нить), (3) ДНК-полимераза α (Polα), (4) ДНК-лигаза, (5) РНК-праймер, (6) Праймаза, (7) Фрагмент Оказаки, (8) ДНК-полимераза δ (Polδ), (9) Хеликаза, (10) Однонитевые ДНК-связывающие белки, (11) Топоизомераза.

Далее описан синтез отстающей цепи дочерней ДНК (см. Схему репликативной вилки и функции ферментов репликации)

Нагляднее о репликации ДНК см. видео →

5) Непосредственно сразу после расплетания и стабилизации другой нити материнской молекулы к ней присоединяется ДНК-полимераза α (альфа) и в направлении 5’→3′ синтезирует праймер (РНК-затравку) – последовательность РНК на матрице ДНК длиной от 10 до 200 нуклеотидов. После этого фермент удаляется с нити ДНК.

Вместо ДНК-полимеразы α к 3′-концу праймера присоединяется ДНК-полимераза ε.

6) ДНК-полимераза ε (эпсилон) как бы продолжает удлинять праймер, но в качестве субстрата встраивает дезоксирибонуклеотиды (в количестве 150-200 нуклеотидов). В результате образуется цельная нить из двух частей – РНК (т.е. праймер) и ДНК. ДНК-полимераза ε работает до тех пор, пока не встретит праймер предыдущего фрагмента Оказаки (синтезированный чуть ранее). После этого данный фермент удаляется с цепи.

7) ДНК-полимераза β (бета) встает вместо ДНК-полимеразы ε, движется в том же направлении (5’→3′) и удаляет рибонуклеотиды праймера, одновременно встраивая дезоксирибонуклеотиды на их место. Фермент работает до полного удаления праймера, т.е. пока на его пути не встанет дезоксирибонуклеотид (еще более ранее синтезированный ДНК-полимеразой ε). Связать результат свой работы и впереди стоящую ДНК фермент не в состоянии, поэтому он сходит с цепи.

В результате на матрице материнской нити «лежит» фрагмент дочерней ДНК. Он называется фрагмент Оказаки.

ДНК-лигаза производит сшивку двух соседних фрагментов Оказаки, т.е. 5′-конца отрезка, синтезированного ДНК-полимеразой ε, и 3′-конца цепи, встроенного ДНК-полимеразой β.

СТРОЕНИЕ РНК

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.

Так же, как ДНК, РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы. Однако в отличие от ДНК, РНК обычно имеет не две цепи, а одну. Пентоза в РНК представлена рибозой, а не дезоксирибозой (у рибозы присутствует дополнительная гидроксильная группа на втором атоме углевода). Наконец, ДНК отличается от РНК по составу азотистых оснований: вместо тимина (Т) в РНК представлен урацил (U), который также комплементарен аденину.

Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы используют РНК (мРНК) для программирования синтеза белков.

Клеточные РНК образуются в ходе процесса, называемого транскрипцией, то есть синтеза РНК на матрице ДНК, осуществляемого специальными ферментами — РНК-полимеразами.

Затем матричные РНК (мРНК) принимают участие в процессе, называемом трансляцией, т.е. синтеза белка на матрице мРНК при участии рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим модификациям, и после образования вторичной и третичной структур выполняют функции, зависящие от типа РНК.

Рис. 10. Отличие ДНК от РНК по азотистому основанию: вместо тимина (Т) в РНК представлен урацил (U), который также комплементарен аденину.

ТРАНСКРИПЦИЯ

Транскрипция – это процесс синтеза РНК на матрице ДНК. ДНК раскручивается на одном из участков. На одной из цепей содержится информация, которую необходимо скопировать на молекулу РНК – эта цепь называется кодирующей. Вторая цепь ДНК, комплементарная кодирующей, называется матричной. В процессе транскрипции на матричной цепи в направлении 3’ – 5’ (по цепи ДНК) синтезируется комплементарная ей цепь РНК. Таким образом, создается РНК-копия кодирующей цепи.

Рис. 11. Схематическое изображение транскрипции

Например, если нам дана последовательность кодирующей цепи

3’– ATGTCCTAGCTGCTCG – 5’,

то, по правилу комплементарности, матричная цепь будет нести последовательность

5’– TACAGGATCGACGAGC– 3’,

а синтезируемая с нее РНК – последовательность

3’– AUGUCCUAGCUGCUCG – 5’.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Рассмотрим механизм синтеза белка на матрице РНК, а также генетический код и его свойства. Также для наглядности по ниже приведенной ссылке рекомендуем посмотреть небольшое видео о процессах транскрипции и трансляции, происходящих в живой клетке:

В представленном видоролике (кнопка-ссылка слева) показан процесс образования белка из аминокислот. Наглядно (в анимированном варианте) продемонстрированы процессы транскрипции и трансляции. Биосинтез белка на рибосоме также кратко описан в разделе Аминокислоты белков. Более подробное видео о геноме, ДНК и ее структуре, а также процессах кодировки представленно ниже на данной странице: Видео по теме ДНК

Рис. 12. Процесс синтеза белка: ДНК кодирует РНК, РНК кодирует белок

Трансляция — это процесс, посредством которого генетическая информация преобразуется в белки, рабочие лошадки клетки. Небольшие молекулы, называемые переносными РНК («тРНК»), играют решающую роль в трансляции; они являются молекулами-адаптерами, которые соответствуют кодонам (строительным блокам генетической информации) с аминокислотами (строительными блоками белков). Организмы несут множество типов тРНК, каждая из которых кодируется одним или несколькими генами («набор генов тРНК»).

Вообще говоря, функция набора генов тРНК — переводить 61 тип кодонов в 20 различных типов аминокислот — сохраняется в разных организмах. Тем не менее, состав набора генов тРНК может значительно варьировать между организмами.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

Генетический код — способ кодирования аминокислотной последовательности белков с помощью последовательности нуклеотидов. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов — кодоном или триплетом.

Генетический код, общий для большинства про- и эукариот. В таблице приведены все 64 кодона и указаны соответствующие аминокислоты. Порядок оснований — от 5′ к 3′ концу мРНК.

Таблица 1. Стандартный генетический код

1-е основа ние	2-е основание	3-е основа ние
U	C	A	G
U	UUU	Фенилаланин (Phe/F)	UCU	Серин (Ser/S)	UAU	Тирозин (Tyr/Y)	UGU	Цистеин (Cys/C)	U
UUC	UCC	UAC	UGC	C
UUA	Лейцин (Leu/L)	UCA	UAA	Стоп-кодон**	UGA	Стоп-кодон**	A
UUG	UCG	UAG	Стоп-кодон**	UGG	Триптофан (Trp/W)	G
C	CUU	CCU	Пролин (Pro/P)	CAU	Гистидин (His/H)	CGU	Аргинин (Arg/R)	U
CUC	CCC	CAC	CGC	C
CUA	CCA	CAA	Глутамин (Gln/Q)	CGA	A
CUG	CCG	CAG	CGG	G
A	AUU	Изолейцин (Ile/I)	ACU	Треонин (Thr/T)	AAU	Аспарагин (Asn/N)	AGU	Серин (Ser/S)	U
AUC	ACC	AAC	AGC	C
AUA	ACA	AAA	Лизин (Lys/K)	AGA	Аргинин (Arg/R)	A
AUG	Метионин* (Met/M)	ACG	AAG	AGG	G
G	GUU	Валин (Val/V)	GCU	Аланин (Ala/A)	GAU	Аспарагиновая кислота (Asp/D)	GGU	Глицин (Gly/G)	U
GUC	GCC	GAC	GGC	C
GUA	GCA	GAA	Глутаминовая кислота (Glu/E)	GGA	A
GUG	GCG	GAG	GGG	G

Среди триплетов есть 4 специальных последовательности, выполняющих функции «знаков препинания»:

*Триплет AUG, также кодирующий метионин, называется старт-кодоном. С этого кодона начинается синтез молекулы белка. Таким образом, во время синтеза белка, первой аминокислотой в последовательности всегда будет метионин.

**Триплеты UAA, UAG и UGA называются стоп-кодонами и не кодируют ни одной аминокислоты. На этих последовательностях синтез белка прекращается.

Свойства генетического кода

1. Триплетность. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов – триплетом или кодоном.

2. Непрерывность. Между триплетами нет никаких дополнительных нуклеотидов, информация считывается непрерывно.

3. Неперекрываемость. Один нуклеотид не может входить одновременно в два триплета.

4. Однозначность. Один кодон может кодировать только одну аминокислоту.

5. Вырожденность. Одна аминокислота может кодироваться несколькими разными кодонами.

6. Универсальность. Генетический код одинаков для всех живых организмов.

Пример. Нам дана последовательность кодирующей цепи:

3’– CCGATTGCACGTCGATCGTATA– 5’.

Матричная цепь будет иметь последовательность:

5’– GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT– 3’.

Теперь «синтезируем» с этой цепи информационную РНК:

3’– CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA– 5’.

Синтез белка идет в направлении 5’ → 3’, следовательно, нам нужно перевернуть последовательность, чтобы «прочитать» генетический код:

5’– AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC– 3’.

Теперь найдем старт-кодон AUG:

5’– AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC– 3’.

Разделим последовательность на триплеты:

Найдем стоп-кодон и согласно таблице генетического кода запишем последовательность аминокислот:

Центральная догма молекулярной биологии звучит следующим образом: информация с ДНК передается на РНК (транскрипция), с РНК – на белок (трансляция). ДНК также может удваиваться путем репликации, и также возможен процесс обратной транскрипции, когда по матрице РНК синтезируется ДНК, но такой процесс в основном характерен для вирусов.

Рис. 13. Центральная догма молекулярной биологии

ГЕНОМ: ГЕНЫ и ХРОМОСОМЫ

(общие понятия)

Геном — совокупность всех генов организма; его полный хромосомный набор.

Термин «геном» был предложен Г. Винклером в 1920 г. для описания совокупности генов, заключенных в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома в отличие от генотипа является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова. Большая часть ДНК эукариотических клеток представлена некодирующими («избыточными») последовательностями нуклеотидов, которые не заключают в себе информации о белках и нуклеиновых кислотах. Таким образом, основную часть генома любого организма составляет вся ДНК его гаплоидного набора хромосом.

Гены — это участки молекул ДНК, кодирующие полипептиды и молекулы РНК

За последнее столетие наше представление о генах существенно изменилось. Ранее геном называли участок хромосомы, кодирующий или определяющий один признак или фенотипическое (видимое) свойство, например цвет глаз.

Рис. 14. Соответствие между кодирующими участками ДНК, мРНК и аминокислотной последовательностью полипептидной цепи.

В 1940 г. Джордж Бидл и Эдвард Тейтем предложили молекулярное определение гена. Ученые обрабатывали споры гриба Neurospora crassa рентгеновским излучением и другими агентами, вызывающими изменения в последовательности ДНК (мутации), и обнаружили мутантные штаммы гриба, утратившие некоторые специфические ферменты, что в некоторых случаях приводило к нарушению целого метаболического пути. Бидл и Тейтем пришли к выводу, что ген — это участок генетического материала, который определяет или кодирует один фермент. Так появилась гипотеза «один ген — один фермент». Позднее эта концепция была расширена до определения «один ген — один полипептид», поскольку многие гены кодируют белки, не являющиеся ферментами, а полипептид может оказаться субъединицей сложного белкового комплекса.

На рис. 14 показана схема того, как триплеты нуклеотидов в ДНК определяют полипептид — аминокислотную последовательность белка при посредничестве мРНК. Одна из цепей ДНК играет роль матрицы для синтеза мРНК, нуклеотидные триплеты (кодоны) которой комплементарны триплетам ДНК. У некоторых бактерий и многих эукариот кодирующие последовательности прерываются некодирующими участками(так называемыми интронами).

Современное биохимическое определение гена еще более конкретно. Генами называются все участки ДНК, кодирующие первичную последовательность конечных продуктов, к которым относятся полипептиды или РНК, обладающие структурной или каталитической функцией.

Наряду с генами ДНК содержит и другие последовательности, выполняющие исключительно регуляторную функцию. Регуляторные последовательности могут обозначать начало или конец генов, влиять на транскрипцию или указывать место инициации репликации или рекомбинации. Некоторые гены могут экспрессироваться разными путями, при этом один и тот же участок ДНК служит матрицей для образования разных продуктов.

Мы можем приблизительно рассчитать минимальный размер гена, кодирующего средний белок. Каждая аминокислота в полипептидной цепи кодируется последовательностью из трех нуклеотидов; последовательности этих триплетов (кодонов) соответствуют цепочке аминокислот в полипептиде, который кодируется данным геном. Полипептидная цепь из 350 аминокислотных остатков (цепь средней длины) соответствует последовательности из 1050 п.н. (пар нуклеотидов). Однако многие гены эукариот и некоторые гены прокариот прерываются сегментами ДНК, не несущими информации о белке, и поэтому оказываются значительно длиннее, чем показывает простой расчет.

Сколько генов в одной хромосоме?

Рис. 15. Вид хромосом в прокаритической (слева) и эукариотической клеках. Гистоны (Histones) — обширный класс ядерных белков, выполняющих две основные функции: они участвуют в упаковке нитей ДНК в ядре и в эпигенетической регуляции таких ядерных процессов, как транскрипция, репликация и репарация.

ДНК прокариот устроена более просто: их клетки не имеют ядра, поэтому ДНК находится непосредственно в цитоплазме в форме нуклеоида.

Как известно, бактериальные клетки имеют хромосому в виде нити ДНК, уложенной в компактную структуру – нуклеоид. Хромосома прокариота Escherichia coli, чей геном полностью расшифрован, представляет собой кольцевую молекулу ДНК (на самом деле, это не правильный круг, а скорее петля без начала и конца), состоящую из 4 639 675 п.н. В этой последовательности содержится примерно 4300 генов белков и еще 157 генов стабильных молекул РНК. В геноме человека примерно 3,1 млрд пар нуклеотидов, соответствующих почти 29 000 генам, расположенным на 24 разных хромосомах.

Прокариоты (Бактерии).

Бактерия E. coli имеет одну двухцепочечную кольцевую молекулу ДНК. Она состоит из 4 639 675 п.н. и достигает в длину примерно 1,7 мм, что превышает длину самой клетки E. coli приблизительно в 850 раз. Помимо крупной кольцевой хромосомы в составе нуклеоида многие бактерии содержат одну или несколько маленьких кольцевых молекул ДНК, свободно располагающихся в цитозоле. Такие внехромосомные элементы называют плазмидами (рис. 16).

Большинство плазмид состоит всего из нескольких тысяч пар нуклеотидов, некоторые содержат более 10000 п. н. Они несут генетическую информацию и реплицируются с образованием дочерних плазмид, которые попадают в дочерние клетки в процессе деления родительской клетки. Плазмиды обнаружены не только в бактериях, но также в дрожжах и других грибах. Во многих случаях плазмиды не дают никаких преимуществ клеткам-хозяевам, и их единственная задача — независимое воспроизведение. Однако некоторые плазмиды несут полезные для хозяина гены. Например, содержащиеся в плазмидах гены могут придавать клеткам бактерий устойчивость к антибактериальным агентам. Плазмиды, несущие ген β-лактамазы, обеспечивают устойчивость к β-лактамным антибиотикам, таким как пенициллин и амоксициллин. Плазмиды могут переходить от клеток, устойчивых к антибиотикам, к другим клеткам того же или другого вида бактерий, в результате чего эти клетки также становятся резистентными. Интенсивное применение антибиотиков является мощным селективным фактором, способствующим распространению плазмид, кодирующих устойчивость к антибиотикам (а также транспозонов, которые кодируют аналогичные гены) среди болезнетворных бактерий, и приводит к появлению бактериальных штаммов с устойчивостью к нескольким антибиотикам. Врачи начинают понимать опасность широкого использования антибиотиков и назначают их только в случае острой необходимости. По аналогичным причинам ограничивается широкое использование антибиотиков для лечения сельскохозяйственных животных.

См. также: Равин Н.В., Шестаков С.В. Геном прокариот // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2013. Т. 17. № 4/2. С. 972–984.

Эукариоты.

Таблица 2. ДНК, гены и хромосомы некоторых организмов

	Общая ДНК, п.н.	Число хромосом*	Примерное число генов
Escherichia coli (бактерия)	4 639 675	1	4 435
Saccharomyces cerevisiae (дрожжи)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans (нематода)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana (растение)	119 186 200	10	33 000
Drosophila melanogaster (плодовая мушка)	120 367 260	18	20 000
Oryza sativa (рис)	480 000 000	24	57 000
Mus musculus (мышь)	2 634 266 500	40	27 000
Homo sapiens (человек)	3 070 128 600	46	29 000

Примечание. Информация постоянно обновляется; для получения более свежей информации обратитесь к сайтам, посвященным отдельным геномным проектам

*Для всех эукариот, кроме дрожжей, приводится диплоидный набор хромосом. Диплоидный набор хромосом (от греч. diploos- двойной и eidos- вид) – двойной набор хромосом (2n), каждая из которых имеет себе гомологичную.
**Гаплоидный набор. Дикие штаммы дрожжей обычно имеют восемь (октаплоидный) или больше наборов таких хромосом.
***Для самок с двумя Х хромосомами. У самцов есть Х хромосома, но нет Y, т. е. всего 11 хромосом.

В клетке дрожжей, одних из самых маленьких эукариот, в 2,6 раза больше ДНК, чем в клетке E. coli (табл. 2). Клетки плодовой мушки Drosophila, классического объекта генетических исследований, содержат в 35 раз больше ДНК, а клетки человека — примерно в 700 раз больше ДНК, чем клетки E. coli. Многие растения и амфибии содержат еще больше ДНК. Генетический материал клеток эукариот организован в виде хромосом. Диплоидный набор хромосом (2n) зависит от вида организма (табл. 2).

Например, в соматической клетке человека 46 хромосом (рис. 17). Каждая хромосома эукариотической клетки, как показано на рис. 17, а, содержит одну очень крупную двухспиральную молекулу ДНК. Двадцать четыре хромосомы человека (22 парные хромосомы и две половые хромосомы X и Y) различаются по длине более чем в 25 раз. Каждая хромосома эукариот содержит определенный набор генов.

Рис. 17. Хромосомы эукариот. а — пара связанных и конденсированных сестринских хроматид из хромосомы человека. В такой форме эукариотические хромосомы пребывают после репликации и в метафазе в процессе митоза. б — полный набор хромосом из лейкоцита одного из авторов книги. В каждой нормальной соматической клетке человека содержится 46 хромосом.

Размер и функция ДНК как матрицы для хранения и передачи наследственного материала объясняют наличие особых структурных элементов в организации этой молекулы. У высших организмов ДНК распределена между хромосомами.

Совокупность ДНК (хромосом) организма называется геномом. Хромосомы находятся в клеточном ядре и формируют структуру, называемую хроматином. Хроматин представляет собой комплекс ДНК и основных белков (гистонов) в соотношении 1:1. Длину ДНК обычно измеряют числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Например, 3-я хромосома человека представляет собой молекулу ДНК размером 160 млн п.н.. Выделенная линеаризованная ДНК размером 3*10⁶ п.н. имеет длину примерно 1 мм, следовательно, линеаризованная молекула 3-й хромосомы человека была бы 5 мм в длину, а ДНК всех 23 хромосом (~3*10⁹ п.н., MR = 1,8*10¹²) гаплоидной клетки – яйцеклетки или сперматозоида – в линеаризованном виде составляла бы 1 м. За исключением половых клеток, все клетки организма человека (их около 1013) содержат двойной набор хромосом. При клеточном делении все 46 молекул ДНК реплицируются и снова организуются в 46 хромосом.

Если соединить между собой молекулы ДНК человеческого генома (22 хромосомы и хромосомы X и Y или Х и Х), получится последовательность длиной около одного метра. Прим.: У всех млекопитающих и других организмов с гетерогаметным мужским полом, у самок две X-хромосомы (XX), а у самцов — одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY).

Большинство клеток человека диплоидны, поэтому общая длина ДНК таких клеток около 2м. У взрослого человека примерно 10¹⁴ клеток, таким образом, общая длина всех молекул ДНК составляет 2・10¹¹ км. Для сравнения, окружность Земли — 4・10⁴км, а расстояние от Земли до Солнца — 1,5・10⁸км. Вот как удивительно компактно упакована ДНК в наших клетках!

В клетках эукариот есть и другие органеллы, содержащие ДНК, — это митохондрии и хлоропласты. Выдвигалось множество гипотез относительно происхождения ДНК митохондрий и хлоропластов. Общепризнанная сегодня точка зрения заключается в том, что они представляют собой рудименты хромосом древних бактерий, которые проникли в цитоплазму хозяйских клеток и стали предшественниками этих органелл. Митохондриальная ДНК кодирует митохондриальные тРНК и рРНК, а также несколько митохондриальных белков. Более 95% митохондриальных белков кодируется ядерной ДНК.

СТРОЕНИЕ ГЕНОВ

Рассмотрим строение гена у прокариот и эукариот, их сходства и различия. Несмотря на то, что ген — это участок ДНК, кодирующий всего один белок или РНК, кроме непосредственно кодирующей части, он также включает в себя регуляторные и иные структурные элементы, имеющие разное строение у прокариот и эукариот.

Кодирующая последовательность – основная структурно-функциональная единица гена, именно в ней находятся триплеты нуклеотидов, кодирующие аминокислотную последовательность. Она начинается со старт-кодона и заканчивается стоп-кодоном.

До и после кодирующей последовательности находятся нетранслируемые 5’- и 3’-последовательности. Они выполняют регуляторные и вспомогательные функции, например, обеспечивают посадку рибосомы на и-РНК.

Нетранслируемые и кодирующая последовательности составлют единицу транскрипции – транскрибируемый участок ДНК, то есть участок ДНК, с которого происходит синтез и-РНК.

Терминатор – нетранскрибируемый участок ДНК в конце гена, на котором останавливается синтез РНК.

В начале гена находится регуляторная область, включающая в себя промотор и оператор.

Промотор – последовательность, с которой связывается полимераза в процессе инициации транскрипции. Оператор – это область, с которой могут связываться специальные белки – репрессоры, которые могут уменьшать активность синтеза РНК с этого гена – иначе говоря, уменьшать его экспрессию.

Строение генов у прокариот

Общий план строения генов у прокариот и эукариот не отличается – и те, и другие содержат регуляторную область с промотором и оператором, единицу транскрипции с кодирующей и нетранслируемыми последовательностями и терминатор. Однако организация генов у прокариот и эукариот отличается.

Рис. 18. Схема строения гена у прокариот (бактерий) — изображение увеличивается

В начале и в конце оперона есть единые регуляторные области для нескольких структурных генов. С транскрибируемого участка оперона считывается одна молекула и-РНК, которая содержит несколько кодирующих последовательностей, в каждой из которых есть свой старт- и стоп-кодон. С каждого из таких участков синтезируется один белок. Таким образом, с одной молекулы и-РНК синтезируется несколько молекул белка.

Для прокариот характерно объединение нескольких генов в единую функциональную единицу – оперон. Работу оперона могут регулировать другие гены, которые могут быть заметно удалены от самого оперона – регуляторы. Белок, транслируемый с этого гена называется репрессор. Он связывается с оператором оперона, регулируя экспрессию сразу всех генов, в нем содержащихся.

Для прокариот также характерно явление сопряжения транскрипции и трансляции.

Рис. 19 Явление сопряжения транскрипции и трансляции у прокариот — изображение увеличивается

Такое сопряжение не встречается у эукариот из-за наличия у них ядерной оболочки, отделяющей цитоплазму, где происходит трансляция, от генетического материала, на котором происходит транскрипция. У прокариот во время синтеза РНК на матрице ДНК с синтезируемой молекулой РНК может сразу связываться рибосома. Таким образом, трансляция начинается еще до завершения транскрипции. Более того, с одной молекулой РНК может одновременно связываться несколько рибосом, синтезируя сразу несколько молекул одного белка.

Строение генов у эукариот

Гены и хромосомы эукариот очень сложно организованы

У бактерий многих видов всего одна хромосома, и почти во всех случаях в каждой хромосоме присутствует по одной копии каждого гена. Лишь немногие гены, например гены рРНК, содержатся в нескольких копиях. Гены и регуляторные последовательности составляют практически весь геном прокариот. Более того, почти каждый ген строго соответствует аминокислотной последовательности (или последовательности РНК), которую он кодирует (рис. 14).

Структурная и функциональная организация генов эукариот гораздо сложнее. Исследование хромосом эукариот, а позднее секвенирование полных последовательностей геномов эукариот принесло много сюрпризов. Многие, если не большинство, генов эукариот обладают интересной особенностью: их нуклеотидные последовательности содержат один или несколько участков ДНК, в которых не кодируется аминокислотная последовательность полипептидного продукта. Такие нетранслируемые вставки нарушают прямое соответствие между нуклеотидной последовательностью гена и аминокислотной последовательностью кодируемого полипептида. Эти нетранслируемые сегменты в составе генов называют интронами, или встроенными последовательностями, а кодирующие сегменты — экзонами. У прокариот лишь немногие гены содержат интроны.

Итак, у эукариот практически не встречается объединение генов в опероны, и кодирующая последовательность гена эукариот чаще всего разделена на транслируемые участки – экзоны, и нетранслируемые участки – интроны.

В большинстве случаев функция интронов не установлена. В целом, лишь около 1,5% ДНК человека являются ≪кодирующими≫, т. е. несут информацию о белках или РНК. Однако с учетом крупных интронов получается, что ДНК человека на 30% состоит из генов. Поскольку гены составляют относительно небольшую долю в геноме человека, значительная часть ДНК остается неучтенной.

Рис. 16. Схема строение гена у эукариот — изображение увеличивается

С каждого гена сначала синтезируется незрелая, или пре-РНК, которая содержит в себе как интроны, так и экзоны.

После этого проходит процесс сплайсинга, в результате которого интронные участки вырезаются, и образуется зрелая иРНК, с которой может быть синтезирован белок.

Рис. 20. Процесс альтернативного сплайсинга — изображение увеличивается

Такая организация генов позволяет, например, осуществить процесс альтернативного сплайсинга, когда с одного гена могут быть синтезированы разные формы белка, за счет того, что в процессе сплайсинга экзоны могут сшиваться в разных последовательностях.

Сравнение строения генов прокариот и эукариот

Рис. 21. Отличия в строении генов прокариот и эукариот — изображение увеличивается

МУТАЦИИ И МУТАГЕНЕЗ

Мутацией называется стойкое изменение генотипа, то есть изменение нуклеотидной последовательности.

Процесс, который приводит к возникновению мутаций называется мутагенезом, а организм, все клетки которого несут одну и ту же мутацию — мутантом.

Мутационная теория была впервые сформулирована Гуго де Фризом в 1903 году. Современный ее вариант включает в себя следующие положения:

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно.

2. Мутации передаются из поколения в поколение.

3. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными, доминантными или рецессивными.

4. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

5. Сходные мутации могут возникать повторно.

6. Мутации не направленны.

Мутации могут возникать под действием различных факторов. Различают мутации, возникшие под действием мутагенных воздействий: физических (например, ультрафиолета или радиации), химических (например, колхицина или активных форм кислорода) и биологических (например, вирусов). Также мутации могут быть вызваны ошибками репликации.

В зависимости от условий появления мутации подразделяют на спонтанные — то есть мутации, возникшие в нормальных условиях, и индуцированые — то есть мутации, которые возникли при особых условиях.

Мутации могут возникать не только в ядерной ДНК, но и, например, в ДНК митохондрий или пластид. Соответственно, мы можем выделять ядерные и цитоплазматические мутации.

В результате возникновения мутаций часто могут появляться новые аллели. Если мутантный аллель подавляет действие нормального, мутация называется доминантной. Если нормальный аллель подавляет мутантный, такая мутация называется рецессивной. Большинство мутаций, приводящих к возникновению новых аллелей являются рецессивными.

По эффекту выделяют мутации адаптивные, приводящие к повышению приспособленности организма к среде, нейтральные, не влияющие на выживаемость, вредные, понижающие приспособленность организмов к условиям среды и летальные, приводящие к смерти организма на ранних стадиях развития.

По последствиям выделяются мутации, приводящие к потери функции белка, мутации, приводящие к возникновению у белка новой функции, а также мутации, которые изменяют дозу гена, и, соответственно, дозу белка синтезируемого с него.

Мутация может возникнуть к любой клетке организма. Если мутация возникает в половой клетке, она называется герминативной (герминальной, или генеративной). Такие мутации не проявляются у того организма, у которого они появились, но приводят к появлению мутантов в потомстве и передаются по наследству, поэтому они важны для генетики и эволюции. Если мутация возникает в любой другой клетке, она называется соматической. Такая мутация может в той или иной степени проявляться у того организма, у которого она возникла, например, приводить к образованию раковых опухолей. Однако такая мутация не передается по наследству и не влияет на потомков.

Мутации могут затрагивать разные по размеру участки генома. Выделяют генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации

Мутации, которые возникают в масштабе меньшем, чем один ген, называются генными, или точечными (точковыми). Такие мутации приводят к изменению одного и нескольких нуклеотидов в последовательности. Среди генных мутаций выделяют замены, приводящие к замене одного нуклеотида на другой, делеции, приводящие к выпадению одного из нуклеотидов, инсерции, приводящие к добавлению лишнего нуклеотида в последовательность.

Рис. 23. Генные (точечные) мутации

По механизму воздействия на белок, генные мутации делят на: синонимичные, которые (в результате вырожденности генетического кода) не приводят к изменению аминокислотного состава белкового продукта, миссенс-мутации, которые приводят к замене одной аминокислоты на другую и могут влиять на структуру синтезируемого белка, хотя часто они оказываются незначительными, нонсенс-мутации, приводящие к замене кодирующего кодона на стоп-кодон, мутации, приводящие к нарушению сплайсинга:

Рис. 24. Схемы мутаций

Также по механизму воздействия на белок выделяют мутации, приводящие к сдвигу рамки считывания, например, инсерции и делеции. Такие мутации, как и нонсенс-мутации, хоть и возникают в одной точке гена, часто воздействуют на всю структуру белка, что может привести к полному изменению его структуры.

Рис. 25. Схема мутации, приводящей к сдвигу рамки считывания

Хромосомные мутации

Рис. 26. Хромосомные абберации

Хромосомными мутациями называются мутации, которые затрагивают отдельные гены в рамках одной хромосомы. Различают делеции, когда теряется один или несколько генов, дупликации, когда удваивается тот или иной ген или несколько генов, инверсии, когда участок хромосомы поворачивается на 180 градусов, транслокации, когда гены переходят с одной хромосомы на другую.

Рис. 27. Схемы хромосомных мутаций: делеции, дупликации, инверсии


Рис. 28. Транслокация	Рис. 29. Хромосома до и после дупликации

Геномные мутации

Наконец, геномные мутации затрагивают весь геном целиком, то есть меняется количество хромосом. Выделяют полиплоидии — увеличение плоидности клетки, и анеуплоидии, то есть изменение количества хромосом, например, трисомии (наличие у одной из хромосом дополнительного гомолога) и моносомии (отсутствие у хромосомы гомолога).

Видео по теме ДНК

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК, КОДИРОВАНИЕ РНК, СИНТЕЗ БЕЛКА

(Если видео не отображается оно доступно по ссылке→)

См. дополнительно:

Нуклеиновые кислоты (PDF)
Общие сведения о секвенировании биополимеров
Метагеномика и микробиом
Бактериальный иммунитет и система CRISPR/Cas
Трансляция белка на рисбосоме (общие сведения)
Раскрыт секрет спиральной структуры ДНК (новое о ДНК)
Антимутагенные свойства пробиотиков (в свете защиты ДНК)
МикроРНК, микробиом кишечника и иммунитет
Эпигенетика, короткоцепочечные жирные кислоты и врожденная иммунная память
Замедление старения: роль питательных веществ и микробиоты в модуляции эпигенома (о метилировании ДНК)

Литература в помощь:

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

ПРОБИОТИКИ
ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
СИНБИОТИКИ
ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
ПРОПИОНИКС
ЙОДПРОПИОНИКС
СЕЛЕНПРОПИОНИКС
ГЕМОПРОПИОВИТ
БИФИКАРДИО
ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
БИФИДОБАКТЕРИИ
ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА
МИКРОФЛОРА ЖКТ
ДИСБИОЗ КИШЕЧНИКА
МИКРОБИОМ и ВЗК
МИКРОБИОМ И РАК
МИКРОБИОМ, СЕРДЦЕ И СОСУДЫ
МИКРОБИОМ И ПЕЧЕНЬ
МИКРОБИОМ И ПОЧКИ
МИКРОБИОМ И ЛЕГКИЕ
МИКРОБИОМ И ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА
МИКРОБИОМ И ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА
МИКРОБИОМ И КОЖНЫЕ БОЛЕЗНИ
МИКРОБИОМ И КОСТИ
МИКРОБИОМ И ОЖИРЕНИЕ
МИКРОБИОМ И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
МИКРОБИОМ И ФУНКЦИИ МОЗГА
АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
МИКРОБИОМ и ИММУНИТЕТ
МИКРОБИОМ И АУТОИММУННЫЕ БОЛЕЗНИ
ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
ПРОБИОТИКИ, БЕРЕМЕННОСТЬ, РОДЫ
ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
МИКРОБИОМ И ПРЕЦИЗИОННОЕ ПИТАНИЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НОВОСТИ

Источник

Определение средней длины и средней молекулярной массы ДНК

Вычисление длины и молекулярной массы ДНК

Определение первичной структуры полипептида по кодирующей цепи ДНК

Задача 1

Задача 2

Задача 3

Задача 4

Задача 5

Задача 6

Слайд 2

Молекулярная биология изучает механизмы хранения и передачи

Слайд 3Типы задачУстановление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК,

антикодонов тРНК, используя принцип комплементарности.Вычисление количества нуклеотидов,

Слайд 4Требования к решению задачход решения должен соответствовать

последовательности процессов, протекающих в клеткерешать задачи осознано,

Слайд 6 Первый тип задач — задачи на

установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов

Слайд 7 Первый тип задач — задачи на

установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов

Слайд 8 * Определите последовательность нуклеотидов иРНК, антикодоны

молекул тРНК , если фрагмент ДНК

Слайд 9 Второй тип задач — на вычисление

количества нуклеотидов, их процентное соотношение в цепи

Слайд 10Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г, во

фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено

Слайд 11* Участок молекулы ДНК ( одна цепочка)

содержит: 150 нуклеотидов – А, 50 нуклеотидов

Слайд 12 *В состав иРНК входят нуклеотиды: аденина

28%, гуанина 16%, урацила 24%. Определите процентный

Слайд 13*Третий тип задач на вычисление количества водородных

связей. Две цепи ДНК удерживаются водородными связями. Определите

Слайд 14*Четвертый тип задач определение длины, ДНК, иРНК Участок

молекулы ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов.

Слайд 15Число нуклеотидов в цепи ДНК равно 100.

Определите длину этого участкаДано: 100 нуклеотидовНайти: длину

Слайд 16« Биосинтез белка, генетический код» на

участке ДНК строится иРНК иРНК переходит

Слайд 17Пятый тип задач — определение последовательности аминокислот

по таблице генетического кода. Фрагмент цепи ДНК имеет

Слайд 18*Участок молекулы ДНК имеет следующее строение:ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦААОпределите

последовательность нуклеотидов соответствующего участка иРНК. Определите последовательность

Слайд 19* Известно, что все виды РНК синтезируются

на ДНК- матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на

Слайд 20Шестой тип задач — определение массы белка,

количества аминокислот, нуклеотидов. 1. Фрагмент молекулы ДНК содержит

Слайд 21*Определите число аминокислот , входящих в состав

белка, число триплетов и число нуклеотидов в

Слайд 22* Молекулярная масса полипептида составляет 40000. Определите

длину кодирующего его гена, если молекулярная масса

Слайд 23Комбинированные задачи * Белок состоит из 100 аминокислот.

Установите, во сколько раз молекулярная масса участка

Слайд 24Какую длину имеет участок молекулы ДНК, в

котором закодирована первичная структура инсулина, если молекула

Слайд 25Энергетический обмен1. Подготовительный (в пищеварительном канале, лизосомах)

крахмал

Слайд 26В процессе гликолиза образовалось

42 молекулы пировиноградной кислоты. Какое

Слайд 28Общая масса всех молекул ДНК в 46

хромосомах одной соматической клетки человека составляет около

Слайд 29Список использованной литературы

ДНК и гены

ДНК ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Общие сведения

СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК

СТРОЕНИЕ РНК

ТРАНСКРИПЦИЯ

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

СТРОЕНИЕ ГЕНОВ

Слайд 3Типы задач
Установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК,

антикодонов тРНК, используя принцип комплементарности.
Вычисление количества нуклеотидов,

Слайд 4Требования к решению задач
ход решения должен соответствовать

последовательности процессов, протекающих в клетке
решать задачи осознано,

установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК,
антикодонов

Слайд 9
Второй тип задач — на вычисление

содержит:
150 нуклеотидов – А, 50 нуклеотидов

связей.

Две цепи ДНК удерживаются водородными связями. Определите

Слайд 14*Четвертый тип задач определение длины, ДНК, иРНК

Участок

Определите длину этого участка
Дано: 100 нуклеотидов
Найти: длину

Слайд 16« Биосинтез белка,
генетический код»
на

участке ДНК строится иРНК
иРНК переходит

по таблице генетического кода.

Фрагмент цепи ДНК имеет

Слайд 18*Участок молекулы ДНК имеет следующее строение:
ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА
Определите

количества аминокислот, нуклеотидов.

1. Фрагмент молекулы ДНК содержит

Слайд 23Комбинированные задачи

* Белок состоит из 100 аминокислот.

Слайд 24
Какую длину имеет участок молекулы ДНК, в

Слайд 25Энергетический обмен
1. Подготовительный (в пищеварительном канале, лизосомах)