Как найти количество гуанина

Пояснение.

По правилу Чаргаффа (основываясь на комплементарности)

Количество аденина равно количеству тимина, а гуанина  — цитозину: А=Т, Г=Ц.

Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А+Г=Т+Ц.

В итоге: (А+Г) + (Т+Ц) = 100%

Решение.

Количество гуанина равно количеству цитозина, значит, = 20%, на тимин и аденин остается 60%, их так же равное количество, значит, по 30%.

Расчет процентного содержания каждого нуклеотида на участке, длины и массы нуклеотидов в цепи ДНК

Задача 154.
Определить процентное содержание каждого нуклеотида на участке ДНК со следующей последовательностью нуклеотидов в одной цепочке: ААТГТЦГГГЦАТТГ.
Решение:
Рассчитаем общее количество нуклеотидов и число каждого в отделености в данной цепочке ДНК, получим: общее число нуклеотидов = 14, аденина = 3, тимина = 4, гуанина — 5, цитозина = 2. Теперь расчитаем процентное содержание каждого нуклнотида:

А = 21,43% [(3 ^. 100%)/14 = 21,43%];
Т =  28,57% [(4 ^. 100%)/14 = 28,57%];
Г = 35,71% [(5 ^. 100%)/14 = 35,71%];
Ц = 14,29% [(2 ^/ 100%)/14 = 14,29%].

По принципу комплементарности А всегда стоит в паре с Т (А = Т), а Г всегда образует пару с Ц (Г = Ц), значит можно достроить вторую цепь ДНК, она будет такая ТТЦАЦТГ. Если в первой цепи 28,57% тимина, то во второй цепи будет 28,57% аденина (Т = А), если в первой цепи 14,29% цитозина, то во второй цепи будет 14,29% гуанина (Ц = Г), соответственно во второй цепи будет 35,71% цитозина напротив Г (Г = Ц) и 21,43% Т напротив А (А = Т). 

Теперь можно посчитать нуклеотиды в двух цепях: А = 21,43% в первой цепи + 28,57% во второй цепи = 50%, Т = А тоже 50%, Г = 35,71% в одной цепи + 14,29% во второй цепи = 50%, значит Ц тоже будет 50%. 

ОТВЕТ: А = Т = 50%, Г = Ц = 50%.
 

Задача 155.
Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий полипептид из 450 мономеров. Найти вес и длину этого гена. Длина нуклеотида 3,4 А⁰ , вес — 300.
Решение:
Так как одна аминокислота кодируется кодоном, состоящим из трех нуклеотидов (триплетов) цепи иРНК, то участок этой цепи иРНК будет состоять из 1350 нуклеотидов.
Значит, каждая цепь днка тоже будет содержать по 1350 нуклеотидов. Известно, что длина одного нуклеотида равна 0,34 нм. Значит, длина ДНК будет 1350 х 0,34 нм = 459 нм.
Так как молекула ДНК имеет две цепи нуклеотидов, то фрагмент этой цепи ДНК, кодирующий полипептид из 450 мономеров будет в два раза больше содержать нуклеотидов, чем иРНК, построенная на этом участке ДНК по принципу комплемментарности — 2700 (1350 ^. 2 = 2700). Если масса одного нуклеотида равна 300 а.е.м. (атомных единиц массы), то молекулярная масса 2700 нуклеотидов равна:

810000 а.е.м. (300 . 2700 = 810000).

Ответ: длина ДНК равна 458 нм; масса ДНК равна 810000 а.е.м..
 

Задача 156.
1. По предложенной последовательности нуклеотидов в информационной РНК восстановите последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, с которой данная и-РНК была транскрибирована. Укажите количество водородных связей в фрагменте молекулы ДНК. Фрагмент иРНК: 5′ ГЦУ-АЦЦ-УЦГ-ГГГ-АУА 3′
Решение:
Используя принцип комплементарности, по иРНК можно восстановить последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК: 3′ ЦГА-ТГГ-АТЦ-ЦЦЦ-ТАТ 5′ (надо быть 
внимательными и помнить, что в ДНК отсутствует урацил, вместо него становится тимин). Теперь, опять же пользуясь принципом комплементарности, на полученной цепи ДНК строим вторую цепь ДНК: 5′ ГЦТ-АЦЦ-ТЦГ-ГГГ-АТА 3′. 
Следовательно, при решении данной задачи необходимо записать:

            иРНК: 5′ ГЦУ-АЦЦ-УЦГ-ГГГ-АУА 3′
1-я цепь ДНК: 3′ ЦГА-ТГГ-АТЦ-ЦЦЦ-ТАТ 5′
2-я цепь ДНК: 5′ ГЦТ-АЦЦ-ТЦГ-ГГГ-АТА 3′

Остается посчитать попарно количество гуанинов и цитозинов, а также аденинов и тиминов в первой цепи ДНК:

Г + Ц = 3 + 5 = 8; А + Т = 3 + 4 = 7.

Теперь считаем количество водородных связей между двумя цепями ДНК. Если учесть, что между А и Т образуется 2 водородные связи, а между Г и Ц — три 
водородные связи, то всего водородных связей, которые поддерживают двухцепочечную структуру ДНК, будет (8 х 3) + (7 x 2) = 38.

Ответ: 38 водородных связей.
 

Расчет длины и молекулярной массы ДНК

Задача 157. 
Фрагмент молекулы ДНК состоит из 640 нуклеотидов. Рассчитайте длину и массу этого фрагмента. Сколько витков спирали образует эта молекула и сколько потребуется нуклеотидов данного фрагмента ДНК для репликации.
Решение:
Поскольку молекула ДНК двухцепочечная, то чтобы узнать, сколько нуклеотидов в одной цепи, надо 640 : 2 = 320 пар нуклеотидов. Зная длину нуклеотида в 
цепи, можно вычислить длину ДНК: l_н = 320 ^. 0,34 нм = 108,8 нм. 
Если масса одного нуклеотида равна 300 а.е.м. (атомных единиц массы), то молекулярная масса 640 нуклеотидов равна: Mr_н = 192000 а.е.м. (300 ^. 640 = 192000).
На один виток спирали ДНК приходится 10  пар нуклеотидов. Поэтому количество витков спирали — 640/(2 ^.10) = 32. 
При репликации матрицами становятся обе цепи, поэтому потребуются все 640 нуклеотидов.
 

Задача 158.
Участок правой цепи молекулы ДНК имеет такой нуклеотидный состав: …-Г-Г-Г-Ц-А-Т-А-А-Ц-Г-Ц-Т-… Определить содержание (в %) каждого нуклеотида во фрагменте ДНК.
Решение:
Рассчитаем общее количество нуклеотидов и число каждого в отделености в данной цепочке ДНК, получим: общее число нуклеотидов = 12, аденина = 3, тимина = 2, гуанина — 4, цитозина = 3. Теперь расчитаем процентное содержание каждого нуклнотида:

А = 25% [(3 ^. 100%)/12 = 25%]; Т =  16,7% [(2 ^. 100%)/12 = 16,7%];
Г = 33,3% [(4 ^. 100%)/12 = 33,3%]; Ц = 25% [(3 ^. 100%)/12 = 25%].

По принципу комплементарности А всегда стоит в паре с Т (А = Т), а Г всегда образует пару с Ц (Г = Ц), значит можно достроить вторую цепь ДНК, она будет такая …-Ц-Ц-Ц-Г-Т-А-Т-Т-Г-Ц-Г-А-…. Если в первой цепи 25% аденина, то во второй цепи будет 25% тимина, если в первой цепи 16,7%% тимина, то во второй цепи будет 16,7% аденина (Т = А), если в первой цепи 25% цитозина, то во второй цепи будет 25% гуанина (Ц = Г), соответственно во второй цепи будет 33,3% цитозина напротив Г (Г = Ц). 

Теперь можно посчитать нуклеотиды в двух цепях: А = 25% в первой цепи + 16,7% во второй цепи = 41,7%, Т = А тоже 41,7%, Г = 33,3% в одной цепи + 25% во второй цепи = 48,3%, значит Ц тоже будет 58,3%. 

ОТВЕТ: А = Т = 41,7%, Г = Ц = 58,3%.

Задача 159.
1. Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности:
А–Т–Г–Т–Т–Т–Г–Ц–Г–А–А–Т-Ц-Г
1) Достройте комплементарную цепочку ДНК.
2) Найдите длину данного фрагмента ДНК.
3) Найдите массу данного фрагмента ДНК
2. В молекуле ДНК на долю гуаниловых (Г) нуклеотидов приходится 12%. Определите процентное содержание других нуклеотидов в этой ДНК.
Решение:
1. Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности

1) По принципу комплементарности А всегда стоит в паре с Т (А = Т), а Г всегда образует пару с Ц (Г = Ц), значит можно достроить вторую цепь ДНК, получим:

1-я цепь ДНК: А–Т–Г–Т–Т–Т–Г–Ц–Г–А–А–Т-Ц-Г
1-я цепь ДНК: Т-А-Ц-А-А-А-Ц-Г-Ц-Т-Т-А-Г-Ц

2) Линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте: l_н = 0,34 нм = 3,4 ангстрем.
Зная число нуклеотида в цепи, можно вычислить длину ДНК : 14 ^. 0,34 нм = 4,76 нм.
3) Средняя молекулярная масса одного нуклеотида  Mr_н = 345 а.е.м. (Da).
Зная общее число нуклеотида в фрагменте ДНК, можно вычислить молекулярную ДНК, получим:

Mr(ДНК) = 28 ^. 345 = 9660 а.е.м. (Da).

2. В молекуле ДНК на долю гуаниловых (Г) нуклеотидов приходится 12%. Определите процентное содержание других нуклеотидов в этой ДНК.

Согласно принципу комплементарности гуанин всегда стоит в паре с цитозином, значит их количество одинаково, т.е. Г = Ц = 12%, а вместе они составляют 24%. 
Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% — 24% = 76%. Поскольку аденин всегда находится в паре с тимином, то А = Т = 76%, а на каждого из них приходится 76 : 2 = 38%. 

Ответ:  А = Т = 38%, Г = Ц = 12%.

Задача 160.
Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая, нижняя — транскрибируемая):
5’ -Г-Ц-А-А-Г-Т-Ц-Ц-Г-А-Г-Ц-А-А-Г- 3’
3’ -Ц-Г-Т-Т-Ц-А-Г-Г-Ц-Т-Ц-Г-Т-Т-Ц- 5’
1. Постройте иРНК, объясните, как вы это сделали. Обозначьте 3’ и 5’ концы. Как называется этот процесс и где он происходит?
2. Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи и обоснуйте свой ответ. Как называется этот процесс и где он происходит?
Решение:
1. Смысловая (кодирующая) цепь ДНК, несет последовательность нуклеотидов, кодирующих наследственную информацию. Матричная (транскрибируемая) цепь, служит матрицей для синтеза иРНК, тРНК, рРНК, регуляторной РНК.
Транскрипция — процесс синтеза молекулы иРНК, происходящий в ядре. Фермент РНК-полимераза подходит к молекуле ДНК и разрывает водородные связи между двумя комплементарными цепочками, после чего молекула ДНК раскручивается. Одна из цепей ДНК является кодирующей (транскрибируемой). Она начинается с 3’ конца; фермент РНК — полимераза движется от 3’ к 5’ концу и в этом же направлении происходит транскрипция (считывание информации), а иРНК синтезируется в направлении 5’ → 3’.
Матричная (транскрибируемая) цепь в нашем случае — 

3’ -Ц-Г-Т-Т-Ц-А-Г-Г-Ц-Т-Ц-Г-Т-Т-Ц- 5’.

На основе кода матричной цепи ДНК строим иРНК, пользуясь принципом комплементарности (А — У, Г — Ц), получим (надо быть внимательными и помнить, что в иРНК отсутствует тимин, вместо него становится урацил):

 ДНК: 3’ -Ц-Г-Т-Т-Ц-А-Г-Г-Ц-Т-Ц-Г-Т-Т-Ц- 5’
иРНК: 5’ -Г-Ц-А-А-Г-У-Ц-Ц-Г-А-Г-Ц-А-А-Г- 3’

2. Перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот полипептида — трансляция. 
Полученную иРНК 5’ -Г-Ц-А-А-Г-У-Ц-Ц-Г-А-Г-Ц-А-А-Г- 3’ разбиваем на триплеты (кодоны):

5’ -ГЦА-АГУ-ЦЦГ-АГЦ-ААГ- 3’

Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами: 

аланин — серин — пролин — серин -лизин.

В молекулярной биологии, GC-состав (или гуанин-цитозин состав, ГЦ-состав)^[1] определяется как процентный состав суммы всех гуанинов (G) и цитозинов (C) по отношению к длине исследуемого участка нуклеиновых кислот. GC-состав может относиться к определенному фрагменту или участку ДНК или РНК молекул, или же к последовательности всего генома или хромосомы, а также к кольцевым молекулам ДНК: как хлоропластная, митохондриальная и плазмидная; и к коротким ДНК и РНК молекулам, как например ПЦР праймер.

Пара GC имеет три водородные связи, тогда как аденина (A) — тимина (T) пара связана двумя водородными связями. ДНК с высоким GC составом (более 60 %) более стабильна при денатурации в растворе, чем ДНК с низким GC-составом. Кроме водородных связей на стабильность вторичной структуры ДНК и РНК влияют гидрофобные или стэкинг взаимодействия между соседними нуклеотидами, не зависящие от последовательности оснований нуклеиновых кислот^[2][3].

В ПЦР, GC состав праймера используется для предсказание температуры плавления праймера и температуру отжига. Высокий GC состав праймера позволяет использовать его при высоких температурах отжига.

Вычисление GC состава

GC состав обычно представляется в процентном отношение (доля G+C или доля GC) для одной из цепи ДНК или РНК. Процентный GC состав вычисляется как^[4]

где есть сумма всех гуанинов и цитозинов, тогда как есть длина цепи ДНК или РНК в нуклеотидах: .

можно также представить в виде вырожденного кода как — , тогда

Вычисление смещений в нуклеотидном составе

GC состав является частным случаем отклонений (англ. skew) в нуклеотидной последовательности тех или иных нуклеотидных оснований или групп оснований.

• GC состав можно представить как отклонение суммы GC пар по отношению к AT парам:

  

  где есть сумма всех гуанинов и цитозинов, тогда как сумма всех аденинов и тиминов.

• Отклонение по отношению суммы всех гуанинов к сумме всех цитозинов или наоборот (сдвиг по отношению суммы всех цитозинов к сумме всех гуанинов):

  

  Данная величина — GC skew, будет положительным значением, если количество гуанина выше количества цитозина, так и отрицательным значением, в противном случае, или равна 0, когда суммы гуанинов G и цитозинов C равны.

• Аналогично, можно вычислить отклонение по отношению суммы всех аденинов к тиминам или наоборот (суммы всех тиминов к аденинам):

  

  Данная величина — AT skew, будет положительным значением, если количество аденина выше количества тимина, так и отрицательным значением, в противном случае, или равна 0, когда суммы аденинов A и тимина T равны.

• Вычислить отклонение по отношению суммы всех гуанинов и всех цитозинов, по отношению к сумме всех аденинов и тиминам или наоборот (аденинов и тиминов по отношению к сумме всех гуанинов и цитозинов):

  

  где есть сумма всех всех гуанинов и цитозинов, тогда как есть сумма всех аденинов и тиминов.

• Вычисление общего отклонения всех пуринов к пиримидинам или наоборот (всех пиримидинов ко всем пуринам), в цепи ДНК:

  

  где есть сумма всех всех гуанинов и аденинов, тогда как есть сумма всех цитозинов и тиминов.

• Вычислить отклонение по отношению суммы всех цитозинов и всех аденинов, по отношению к сумме всех гуанинов и тиминов или наоборот (гуанинов и тиминов по отношению к сумме всех цитозинов и аденинов):

  

  где есть сумма всех всех цитозинов и аденинов, тогда как есть сумма всех гуанинов и тиминов.

Ссылки

См. также

1. Полимеразная цепная реакция
2. Таблица GC состава для бактерий
3. GC состав для бактерий на сайте NCBI.
4. GC состав для разных видов.