Приведите свойства генетического кода

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

ТАБЛИЦА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА

 

Нуклеотиды: У – уридиловый, Ц – цитидиловый, Т – тимидиловый, А – адениловый, Г – гуаниловый.

Мет – триплет, кодирующий данную аминокислоту, означает и начало трансляции – синтеза полипептидной цепи.

«Стоп» – условное название кодона, определяющего окончание трансляции (синтеза полипептидной цепи).

 

Фен – амиинокислота фенилаланин; Про – аминокислота пролин; Лей – лейцин; Тир – тирозин; Иле – изолейцин; Цис – цистеин; Мет – метионин; Гис– гистидин; Вал – валин; Apr – аргинин;

Сер – серин; Тре – треонин; Аси – аспарагин; Ала – аланин; Асп – аспарагиновая кислота; Лиз –лизин; Гли – аминокислота глицин; Глу – глутаминовая кислота; Три – триптофан; Глн – аминокислота глутамин.

 

ПОЛЬЗОВАТЬСЯ ТАБЛИЦЕЙ НУЖНО СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ:

1) первый нуклеотид триплета берётся из левого вертикального ряда;

2) второй – из верхнего;

3) третий – из правого вертикального;

4) там, где пересекутся линии, идущие от всех трех нуклеотидов, содержится нужная аминокислота.

При решении задач, связанных с определением качественного состава нуклеиновых кислот по аминокислотной последовательности, из третьего столбца таблицы берутся верхние нуклеотиды.

Предположим, нужно выяснить, какая аминокислота кодируется кодоном УАЦ в зрелой и-РНК. Слева по вертикали берем У, сверху – А, справа по вертикали – Ц. Линии пересечения на «Тир», т.е. тирозин. В ДНК эта аминокислота закодирована триплетом АТГ (нуклеотиды ДНК записаны в скобках).

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

 

ЗАДАЧА 1

В фрагменте одной цепи молекулы ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: 5' ТТГ – АГЦ – АДГ – ГТА – ААТ – ЦГА 3'.

1. Постройте схему двухцепочечной ДНК.

2. Какова длина в нанометрах этого фрагмента?

3. Какова масса двухцепочечного фрагмента?

 

РЕШЕНИЕ

1. Используя принцип комплементарности, запишем схему двухцепочечной ДНК:

А=Т

Ц=Г

5'	ТТГ	АГЦ	АДГ	ГТА	ААТ	ЦГА	3'
3'	ААЦ	ТЦГ	ТГЦ	ЦАТ	ТТА	ГЦТ	5'

2. Каждый нуклеотид занимает 0,34 нанометра. Длина двухцепочечного фрагмента равна длине одной цепи. В фрагменте 18 пар нуклеотидов, отсюда длина фрагмента ДНК равна:

0,34 × 18 = 6,12 (нм).

3. Каждый нуклеотид имеет молекулярную массу 345 (300) а.е.м., отсюда масса фрагмента ДНК:

345 × 36 = 12420 (а.е.м.).

 

ЗАДАЧА 2

Биохимический анализ показал, что в состав и-РНК входит 22 % адениловых нуклеотидов, 12 % уридиловых и 26 % гуаниловых. Определите нуклеотидный состав ДНК, с которой была транскрибирована данная и-РНК.

 

РЕШЕНИЕ

1. Процент цитидиловых нуклеотидов в и-РНК составляет:

100 % - (22 % + 12 % +26 %) = 40 %.

2. Молекула ДНК состоит из двух цепей, следовательно, на одну цепь приходится 50 %, т.е. в 2 раза меньше нуклеотидов. Определим состав кодирующей цепи ДНК:

и-РНК цепь ДНК

12 % У А = 12 %: 2 = 6 %

22 % А Т = 22 %: 2 = 11 %

40 % Ц Г = 40 %: 2 = 20 %

26 % Г Ц = 26 %: 2 = 13 %

Вторая цепь ДНК имеет, согласно принципу комплементарности:

А = 11 %, Т = 6 %, Г = 13 %, Ц = 20 %.

3. Следовательно, в целом в молекуле ДНК процентное содержание нуклеотидов следующее:

А = 6 %+11 %= 17 %

Т = 11 % + 6 % = 17 %

Г = 20 % + 13 % = 33 %

Ц = 13 % + 20 % = 33 %

 

ЗАДАЧА 3

Структурный ген (фрагмент молекулы ДНК) содержит 384 цитидиловых нуклеотида, что составляет 20 % от их общего количества. В экзонных участках этого гена закодирован белок, состоящий из 120 аминокислотных остатков.

1. Определите нуклеотидный состав гена.

2. Чему равна молекулярная масса интронных участков гена?

3. Насколько зрелая и-РНК короче про-и-РНК?

 

 

РЕШЕНИЕ

1. Определим общее число нуклеотидов в фрагменте ДНК. Так как на цитидиловые нуклеотиды приходится 20 % от общего количества, то общее количество нуклеотидов составит

384 × 100 %: 20 % = 1920 (нуклеотидов).

Число гуаниловых нуклеотидов равно числу цитидиловых, а адениловых и тимидиловых содержится по

(1920 — 384 × 2): 2 = 576 (нуклеотидов).

2. Найдем количество нуклеотидов в экзонных участках гена:

120 × 3 × 2 = 720 (нуклеотидов).

Тогда в интронных участках гена будет

1920 - 720 = 1200 (нуклеотидов).

Их молекулярная масса составляет 345 × 1200 = 414000 (а.е.м.).

3. Длина молекулы про-и-РНК равна длине структурного гена:

0,34 × 960 = 326,4 (нанометра).

Зрелая и-РНК состоит лишь из информативной части, её длина равна

0,34 × 360 = 122,4 (нанометра).

Разница в длине про-и-РНК и зрелой и-РНК составляет 326,4—122,4 = 204 (нанометра).

 

 

ЗАДАЧА 4

Определите молекулярную массу и длину гена, если в нем закодирован полипептид, молекулярная масса которого равна 28000 а.е.м. Что имеет большую массу – белок или кодирующий его ген?

 

РЕШЕНИЕ

1. Белок состоит из 28000:100 = 280 аминокислот.

2. Этот белок кодируется одной из цепей гена, которая содержит

280 × 3 = 840 нуклеотидов.

3. Молекулярная масса гена (состоит из двух цепей ДНК) равна

345 × 840 × 2 = 579600 (а.е.м.)

4. Длина гена равна длине одной из его цепей:

0,34 × 840 = 285,6 (нм).

5. Сравним массу гена и массу полипептида:

579600: 28000 = 20,7

т.е. масса гена примерно в 21 раз больше.

 

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

 

ЗАДАЧА № 1

Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

3'

АГТ

АЦЦ

ГАТ

ЦЦТ

ЦГА

ТТТ

АЦГ

5'

Напишите последовательность нуклеотидов и-РНК, закодированной в данном фрагменте ДНК.

 

ЗАДАЧА № 2

Кодирующая зона участка и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

5'

АУГ

УЦА

АГГ

ЦУА

АГЦ

УУУ

ГЦЦ

ААУ

УАА

3'

1. Напишите первичную структуру полипептида, закодированную в данном фрагменте и-РНК.

2. Укажите порядок соединения аминокислотных остатков.

 

ЗАДАЧА № 3

В одной из цепей фрагмента ДНК нуклеотиды расположены в следующем порядке:

5'

ЦЦЦ

ГЦЦ

АЦЦ

ТГЦ

ГГА

3'

1. Напишите последовательность нуклеотидов в комплементарной цепи ДНК.

2. Укажите направление синтеза новой цепи и направление транскрипции с исходной цепи ДНК.

 

ЗАДАЧА № 4

Фрагмент кодирующей зоны и-РНК имеет следующий состав нуклеотидов:

5'

УАЦ

ГАЦ

ЦАГ

ГАЦ

ЦАА

УУГ

3'

Напишите последовательность нуклеотидов фрагмента цепи ДНК, являющейся матрицей для данной и-РНК.

 

ЗАДАЧА № 5

Начало цепи одной из фракций гистона Н₃ (специфичного основного белка), выделенного из тимуса теленка, имеет следующую последовательность аминокислот: Ала – Арг – Тре – Лиз. Какова возможная структура соответствующих фрагментов и-РНК и двухцепочечной ДНК?

 

 

ЗАДАЧА № 6

Полипептид состоит из 10 аминокислот, расположенных в следующей последовательности: Глн – Про – Ала – Сер – Мет – Три – Асп – Гли – Асн – Гис. Определите структуру и-РНК, кодирующей данный полипептид.

 

ЗАДАЧА № 7

Фрагмент цепи А нормального гемоглобина состоит из 7 аминокислот, расположенных в следующем порядке: Вал – Лей – Лей – Тре – Про – Глн – Лиз. Какова структура отрезка и-РНК, служащего матрицей для синтеза этого участка молекулы гемоглобина, и соответствующего фрагмента ДНК, кодирующей данную и-РНК?

 

ЗАДАЧА № 8

Фрагмент молекулы адренокортикотропного гормона человека (АКТГ), вырабатываемого передней долей гипофиза, имеет структуру: Сер – Тир – Сер – Мет. Определите перечень антикодонов в т-РНК, участвующих в биосинтезе фрагмента АКТГ.

 

ЗАДАЧА № 9

Одна белковая молекула вируса табачной мозаики (ВТМ) состоит из 158 аминокислот. Определите, что тяжелее – молекула белка или соответствующий ген ВТМ, во сколько раз. Примите массу одной аминокислоты за 100, а массу нуклеотида за 345 а.е.м.

 

ЗАДАЧА № 9

Какова длина гена собаки, если он кодирует белок с молекулярной массой 3000 а.е.м.? (Масса одной аминокислоты 100, а длина одного нуклеотида 0,34 нм).

 

ЗАДАЧА № 10

Одна из цепей ДНК имеет молекулярную массу 119025 а.е.м. Определите количество мономеров белка, закодированного в этой цепи ДНК. Сколько времени занимает трансляция?

 

ЗАДАЧА № 11

Молекулярная масса белковой молекулы составляет 100000, а молекулярная масса одной аминокислоты – 100 а.е.м. Определите длину соответствующего гена, кодирующего эту белковую молекулу, если длина одного нуклеотида составляет 0,34 нм.

 

ЗАДАЧА № 12

Молекулярная масса белковой молекулы составляет 100000, а молекулярная масса одной аминокислоты – 100 а.е.м. Определите массу соответствующего гена, кодирующего эту белковую молекулу, если масса одного нуклеотида составляет 345 а.е.м.

 

ЗАДАЧА № 13

Фрагмент молекулы ДНК содержит 440 гуаниловых нуклеотидов, что составляет 22 % от общего их количества. Определите, какова масса данного фрагмента ДНК, если масса одного нуклеотида 345 а.е.м.

 

ЗАДАЧА № 14

В молекуле и-РНК человека в результате биохимических исследований обнаружено 440 гуаниловых нуклеотидов, 325 адениловых, 128 цитидиловых и 348 уридиловых нуклеотидов. Сколько адениловых нуклеотидов содержится в фрагменте молекулы ДНК, транскрипционной копией которой является данная и-РНК?

ЗАДАЧА № 15

Сколько аминокислот в среднем содержат белковые молекулы, если известно, что в фрагменте ДНК, имеющем массу 4 × 10⁶ а.е.м., закодированы 4 белковые молекулы?

 

ЗАДАЧА № 16

Сколько аминокислот имеет в среднем белковая молекула, если в фрагменте ДНК, имеющем размер 10200 нм, закодировано 20 белковых молекул?

 

ЗАДАЧА № 17

Возбудитель СПИДа – ВИЧ-ретровирус, наследственная информация у него записана в РНК, состоящей из 9213 нуклеотидов. Эта РНК содержит 7 генов: 3 структурных и 4 регуляторных.

1. Перечислите основные этапы реализации наследственной информации, закодированной в РНК ВИЧ.

2. Укажите основные ферменты, катализирующие эти этапы.

3. Определите молекулярную массу регуляторных генов, если на структурные гены ВИЧ приходится 4000 нуклеотидов.

 

ЗАДАЧА № 18

Структурный ген фермента РНК-полимеразы включает9450пар нуклеотвдов. Известно, что РНК- полимераза состоит из 329 аминокислотных остатков. Сколько кодирующих и некодирующих нуклеотидных пар входят в состав гена РНК-полимеразы? Какова молекулярная масса зрелой и-РНК?

 

ЗАДАЧА № 19

Белок А – мономер, состоящий из 560 аминокислотных остатков. Ген этого белка включает 2 интрона (по 10 тыс. пар нуклеотидов), 3 экзона (каждый из которых содержит одинаковое количество пар нуклеотидов).

1. Сколько пар нуклеотидов входит в состав данного гена?

2. Сколько пар нуклеотидов входит в состав каждого экзона?

3. Сколько нуклеотидов входит в состав кодирующей зоны и-РНК данного белка?

 

ЗАДАЧА № 20

Белок N – димер. Каждая из его полипептидных цепей (А- и В-цепи) состоит из 250 аминокислотных остатков. Ген A-цепи включает 2 интрона, а ген В-цепи имеет 3 интрона. Каждый из интронов состоит из 3 тыс. пар нуклеотидов. Ген A-цепи содержит 3 экзона, ген В-цепи – 2 экзона.

1. Сколько пар нуклеотидов входит в состав гена A-цепи и гена В-цепи белка N?

2. Сколько нуклеотидов содержится в про-и-РНК каждой полипептидной цепи?

3. Сколько нуклеотидов содержится суммарно в зрелых и-РНК белка N?

 

ЗАДАЧА № 21

Оперон (совокупность структурных генов и гена-оператора) включает в себя 10800 нуклеотидов. В нем закодированы три полипептидные цепи, каждая из которых состоит из 360 аминокислотных остатков. На интронные участки структурных генов приходится 3600 нуклеотидов. Определите молекулярную массу гена-оператора.

 

Объясните, для чего будущему врачу важно освоить и получить представление о принципы хранения, передачи и реализации наследственной информации, как в индивидуальном, так и в историческом развитии.

 

 

____.____.20____

ЗАНЯТИЕ № 5