Решение цитогенетических задач

Решение цитогенетических задач

Задача No 1.

Фрагмент молекулы ДНК: ТАААТГГЦААЦЦ. Определите состав аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

 

Дано:                                                               Решение:

ДНК: ТАААТГГЦААЦЦ     По принципу комплементарности      

                                           выстраиваем цепь молекулы и- РНК.                 

Аминокислоты-?                ДНК: ТАА-АТГ-ГЦА-АЦЦи -РНК: АУУ-

                                           УАЦ-ЦГУ-УТТ

                                           По таблице кодонов определяем по 

                                           триплетам аминокислоты.

                                           Иле-Тир-Арг-Трп

Ответ: 1) и-РНК: АУУ-УАЦ-ЦГУ-УТТ

        2) Аминокислоты: Иле-Тир-Арг-Трп

 

 

Задача No 2.

Фрагмент молекулы содержит аминокислоты: аспарагиновая-аланин-метионин-валин. Определите молекулу ДНК, кодирующую эту последовательность аминокислот. Количество нуклеотидов % в двух цепях. Длину этого участка гена.

 

Дано:                                        Решение:

Белок: Асп-Ала-Мет-Вал По таблице кодонов определяем

                                           и-РНК

                                           Белок: Асп-Ала-Мет-Вал

                                           и-РНК:ГАЦ-ГЦА-АУГ-ГУУ

1)ДНК?                              По принципу комплементарности         

2)Кол-во нуклеотидов      выстраиваем ДНК

3)Длина участка ДНК       и-РНК:ГАЦ-ГЦА-АУГ-ГУУ

                                           I цепь ДНК: ЦТГ-ЦГТ-ТАЦ-ЦАА

                                           II цепь ДНК: ГАЦ-ГЦА-АТГ-ГТТ       

                                           А=6=25%

                                           По правилу Чаргаффа А=Т, Г=Ц. 

                                           Т=А=25%

                                           Г=Ц= (100-50)/2= 25%                                        

                                           Длина ДНК равна длине одной цепи.

                                           Длина каждого нуклеотида 0,34 нм:

                                           12 *0,34=4,08 нм.

Ответ: 1) I цепь ДНК: ЦТГ-ЦГТ-ТАЦ-ЦАА

           II цепь ДНК: ГАЦ-ГЦА-АТГ-ГТТ                                                 

       2) Т=А=25% Г=Ц=25%

       3) Длина составляет 4, 08 нм.

 

Задача No3

В биосинтезе полипептида участвуют молекулы Т-РНК с антикодонами УГА,АУГ, АГУ, ГГЦ, ААУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, которой несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин(А), гуанин (Г), тимин(Т), цитозин(Ц) в двухцепочноймолекуле ДНК. Ответ поямните.

 

Дано:                                                                     Решение:

Т-РНК: УГА,АУГ, АГУ, ГГЦ, ААУ  1) т-РНК: УГА-АУГ-АГУ-ГГЦ-ААУ

1) ДНК 2 цепи?                                 и-РНК: АЦУ-УАЦ-УЦА-ЦЦГ-УУА

2) Число нуклеотидов?                   По принципу комплементарности

                                                       2) Iцепь ДНК: ТГА-АТГ-АГТ-ГГЦ-ААТ

                                                           IIцепь ДНК: АЦТ-ТАЦ-ТЦА-ЦЦГ-ТТА

                                                       3) А-9, Т-9, так как А=Т

                                                           30-100 %

                                                           9-х

                                                           х= (100*9)/30=30%

                                                           Г-6, Ц-6, так как Г=Ц

                                                           (100-60)/2=20 %

 

Ответ: 1) и-РНК: АЦУ-УАЦ-УЦА-ЦЦГ-УУА

        2) I цепь ДНК: ТГА-АТГ-АГТ-ГГЦ-ААТ

            IIцепь ДНК: АЦТ-ТАЦ-ТЦА-ЦЦГ-ТТА

        3) А-9 (30 %), Т-9 (30%)

            Г-6 (20%), Ц-6 (20%)

 

 

Задача No 4.

В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы т-РНК с антикодонами АЦЦ, ГУЦ, УГА, ЦЦА, ААА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочноймолекулы ДНК, в которой закодирована информация о первичной структуре фрагмента белка. Объясните последовательность ваших действий.

 

Дано:                                                             Решение:

т-РНК: АЦЦ, ГУЦ, УГА, ЦЦА, ААА  1) т-РНК: АЦЦ-ГУЦ-УГА-ЦЦА-ААА (Принцип           

                                                               комплементарности)

                                                               и-РНК: УГГ-ЦАГ-АЦУ-ГГУ-УУУ 1)Двухцепочнаямолекула ДНК             2) Аминокислоты: три-глн-тре-гли-фен (по  

                                                               таблице генетического кода)

2)Аминокислоты -?                                3) По принципу комплементарности

                                                                и-РНК: УГГ-ЦАГ-АЦУ-ГГУ-УУУ

                                                                Iцепь ДНК: АЦЦ-ГТЦ-ТГА-ЦЦА-ААА            

                                                                IIцепьДНК: ТГГ-ЦАГ-АЦТ-ГГТ-ТТТ

Ответ: 1) и-РНК: УГГ-ЦАГ-АЦУ-ГГУ-УУУ

        2) Аминокислоты: три-глн-тре-гли-фен

        3) I цепь ДНК: АЦЦ-ГТЦ-ТГА-ЦЦА-ААА

            II цепь ДНК: ТГГ-ЦАГ-АЦТ-ГГТ-ТТТ

 

Задача No 5.

Молекулярная масса белка Х=50 000. Определите длину соответствующего гена.

 

Дано:

Масса белка Х =50 000     Примечание: Молекулярная масса одной

                                            аминокислоты в среднем 100, одного

                                            нуклеотида-35.

Длина гена-?                      

                                            Решение:

                                1) Белок Х состоит из 50 000: 100= 500 аминокислот.

                                           2) Одна из цепей гена, несущая программу белка Х,

                                               должна состоять из 500 триплетов, или 500*3=1500

                                               нуклеотидов

                                           3) Длина этой цепи ДНК=1500*0,34=510 нм;

                                               такова же длина гена (двухцепочногоучастка ДНК).

Ответ: длина гена –510 нм.

 

Среди заданий по генетике на ЕГЭ по биологии можно выделить 6 основных типов. Первые два - на определение числа типов гамет и моногибридное скрещивание - встречаются чаще всего в части А экзамена (вопросы А7, А8 и А30).

Задачи типов 3, 4 и 5 посвящены дигибридному скрещиванию, наследованию групп крови и признаков, сцепленных с полом. Такие задачи составляют большинство вопросов С6 в ЕГЭ.

Шестой тип задач - смешанный. В них рассматривается наследование двух пар признаков: одна пара сцеплена с Х-хромосомой (или определяет группы крови человека), а гены второй пары признаков расположены в аутосомах. Этот класс задач считается самым трудным для абитуриентов.

В этой статье изложены теоретические основы генетики, необходимые для успешной подготовки к заданию С6, а также рассмотрены решения задач всех типов и приведены примеры для самостоятельной работы.

Основные термины генетики

Ген — это участок молекулы ДНК, несущий информацию о первичной структуре одного белка. Ген — это структурная и функциональная единица наследственности.

Аллельные гены (аллели) — разные варианты одного гена, кодирующие альтернативное проявление одного и того же признака. Альтернативные признаки — признаки, которые не могут быть в организме одновременно.

Гомозиготный организм — организм, не дающий расщепления по тем или иным признакам. Его аллельные гены одинаково влияют на развитие данного признака.

Гетерозиготный организм — организм, дающий расщепление по тем или иным признакам. Его аллельные гены по-разному влияют на развитие данного признака.

Доминантный ген отвечает за развитие признака, который проявляется у гетерозиготного организма.

Рецессивный ген отвечает за признак, развитие которого подавляется доминантным геном. Рецессивный признак проявляется у гомозиготного организма, содержащего два рецессивных гена.

Генотип — совокупность генов в диплоидном наборе организма. Совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом называется геномом.

Фенотип — совокупность всех признаков организма.

Законы Г. Менделя

Первый закон Менделя — закон единообразия гибридов

Этот закон выведен на основании результатов моногибридного скрещивания. Для опытов было взято два сорта гороха, отличающихся друг от друга одной парой признаков — цветом семян: один сорт имел желтую окраску, второй — зеленую. Скрещивающиеся растения были гомозиготными.

Для записи результатов скрещивания Менделем была предложена следующая схема:

— желтая окраска семян
— зеленая окраска семян

(родители)
(гаметы)
(первое поколение)	(все растения имели желтые семена)

Формулировка закона: при скрещивании организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, первое поколение единообразно по фенотипу и генотипу.

Анализирующее скрещивание

Этот метод был предложен Менделем для выяснения генотипов организмов с доминантным признаком, имеющих одинаковый фенотип. Для этого их скрещивали с гомозиготными рецессивными формами.

Если в результате скрещивания все поколение оказывалось одинаковым и похожим на анализируемый организм, то можно было сделать вывод: исходный организм является гомозиготным по изучаемому признаку.

Если в результате скрещивания в поколении наблюдалось расщепление в соотношении , то исходный организм содержит гены в гетерозиготном состоянии.

На дигибридное скрещивание

Доминантные гены известны

Задача: Скрестили томаты нормального роста с красными плодами с томатами-карликами с красными плодами. В все растения были нормального роста; — с красными плодами и — с желтыми. Определите генотипы родителей и потомков, если известно, что у томатов красный цвет плодов доминирует над желтым, а нормальный рост — над карликовостью.

Решение: Обозначим доминантные и рецессивные гены: — нормальный рост, — карликовость; — красные плоды, — желтые плоды.

Проанализируем наследование каждого признака по отдельности. В все потомки имеют нормальный рост, т.е. расщепления по этому признаку не наблюдается, поэтому исходные формы — гомозиготны. По цвету плодов наблюдается расщепление , поэтому исходные формы гетерозиготны.

	(нормальный рост, красные плоды)	(карлики, красные плоды)
	(нормальный рост, красные плоды) (нормальный рост, красные плоды) (нормальный рост, красные плоды) (нормальный рост, желтые плоды)

Доминантные гены неизвестны

Задача: Скрестили два сорта флоксов: один имеет красные блюдцевидные цветки, второй — красные воронковидные цветки. В потомстве было получено красных блюдцевидных, красных воронковидных, белых блюдцевидных и  белых воронковидных. Определите доминантные гены и генотипы родительских форм, а также их потомков.

Решение: Проанализируем расщепление по каждому признаку в отдельности. Среди потомков растения с красными цветами составляют , с белыми цветами — , т.е. . Поэтому — красный цвет, — белый цвет, а родительские формы — гетерозиготны по этому признаку (т.к. есть расщепление в потомстве).

По форме цветка также наблюдается расщепление: половина потомства имеет блюдцеобразные цветки, половина — воронковидные. На основании этих данных однозначно определить доминантный признак не представляется возможным. Поэтому примем, что — блюдцевидные цветки, — воронковидные цветки.

	(красные цветки, блюдцевидная форма)	(красные цветки, воронковидная форма)
	Гаметы

- красные блюдцевидные цветки,

— красные воронковидные цветки,
— белые блюдцевидные цветки,
— белые воронковидные цветки.

Решение цитогенетических задач

Задача No 1.

Фрагмент молекулы ДНК: ТАААТГГЦААЦЦ. Определите состав аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

 

Дано:                                                               Решение:

ДНК: ТАААТГГЦААЦЦ     По принципу комплементарности      

                                           выстраиваем цепь молекулы и- РНК.                 

Аминокислоты-?                ДНК: ТАА-АТГ-ГЦА-АЦЦи -РНК: АУУ-

                                           УАЦ-ЦГУ-УТТ

                                           По таблице кодонов определяем по 

                                           триплетам аминокислоты.

                                           Иле-Тир-Арг-Трп

Ответ: 1) и-РНК: АУУ-УАЦ-ЦГУ-УТТ

        2) Аминокислоты: Иле-Тир-Арг-Трп

 

 

Задача No 2.

Фрагмент молекулы содержит аминокислоты: аспарагиновая-аланин-метионин-валин. Определите молекулу ДНК, кодирующую эту последовательность аминокислот. Количество нуклеотидов % в двух цепях. Длину этого участка гена.

 

Дано:                                        Решение:

Белок: Асп-Ала-Мет-Вал По таблице кодонов определяем

                                           и-РНК

                                           Белок: Асп-Ала-Мет-Вал

                                           и-РНК:ГАЦ-ГЦА-АУГ-ГУУ

1)ДНК?                              По принципу комплементарности         

2)Кол-во нуклеотидов      выстраиваем ДНК

3)Длина участка ДНК       и-РНК:ГАЦ-ГЦА-АУГ-ГУУ

                                           I цепь ДНК: ЦТГ-ЦГТ-ТАЦ-ЦАА

                                           II цепь ДНК: ГАЦ-ГЦА-АТГ-ГТТ       

                                           А=6=25%

                                           По правилу Чаргаффа А=Т, Г=Ц. 

                                           Т=А=25%

                                           Г=Ц= (100-50)/2= 25%                                        

                                           Длина ДНК равна длине одной цепи.

                                           Длина каждого нуклеотида 0,34 нм:

                                           12 *0,34=4,08 нм.

Ответ: 1) I цепь ДНК: ЦТГ-ЦГТ-ТАЦ-ЦАА

           II цепь ДНК: ГАЦ-ГЦА-АТГ-ГТТ                                                 

       2) Т=А=25% Г=Ц=25%

       3) Длина составляет 4, 08 нм.

 

Задача No3

В биосинтезе полипептида участвуют молекулы Т-РНК с антикодонами УГА,АУГ, АГУ, ГГЦ, ААУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, которой несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин(А), гуанин (Г), тимин(Т), цитозин(Ц) в двухцепочноймолекуле ДНК. Ответ поямните.

 

Дано:                                                                     Решение:

Т-РНК: УГА,АУГ, АГУ, ГГЦ, ААУ  1) т-РНК: УГА-АУГ-АГУ-ГГЦ-ААУ

1) ДНК 2 цепи?                                 и-РНК: АЦУ-УАЦ-УЦА-ЦЦГ-УУА

2) Число нуклеотидов?                   По принципу комплементарности

                                                       2) Iцепь ДНК: ТГА-АТГ-АГТ-ГГЦ-ААТ

                                                           IIцепь ДНК: АЦТ-ТАЦ-ТЦА-ЦЦГ-ТТА

                                                       3) А-9, Т-9, так как А=Т

                                                           30-100 %

                                                           9-х

                                                           х= (100*9)/30=30%

                                                           Г-6, Ц-6, так как Г=Ц

                                                           (100-60)/2=20 %

 

Ответ: 1) и-РНК: АЦУ-УАЦ-УЦА-ЦЦГ-УУА

        2) I цепь ДНК: ТГА-АТГ-АГТ-ГГЦ-ААТ

            IIцепь ДНК: АЦТ-ТАЦ-ТЦА-ЦЦГ-ТТА

        3) А-9 (30 %), Т-9 (30%)

            Г-6 (20%), Ц-6 (20%)

 

 

Задача No 4.

В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы т-РНК с антикодонами АЦЦ, ГУЦ, УГА, ЦЦА, ААА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочноймолекулы ДНК, в которой закодирована информация о первичной структуре фрагмента белка. Объясните последовательность ваших действий.

 

Дано:                                                             Решение:

т-РНК: АЦЦ, ГУЦ, УГА, ЦЦА, ААА  1) т-РНК: АЦЦ-ГУЦ-УГА-ЦЦА-ААА (Принцип           

                                                               комплементарности)

                                                               и-РНК: УГГ-ЦАГ-АЦУ-ГГУ-УУУ 1)Двухцепочнаямолекула ДНК             2) Аминокислоты: три-глн-тре-гли-фен (по  

                                                               таблице генетического кода)

2)Аминокислоты -?                                3) По принципу комплементарности

                                                                и-РНК: УГГ-ЦАГ-АЦУ-ГГУ-УУУ

                                                                Iцепь ДНК: АЦЦ-ГТЦ-ТГА-ЦЦА-ААА            

                                                                IIцепьДНК: ТГГ-ЦАГ-АЦТ-ГГТ-ТТТ

Ответ: 1) и-РНК: УГГ-ЦАГ-АЦУ-ГГУ-УУУ

        2) Аминокислоты: три-глн-тре-гли-фен

        3) I цепь ДНК: АЦЦ-ГТЦ-ТГА-ЦЦА-ААА

            II цепь ДНК: ТГГ-ЦАГ-АЦТ-ГГТ-ТТТ

 

Задача No 5.

Молекулярная масса белка Х=50 000. Определите длину соответствующего гена.

 

Дано:

Масса белка Х =50 000     Примечание: Молекулярная масса одной

                                            аминокислоты в среднем 100, одного

                                            нуклеотида-35.

Длина гена-?                      

                                            Решение:

                                1) Белок Х состоит из 50 000: 100= 500 аминокислот.

                                           2) Одна из цепей гена, несущая программу белка Х,

                                               должна состоять из 500 триплетов, или 500*3=1500

                                               нуклеотидов

                                           3) Длина этой цепи ДНК=1500*0,34=510 нм;

                                               такова же длина гена (двухцепочногоучастка ДНК).

Ответ: длина гена –510 нм.

 

Среди заданий по генетике на ЕГЭ по биологии можно выделить 6 основных типов. Первые два - на определение числа типов гамет и моногибридное скрещивание - встречаются чаще всего в части А экзамена (вопросы А7, А8 и А30).

Задачи типов 3, 4 и 5 посвящены дигибридному скрещиванию, наследованию групп крови и признаков, сцепленных с полом. Такие задачи составляют большинство вопросов С6 в ЕГЭ.

Шестой тип задач - смешанный. В них рассматривается наследование двух пар признаков: одна пара сцеплена с Х-хромосомой (или определяет группы крови человека), а гены второй пары признаков расположены в аутосомах. Этот класс задач считается самым трудным для абитуриентов.

В этой статье изложены теоретические основы генетики, необходимые для успешной подготовки к заданию С6, а также рассмотрены решения задач всех типов и приведены примеры для самостоятельной работы.

Основные термины генетики

Ген — это участок молекулы ДНК, несущий информацию о первичной структуре одного белка. Ген — это структурная и функциональная единица наследственности.

Аллельные гены (аллели) — разные варианты одного гена, кодирующие альтернативное проявление одного и того же признака. Альтернативные признаки — признаки, которые не могут быть в организме одновременно.

Гомозиготный организм — организм, не дающий расщепления по тем или иным признакам. Его аллельные гены одинаково влияют на развитие данного признака.

Гетерозиготный организм — организм, дающий расщепление по тем или иным признакам. Его аллельные гены по-разному влияют на развитие данного признака.

Доминантный ген отвечает за развитие признака, который проявляется у гетерозиготного организма.

Рецессивный ген отвечает за признак, развитие которого подавляется доминантным геном. Рецессивный признак проявляется у гомозиготного организма, содержащего два рецессивных гена.

Генотип — совокупность генов в диплоидном наборе организма. Совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом называется геномом.

Фенотип — совокупность всех признаков организма.

Законы Г. Менделя

Первый закон Менделя — закон единообразия гибридов

Этот закон выведен на основании результатов моногибридного скрещивания. Для опытов было взято два сорта гороха, отличающихся друг от друга одной парой признаков — цветом семян: один сорт имел желтую окраску, второй — зеленую. Скрещивающиеся растения были гомозиготными.

Для записи результатов скрещивания Менделем была предложена следующая схема:

— желтая окраска семян
— зеленая окраска семян

(родители)
(гаметы)
(первое поколение)	(все растения имели желтые семена)

Формулировка закона: при скрещивании организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, первое поколение единообразно по фенотипу и генотипу.