Методика решения молекулярных задач

Задача 1. Известна последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК (ЦГГАУЦЦАУУГЦ). Определите структуру гена и количество аминокислот в белке (рис. 6.1.).

 

Решение

1) и-РНК: Ц-Г-Г-А-У-Ц-Ц-А-У-У-Г-Ц

2) ДНК: Г-Ц-Ц-Т-А-Г-Г-Т-А-А-Ц-Г (1 цепь)

Ц-Г-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Т-Т-Г-Ц (2 цепь)

3) зная, что каждая аминокислота кодируется триплетом, разбиваем ДНК на тройки (12:3=4) и получаем 4 триплета.

Задача 2. В одной молекуле ДНК содержится нуклеотидов с тимином 22%. Определите процентное содержание нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в данной молекуле ДНК.

 

Решение 1.

1) используя правило Чаргаффа А+Г=Т+Ц делаем вывод о том, что все нуклеотиды в ДНК составляют 100%, вычисляем А=22%, А+Т=22+22=44%, Г+Ц=100 - 44 =56%;

2) зная, что Г=Ц делаем вывод о том, что их количество также равно, поэтому 56:2 =28% (Г, Ц).

Решение 2.

1) используя правило Чаргаффа А+Г=Т+Ц делаем вывод о том, что все нуклеотиды в ДНК составляют 100%, поэтому А+Г=50 и Т+Ц=50

2) зная, что Т=А и по условию задачи А=22%, делаем вывод о том, что Т=22%.

3) вычисляем % Ц и Г, 50-22=28%.

Задача 3. Сколько 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?

 

Решение:

1) согласно правилу Чаргаффа, что Ц=Г и их количество равно, делаем вывод о том, что Г=30%, что составляет 1500 нуклеотидов;

2) согласно правилу Чаргаффа А+Г=Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%, а А+Г и Т+Ц по 50 % следовательно 50-30=20% (А,Т).

3) составляем пропорцию:

30% - 1500

20% -?

20х1500: 30 =1000 нуклеотидов (А, Т)

 

Задача 4. Участок молекулы ДНК (одна цепочка) содержит: 150 нуклеотидов – А, 50 нуклеотидов – Т, 300 нуклеотидов – Ц, 100 нуклеотидов - Г. Количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.

 

Решение:

1) согласно условию задачи количество нуклеотидов в 1-й цепи ДНК: А-150, Т-50, Ц-300, Г-100, отсюда находим количество А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.

2) А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны, поэтому во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100

3) находим количество нуклеотидов в двух цепях

(150+50)+Т(50+150)+Г(300+100)+Ц(100+300)=1200

Задача 5. Фрагмент молекулы белка содержит аминокислоты: аспарагиновая кислота-аланин-метионин-валин. Установить структуру участка молекулы ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот. Определить количество (в %) различных видов нуклеотидов в этом участке гена (в двух цепях).

 

Решение:

1) находим последовательность и-РНК, в которой закодирован данный белок: ААЦ-ГЦЦ-АУГ-ГУУ (прил.2)

2) построим на и-РНК смысловую и антисмысловую цепи ДНК

и-РНК: ААЦ-ГЦЦ-АУГ-ГУУ

ДНК: ТТГ-ЦГГ-ТГЦ-ЦАА (1 цепь)

ААЦ-ГЦЦ-АЦГ-ГТТ (2 цепь)

3) вычисляем количество А, Ц, Т, Г в %, зная, что на 24 нуклеотида в цепях ДНК приходится 5 нуклеотидов А. Если А=5, то учитывая что А=Т, Т=5, тогда Г+Ц=24-(5*2)=14, Г=Ц=7

4) составляем пропорцию для количества адениловых нуклеотидов:

24-100%

5 - X

X=20, 8%

5) составляем пропорцию для количества гуанидиловых нуклеотидов:

24-100%

7 - X

X=29, 2%

6) вычисляем % Т и Ц по правилу Чаргаффа А=Т, Г=Ц

7) длина одного нуклеотида составляет 0,34 нм, поэтому подсчитаем длину гена в данном участке – 12 пар нуклеотидов умножив на длину одного нуклеотида 0,34 нм 12 х 0,34=4,08

Задача 6. 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.

 

Решение:

1) высчитываем количество аминокислот в полипептиде 40000:100= 400 аминокислот.

2) вычисляем количество нуклеотидов кодирующего участка ДНК 400х3=1200 нуклеотидов.

3) определяем длину кодирующего участка ДНК (гена) 1200х0,34=408 нм.

Рис. 6.1. Таблица генетического кода

2.

3. Задания для самостоятельной работы

1. 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.

2. В биосинтезе полипептида участвовали т-РНК с антикодонами УУА, ГГЦ, ЦГЦ, ААГ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих А, Г, Т, Ц в двухцепочечной молекуле ДНК.

3. Участок гена в хромосоме имел следующий состав нуклеотидов: ТГГ ТАГ ЦАГ ЦАГ ГАЦ ГГГ ТАА. Определите, как изменится состав кодируемых ими аминокислот, если под влиянием ионизирующей радиации были выбиты 1, 10 и 15 слева нуклеотиды.

4. Исследования показали, что 34% от общего числа нуклеотидов и-РНК приходится на гуанин, 18% - на урацил, 28% - на цитозин, 20% - на аденин. Определите процентный состав азотистых оснований двухцепочечной ДНК, являющейся матрицей для данной и-РНК.

5. В одной цепочке молекулы ДНК имеется 31% адениловых остатков, 25% тимидиловых остатков и 19 % цитидиловых остатков. Рассчитайте процентное соотношение нуклеотидов в двухцепочечной ДНК.

 

4. Тестовые задания для контроля

1. Свойство триплетности генетического кода:

1) в кодировании трех аминокислот одним нуклеотидом

2) в кодировании одной аминокислоты сочетанием из трех соседних нуклеотидов

3) в соответствии одной аминокислоте трех соседних триплетов нуклеотидов

4) в кодировании трех аминокислот триплетом

 

2. Свойство вырожденности генетического кода:

1) все аминокислоты кодируются несколькими триплетами

2) большинство аминокислот кодируется более чем одним триплетом

3) один и тот же триплет нуклеотидов кодирует несколько аминокислот

4) несколько триплетов нуклеотидов кодируют несколько аминокислот

 

3. Свойство неперекрываемости генетического кода

1) каждый нуклеотид в ДНК входит в состав лишь одного триплета.

2) каждый нуклеотид в ДНК входит в состав не менее чем трех триплетов.

3) каждая аминокислота кодируется лишь одним триплетом.

4) каждая аминокислота кодируется более, чем одним триплетом

 

4. Механизмы мейоза, которые обеспечивают генетическое разнообразие гамет

1) неравные деления в мейозе при овогенезе.

2) кроссинговер и независимое расхождение гомологичных хромосом в мейозе

3) конъюгация хромосом

4) профаза 2 мейоза

 

5. Поведение гомологичных хромосом при образовании гамет в мейозе

1) отходят к одному и тому же полюсу, попадая в одну и ту же гамету

2) конъюгируют, а затем отходят к разным полюсам, попадая в разные гаметы

3) расщепляются в области центромер и расходятся так, что к каждому полюсу из каждой хроматиды попадает одна хроматида

4) нет правильного ответа

Практическое занятие 7.