Определение последовательности азотистых оснований молекулы ДНК при кодировании белка
Задача 87.
Цепочка аминокислот участка рибонуклеазы имеет следующее строение: лизин-глутамин-треонин-аланин-аланин-аланин-лизин. Какова последовательность азотистых оснований участка гена, соответствующего этому белку?
Решение:
В условии задачи последовательность аминокислот в молекуле белка дана. Используя таблицу генетического кода в триплетах иРНК, можно установить строение и РНК.
По таблице генетического кода находим структуру триплетов лизина, их два – (ААА и ААГ), глутамина два триплета – (ГАА, ГАГ), треонина четыре триплета (АЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГ), аланина четыре триплета – (ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ).
Данный в задаче участок молекулы белка может быть кодирован 2048 способами (2.2.4.4.4.4.2 = 2048).
Мы же будем использовать для построения цепочки иРНК только первые триплеты для аминокислот из таблицы генетического кода.
Пример графической модели фрагмента иРНК (нуклотиды указаны в направлении от 5’ к 3’ концу):
АААГАААЦУГЦУГЦУГЦУААА.
По цепочке иРНК можно восстановить участок цепи ДНК, с которой она снималась. Урацил вставал против аденина ДНК, гуанин – против цитозина и т.д. Следовательно, участок интересующей нас цепи мДНК будет иметь следующее строение:
мДНК: 3’-ТТТЦТТТГАЦГАЦГАЦГАТТТ-5’
иРНК: 5’-АААГАААЦУГЦУГЦУГЦУААА-3’.
Но ДНК состоит из двух цепочек. Зная строение транскрибируемой цепи, по принципу комплементарности достраиваем смысловую цепь ДНК. Целиком участок двухцепочечной ДНК, кодирующий даннeую рибонуклеазу, будет иметь следующее строение:
сДНК: 5’-АААГАААЦТГЦТГЦТГЦТААА-3’
мДНК: 3’-ТТТЦТТТГАЦГАЦГАЦГАТТТ-5’.
Ответ:
1) последовательность иРНК
5’-АААГАААЦУГЦУГЦУГЦУААА-3’;
2) последовательность ДНК:
5’-АААГАААЦТГЦТГЦТГЦТААА-3’
3’-ТТТЦТТТГАЦГАЦГАЦГАТТТ-5’,
нижняя цепь матричная (транскрибируемая);
ИЛИ
5’-ТТТАГЦАГЦАГЦАГТТТЦТТТ -3’
3’-АААТЦГТЦГТЦГТЦАААГААА -5’,
верхняя цепь матричная (транскрибируемая).
Задача 88.
Какой последовательностью азотистых оснований молекулы ДНК кодируется участок белковой молекулы, если известно, что он имеет следующее строение: пролин-лейцин-валин-аргинин-пролин-аргинин?
Решение:
Носителем информации снтеза полипептидов является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). ДНК расположена в ядре клетки эукариот, а процесс биосинтеза белка происходит в цитоплазме на рибосомах. Поэтому для переноса информации с ДНК на рибосомы необходимо промежуточное звено. На матричной цепи ДНК по принципу комплементарности синтезируется молекула иРНК. Этим звеном является информационная РНК (иРНК). Это происходит следующим образом: против, например, гуанина (Г) молекулы ДНК становится цитозин (Ц) молекулы РНК, против аденина (А) молекулы ДНК – урацил (У) молекулы РНК (вместо тимина РНК несет урацил), против тимина (Т) молекулы ДНК – А молекулы РНК, и против Ц молекулы ДНК – Г молекулы РНК. Таким образом, формируется цепочка иРНК. Так информация о последовательности аминокислот в белке переводится с «языка ДНК» на «язык РНК». Этот процесс получил название транскрипции.
Для решения данной задачи можно использовать таблицу генетического кода.
По таблице генетического кода находим структуру триплетов пролина, их четыре – (ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА и ЦЦГ), лейцина четыре триплета – (ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА и ЦУГ), валина четыре триплета (ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ), аргинина четыре триплета – (ЦГУ, ЦГЦ, ЦГА, ЦГГ).
Данный в задаче участок молекулы белка может быть кодирован 2048 способами (4.4.4.4.4.4 = 4096).
Мы же будем использовать для построения цепочки иРНК только первые триплеты из таблицы генетического кода.
Пример графической модели фрагмента иРНК (нуклеотиды указаны в направлении от 5’ к 3’ концу):
ЦЦУЦУУГУУЦГУЦЦУЦГУ.
По цепочке иРНК можно восстановить матричную цепь ДНК, с которой она снималась. Урацил вставал против аденина ДНК, гуанин – против цитозина и т.д.
Тогда
мДНК: 3’-ГГАГААЦААГЦАГГАГЦА-5’
иРНК: 5’-ЦЦУЦУУГУУЦГУЦЦУЦГУ-3’.
Следовательно, участок интересующей нас цепи ДНК будет иметь следующее строение:
3’-ГГАГААЦААГЦАГГАГЦА-5’.
Зная структуру матричной (транскрибируемой) цепи ДНК по принципу комплементарности построим смысловую цепь ДНК, получим структуру молекулы ДНК:
сДНК: 5’-ЦЦТЦТТГТТЦГТЦЦТЦГТ-3’
мДНК: 3’-ГГАГААЦААГЦАГГАГЦА-5’.
Ответ:
1) последовательность иРНК
5’-ЦЦУЦУУГУУЦГУЦЦУЦГУ-3’;
2) последовательность ДНК:
5’-ЦЦТЦТТГТТЦГТЦЦТЦГТ-3’
3’-ГГАГААЦААГЦАГГАГЦА-5’,
нижняя цепь матричная (транскрибируемая);
5’-АЦГАГГАЦГААЦААГАГГ -3’
3’-ТГЦТЦЦТГЦТТГТТЦТЦЦ-5’,
верхняя цепь матричная (транскрибируемая).
Задача 89.
Определите порядок следования друг за другом аминокислот в участке молекулы белка, если он кодируется такой последовательностью азотистых оснований участка молекулы ДНК (нуклотиды указаны в направлении от 3’ к 5’ концу): ТГАТГЦГТТТАТГЦГЦЦ. Как изменится состав белка, если из исходной молекулы ДНК удалить девятое и двенадцатое азотистые основания?
Решение:
1. При синтезе белковой молекулы информация с участка цепочки молекулы ДНК должна перейти на молекулу иРНК, используя принцип комплементарности (Г - Ц, Т - А, А - У) синтезируется молекула иРНК.
Зная последовательность азотистых оснований участка молекулы ДНК, получим последовательность нуклеотидов участка иРНК:
мДНК: 3’-ТГАТГЦГТТТАТГЦГЦЦ-5’
иРНК: 5’-АЦУАЦГЦАААУАЦГЦГГ-3’.
Для удобства решения задачи разобьём цепь иРНК на триплеты:
АЦУ АЦГ ЦАА АУА ЦГЦ ГГ.
По таблице генетического кода иРНК находим порядок аминокислот в белковой молекуле: тре-тре-глн-иле-арг.
2. Если из молекулы ДНК удалить девятое и двенадцатое азотистые основания, то получим последовательность нуклеотидов участка ДНК:
ТГАТГЦГТТАГЦГЦЦ.
Тогда последовательность нуклеотидов участка иРНК будет иметь вид:
мДНК: 3’-ТГАТГЦГТТАГЦГЦЦ-5’
иРНК: 5’-АЦУАЦГЦААУЦГЦГГ-3’.
Разобьём цепь иРНК на триплеты:
АЦУ АЦГ ЦАА УЦГ ЦГГ.
По таблице генетического кода находим порядок аминокислот в белковой молекуле: тре-тре-глн-сер-арг.
При удалении девятого и двенадцатого азотистых оснований из исходной мДНК у нового полипептида изменится только четвертая аминокислота серин, на место которой встанет аргинин.
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) изначальная последовательность иРНК:
5’-АЦУАЦГЦАААУАЦГЦГГ-3’;
2) фрагмент начального полипептида: тре-тре-глн-иле-арг;
3) последовательность иРНК после мутации:
5’-АЦУАЦГЦААУЦГЦГГ-3’;
4) фрагмент полипептида после мутации в ДНК: тре-тре-глн-сер-арг;
5) если удалить девятый и двенадцатый слева нуклеотиды в ДНК, то синтезируется новый полипептид, что приведет к нарушению физиологической функции клетки (организма).
Задача 90.
Какая последовательность аминокислот кодируется такой последовательностью азотистых оснований участка молекулы ДНК (нуклеотиды указаны в направлении от 3’ к 5’ концу): ЦЦТАГТГТГААЦЦАГГЦ и какой станет последовательность аминокислот в полипептиде, если между шестым и седьмым основаниями в ДНК вставить тимин?
Решение:
1. При синтезе белковой молекулы информация с участка цепочки молекулы мДНК должна перейти на молекулу иРНК, поэтому по принципу комплементарности (Г - Ц, Т – А, А - У) синтезируется молекула иРНК.
Зная последовательность азотистых оснований участка молекулы мДНК, получим последовательность нуклеотидов участка иРНК. Для удобства решения задачи предварительно разбили цепи ДНК и РНК на триплеты:
мДНК: 3’-ЦЦТ АГТ ГТГ ААЦ ЦАГ ГЦ-5’
иРНК: 5’-ГГА-УЦА-ЦАЦ-УУГ-ГУЦ-ЦГ-3’.
По таблице генетического кода иРНК находим порядок аминокислот в полипептиде, получим:
гли-сер-гис-лей-вал.
2. Последовательность аминокислот, если между шестым и седьмым основаниями вставить тимин будет иметь вид:
ЦЦТ АГТ ТГТ ГАА ЦЦА ГГЦ.
Тогда последовательность азотистых оснований участка молекулы ДНК и последовательность нуклеотидов участка иРНК имеют вид:
мДНК: 3’-ЦЦТ АГТ ТГТ ГАА ЦЦА ГГЦ-5’
иРНК: 5’-ГГА-УЦА-АЦА-ЦУУ-ГГУ ЦЦГ-3’.
По измененному генетическому коду иРНК порядок аминокислот в полипептиде будет имть вид:
гли-сер-тре-лей-гли-про.
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) изначальная последовательность мДНК:
3’-ЦЦТАГТГТГААЦЦАГГЦ-5’;
2) изначальная последовательность иРНК:
5’-ГГАУЦАЦАЦУУГГУЦЦГ-3’;
3) фрагмент начального полипептида: гли-сер-гис-лей-вал.;
4) последовательность мДНК после мутации:
3’-ЦЦТ АГТ ТГТ ГАА ЦЦА ГГЦ-5’;
5) последовательность иРНК после мутации:
5’-ГГА-УЦА-АЦА-ЦУУ-ГГУ ЦЦГ-3’;
6) фрагмент полипептида после мутации в ДНК: гли-сер-тре-лей-гли-про;
7) если между шестым и седьмым основаниями в ДНК вставить тимин (это генная мутация), то изменится вся последовательность нуклеотидов в иРНК, соответственно последовательность аминокислот в полипептиде, полипептид изменит свои свойства, что приведет к изменению физиологической функции в клетке (организме).
