Определение структуры участка ДНК, кодирующего указанный полипептид
Задача 91.
Полипептид состоит из следующих аминокислот:
вал-ала-гли-лиз-три-вал-сер-глу-тир. Определите возможную структуру участка молкулы ДНК, кодирующего указанный полипептид.
Решение:
В условиях задачи последовательность аминокислот в полипептиде дана. По этим сведениям нетрудно установить строение иРНК, которая управляла синтезом данного полипептида.
По таблице генетического кода (с учётом вырожденности кода будем использовать только первые триплеты), строим нуклеотидную последовательность иРНК:
5’-ГУУГЦУГГУАААУГГГУУУЦУГААУАУ-3’.
По цепочке иРНК можно восстановить участок нити ДНК, с которой она снималась. Урацил встанет против аденина ДНК, гуанин – против цитозина и т.д. Следовательно, участок интересующей нас цепи ДНК будет иметь следующее строение:
мДНК: 3’-ЦААЦГАЦЦАТТТАЦЦЦАААГАЦТТАТА-5’
иРНК: 5’-ГУУГЦУГГУАААУГГГУУУЦУГААУАУ-3’.
Но ДНК состоит из двух цепочек. Зная строение одной цепи, по принципу комплементарности достраиваем вторую. Целиком участок двухцепочечной ДНК, кодирующий данный полипептид, будет иметь следующее строение:
сДНК: 5’-ГТТГЦТГГТАААТГГГТТТЦТГААТАТ-3’
мДНК: 3’-ЦААЦГАЦЦАТТТАЦЦЦАААГАЦТТАТА-5’.
Ответ:
1) состав участка молекулы ДНК:
сДНК: 3’-ЦААЦГАЦЦАТТТАЦЦЦАААГАЦТТАТА-5’
мДНК: 5’-ГУУГЦУГГУАААУГГГУУУЦУГААУАУ-3’.
Задача 92.
Фрагмент гена представлен 21 основанием экзона и пятью последующими основаниями интрона (нуклотиды стоят в направлении от 3’ к 5’ концу): АТАТАТГЦАТГЦГЦГЦАТАТГТАЦ. В девятом положении данной последовательности нуклеотидов произошла замена А на Ц. Смодулируйте транскрипцию и трансляцию данного фрагмента гена до мутации и после.
Решение:
Экзоны – это кодирующие последовательности ДНК генов эукариот, представленные в зрелой молекуле РНК. Интроны – это некодирующие участки генов эукариот, которые транскрибируются, но затем вырезаются из первичного транскрипта во время сплайсинга и не входят в состав зрелых РНК, т.е. не транслируются.
Транскрипция представляет собой синтез молекулы иРНК на молекуле ДНК. То есть ДНК служит матрицей для синтеза иРНК.
Трансляция - процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой.
Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с ДНК. Этот процесс называется транскрипцией. При этом к цитозину присоединяется гуанин, к гуанину – цитозин, к тимину – аденин, однако к аденину ДНК присоединяется не тимин, а урацил. Таким образом, для решения задачи достаточно произвести замену нуклеотидов по схеме:
Ц → Г, Г → Ц, А →У, Т → А.
1. Транскрипция и трансляция данного фрагмента гена до мутации
а) транскрипция данного фрагмета гена до мутации, получим:
мДНК: 3’-АТАТАТГЦАТГЦГЦГЦАТАТГТАЦ-5’
иРНК: 5’-УАУАУАЦГУАЦГЦГЦГУАУАЦАУГ-3’.
б) Трансляция данного фрагмента гена до мутации.
Для удобства при решении задачи разобьем молекулу иРНК на триплеты, получим:
иРНК: УАУ АУА ЦГУ АЦГ ЦГЦ ГУА УАЦ АУГ.
По таблице генетического кода находим порядок аминокислот в белковой молекуле: тир-иле-арг-тре-арг-вал-тир-мет.
2. Транскрипция и трансляция данного фрагмента гена после мутации
а) транскрипция данного фрагмента гена после мутации, получим:
мДНК: 3’-АТАТАТГЦЦТГЦГЦГЦАТАТГТАЦ-5’
иРНК: 5’-УАУАУАЦГГАЦГЦГЦГУАУАЦАУГ-3’.
б) Трансляция данного фрагмента гена после мутации.
Разобьем молекулу иРНК на триплеты, получим:
УАУ АУА ЦГГ АЦГ ЦГЦ ГУА УАЦ АУГ.
По таблице генетического кода находим порядок аминокислот в белковой молекуле: тир-иле-арг-тре-арг-вал-тир-мет.
Вывод:
Данная мутация, приведшая к замене в девятом положении данной последовательности ДНК нуклеотида А на Ц, не приводит к нарушению первичной структуры полипептида. Структура полипептида, как до мутации, так и после мутации имеет вид:
тир-иле-арг-тре-арг-вал-тир-мет.
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) изначальная последовательность иРНК:
5’-УАУАУАЦГУАЦГЦГЦГУАУАЦАУГ-3’;
2) фрагмент начального полипептида:
тир-иле-арг-тре-арг-вал-тир-мет;
3) последовательность иРНК после мутации:
5’-УАУАУАЦГГАЦГЦГЦГУАУАЦАУГ-3’;
4) фрагмент полипептида после мутации в ДНК:
тир-иле-арг-тре-арг-вал-тир-мет;
5) если в цепи нуклеотидов мДНК заменить девятый нуклеотид А на Ц, то структура полипептида не изменится после мутации, что не приведет к нарушению физиологической функции клетки (организма).
Задача 93.
Последовательность нуклеотидов на иРНК (нуклеотиды указаны в направлении от 5’ к 3’ концу): ЦГГГГЦУУЦГАГААЦГАУГАГ. Укажите соответствующий этой последовательности участок гена матричной цепи ДНК, а также фрагмент белка, соответствующий данному участку ДНК.
Решение:
В соответствии с принципом комплементарности азотистым основаниям кодонов иРНК соответствуют определенные коды ДНК. При этом напротив цитозина иРНК становится гуанин ДНК, напротив гуанина - цитозин, напротив тимина - аденин, напротив урацила - аденин. Таким образом, для решения задачи достаточно произвести замену нуклеотидов по схеме: Ц → Г, Г → Ц, А→ У, Т → А.
Тогда нуклеотидная последовательность мДНК будет иметь вид:
мДНК: 3’-ГЦЦЦЦГААГЦТЦТТГЦТАЦТЦ-5’
иРНК: 5’-ЦГГГГЦУУЦГАГААЦГАУГАГ -3’.
Для удобства решения задачи разобьём цепь иРНК на триплеты:
ЦГГ ГГЦ УУЦ ГАГ ААЦ ГАУ ГАГ.
По таблице генетического кода устанавливаем порядок аминокислот в белковой молекуле, получим: арг-гли-фен-глу-асн-асп-глу.
Ответ:
1) нуклеотидная последовательность мДНК:
3’-ГЦЦЦЦГААГЦТЦТТГЦТАЦТЦ-5’;
2) последовательность аминокислот в полипептиде:
арг-гли-фен-глу-асн-асп-глу.
