Примеры решения задач на реалезацию наследственной информации в клетке.

 

Принцим комплементарности

 

 

Задача 106.
Восстановите формулу ДНК, если известно, что транскрипция иРНК выглядит так: У-У-Г-Ц-Ц-Ц-У-У-У-Г-Г-Ц. Какими триплетами будет закрываться эта цепочка при трансляции? Сколько нужно будет триплетов?
Решение:
Используя принцип комплементарности1, по иРНК можно восстановить последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК: А-А-Ц-Г-Г-Г-А-А-А-Ц-Ц-Г (надо помнить, что в ДНК отсутствует урацил, вместо него становится тимин). 
Теперь, опять же пользуясь принципом комплементарности, на полученной цепи ДНК строим вторую цепь ДНК: Т-Т-Г-Ц-Ц-Ц-Т-Т-Т-Г-Г-Ц. 
К кодонам иРНК подбираются комплементарные антикодоны-триплеты нуклеотидов тРНК, и соединяются водородными связями (кодон = антикодон) тоже по принципу комплементарности, получим тРНК: А-А-Ц,Г-Г-Г,А-А-А,Ц-Ц-Г. 
Следовательно, при решении данной задачи необходимо записать:
     ДНК:
2-я цепь: Т-Т-Г-Ц-Ц-Ц-Т-Т-Т-Г-Г-Ц
1-я цепь: А-А-Ц-Г-Г-Г-А-А-А-Ц-Ц-Г
    иРНК: У-У-Г-Ц-Ц-Ц-У-У-У-Г-Г-Ц
    тРНК: А-А-Ц,Г-Г-Г,А-А-А,Ц-Ц-Г
Цепочка при трансляции будет закрываться 4 триплетами. 

 


Задача 107.
Белковая молекула имеет следующий состав и последовательность аминокислот: лизин-триптофан-глутамин-серин-метионин-гистидин-аланин-валин.
Дайте графическую модель фрагмента гена. Сколькими способами может быть кодирован этот участок молекулы белка?
Решение:
1. Графическая модель фрагмента гена

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, триптофана (УГГ), глутамина 2 триплета - ГАА, ГАГ, серина – 6 триплетов: (УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ), метионина-АУГ, гистидина- 2 триплета ЦАУ, ЦАЦ, аланина-4 триплета - ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ; валина-4 триплета-ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ.
Пример графической модели фрагмента гена:
иРНК ААА... УГГ... ГАА... УЦУ... АУГ... ЦАУ... ГЦУ... ГУУ
мДНК ТТТ... АЦЦ... ЦТТ... АГА... ТАЦ... ГТА... ЦГА... ЦАА

2. Количество кодирования участка молекулы белка

Количество кодирования участка молекулы белка определим перемножив число вариантов триплетов для каждой аминокислоты, получим:

2•1•2•6•1•2•4•4 = 768.

Таким образом, данный в задаче участок молекулы белка может быть кодирован 768 способами.
 


Задача 108.
1) Дано: в молекуле ДНК Г- 40%. Определите сколько % приходится на Т, А, Ц?
2) Дано: нить ДНК - ААТ ТТГ ГГЦ ЦЦА ГГГ ТТТ ААА, синтезируйте иРНК, тРНК, определите молекулярную массу белка, если масса 1 –аминокислоты = 110 а. е. м. Сколько мономеров содержит синтезируемый белок?
Решение:
1. Согласно принципу комплементарности гуанин всегда стоит в паре с цитозином, значит их количество одинаково, т.е. Г = Ц = 40%, а вместе они составляют 80%.
Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% - 80% = 20%. Поскольку тимин всегда находится в паре с аденином, то Т = А = 20%, а на каждого из них приходится 20 : 2 = 10%. 

Ответ: Ц = 40%; Т = 10%; А = 10%.

2. Согласно правилу Чаргафа2 (Г = Ц, А = У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция). К кодонам иРНК подбираются комплементарные антикодоны-триплеты нуклеотидов тРНК, и соединяются водородными связями (кодон = антикодон) тоже по принципу комплементарности. Каждый триплет тРНК
приносит определенную аминокислоту, согласно генетическому коду. Антикодоны тРНК пишутся через запятую. Цепь аминокислот и есть синтезируемый белок.  
Учитывая всё это необходимо записать:
ДНК: ААТ ТТГ ГГЦ ЦЦА ГГГ ТТТ ААА
иРНК УУА ААЦ ЦЦГ ГГУ ЦЦЦ ААА УУУ
тРНК ААУ, УУГ, ГГЦ, ЦЦА, ГГГ УУУ ААА
Белок (аминокислоты): Лей-Асн-Про-Гли-Про-Лиз-Фен

Так как полипептид состоит из семи аминокислотных звеньев, то молекулярная масса белка равна: М(белок) = 110 • 7 = 770 г/моль.

Ответ: 
молекуле ДНК была закодирована цепь аминокислот: лейцин – аспарагиновая кислота – пролин - глицин - пролин - лизин - фенилаланин. Синтезируемый белок содержит 7 аминокислот. Молекулярная масса белка 770 г/моль.


Задача 109. 
Участок цепи ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, состоит из 48 нуклеотидов. Определите число нуклеотидов на иРНК, кодирующих аминокислоты, число аминокислот в полипептиде и количество тРНК, необходимых для переноса этих аминокислот к месту синтеза. Ответ поясните.
Решение:
Если в ДНК 48 нуклеотидов, то в иРНК будет столько же нуклеотидов, так как они комплементарны (иРНК является копией ДНК). Количество тРНК будет 48:3 = 16, так как генетический код триплетен, и антикодон тРНК состоит их 3-х нуклеотидов. Количество аминокислот в белке будет тоже 16, т.к. одна тРНК доставляет к месту синтеза белка одну аминокислоту.

Ответ: 16 аминокислот, 16 тРНК.
 


Задача 110.
Одна из цепей ДНК имеет молекулярную массу 112500. Определите количество аминокислот, закодированных в ней, если известно, что согласно параметрам ДНК3 средняя молекулярная масса нуклеотида3 равна 300. 
Решение:
Молекулярную массу ДНК надо разделить на молекулярную массу одного нуклеотида, получим количество нуклеотидов: 112500 : 300 = 375 нуклеотидов. Так как
3 нуклеотида кодируют 1 аминокислоту, то 375 надо разделить на 3 и получить количество аминокислот в белке: 375 : 3 = 125. 

Ответ: 125 аминокислот.
 


Задача 111.
Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300 нуклеотидов с аденином (А), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г) и 200
нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое число нуклеотидов с А, Т, Г и Ц содержится в двухцепочечной молекуле ДНК? Сколько аминокислот должен содержать белок,
кодируемый этим участком молекулы ДНК? Ответ поясните.
Решение:
Согласно принципу комплементарности во второй цепи ДНК содержится нуклеотидов: А - 100, Т - 300, Г - 200, Ц – 180. В двух цепях ДНК содержится нуклеотидов: А
300 + 100 = 400, значит Т = А= 400; Ц = 200 + 180 = 380, значит Г = Ц = 380. Информацию о структуре белка несет одна из двух цепей, число нуклеотидов в одной цепи ДНК: 300 + 100 + 180 + 200 = 780, поскольку одну аминокислоту кодирует 3 нуклеотида, поэтому в белке должно содержаться 780 : 3 = 260 аминокислот.

Ответ: 280 аминокислот.


1Азотистые основания делятся на 2 группы: пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (тимидин, цитозин и урацил). В ДНК отсутствует урацил, в РНК - тимидин.
Азотистые основания образуют между собой водородные связи в строгом соответствии: А-Т, Г-Ц в молекуле ДНК и А-У, Г-Ц – в РНК. Такое соответствие носит название «принцип комплементарности, который лежит в основе передачи генетической информации:
1) с ДНК на ДНК (реакция редупликации - самоудвоения)
2) с ДНК на информационную РНК (иРНК) - реакция транскрипции
3) взаимодействия иРНК (кодон) с тРНК (антикодон) в реакции трансляции, т.е. реакции синтеза белка на рибосоме.
Все три реакции носят название матричных.

2Нуклеотидный состав ДНК обнаруживает определенные закономерности (правила Чаргаффа): 
1. Количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — цитозину: А = Т, Г = Ц; 
2. Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А + Г= Т + Ц. 

3Параметры молекулы ДНК:
Диаметр спирали - 2 нм
Шаг ДНК состоит из 10 пар нуклеотидов
Длина нуклеотида=0,34 нм.
Средняя молекулярная масса нуклеотида = 300 а.е.м. (атомных единиц массы).