Примеры решения задач по цитологии на кодирование генетической информации в клетке
Задача № 1.
На фрагменте одной нити ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т. Постройте комплементарную цепочку ДНК.
Решение:
1-я цепь молекулы ДНК комплементарна левой (А - Т, Г - Ц). Используя правило комплементарности, в соответствии с кодом правой цепи ДНК записываем нуклеотиды 2-й цепи, получим:
1-я цепь ДНК: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т
2-я цепь ДНК: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А
Задача № 2.
Из предложенных нуклеотидов выпишите те, которые могут входить в состав РНК: аденин, урацил, тимин, цитозин, гуанин.
Решение:
В состав иРНК входят нуклеотиды: урацил, тимин, цитозин, гуанин.
Задача № 3.
По фрагменту цепи иРНК (нуклеотиды указаны в направлении от 5’ к 3’ концу): УУУУГУЦЦУААГАГА. Установите фрагмент молекулы ДНК, аминокислоты фрагмента молекулы белка. Запишите антикодоны тРНК, кодирующие эти аминокислоты.
Решение:
Согласно принципу комплементарности азотистые основания образуют между собой водородные связи в строгом соответствии: А - Т, Г - Ц в молекуле ДНК и А-У, Г-Ц – в РНК. Поэтому напротив урацила (У) иРНК становится адениин (А), напротив гуанина (Г) - цитозин (Ц), напротив цитозина (Ц) - гуанин (Г), напротив аденина (А) - тимин (Т).
Тогда получим:
иРНК: 5’-УУУУГУЦЦУААГАГА-3’
мДНК: 3’-ААААЦАГГАТТЦТЦТ-5’.
Также, используя принцип комплементарности, составим смысловую цепь ДНК:
5'-ТТТТГТЦЦТААГАГА-3'.
Тогда молекула ДНК имеет вид:
5'-ТТТТГТЦЦТААГАГА-3'
3’-ААААЦАГГАТТЦТЦТ-5’.
Для удобства определения фрагмента белка разобьём иРНК на триплеты (кодоны): УУУ УГУ ЦЦУ ААГ АГА. Составим аминокислотную последовательность полипептида, используя таблицу «Генетический код»: фен-цис-про-лиз-арг.
Пользуясь принципом комплементарности с учетом антипараллельности антикодонов тРНК кодонам иРНК, определим антикодоны для аминокислот. Кодону иРНК (5’-УУУ-3’) соответствует антикодон тРНК 3’-ААА-5’ (5’-ААА-3’); кодону иРНК (5’-УГУ-3’) - антикодон тРНК 3’-АЦА-5’ (5’-АЦА-3’); кодону иРНК (5’-ЦЦУ-3’) - антикодон тРНК 3’-ГГА-5’ (5’-АГГ-3’); кодону иРНК (5’-ААГ-3’) - антикодон тРНК 3’-УУЦ-5’ (5’-ЦУУ-3’); кодону иРНК (5’-АГА-3’) – тРНК 3’-УЦУ-5’ (5’-УЦУ-3’).
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) последовательность ДНК:
5'-ТТТТГТЦЦТААГ АГА-3'
3’-ААААЦАГГАТТЦТЦТ-5’,
нижняя цепь матричная (транскрибируемая);
ИЛИ
5'-ТЦТЦТТАГГАЦАААА -3'
3'-АГАГААТЦЦТГТТТТ-5',
верхняя цепь матричная (транскрибируемая);
2) фрагмент полипептида: фен-цис-про-лиз-арг;
3) Нуклеотидная последовательность антикодонов тРНК, кодирующие аминокислоты в полипептиде (указаны антикодоны в направлении от 5’ к 3’ концу): ААА,АЦА,АГГ,АЦА,ААА.
Задача № 4.
Фрагмент одной из цепей ДНК имеет последовательность нуклеотидов (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): АТААГГАТГЦЦТТТТ. Определите последовательности нуклеотидов в иРНК и аминокислот в полипептидной цепи. Что произойдет в полипептиде, если в результате мутации во фрагменте гена выпадет второй триплет нуклеотидов?
Решение:
Определим цепь ДНК после мутации, получим: АААГГАТГЦЦТТТТ.
По принципу комплементарности (Г - Ц, Т- А, А - У,) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция), получим:
1) до мутации:
3’-АТААГГАТГЦЦТТТТ-5’
5’-УАУУЦЦУАЦГГАААА-3’.
2) после мутации:
3’-АААГГАТГЦЦТТТТ-5’
5’-УУУЦЦУАЦГГАААА-3’.
Пользуясь генетическим кодом, устанавливаем последовательность аминокислот до изменения ДНК:
тир-сер-тир-гли-лиз.
После изменения ДНК последовательность аминокислот:
фен-про-тре-глу.
Сравнивая цепочки аминокислот в пептидах, можно сделать вывод, что после изменения последовательности нуклеотидов в кодирующем участке ДНК, изменяется последовательность аминокислот в полипептиде, а, следовательно, синтезируется новый полипептид, что приводит к нарушению обмена веществ (ферментопатии).
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) последовательность нуклеотидов в иРНК до мутации:
5'- УАУУЦЦУАЦГГАААА -3';
2) последовательность нуклеотидов в иРНК после мутации:
5’-УУУЦЦУАЦГГАААА-3’;
3) фрагмент полипептида до мутации: тир-сер-тир-гли-лиз;
4) фрагмент полипептида после мутации: фен-про-тре-глу;
5) изменение последовательности нуклеотидов в кодирующем участке ДНК, приводит к синтезу иного полипептида.
Задача № 5.
Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): ТАААТГГЦААЦЦ. Установите последовательность нуклеотидов в иРНК и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.
Решение:
По принципу комплементарности (Г - Ц, Т – А, А - У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция), получим:
мДНК: ТАААТГГЦААЦЦ
иРНК: АУУУАЦЦГУУГГ.
Для удобства разобьём последовательность нуклеотидов в иРНК на триплеты, получим: АУУ УАЦ ЦГУ УГГ.
Пользуясь генетическим кодом, определяем последовательность аминокислот в белке, получим: иле-тир-арг-три.
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) последовательность иРНК:
5'- АУУУАЦЦГУУГГ-3';
2) фрагмент полипептида: иле-тир-арг-три.
Задача № 6.
По фрагменту цепи иРНК (указаны нуклеотиды в направлении от 5’ к 3’ концу): УУУГУЦЦУААГАГАА. Определите нуклеотидную последовательность участка кодируемой цепи молекулы ДНК, аминокислоты фрагмента молекулы белка, кодируемого этой ДНК. Запишите антикодоны тРНК, кодируемые эти аминокислоты.
Решение:
Согласно принципу комплементарности (Г - Ц, Т - А, А - У) на основе иРНК составляем нуклеотидную последовательность цепи мДНК:
иРНК: 5’-УУУГУЦЦУААГАГАA-3’
мДНК: 3’-АААЦАГГАТТЦТЦТТ-5’.
Для удобства разобьём цепь иРНК на триплеты, получим:
УУУ ГУЦ ЦУА АГА ГАA.
Зная последовательность нуклеотидов, и пользуясь генетическим кодом, определяем последовательность аминокислот в белке, получим:
фен-вал-лей-арг-глу.
Пользуясь принципом комплементарности с учетом антипараллельности антикодонов тРНК кодонам иРНК, определим антикодоны для аминокислот. Кодону иРНК 5’-УУУ-3’ соответствует антикодон тРНК 3’-ААА-5’ (5’-ААА-3’). Кодону иРНК 5’-ГУЦ-3’ соответствует антикодон тРНК 3’-ЦАГ-5’ (5’-ГАЦ-3’). Кодону иРНК 5’-ЦУА-3’ соответствует антикодон тРНК 3’-ГАУ-5’ (5’-УАГ-3’). Кодону иРНК 5’-АГА-3’ соответствует антикодон тРНК 3’-УЦУ-5’ (5’-УЦУ-3’). Кодону иРНК 5’-ГАА-3’ - антикодон тРНК 3’-ЦУУ-5’ (5’-УУЦ-3’).
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) последовательность матричной (транскрибируемой) цепи ДНК:
3’-АААЦАГГАТТЦТЦТТ-5’
ИЛИ
5'-ТТЦТЦТТАГГАЦААА -3';
2) фрагмент полипептида: фен-вал-лей-арг-глу;
3) Нуклеотидная последовательность антикодонов тРНК, кодирующие аминокислоты в полипептиде (указаны антикодоны в направлении от 5’ к 3’ концу): ААА,ГАЦ,УАГ,УЦУ,УУЦ.
Задача № 7
Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): ТАЦЦЦТЦАЦТТГ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода. Запишите антикодоны тРНК, кодируемые эти аминокислоты.
Решение:
Разобьём цепь ДНК на триплеты, получим: ТАЦ ЦЦТ ЦАЦ ТТГ.
По принципу комплементарности (Г - Ц, Т - А, А - У) с генетического кода ДНК выстраиваются иРНК (транскрибция), получим:
мДНК: 3’-ТАЦЦЦТЦАЦТТГ-5’
иРНК: 5’-АУГГГАГУГААЦ-3’.
Для удобства разобьем цепь иРНК на триплеты, получим:
АУГ ГГА ГУГ ААЦ.
Пользуясь генетическим кодом, определяем последовательность аминокислот в белке, получим: мет-гли-вал-асн.
Пользуясь принципом комплементарности с учетом антипараллельности антикодонов тРНК кодонам иРНК, определим антикодоны для аминокислот. Кодону иРНК (5’-АУГ-3’) соответствует антикодон тРНК 3’-УАЦ-5’ (5’-ЦАУ-3’); кодону иРНК (5’-ГГА-3’) - антикодон тРНК 3’-ЦЦУ-5’ (5’-УЦЦ-3’); кодону иРНК (5’-ГУГ-3’) - антикодон тРНК 3’-ЦАЦ-5’ (5’-ЦАЦ-3’); кодону иРНК (5’-ААЦ-3’) - антикодон тРНК 3’-УУГ-5’ (5’-ГУУ-3’).
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) последовательность иРНК:
5’-АУГГГАГУГААЦ-3’;
2) фрагмент полипептида: мет-гли-вал-асн;
3) нуклеотидная последовательность антикодонов тРНК, кодирующие аминокислоты в полипептиде (указаны антикодоны в направлении от 5’ к 3’ концу): ЦАУ,УЦЦ,ЦАЦ,ГУУ.
Задача № 8.
Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): АЦГЦЦГЦТААТТЦАТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Решение:
Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице.
По принципу комплементарности (Г - Ц, Т - А, А - У) с генетического кода ДНК выстраиваются иРНК (транскрибция), получим:
5’-УГЦГГЦГАУУААГУА-3’
ИЛИ
3’-АУГААУУАГЦГГЦГУ-5’.
Находим нуклеотидную последовательность антикодона в тРНК 5’-ГАУ-3’ соответствует кодону на иРНК 3’-ЦУА-5’ (5’-АУЦ-3’).
Используя таблицу генетического кода, определяем, что этому кодону соответствует аминокислота иле (изолейцин), которую будет переносить данная тРНК.
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) нуклотидная последовательность тРНК:
5’-УГЦГГЦГАУУААГУА-3’
ИЛИ
3’-АУГААУУАГЦГГЦГУ-5’;
2) нуклеотидная последовательность антикодона в тРНК 5’-ГАУ-3’ соответствует кодону на иРНК 3’-ЦУА-5’ (5’-АУЦ-3’);
3) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота иле (изолейцин), которую будет переносить данная тРНК.
Задача № 9
Последовательность нуклеотидов в начале гена, хранящего информацию о белке инсулине, начинается так (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): АААЦАЦЦТГЦТТГТГТАГАЦЦ.
Определите аминокислотную последовательность фрагмента инсулина. Для решения задачи воспользуйтесь таблицей генетического кода.
Решение:
По принципу комплементарности (Г - Ц, Т – А, А - У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция), получим:
мДНК: 3’-ААА ЦАЦ ЦТГ ЦТТ ГТГ ТАГ АЦЦ-5’
иРНК: 5’-УУУ ГУГ ГАЦ ГАА ЦАЦ АУЦ УГГ-3’.
Для удобства разобьем иРНК на триплеты:
УУУ ГУГ ГАЦ ГАА ЦАЦ АУЦ УГГ.
Пользуясь таблицей генетического кода, определим последовательность аминокислот в инсулине: фен-вал-асп-глу-гис-иле-три.
Ответ:
1) последовательность аминокислот, с которой начинается цепь инсулина: фен-вал-асп-глу-гис-иле-три.
