Правила решения задач по молекулярной биологии на реализацию генетического кода
Задача 119.
Участок молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:
Г-Т-Г-Т-А-Т-Г-Г-А-А-Г-Т.
Определите последовательность нуклеотидов на и-РНК, антикодоны соответствующих т-РНК и последовательность аминокислот в фрагменте молекулы белка, используя таблицу генетического кода.
Решение:
По принципу комплементарности (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. Цепь аминокислот и есть синтезируемый белок.
Следовательно, при решении данной задачи необходимо записать:
ДНК: Г-Т-Г-Т-А-Т-Г-Г-А-А-Г-Т
иРНК: Ц-А-Ц-А-У-А-Ц-Ц-У-У-Ц-А
тРНК: ГУГ, УАУ, ГГА, АГУ
Зная последовательность нуклеотидов в иРНК разобъём её на триплеты, получим:
ЦАЦ-АУА-ЦЦУ-УЦА, и затем по таблице «Генетический код» определим последовательность аминокислот в полипептидной цепи.
Участок полипептидной цепи будет состоять из следующей последовательности аминокислот:
гистидин - изолейцин - пролин - серин.
Задача 120.
Участок молекулы ДНК:
АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА-ГГА.
Определите последовательность аминокислот в полипептиде.
Решение:
По принципу комплементарности (Г = Ц, А = У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция), получим:
ДНК: АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА-ГГА
иРНК: УГГ-УАУ-ЦАГ-ГУУ-ЦЦУ
На основе триплетов иРНК и используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами, получим:
триптофан - тирозин - глицин - валин - пролин.
Задача 121.
В биосинтезе полипептида участвуют молекулы тРНК с антикодонами УАЦ, УУУ, ГЦЦ, ЦАА в данной последовательности. Определите соответствующую последовательность нуклеотидов на иРНК, ДНК и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка, используя таблицу генетического кода.
Решение:
Пользуясь принципом комплементарности, по тРНК можно восстановить иРНК (антикодону УАЦ комплементарен кодон АУГ, антикодону УУУ комплементарен кодон ААА, антикодону
ГЦЦ кодон ЦГГ, антикодону ЦАА кодон ГУУ). Таким образом, получаем иРНК: АУГ-ААА-ЦГГ-ГУУ. Используя принцип комплементарности, по иРНК можно восстановить
последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК: ТАЦ-ТТТ-ГЦЦ-ЦАА (надо помнить, что в ДНК отсутствует урацил, вместо него становится тимин).
Следовательно, необходимо записать:
тРНК: УАЦ, УУУ, ГЦЦ, ЦАА
иРНК: АУГ- ААА -ЦГГ- ГУУ
ДНК: ТАЦ -ТТТ -ГЦЦ -ЦАА
Зная последовательность кодонов в иРНК: АУГ-ААА-ЦГГ-ГУУ по таблице «Генетический код» определим кодируемый белок, получим:
метионин - изолейцин - аргинин - валин.
Задача 122.
В молекуле ДНК обнаружено 880 гyаниловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего количества нуклеотидов этой ДНК. Определите: а) сколько содержится других нуклеотидов (по отдельности) в этой молекуле ДНК; б) какова длина ДНК.
Решение:
Длина нуклеотида = 0,34 нм.
Согласно принципу комплементарности гуанил всегда стоит в паре с цитозином, значит их количество одинаково, т.е. Г = Ц = 22%, а вместе они составляют 44%.
Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% - 44% = 56%. Поскольку аденин всегда находится в паре с тимином, то А = Т = 56%, а на каждого из них приходится 56 : 2 = 28%.
Зная процентное содержание гуаниловых нуклеотидов рассчитаем общее число нуклеотидов, получим:
Nобщ. = (80 . 100)/22 = 4000.
а) Рассчитаем количество нуклеотидов по отдельности
Г = Ц по 880 каждого;
А = Т = 28%.
Отсюда
А = Т = (28 . 4000)/100 = 1120, по 1120 каждого.
б) Рассчёт длины молекулы ДНК
Поскольку молекула ДНК двухцепочечная, то чтобы узнать, сколько нуклеотидов в одной цепи, надо 4000 : 2 = 2000 пар нуклеотидов. Зная длину нуклеотида в
цепи, можно вычислить длину ДНК : 2000 х 0,34 нм = 680 нм.
Задача 123.
Вирус коровьей оспы содержит двухцепочную ДНК. После внедрения в клетку-хозяина при участии собственной транскриптазы происходит синтез как вирусной РНК, так и репликация вирусной ДНК. Составьте схему репликации ДНК, транскрипции и трансляции белков капсулы следующих участков вирусной ДНК:
ГГТ ТЦА АЦЦ ТАЦ ГТА ЦЦА ЦАЦ.
Решение:
1. Репликация ДНК
Правая цепь молекулы ДНК комплементарна левой (А - Т, Г - Ц). Используя правило комплементарности, в соответствии с кодом известной цепи вирусной ДНК
записываем нуклеотиды второй цепи, получим: ЦЦА АГТ ТГГ АТГ ЦАТ ГГТ ГТГ.
Следовательно, необходимо записать:
ДНК: 5' ГГТ ТЦА АЦЦ ТАЦ ГТА ЦЦА ЦАЦ 3'
ДНК: 3' ЦЦА АГТ ТГГ АТГ ЦАТ ГГТ ГТГ 5'
2. Транскрипция иРНК
При участии собственной транскриптазы происходит синтез вирусной иРНК по принципу комплементарности (Г = Ц, А = У) с генетического кода вирусно ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрипция):
ДНК: ГГТТЦААЦЦ ТАЦ ГТАЦЦА ЦАЦ
иРНК: ЦЦА АГУ УГГ АУГ ЦАУ ГГУ ГУГ
3. Трансляции белков вирусной капсулы
Зная последовательность триплетов в иРНК и используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами:
пролин - серин - триптофан - метионин - гистидин - глицин - валин.
Задача 124.
В биосинтезе фрагмента молекулы белка последовательно участвовали тРНК с антикодонами ЦЦА, УЦУ, ГЦА, ААУ. Определите состав фрагментов молекул ДНК, иРНК, синтезируемого белка. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Решение:
Пользуясь принципом комплементарности, по тРНК можно восстановить иРНК (антикодону ЦЦА комплементарен кодон ГГУ, антикодону УЦУ комплементарен кодон АГА, антикодону
ГЦА комплементарен кодон ЦГУ, антикодону ААУ комплементарен кодон УУА. Используя принцип комплементарности, по иРНК можно восстановить последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК: ЦТА-АГЦ-ЦГТ-АГТ (надо быть внимательными и помнить, что в ДНК отсутствует урацил, вместо него становится тимин).
Следовательно, необходимо записать:
тРНК: ЦЦА, УЦУ, ГЦА, ААУ
иРНК: ГГУ АГА ЦГУ УУА
ДНК: ЦЦА ТЦТ ГЦА ААТ
Зная последовательность кодонов в иРНК: ГГУ АГА ЦГУ УУА по таблице «Генетический код» определим кодируемый белок, получим:
глицин - аргинин - аргинин - лейцин.
Задача 125.
Ген содержит 1200 нуклеотидов. В одной из цепей содержится 130 нуклеотидов А, 150 нуклеотидов Т, 210 нуклеотидов Г и 110 нуклеотидов Ц. Сколько нуклеотидов каждого вида будет в фрагменте ДНК, кодирующей белок? Сколько аминокислот будет закодировано данным фрагментом ДНК?
Решение:
Согласно принципу комплементарности во второй цепи ДНК содержится нуклеотидов: А - 150, Т - 130, Г - 110, Ц – 210. В двух цепях ДНК содержится нуклеотидов:
А = 130 + 150 = 280, значит Т = А = 280; Ц = 210 + 110 = 320, значит Г = Ц = 320. Общее число нуклеотидов будет 1200 (А + Т + Ц + Г = 280 + 280 + 320 + 320 = 1200).
Информацию о структуре белка несет одна из двух цепей, число нуклеотидов в одной цепи ДНК равно 600 (1200/2 = 600), поскольку одну аминокислоту кодирует 3 нуклеотида, поэтому в белке должно содержаться 600 : 3 = 200 аминокислот.
Ответ: 200 аминокислот.
Задача 126.
В одной молекуле ДНК нуклеотиды с аденином (А) составляют 31% от общего числа нуклеотидов. Определите количество (в %) нуклеотидов с тимином (Т), гуанином (Г), цитозином (Ц) в молекуле ДНК и объясните полученные результаты.
Решение:
Согласно принципу комплементарности аденин всегда стоит в паре с тимином, значит их количество одинаково, т.е. А = Т = 31%, а вместе они составляют 61%.
Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% - 62% = 38%. Поскольку гуанин всегда находится в паре с цитозином, то Г = Ц = 38%, а на каждого из них приходится
38 : 2 = 19%.
Ответ: Т = А = 31%; Г = Ц = 19%.
Задача 127.
Полипептидная цепь состоит из остатков аминокислот: валин-лейцин-гистидин-серин-изолейцин. Какова последовательность нуклеотидов на участке днк, кодирующем синтез этого полипептида? Какова длина данного участка днк?
Решение:
Длина нуклеотида = 0,34 нм.
Воспользуемся генетическим кодом для построения иРНК. Можно брать из него любой триплет, соответствующий аминокислоте. Например, иРНК может быть
такой: ГУУ-ЦУУ-ЦАЦ-АГЦ-АУУ. По принципу комплементарности ей будет соответствовать ДНК: ЦАА-ГАА-ГТГ-ТЦГ-ТАА.
Так как общее число нуклеотидов участка ДНК равно 15, то, зная длину одного нуклеотида определим длину участка ДНК, получим:
L(ДНК) = 15 . 0,34 = 5,1 нм.
Ответ: ДНК: ЦАА-ГАА-ГТГ-ТЦГ-ТАА; L(ДНК) = 5б1 нм.
