Решение задач на реализацию генетической информации в организме
Кодирование наследственной информации в клетке
Задача 128.
Фрагмент цепи иРНК имеет последовательность нуклеотидов ЦУАЦААГГЦУАУ определите последовательность нуклеотидов на ДНК и аминокислотную последовательность соответсвующего фрагмента молекулы белка, испульзуя таблицу гинетического кода.
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), напротиа аденина (А) - тимин (Т).
Тогда получим:
иРНК: ЦУАЦААГГЦУАУ
ДНК: ГАТГТТЦЦГАТА.
Для определения фрагмента белка разбивам иРНК на триплеты (кодоны): ЦУА ЦАА ГГЦ УАУ. Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с
соответствующими аминокислотами, получим:
лейцин - глутамин - глицин- тирозин.
Задача 129.
Генетический код представлен молекулой иРНК, фрагмент которой имеет следующую нуклеотидную последовательность: ГУГАААГАУЦАУГЦГУГГ. Напишите последовательность ДНК и составьте белок с помощью таблицы генетического кода.
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), напротиа аденина (А) - тимин (Т).
Тогда получим:
иРНК: ГУГАААГАУЦАУГЦГУГГ
ДНК: ЦАЦУУУЦУАГУАЦГЦАЦЦ
Для определения фрагмента белка разбивам иРНК на триплеты (кодоны): ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ. Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами:
валин - лизин - аспарагиновая кислота - гистидин - аланин - триптофан.
Задача 130.
Участок одной цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т. Запишите последовательность нуклеотидов второй цепи ДНК.
Решение:
Первая цепь молекулы ДНК комплементарна второй (А - Т, Г - Ц). Используя правило комплементарности, в соответствии с кодом первой цепи ДНК записываем нуклеотиды,
второй цепи: Т-А-Ц-Ц-А-Г-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Т-А-А.
Можно записать так:
1-я цепь ДНК: А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т
2-я цепь ДНК: Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А
Задача 131.
Участок цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: Ц-Т-А-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г. Запишите последовательность нуклеотидов иРНК.
Решение:
По принципу комплементарности (Г = Ц, А = У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция).
Тогда получим:
ДНК: Ц-Т-А-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г
иРНК: Г-А-У-У-Г-Г-У-А-Т-Ц-А-А-Ц-У-Ц
Задача 132.
В одной молекуле ДНК нуклеотидов с тимином Т - 22%. Определите процентное содержание нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в этой молекуле ДНК.
Решение:
Согласно принципу комплементарности тимин всегда стоит в паре с аденином, значит их количество одинаково, т.е. Т = А = 22%, а вместе они составляют 44%.
Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% - 44% = 56%. Поскольку гуанин всегда находится в паре с цитозином, то Г + Ц = 56%, а на каждого из них приходится 56 : 2 = 28%.
Ответ: Т = А = 22%; Г = Ц = 28%.
Энергетический обмен
Задача 133.
За 50 минут плавания пловец расходует 1200 кДж энергии. На протяжении какого времени он сможет плавать с такой же интенсивностью, если в его организме расщепилось 400 г глюкозы, половина из которой – в процессе гликолиза?
Решение:
М(C6H12O6) = 180 г/моль;
в 1 молекуле АТФ запасается энергии 30,6 кДж/моль.
При гликолизе одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ, а при окислении - 36 АТФ.
Количество глюкозы, подвергшееся гоиколизу равно:
n1(C6H12O6) = 200/180 = 1,11 молей. При этом происходит образование 2,22 молекул АТФ (2 • 1,11 = 2,22).
Количество глюкозы, подвергшееся биологическому окислению равно:
n2(C6H12O6) = 200/180 = 1,11 молей. При этом происходит образование 39,96 молекул АТФ (36 . 1,11 = 39,96).
Суммарное количество АТФ составит 42,18 (2,22 + 39,96 = 42,18).
Следовательно, из 400 г глюкозы образуется 42,18 х 30,6 = 1290,708 кДж/моль.
Теперь рассчитаем время плавания пловца, получим:
(1290,708 . 50)/1200 = 53,8 минут примерно 53 минуты.
Ответ: 53 минуты.
Задачи на синтез белка
Задача 134.
Сколько молекул воды выделяется при транскрипции и трансляции полипептидной цепи, состоящей из 124 аминокислот?
Решение:
1. При транскрипции затрачивается (3n-1) молекул воды, где
n = нуклеотид.
На кодирование 1 аминокислоты приходится 3 нуклеотида.
Тогда
n = 124 . 3 = 372 нуклеотидов.
Отсюда
Общее число молекул воды при транскрипции равно:
Nt1(H2O) = (372 - 1) = 371 молекул воды.
2. При трансляции затрачивается (a-1) молекул воды, где
a = аминокислота.
Отсюда
Общее число молекул воды при трансляции равно:
Nt2(H2O) =124 - 1 = 123 молекул воды.
Задача 135.
Синтез пептидного гормона – хорионического гонадотропина, который начинает вырабатываться тканью хориона после имплантации эмбриона, длится 47,4 с. Что имеет большую массу: пептидный гормон или ген, который его кодирует? Во сколько раз? (Экзон-интронную организацию не учитывать. Время одной операции трансляции – 0,2 с, масса аминокислоты – 100 а. е. м., масса одного нуклеотида – 345 а. е. м.).
Решение:
1. Определим количество трансляций, получим:
47,4/0,2 = 237
Это означает, что гормон хорионического гонадотропина состоит из 237 аминокислот.
2. Рассчитаем массу пептидного гормон, получим:
m(пептида) = 237 . 100 = 23700 а. е. м..
3. Учитывая то, что одна аминокислота кодируется одним триплетом гена, рассчитаем массу гена, получим:
m(гена) = 237 . 3 . 345 = 245295 а. е. м..
Отсюда
m(гена) > m(пептида) в (245295/23700 = 10,35 приблизительно 10).
Таким образом, масса гена, кодирующего синтез гормона хорионического гонадотропина, больше массы этого гормона приблизительно в 10 раз.
Содержание и масса ДНК в клетке
Задача 136.
Относительная молекулярная масса ДНК-полимеразы равна 109000. Вычислите количество аминокислотных остатков в составе молекулы указанного фермента.
Решение:
Средняя молекулярная масса одного аминокислотного остатка Mr(Ак) = 110 а.е.м. Тогда количество аминокислотных остатков в составе молекулы указанного фермента, составит:
109000/110 = 990,9 примерно 990 аминокислотных остатков.
Ответ: 990 аминокислот.
Задача 137.
В начале профазы митоза в ядре макроспоры у однодольного растения лилии содержится 116,0 .10-9 мг ДНК. Определите содержание ДНК в яйцеклетке этого растения.
Решение:
Макроспора - это женская материнская клетка. Если в условии задачи берется материнская макроспора (2n4с), то содержание ДНК в яйцеклетке (nс) растения составит четвертую часть его содержания в этой макроспоре, получим: 116,0 . 10-9 мг/4 = 29,0 . 10-9 мг.
Если в условии задачи дана макроспора на стадии 4-х макроспор (n2с), то содержание ДНК в яйцеклетке будет в два раза меньше содержания ДНК в данной макроспоре, потому что они обе будут гаплоидными - nc, получим: 116,0 . 10-9 мг/2 = 58,0 . 10-9 мг.
