Определение последовательности аминокислот в первичной структуре синтезированного белка по кодогенной цепи ДНК
Задача 138.
Один из генов ДНК имеет следующее строение: ТАТ-ЦГЦ-ЦЦГ-ГТГ. Определите, какое строение будет иметь синтезированная на ней иРНК? Какие транспортные тРНК смогут присоединиться к этой иРНК? Какова будет последовательность аминокислот в первичной структуре синтезированного белка? Что произойдет, если пятый нуклеотид заменится на нуклеотид - А ?
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: ТАТ-ЦГЦ-ЦЦГ-ГТГ
иРНК: АУА-ГЦГ-ГГЦ-ЦАЦ
тРНК: УАУ,ЦГЦ,ЦЦГ,ГУГ
Зная последовательность триплетов в иРНК по таблице «Генетический код» определим последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Участок полипептидной цепи будет состоять из следующей последовательности аминокислот:
изолейцин - аланин - глицин - гистидин.
Теперь построим цепи ДНК и иРНК после замены пятого нуклеотида (Г) на нуклеотид (А), получим:
ДНК: ТАТ-ЦАЦ-ЦЦГ-ГТГ
иРНК: АУА-ГУГ-ГГЦ-ЦАЦ
По таблице «Генетический код» определим последовательность аминокислот в полипептидной цепи после изменения в исходной цепи ДНК, получим:
изолейцин - валин - глицин - гистидин.
Сравнивая цепочки аминокислот в пептидах, можно сделать вывод, что после изменения последовательности нуклеотидов в кодирующем участке ДНК, изменяется последовательность аминокислот в полипептиде (вместо аланина встанет валин), а следовательно синтезируется новый полипептид, что приводит к нарушению обмена веществ (ферментопатии).
Генные мутации
Задача 139.
Какие изменения произойдут в строении молекулы белка, если в участке молекулы иРНК: АГА ГЦЦ ГАГ УУА УЦА, кодирующего этот белок, второй нуклеотид заменился на цитозин, а шестой – на аденин? Используя таблицу генетического кода, напишите последовательности аминокислотных остатков в полипептиде до мутации и-РНК и после нее. Укажите тип мутации.
Решение:
На основе участка молекулы иРНК: АГА ГЦЦ ГАГ УУА УЦА, пользуясь генетическим кодом, определяем последовательность аминокислот до замены нуклеотидов, получим:
аргинин-аланин-глутаминовая кислота-лейцин-серин.
После замены второго нуклеотида на нацитозин, а шестого – на аденин получим участок новой молекулы иРНК: АЦА ГЦА ГАГ УУА УЦА. Пользуясь генетическим кодом, определяем последовательность аминокислот после замены нуклеотидов, получим:
треонин-аланин-глутаминовая кислота-лейцин-серин.
Таким образом, после заммены нуклеотидов в иРНК в строении молекулы белка произойдет замена первой молекулы аминокислоты аргинина на треонин, что приведет к нарушению физиологической функции данного белка.
Задача 140.
Даны т-РНК: UCU ACA AGU CCA GAC
Определите:
1) структуру закодированного белка;
2) структуру кодирующего этот белок гена;
3) процент различных нуклеотидов в этом гене;
4) первичную структуру белка, синтезируемого после выпадения пятого нуклеотида в этой цепи ДНК
5) Какие аминокислоты будут включены в молекулу белка без изменений, даже если изменится первый нуклеотид в кодирующем их триплете (назовите две).
Решение:
1. Пользуясь принципом комплементарности, по тРНК можно восстановить иРНК (антикодону UCU комплементарен кодон АGА, антикодону ACA комплементарен кодон УGУ, антикодону AGU кодон УСА, антикодону CCA кодон GGУ, антикодону GAC кодон CУG). Таким образом, получаем иРНК:
АGА-UGU-UCА-GGU-CUG. Затем, пользуясь генетическим кодом, определяем последовательность аминокислот (аргинин-цистеин-серин-глицин-лейцин).
2. Используя принцип комплементарности, по иРНК можно восстановить последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК: ТСТ-АCA-AGT-CCA-GAC. Теперь, опять же пользуясь принципом комплементарности, на полученной цепи ДНК строим вторую цепь ДНК: AGA-ТGT-TCA-GGT-CTG.
3. Посчитаем количество нуклеотидов в двухцепочечной молекуле ДНК: количество А = 8 столько же будет Т, поскольку они стоят в паре. Количество G = 7, столько же будет C, так как они тоже комплементарны. Теперь определим общее число нуклеотидов в молекуле ДНК, получим: 8 + 8 + 7 + 7 = 30. Теперь рассчитаем процентное содержание А = Т = (8*100%)/30 = 26,7% и процентное содержание G = С = (7•100%)/30 = 23,3%.
4. После выпадения пятого нуклеотида в цепи ДНК восстановим новую цепь ДНК: ТСТ-АAA-GTC-СAG-AC. Пользуясь принципом комплементарности, по цепи ДНК можно восстановить иРНК (антикодону ТСТ комплементарен кодон АGА, антикодону AАA комплементарен кодон UUU, антикодону СAG кодон GUC, нуклеотидам АС нуклеотиды UG. Таким образом, получаем иРНК: АGА-UUU-CAG-GUC-UG. Пользуясь генетическим кодом, определяем последовательность аминокислот (аргинин-фенилаланин-глутамин-валин).
5. Аргинин (_GА) и лейцин (_UG).
Задача 141.
Участок гена транскрибируется с образованием иРНК следующего вида: '5-УАА ЦАА АГА АЦА ААА-3'. Какие изменения произойдут в полипептиде, что транслируется по данной иРНК, если перед транскрипцией в матричной цепи ДНК между 10 и 11 нуклеотидами включился нуклеотид с цитозином, между 13 и 14 нуклеотидами - с гуанином, а в конце добавился нуклеотид с тимином?
Решение:
1. Используя таблицу «Генетический код», определим последовательность аминокислот в пептиде, получим:
глутамин-аргинин-треонин-лизин
2. По принципу комплементарности (Г = Ц, А = У) иРНК следующего вида:
'5-УАА ЦАА АГА АЦА ААА-3' выставим нуклеотдную последовательность матричного участка цепи ДНК, получим:
иРНК: '5-УАА ЦАА АГА АЦА ААА-3'
ДНК: '3-АТТ ГТТ ТЦТ ТГТ ТТТ-5’
3. После изменения в матричной ДНК построим новую цепь ДНК и иРНК, получим:
ДНК: '3-АТТ ГТТ ТЦТ ТЦГ ТТГ ТТТ-5’
иРНК: '5-УАА ЦАА АГА АГА ААЦ ААА-3’
Используя таблицу «Генетический код», определим последовательность аминокислот в пептиде, получим:
глутамин-аргинин-аргинин-аспарагин-лизин
Таким образом, после изменения в матричной цепи ЛНК происходит синтез нового полипептида отличного от исходного, вместо тетрапептида образуется пентапептид, в котором вместо кислоты треонин вставлены аргинин и аспарагин.
Задача 142.
Кодогенная цепь ДНК имеет следующее строение: ГГЦ АТГ ТГГ ЦГТ ГТА ЦАА. В результате действия ионизирующего излучения шестой слева нуклеотид выпал из цепи (делеция нуклеотида). Как изменится строение закодированного в этой цепи ДНК полипептида в результате выпадения нуклеотида?
Решение:
1. По принципу комплементарности (Г = Ц, А = У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция). Следовательно, при решении данной задачи необходимо записать:
ДНК: ГГЦ АТГ ТГГ ЦГТ ГТА ЦАА
иРНК: ЦЦГ УАЦ АГГ ГЦА ЦАУ ГУУ
2. Зная последовательность триплетов в иРНК по таблице «Генетический код» определим последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Участок полипептидной цепи будет состоять из следующей последовательности аминокислот:
пролин - тирозин - аргинин - аланин - гистидин - валин.
3. Определим последовательность нуклеотидов в цепи после выпадения шестого нуклеотида слева, получим: ГГЦ АТТ ГГЦ ГТГ ТАЦ АА.
4. По принципу комплементарности (Г = Ц, А = У) построим цепь и-РНК, получим:
ДНК: ГГЦ АТТ ГГЦ ГТГ ТАЦ АА
иРНК: ЦЦГ УАА ЦЦГ ЦАЦ АУГ УУ
5. По таблице «Генетический код» определим последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Участок полипептидной цепи будет состоять из следующей последовательности аминокислот:
пролин - стоп-кодон - пролин - гистидин - метионин. В результате прерывания процесса синтеза стоп-кодоном (УАА) образуется полипептид состава:
ролин - гистидин - метионин.
Таким образом эта мутация (делеция 6-го нуклеотида) приводит к нарушению синтеза нормального полипептида и новая молекула полипептида вряд ли будет полноценно выполнять свои функции. Это пример точечной мутации, которая приводит к тяжелым нарушениям клетки или даже организма.
Определение общей массы всех молекул ДНК в ядре клетки
Задача 143.
Общая масса всех молекул ДНК в 46 хромосомах одной соматической клетки человека составляет около 6 · 10-9 мг. Определите массу всех молекул ДНК в ядре клетки при сперматогенезе перед началом мейоза и после окончания мейоза. Объясните полученные результаты.
Решение:
1. В соматической клетке хромосомный набор имеет вид: 2n2c, где 2n = 46 хромосом; 2с = 46 хроматид (6 . 10-9 мг).
2. Перед началом мейоза хромосомный набор остается диплоидным, но хромосомы двухроматидными - 2n4c, где 2n = 46 хромосомы; 4с (6 . 10-9 мг . 2 = 12 . 10-9 мг).
3. После окончания мейоза образуются сперматозоиды, которые будут содержать гаплоидный набор хромосом, но хромосомы будут имет одну хроматиду - n1c, где
где n = 23 хромосомы; 1с (6 . 10-9 мг/2 = 3 . 10-9 мг).
Таким образом, при сперматогенезе у человека образуются сперматозоиды, содержащие 23 хромосомы, 23 хроматиды, ДНК 3 . 10-9 мг (1с).
Количественные характеристики молекул ДНК и РНК при образовании белка известтной массы
Задача 144.
В ходе трансляции образован белок, имеющий массу 22 000 Дальтон. На основании данного факте дайте ответы на вопросы:
1) кол-во аминокислот в данной молекуле белка (относительная молекулярная масса одной аминокислоты равна 100 Дальтон)
2) кол-во нуклеотидов в молекуле зрелой и-РНК, которая была транскрибирована на рибосоме;
3) кол-во нуклеотидов в молекуле незрелой и-РНК, которая была транскрибирована на рибосоме, если в процессе процессинга было удалено 40 нуклеотидов;
4) кол-во нуклеотидов в молекуле ДНК (смысловой цепи);
5) кол-во нуклеотидов на участках интронов в смысловой цепи ДНК;
6) кол-во витков спирали на участке днк, где закодирован данный белок.
Решение:
1. Так как относительная молекулярная масса одной аминокислоты равна 100 Дальтон, то количество аминокислот в молекуле белка определяется делением молекулярной массы белка на относительную молекулярную массу кослоты, получим:
N(аминокислот) = М(белок)/М(аминокислота) = 22000/100 = 220 аминокислот.
2. Зрелая и-РНК состоит только из экзонов - оснований, которые кодируют последовательность аминокислот в полипептиде. За кодирование одной аминокислоты отвечает триплет (три нуклеотида), поэтому количество нуклеотидов в зрелой и-РНК определяется умножением общего числа аминокислот белка на 3, получим:
N(нуклеотидов) = N(аминокислот) • 3 = 220 • 3 = 660 нуклеотидов.
3. Незрелая и-РНК имеет в своем составе интроны (неинформативные участки) и экзоны (несущие информацию о белке). Так как в процессе процессинга было удалено 40 нуклеотидов (это интрон), то количество нуклеотидов в молекуле незрелой и-РНК составляет сумму нуклеотидов экзона (660) и интрона (40):
N(нуклеотидов) + 40 = 660 + 40 = 700 нуклеотидов.
4. Смысловая цепь ДНК представляет собой последовательность нуклеотидов в цепи кодирующих наследственную информацию, ее нуклеотидная последовательность напрямую соответствует последовательности транскрипта РНК, т.е. она состоит из интронов и экзонов. Поэтому количество нуклеотидов в смысловой цепи ДНК и в незрелой и-РНК
одинаково, т.е. составляет 700 нуклеотидов.
5. Количество нуклеотидов на участках интронов в смысловой цепи ДНК равно числу нуклеотидов, которе было удалено в процессе процессинга незрелой и-РНК, т.е. 40 нуклеотидов.
6. Так как смысловая цепь ДНК состоит из 700 нуклеотидов, то это значит, что двойная спираль ДНК состоит из 700 пар нуклеотидов. На один виток спирали ДНК приходится 10 пар нуклеотидов, тогда 700 : 10 = 70 витков.
