Расчет процентного содержания каждого нуклеотида на участке, длины и массы нуклеотидов в цепи ДНК
Задача 154.
Определить процентное содержание каждого нуклеотида на участке молекулы ДНК со следующей последовательностью нуклеотидов в одной цепочке: ААТГТЦГГГЦАТТГ.
Решение:
Рассчитаем общее количество нуклеотидов и число каждого в отделености в данной цепочке ДНК, получим: общее число нуклеотидов = 14, аденина = 3, тимина = 4, гуанина - 5, цитозина = 2. Теперь расчитаем процентное содержание каждого нуклнотида:
А = 21,43% [(3 . 100%)/14 = 21,43%];
Т = 28,57% [(4 . 100%)/14 = 28,57%];
Г = 35,71% [(5 . 100%)/14 = 35,71%];
Ц = 14,29% [(2 / 100%)/14 = 14,29%].
По принципу комплементарности А всегда стоит в паре с Т (А = Т), а Г всегда образует пару с Ц (Г = Ц), значит можно достроить вторую цепь ДНК, она будет такая ТТАЦАГЦЦЦГТААЦ. Если в первой цепи 28,57% тимина, то во второй цепи будет 28,57% аденина (Т = А), если в первой цепи 14,29% цитозина, то во второй цепи будет 14,29% гуанина (Ц = Г), соответственно во второй цепи будет 35,71% цитозина напротив Г (Г = Ц) и 21,43% Т напротив А (А = Т).
Теперь можно посчитать нуклеотиды в двух цепях: А = 21,43% в первой цепи + 28,57% во второй цепи = 50% (21,43% + 28,57% = 50%), Т = А = 50/2 = 25% каждого по 25%, Г = 35,71% в одной цепи + 14,29% во второй цепи = 50%, значит Ц = Г = 50/2 = 25% каждого по 25%.
Ответ:
1) процентное содержание каждого нуклеотида на участке молекулы ДНК:
А = 25%, Т = 25%, Ц = 25%, Г = 25%.
Задача 155.
Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий полипептид из 450 мономеров. Найти молярный вес и длину этого гена. Длина нуклеотида 3,4 А⁰, молекулярный вес - 300 Da.
Решение:
Так как одна аминокислота кодируется кодоном, состоящим из трех нуклеотидов (триплетов) цепи иРНК, то участок этой цепи иРНК будет состоять из 1350 (450 х 3 = 1350) нуклеотидов.
Значит, матричная цепь ДНК тоже будет содержать по 1350 нуклеотидов. Известно, что длина одного нуклеотида равна 3,4 А⁰ или 0,34 нм. Значит, длина ДНК будет 1350 х 0,34 = 458 нм.
Так как молекула ДНК имеет две цепи нуклеотидов, то фрагмент этой цепи ДНК, кодирующий полипептид из 450 мономеров будет в два раза больше содержать нуклеотидов, чем иРНК, построенная на этом участке ДНК: 2700 (1350 . 2 = 2700). Если масса одного нуклеотида равна 300 Da (дальтон), то молекулярная масса 2700 нуклеотидов равна:
810000 Da. (300 х 2700 = 810000).
Ответ:
1) ген, кодирующий полипептид из 450 мономеров, содержит 2700 нуклеотидов;
2) молярная масса гена, кодирующего полипептид из 450 мономеров, равна 810000 Da;
3) длина гена, кодирующего полипептид из 450 мономеров, равна 458 нм.
Задача 156.
1. По предложенной последовательности нуклеотидов в информационной РНК восстановите последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, с которой данная иРНК была транскрибирована. Укажите количество водородных связей в фрагменте молекулы ДНК. Фрагмент
иРНК: 5'-ЦГАТГГАГЦЦЦЦТАТ-3'.
Решение:
Используя принцип комплементарности (А – Т, Ц – Г, У - Т), по иРНК можно восстановить последовательность нуклеотидов цепи мДНК (надо быть внимательными и помнить, что в ДНК отсутствует урацил, вместо него становится тимин):
мДНК: 3'-ЦГАТГГАГЦЦЦЦТАТ-5'
иРНК: 5'-ЦГАТГГАГЦЦЦЦТАТ-3'.
Теперь, опять же пользуясь принципом комплементарности, на полученной цепи чДНК строим вторую цепь сДНК:
сДНК: 5'-ГЦТАЦЦТЦГГГГАТА-3'
мДНК: 3'-ЦГАТГГАГЦЦЦЦТАТ-5'.
Остается посчитать попарно количество гуанинов и цитозинов, а также аденинов и тиминов в цепи мДНК (такое же количество нуклеотидов будет содержаться и в цепи сДНК):
Ц + Г = 4 + 5 = 9; А + Т = 3 + 3 = 6.
Теперь считаем количество водородных связей между двумя цепями ДНК. Если учесть, что между А и Т образуется 2 водородные связи, а между Г и Ц - три водородные связи, то всего водородных связей, которые поддерживают двухцепочечную структуру ДНК, будет (9 х 3) + (6 x 2) = 39.
Ответ:
1) последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК:
5'-ГЦТАЦЦТЦГГГГАТА-3'
3'-ЦГАТГГАГЦЦЦЦТАТ-5',
нижняя цепь матричная (транскрибируемая);
2) количество водородных связей в фрагменте молекулы ДНК равно 38.
Задача 157.
Фрагмент молекулы ДНК состоит из 640 нуклеотидов. Рассчитайте длину и массу этого фрагмента. Сколько витков спирали образует эта молекула и сколько потребуется нуклеотидов данного фрагмента ДНК для репликации.
Решение:
Поскольку молекула ДНК двухцепочечная, то чтобы узнать, сколько нуклеотидов в одной цепи, надо 640/2 = 320 пар нуклеотидов. Зная длину нуклеотида (0,34 нм), можно вычислить длину ДНК:
Lн(ДНК) = 320 . 0,34 нм = 108,8 нм.
Если масса одного нуклеотида равна 300 а.е.м. (атомных единиц массы), то молекулярная масса 640 нуклеотидов равна:
Mrн(ДНК) = 192000 а.е.м. (300 . 640 = 192000).
На один виток спирали ДНК приходится 10 пар нуклеотидов. Поэтому количество витков спирали: —640/(2 .10) = 32.
Для реации матрицами становятся обе цепи, поэтому потребуются все 640 нуклеотидов.
Ответ:
1) длина молекулы ДНК, состоящей из 640 нуклеотидов равна 108.8 нм;
2) молекулярная масса молекулы ДНК, состоящей из 640 нуклеотидов равна 192000 Da;
3 количество витков спирали молекулы ДНК, состоящей из 640 нуклеотидов равно 32;
4) для репликации молекулы ДНК, состоящей из 640 нуклеотидов, потребуется тоже 640 нуклеотидов.
Задача 158.
Участок одной цепи молекулы ДНК имеет такой нуклеотидный состав:
ГГГЦАТААЦГЦТ. Определите содержание (в %) каждого нуклеотида во фрагменте молекулы ДНК.
Решение:
Рассчитаем общее количество нуклеотидов и число каждого в отделености в данной цепочке ДНК, получим: общее число нуклеотидов равно 12, аденина - 3, тимина - 2, гуанина - 4, цитозина - 3. Теперь расчитаем процентное содержание каждого нуклнотида:
А = 25% [(3 . 100%)/12 = 25%];
Т = 16,7% [(2 . 100%)/12 = 16,7%];
Г = 33,3% [(4 . 100%)/12 = 33,3%];
Ц = 25% [(3 . 100%)/12 = 25%].
По принципу комплементарности А всегда стоит в паре с Т (А = Т), а Г всегда образует пару с Ц (Г = Ц), значит можно достроить вторую цепь ДНК, она будет такая; ЦЦЦГТАТТГЦГА. Если в первой цепи 25% аденина, то во второй цепи будет 25% тимина, если в первой цепи 16,7%% тимина, то во второй цепи будет 16,7% аденина (Т = А), если в первой цепи 25% цитозина, то во второй цепи будет 25% гуанина (Ц = Г), соответственно во второй цепи будет 33,3% цитозина напротив Г (Г = Ц).
Теперь можно посчитать нуклеотиды в двух цепях: А = 25% в первой цепи + 16,7% во второй цепи = 41,7%, Т = А тоже 41,7% (25% + 16,7% = 41,7%); Г = 33,3% в одной цепи + 25% во второй цепи = 58,3% (33,3% + 25% = 58,3%), Ц тоже будет 58,3%.
Ответ:
1) процентное содержание нуклеотидов в фрагменте молекулы ДНК следующее: А = Т = 41,7%, Ц = Г = 58,3%.
Задача 159.
1. Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): АТГТТТГЦГААТЦГ
1) Достройте комплементарную цепочку ДНК.
2) Найдите длину данного фрагмента ДНК.
3) Найдите массу данного фрагмента ДНК
2. В молекуле ДНК на долю гуаниловых (Г) нуклеотидов приходится 12%. Определите процентное содержание других нуклеотидов в этой ДНК.
Решение:
Длина нуклеотида = 0,34 нм;
средняя молекулярная масса нуклеотида = 345 а.е.м. (атомных единиц массы);
средняя молекулярная масса аминокислоты = 110 а.е.м. (атомных единиц массы).
1) По принципу комплементарности А всегда стоит в паре с Т (А = Т), а Г всегда образует пару с Ц (Г = Ц), значит можно достроить вторую цепь ДНК, получим:
сДНК: 5’-ТАЦАААЦГЦТТАГЦЦ-3’
мДНК: 3’-АТГТТТГЦГААТЦГГ-5’.
2) Линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте:
lн = 0,34 нм = 3,4 А⁰.
Зная число нуклеотида в цепи, можно вычислить длину ДНК :
15 . 0,34 нм = 5,1 нм.
3) Средняя молекулярная масса одного нуклеотида Mrн = 345 а.е.м. (Da).
Зная общее число нуклеотида в фрагменте ДНК, можно вычислить молекулярную массу ДНК, получим:
Mr(ДНК) = 30 . 345 = 10350 а.е.м. (Da).
Ответ:
1) последовательность нуклеотидов сДНК:
5’-ТАЦАААЦГЦТТАГЦЦ-3’;
2) длина данного фрагмента ДНК равна 5,1 нм;
3) молярная масса данного фрагмента ДНК равна 10350 Da.
Задача 160.
Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь - смысловая, нижняя - транскрибируемая):
5’-ГЦААГТЦЦГАГЦААГ-3’
3’-ЦГТТЦАГГЦТЦГТТЦ-5’.
1. Постройте иРНК, объясните, как вы это сделали. Обозначьте 3’ и 5’ концы. Как называется этот процесс и где он происходит?
2. Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи и обоснуйте свой ответ. Как называется этот процесс и где он происходит?
Решение:
1. Смысловая (кодирующая) цепь ДНК, несет последовательность нуклеотидов, кодирующих наследственную информацию. Матричная (транскрибируемая) цепь, служит матрицей для синтеза иРНК, тРНК, рРНК, регуляторной РНК.
Транскрипция — процесс синтеза молекулы иРНК, происходящий в ядре. Фермент РНК-полимераза подходит к молекуле ДНК и разрывает водородные связи между двумя комплементарными цепочками, после чего молекула ДНК раскручивается. Одна из цепей ДНК является кодирующей (транскрибируемой). Она начинается с 3’ конца; фермент РНК - полимераза движется от 3’ к 5’ концу и в этом же направлении происходит транскрипция (считывание информации), а иРНК синтезируется в направлении 5’ → 3’.
Матричная (транскрибируемая) цепь в нашем случае -
3’-ЦГТТЦАГГЦТЦГТТЦ-5’.
На основе кода матричной цепи ДНК строим иРНК, пользуясь принципом комплементарности (А - У, Г - Ц), получим (надо быть внимательными и помнить, что в иРНК отсутствует тимин, вместо него становится урацил):
мДНК: 3’-ЦГТТЦАГГЦТЦГТТЦ-5’
иРНК: 5’-ГЦААГУЦЦГАГЦААГ-3’.
2. Перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот полипептида — трансляция.
Полученную иРНК 5’ -ГЦААГУЦЦГАГЦААГ-3’для удобства разбиваем на триплеты (кодоны):
5’-ГЦА-АГУ-ЦЦГ-АГЦ-ААГ-3’.
Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами:
аланин-серин-пролин-серин-лизин.
С учётом требования оформления задния № 27 при сдаче ЕГЭ по биологии запишем ответ:
1) последовательность иРНК: 5’-ГЦААГУЦЦГАГЦААГ-3’;
2) последовательность аминокислот в полипептиде:
ала-сер-про-сер-лиз.
