Длина фрагмента ДНК, последовательность аминокислот в пептиде
Определение последовательности аминокислот во фрагменте полипептида
Задача 546.
Антикодоны тРНК поступают к рибосомам в следующей последовательности нуклеотидов : (указаны антикодоны в направлении от 5’ к 3’ концу) УЦГ,ЦГА,ААУ,ЦЦЦ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, последовательность нуклеотидов смысловой и транскрибируемой цепей ДНК и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы синтезируемого белка, используя таблицу генетического кода.
Ответ поясните. При выполнении задания учитывайте, что антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК.
Решение:
1. По принципу комплементарности и учитывая, что антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК, определяем последовательность иРНК.
Антикодону тРНК 5’-УЦГ-3’ соответствует кодон иРНК 3’-АГЦ-5’ (5’-ЦГА-3’). Антикодону тРНК 5’-ЦГА-3’ соответствует кодон иРНК 3’-ГЦУ-5’ (5’-УЦГ-3’). Антикодону тРНК 5’-ААУ-3’ соответствует кодон иРНК 3’-УУА-5’ (5’-АУУ-3’). Антикодону тРНК 5’- ЦЦЦ -3’ соответствует кодон иРНК 3’-ГГГ-5’ (5’-ГГГ-3’). Значит, можно записать нуклеотидную последовательность иРНК:
5’-ЦГАУЦГАУУГГГ-3’.
2. По принципу комплементарности (Г - Ц, Т – А, У - А) с фрагмента иРНК составляем нуклеотидную цепь матричной мДНК, получим:
мДНК: 3’-ГЦТАГЦТААЦЦЦ-5’
иРНК: 5’-ЦГАУЦГАУУГГГ-3’.
Затем на основе нуклеотидной цепи матричной ДНК выстраиваем смысловую ДНК, получим участок молекулы ДНК:
сДНК: 5’-ЦГАТЦГАТТГГГ-3’
мДНК: 3’-ГЦТАГЦТААЦЦЦ-5’.
3. Для удобства решения задачи разобьём нуклеотидную цепь иРНК на триплеты: ЦГА УЦГ АУУ ГГГ.
Используя таблицу «Генетический код», построим белковую молекулу с соответствующими аминокислотами:
арг-сер-иле-гли.
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) антикодоны тРНК: УЦГ,ЦГА,ААУ,ЦЦЦ комплементарны и антипараллельны кодонам иРНК:
5’-ЦГАУЦГАУУГГГ-3’;
2) последовательность нуклеотидов иРНК: ЦГАУЦГАУУГГГ комплементарна матричной цепи ДНК:
3’-ГЦТАГЦТААЦЦЦ-5’;
3) последовательность нуклеотидов матричной ДНК: ГЦТАГЦТААЦЦЦ комплементарна смысловой цепи ДНК:
5’-ЦГАТЦГАТТГГГ-3’;
4) последовательность аминокислот в полипептиде:
арг-сер-иле-гли.
Задача 547.
Фрагмент молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая, нижняя — транскрибируемая):
5’-ТАТТЦЦ¬ТАЦГГАААА-3’
3’-АТА¬АГГАТГЦЦТТТТ-5’.
Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи и обоснуйте свой ответ.
Решение:
Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. По принципу комплементарности (Г - Ц, Т – А, А - У) с фрагмента мДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК, получим:
мДНК: 3’-АТА¬АГГАТГЦЦТТТТ-5’
иРНК: 5’-УАУУЦЦУАЦГГАААА-3’.
Для удобства разобьем иРНК на триплеты:
УАУ УЦЦ УАЦ ГГА ААА.
Используя таблицу «Генетический код» построим фрагмент полипептида: тир-сер-тир-гли-лиз.
Ответ:
1) нуклеотидная последовательность иРНК:
5’-УАУУЦЦУАЦГГАААА-3’;
2) последовательность аминокислот в полипептиде: тир-сер-тир-гли-лиз.
Задача 548.
Цепочка полипептида состоит из следующих аминокислот:
про-сер-мет-тре-тир. Определите структуру молекул иРНК и ДНК.
Решение:
Так как одну аминокислоту могут кодировать несколько триплетов, точную структуру иРНК и участка ДНК определить невозможно, потому что структура их может варьировать. Поэтому для составления структуры иРНК по составу аминокислот будем использовать первые кодоны из таблицы «Гунетический код», получим (указаны антикодоны в направлении от 5’ к 3’ концу): ЦЦУУЦУАУГАЦУУАУ.
Используя принцип комплементарности, построим цепь матричной ДНК, учитывая следующее привило: напротив У РНК становится А в ДНК, напротив Г РНК становится Ц в ДНК и наоборот, получим:
мДНК: 3’-ГГА АГА ТАЦ ТГА АТА-5’
иРНК: 5’- ЦЦУУЦУАУГАЦУУАУ -3’.
Далее по принципу комплементарности достраиваем смысловую цепь ДНК, получим возможный вариант участка молекулы ДНК:
сДНК: 5’-ЦЦТТЦТАТГАЦТТАТ-3’
мДНК: 3’ ГГААГАТАЦТГААТА-5’.
Ответ:
1) нуклеотидная последовательность участка иРНК:
5’- ЦЦУУЦУАУГАЦУУАУ-3’;
2) последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК:
5’-ЦЦТТЦТАТГАЦТТАТ-3’
3’ ГГААГАТАЦТГААТА-5’.
Определение длины молекул ДНК
Задача 549.
В состав хромосом входит около 12,4 млрд. нуклеотидов. При этом на один виток спирали в одной цепи приходится 10 нуклеотидов, а длина витка составляет 3,4 нм. Определите (в метрах) длину всех молекул ДНК в ядре клетки тела человека. Запишите в поле ответа десятичную дробь, округлив её до десятых.
Решение:
ДНК состоит из двух цепей, то все одноцепочечные ДНК будут содержать 6,2 млрд. нуклеотидов (12,4/2 = 6,2). Так как один виток спирали состоит из 10 нуклеотидов, то получим число витков: 6,2/10 = 620 млн. или 620000000 (6,2 . 108). Длина одного витка равна 3,4 нм. 1 нм = 1 . 10-9 м. Тогда длина всех молекул ДНК в ядре равна:
(6,2 . 108) . 3,4(1 . 10-9) = 2,108 м.
Ответ:
2,108 м.
Задача 550.
Молекулярная масса белка 9500 Da. Определите длину гена, кодирующего этот белок, если молекулярная масса аминокислоты 100 Da, расстояние между двумя нуклеотидами - 0,34 нм. Приведите схему решения задачи.
Решение:
Известно, что одна аминокислота кодируется одним кодоном (триплетом), состящим из 3 нуклеотидов.
1. Находим количество аминокислот в белке:
N(Aк-т) = 9500/100 = 95.
2. Находим количество нуклеотидов мДНК:
N(н/д) = 95 . 3 = 285.
3. Рассчитаем длину гена:
L(гена) = 285 . 0,34 = 96,9 нм.
Можно одним действием:
L(гена) = [(9500/100) . 3]/0,34 = 96,9 нм.
Ответ:
L(гена) = 96,9 нм.
Процентное содержание нуклеотидов в молекуле ДНК
Задача 551.
Общая масса всех молекул ДНК в яйцеклетке человека составляет 3 . 10-9 мг. Чему равна масса всех молекул ДНК в сперматозоиде и в соматической клетке перед их делением и, после окончания деления? Ответ поясните. Каково процентное содержание нуклеотидов с аденином в молекуле ДНК, если нуклеотидов с цитозином 40%? Ответ поясните.
Решение:
а) Определение общей массы всех молекул ДНК в клетке
1. В яйцеклетке и в сперматозоиде одинаковый гаплоидный хромосомный набор: nc, где n = 23 хромосомы; с = 23 молекулы ДНК (3 . 10-9 мг).
2. В соматической клетке перед делением хромосомный набор имеет вид: 2n4c, где 2n = 46 хромосом. 4с количество молекул ДНК. Тогда масса всех молекул ДНК будет равна 4c = 12 . 10-9 мг [4 . (3 . 10-9) = 12 . 10-9].
3. Так как в соматической клетке после окончания деления хромосомный набор имеет вид: 2n2c, где 2n = 46 хромосом. 2с количество молекул ДНК. Тогда масса всех молекул ДНК будет равна 2c = 6 . 10-9 мг [2 . (3 . 10-9) = 6 . 10-9].
3. После окончания деленя соматической клетки образуются гаплоидные клетки (например, сперматозоиды), которые будут содержать гаплоидный набор хромосом, которые будут иметь одну хроматиду - n1c, где n = 23 хромосомы:
1с (6 . 10-9 мг/2 = 3 . 10-9 мг).
б) Определение процентного содержания нуклеотидов в молекуле ДНК
Согласно принципу комплементарности цитозин всегда стоит в паре с гуанином, значит их количество одинаково, т.е. Ц = Г = 40%, а вместе они составляют 80% (40% + 40% = 80%). Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% - 80% = 20%. Поскольку аденин всегда находится в паре с тимином, то А + Т = 20%, а на каждого из них приходится 20/2 = 10% по 10% каждого.
Можно решить и так. Пользуясь правилом Чаргаффа, описывающим количественные соотношения между различными типами азотистых оснований в ДНК (Г + T = A + Ц), рассчитаем в этой пробе процент нуклеотидов с гуанином, получим:
А = Т = [100% - (Ц + Г)]/2 = [100% - (40 + 40)]/2 = 10%.
Ц = Г = 40%, по 40% каждого.
Ответ:
1) масса всех молекул ДНК в сперматозоиде человека составляет 3 .10-9 мг;
2) масса всех молекул ДНК в соматической клетке человека перед делением составляет 12 .10-9 мг;
3) масса всех молекул ДНК в соматической клетке человека после деления составляет 6 .10-9 мг;
4) процентное содержание нуклеотидов в данной молекуле ДНК:
А = Т = 10%, Ц = Г = 40%.
Задача 552.
В ДНК на долю нуклеотидов с гуанином приходится 19%. Определите процентное содержание нуклеоидов с аденином, цитозином и тимином, входящих в состав молекулы?
Решение:
Согласно принципу комплементарности гуанин всегда стоит в паре с цитозином, значит их количество одинаково, т.е. Г = Ц = 19%, а вместе они составляют 38% (19% + 19% = 38%). Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% - 38% = 62%. Поскольку аденин всегда находится в паре с тимином, то А = Т = 62%, а на каждого из них приходится по 62/2 = 31%.
Ответ:
1) процентное содержание нуклеоидов в молекуле ДНК:
А = 31%, Т = 31%, Г = 19%, Ц = 19%.
Задача 553.
Фрагмент молекулы ДНК состоит из 5000 нуклеотидов, из них адениловых нуклеотидов 14%. Определите количество гуаниловых, тимидиловых и цитидиловых нуклеотидов.
Решение:
В соответствии с принципом комплементарности количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиновых, т.е. А = Т = 14%. Тогда их совместное количество: А + Т = 28%, а количество гуаниловых и цитидиловых нуклеотидов: Г + Ц = 100 - 28 = 72%, а в отдельности Г = Ц = 72:2 = 36%.
Тогда
А = Т = 5000 . 0,14 = 700;
Г = Ц = 5000 . 0,36 = 1800.
Ответ: (А = Т) = 700; (Г = Ц) = 1800.
