Определение последовательности нуклеотидов, длины и массы фрагмента ДНК
Определение аминокислотной последовательности в пептиде
Задача 559.
Фрагмент цепи днк имеет следующую последовательность нуклеотидов (нуклотиды расположены в направлении от 3’ к 5’ концу): ТАЦЦЦТЦГГЦТГ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода.
Решение:
По принципу комплементарности (Г - Ц, Т – А, А - У) с генетического кода мДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция):
мДНК: 3’-ТАЦЦЦТЦГГЦТГ-5’
иРНК: 5’-АУГГГАГЦЦГАЦ-3’.
Для удобства разобъм цепь иРНК на триплеты:
АУГ ГГА ГЦЦ ГАЦ.
Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами: мет-гли-ала-асп.
К кодонам иРНК подбираются комплементарные антикодоны-триплеты нуклеотидов тРНК, и соединяются водородными связями (кодон-антикодон) тоже по принципу комплементарности, но с учетом антипараллельности кодонов иРНК антикодонам тРНК, получим:
Кодону иРНК (5’-АУГ-3’) соответствует антикодон тРНК 3’-УАЦ-5’ (5’-ЦАУ-3’); кодону иРНК (5’-ГГА-3’) - антикодон тРНК 3’-ЦЦУ-5’ (5’-УЦЦ-3’); кодону иРНК (5’-ГЦЦ-3’) - антикодон тРНК 3’-ЦГГ-5’ (5’-ГГЦ-3’); кодону иРНК (5’-ГАЦ-3’) - антикодон тРНК 3’-ЦУГ-5’ (5’-ГУЦ-3’).
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) последовательность иРНК:
5’-ГЦУУАУУУАААУУЦУ -3’;
2) фрагмент полипептида: мет-гли-ала-асп;
3) Аантикодоны тРНК, кодирующие аминокислоты в полипептиде (указаны антикодоны в направлении от 5’ к 3’ концу):
ЦАУ,УЦЦ,ГГЦ,ААА.
Задача 560.
Участок молекулы ДНК имеет следующий состав (нуклотиды стоят в направлении от 3’ к 5’ концу): ГАТГААТАГТГЦТТЦ. К каким последствиям может привести случайная замена седьмого нуклеотида тимина (Т) на цитозин (Ц).
Решение:.
а) Фрагмент молекулы белка до изменения последовательности ДНК.
По принципу комплементарности (Г - Ц, Т – А, А - У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция):
мДНК: 3’-ГАТГААТАГТГЦТТЦ -5’
иРНК: 5’-ЦУАЦУУАУЦАЦГААГ-3’.
Для удобства решения задачи разобьем цепь иРНК на триплеты:
ЦУА ЦУУ АУЦ АЦГ ААГ.
Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами: лец-лей-иле-тре-лиз.
б) Фрагмент молекулы белка после изменения последовательности ДНК
мДНК: 3’-ГАТГААЦАГТГЦТТЦ -5’
иРНК: 5’-ЦУАЦУУГУЦАЦГААГ-3’.
Разобьем цепь иРНК на триплеты:
ЦУА ЦУУ ГУЦ АЦГ ААГ.
Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами: лец-лей-вал-тре-лиз.
Таким Образом, сравнивая цепочки аминокислот, можно сделать вывод, что случайная замена седьмого нуклеотида тимина (Т) на цитозин (Ц) полностью изменяет генетический код, цепочку аминокислот, а следовательно приводит к потере биохимических свойств белка-фермента. В живом организме не идет химическая реакция, что приводит к генной болезни (ферментопатии).
Ответ:
Схема решения задачи включает:
1) изначальная последовательность иРНК:
5’-ЦУАЦУУАУЦАЦГААГ-3’;
2) фрагмент начального полипептида:
лец-лей-иле-тре-лиз;
3) последовательность иРНК после мутации:
5’-ЦУАЦУУГУЦАЦГААГ-3’;
4) фрагмент полипептида после мутации в ДНК:
лец-лей-вал-тре-лиз;
5) если в цепи нуклеотидов мДНК заменить седьмой нуклеотид тимина (Т) на цитозин (Ц), то структура полипептида изменится после мутации, что приведет к нарушению физиологической функции клетки (организма).
Задача 561.
Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): ТАГЦАААЦГГЦТАЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК.
Решение:
1) По принципу комплементарности (Г- Ц, А – Т, А - У) с генетического кода мДНК выстраиваются нуклеотиды тРНК, получим:
мДНК: 3’-ТАГЦАААЦГГЦТАЦЦ-5’
тРНК: 5’-АУЦГУУУГЦЦГАУГГ-3’.
2) Так как третий триплет соответствует антикодону тРНК, то по принципу комплементарности и и учитывая, что антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК устанавливаем, что антикодону тРНК 5’-УГЦ-3’ соответствует кодон иРНК 3’-АЦГ-5’ (5’-ГЦА-3’). По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота аланин (ала), которую будет переносить данная тРНК.
Ответ:
1) нуклеотидная последовательность участка тРНК:
5’-АУЦ ГУУ УГЦ ЦГАУГГ-3’
ИЛИ
5’-ГГУАГЦЦГУУУГЦАУ-3’;
2) нуклеотидная последовательность третьего антикодона тРНК 5’-УГЦ-3’ соответствует кодон иРНК 3’-АЦГ-5’ (5’-ГЦА-3’).
5’-УГЦ-3’.
Опрделение длины и массы фрагмента ДНК
Задача 562.
Фрагмент молекулы ДНК содержит 2348 нуклеотидов. На долю адениновых нуклеотидов приходится 420. Сколько содержится других нуклеотидов? Найдите молярную массу и длину этого фрагмента ДНК.
Решение:
1. Определим количество нуклеотидов, содержащихся в молекуле ДНК.
Для расчета процентного содержания адениловых нуклеотиидов используем пропорцию:
2348 : 100% = 420 : х%;
х = (420 . 100%)/2348 = 17,9%.
Согласно принципу комплементарности аденин всегда стоит в паре с тимином, значит, их количество одинаково, т.е. А = Т = 17,9%, а вместе они составляют 35,8% (17,9 . 2 = 35,8). Точно также гуанин в паре с цитозином, т.е. Г = Ц, а вместе они составляют:
Ц + Г = 100% - 35,8% = 64,2%.
Тогда
Г = Ц = 64,2%/2 = 32,1%.
Зная количество адениновых нуклеотидов и количество всех нуклеотидов в молекуле ДНК определим содержание других нуклеотидов. Согласно принципу комплементарности аденин всегда стоит в паре с тимином, значит, их количество одинаково, т.е. А = Т = 420, а вместе они составляют 840 (А + Т = 420 + 420 = 840). Точно также гуанин в паре с цитозином, т.е. Г = Ц, а вместе они составляют:
Ц = Г = (Ц + Г)/2 = (2348 – 840)/2 = 1508/2 = 754.
Отсюда
А = Т = 420;
Ц = Г = 754.
2. Определим молярную массу фрагмента молекулы ДНК.
С учетом того, что средняя молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 Da, рассчитаем массу фрагмента молекулы ДНК, получим:
Mr(ДНК) = 2348 . 345 = 810060 Da.
3. Определим длину фрагмента молекулы ДНК.
Так как молекула ДНК состоит из двух цепей, то одна цепь ДНК содержит половинный набор нуклеотидов от общего числа, получим:
2348/2 = 1174 нуклеотида.
Зная, что средняя длина одного нуклеотида равна 0,34 нм, определим длину фрагмента молекулы ДНК, получим:
L(ДНК) = 1174 . 0,34 = 399,16 нм.
Ответ:
1) содержание нуклеотидов в молекуле ДНК:
А = Т = 420, Ц = Г = 754;
2) молярная масса ДНК - 810060 Da;
3) длина молекулы ДНК - 399,16 нм.
Задача 563.
Молекула ДНК на 24% состоит из тимидиловых нуклеотидов, ещё известно, что в ней содержится 78 гуаниловых нуклеотидов. Определите длину молекулы, если средняя длина одного нуклеотида равна 0,34 нм.
Решение:
1. Определим процент гуаниловых нуклеотидов, содержащихся в молекуле ДНК
Согласно принципу комплементарности тимин всегда стоит в паре с аденином, значит их количество одинаково, т.е. Т = А = 24%, а вместе они составляют 48%. Точно также гуанин в паре с цитозином, т.е. Г = Ц, а вместе они составляют Ц + Г = 100% - 48% = 52%.
Тогда Г = Ц = 52%/2 = 26%. Значит, Г = 26%.
2. Определим общее число нуклеотидов в молекуле ДНК
Для расчета количества нуклеотиидов используем пропорцию:
26% : 78 = 100% : х;
х = (100% . 78)/26% = 300 нуклеотидов.
3. Так как молекула ДНК состоит из двух цепей, то одна цепь ДНК содержит половинный набор нуклеотидов от общего числа, получим:
300/2 = 150 нуклеотидов.
4. Зная, что средняя длина одного нуклеотида равна 0,34 нм, определим длину молекулы ДНК, получим:
L(ДНК) = 150 . 0,34 = 51 нм.
Ответ:
51 нм.
Задача 564.
4.1. Фрагмент иРНК (нуклотиды расположены в направлении от 5’ к 3’ концу): ГААУУУУАУГУУ. Определите участок мДНК, с которого синтезирован этот фрагмент.
4.2. Фрагмент ДНК имеет следующий состав (нуклотиды расположены в направлении от 3’ к 5’ концу): ТТТЦАЦТГАГАЦАТГ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепи ДНК, длину и массу этого участка.
4.3. В молекуле ДНК обнаружено 900 нуклеотидов (Г), которые составляют 30% от общего числа нуклеотидов в этой ДНК. Определите: а) сколько других нуклеотидов в этой ДНК? б) какова длина этого фрагмента?
4.4. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 86250, из них 6900 приходится на долю тимина. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК и длину этого фрагмента.
Решение:
4.1. По принципу комплементарности (Г - Ц, А = Т, У = А) на основе фрагмента иРНК построим нуклеотидную цепь матричной ДНК:
мДНК: 3’-ЦТТААААТАЦАА-5’
иРНК: 5’-ГААУУУУАУГУУ-3’.
4.2. а) По принципу комплементарности (Г = Ц, А = Т) определим последовательность нуклеотидов в смысловой цепи ДНК, получим:
cДНК: 5’-АААГТГАЦТЦТГТАЦ-3’
мДНК: 3’-ТТТЦАЦТГАГАЦАТГ-5’.
б) Так как линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте равна 0,34 нм или 3,4 ангстрем, то, учитывая, что в одной цепи данного фрагмента ДНК содержится 15 нуклеотидов, получим:
L(ДНК) = 15 . 0,34 = 5,1 нм.
в) Так как средняя молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 а.е.м. [Mr(н) = 345 а.е.м. (Da)] то, учитывая, что в двух цепях данного фрагмента ДНК содержится 30 (15 . 2 = 30) нуклеотидов, получим:
Mr(ДНК) = 345 . 30 = 1350 а.е.м (Da).
4.3. а) Согласно принципу комплементарности гуанин всегда стоит в паре с цитозином, значит их количество одинаково, т.е. Г = Ц = 30%, а вместе они составляют 60%. Точно также аденин стоит в паре с тимином, т.е. А = Т, а вместе они составляют А + Т = 100% - 60% = 40%.
Тогда
А = Т = 40%/2 = 20%.
Так как Г = Ц = 900, а вместе они составляют Г + Ц = 900 + 900 = 1800, то общее число нуклеотидов в молекуле ДНК находим из пропорции:
60% : 1800 = 100% : х;
х = (1800 . 100)/60 = 3000 н.
Отсюда
А + Т = 3000 - 1800 = 1200 нк.
Тогда
А = Т = 1200/2 = 600.
б) Так ка линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте равна 0,34 нм или 3,4 ангстрем, то, учитывая, что в одной цепи данного фрагмента ДНК содержится
1500 (3000/ 2 = 1500) нуклеотидов, получим:
L(ДНК) = 1500 . 0,34 = 510 нм.
4.4. а) Так как средняя молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 а.е.м. [Mr(н) = 345 а.е.м. (Da)] то, количество нуклеотидов в молекуле ДНК с относительной молекулярной массой 86250, получим:
N(н) = Mr(ДНК)/Mr(н) = 86250/345 = 250 н.
Точно также рассчитаем количество тиминов (Т), получим:
N(Т) = Mr(Т)/Mr(н) = 6900/345 = 20 Т.
Процентное содержание тиминов рассчитаем из пропорции:
250 : 100% = 20 : х;
х = (20 . 100%)/250 = 8%.
Согласно принципу комплементарности тимин всегда стоит в паре с аденином, значит их количество одинаково, т.е. Т = А = 8% или 20 н, а вместе они составляют 16% или 40 н. Точно также гуанин в паре с цитозином, т.е. Г = Ц, а вместе они составляют Г + Ц = 100% - 16% = 84% или 250 - 40 = 210.
Тогда
Г = Ц = 84%/2 = 42% или 210/2 = 105.
б) Так как линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте равна 0,34 нм или 3,4 ангстрем, то, учитывая, что в одной цепи данного фрагмента ДНК содержится половинное число нуклеотидов из 250, получим:
L(ДНК) = (250/2) . 0,34 = 42,5 нм.
Ответ:
1) нуклеотидная последовательность мДНК:
3’-ЦТТААААТАЦАА-5’;
2) нуклеотидная последовательность сДНК:
5’-АААГТГАЦТЦТГТАЦ-3’, L(ДНК) = 5,1 нм, Mr(ДНК) = 1350 Da;
3) молекуле ДНК: количество нуклеотидов - А = Т = 600, Г = Ц = 90,
длина молекулы - 510 нм;
4) молекуле ДНК: количество нуклеотидов - А = Т = 20, Г = Ц = 105,
длина молекулы – 42,5 нм.
