Матричные процессы: репликация, транскрипция, трансляция
Задача 578.
Одна цепь участка ДНК, выделенной из бактерии E. сoli, имеет следующую последовательность оснований: 5’-ГТАГЦЦТАЦЦЦАТАГ-3’. С этой ДНК транскрибируется иРНК. Какова будет последовательность иРНК?
Решение:
По принципу комплементарности мы знаем, что напротив А всегда стоит Т (в ДНК) или У (в РНК), напротив Ц всегда стоит Г.
С учетом того, что смысловая цепь ДНК начинается с (5’ –) конца, а матричная цепь ДНК с (3’ -) конца, то в условии задачи дана смысловая цепь ДНК.
Тогда, пользуясь принципом комплементарности азотистых оснований, напишем последовательность нуклеотидов матричной цепи ДНК, получим:
сДНК: 5’-ГТАГЦЦТАЦЦЦАТАГ-3’
мДНК: 3’-ЦАТЦГГАТГГГТАТЦ-5’.
Цепь иРНК комплементарна и антипараллельна транскрибируемой ДНК.
Важно знать, что трансляция идёт с 5' конца на 3' конец, то есть рибосома читает иРНК с 5' конца, т.е. последовательности в цепях нуклеотидов иРНК записываются в направлении от 5’- конца к 3’- концу, значит, иРНК будет иметь следующую последовательность:
5’ – ГУАГЦЦУАЦЦЦАУАГ– 3’.
ИЛИ
мДНК: 3’-ЦАТЦГГАТГГГТАТЦ-5’
иРНК: 5’-ГУАГЦЦУАЦЦЦАУАГ-3’.
Ответ:
1) нуклеотидная последоватедьность иРНК:
5’-ГУАГЦЦУАЦЦЦАУАГ-3’.
Задача 579.
Фрагмент синтезированной цепи иРНК имеет последовательность нуклеотидов: 5’-GCGCGAААUAUGGGCACC-3’.
Определите последовательность нуклеотидов структурного гена в кодирующей и некодирующей цепи молекулы ДНК.
Решение:
Одна полинуклеотидная цепь в составе ДНК называется смысловой, с неё не считывается информация, т.е. она не транскрибируемая, а другая цепь ДНК — матричная — является матрицей (образцом), на основании которой и синтезируется РНК (или иРНК, или тРНК, или рРНК). Именно с матричной цепи ДНК считывается информация, и она является транскрибируемой.
Пользуясь принципом комплементарности азотистых оснований (А – Т, C – G, U - A), на основе иРНК, напишем последовательность нуклеотидов матричной цепи ДНК, получим:
мДНК: 3’-СGСGCTTTATACCCGTGG-5’
иРНК: 5’-GCGCGAААUAUGGGCACC-3’.
Нуклеотидную последовательность смысловой цепи ДНК составим, пользуясь принципом комплементарности азотистых оснований, получим молекулу ДНК:
сДНК: 5’-GCGCGAAATATGGGCACC-3’
мДНК: 3’-СGСGCTTTATACCCGTGG-5’.
Ответ:
1) последовательность нуклеотидов структурного гена в кодирующей и некодирующей цепи молекулы ДНК:
5’-GCGCGAAATATGGGCACC-3’
3’-СGСGCTTTATACCCGTGG-5’
нижняя цепь матричная (транскрибируемая).
Задача 580.
Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов:
5’-ААТGCGCGAATGGGCACC-3’.
Определите последовательность считаной с него рРНК, если первый триплет структурного гена GCG.
Решение:
Смысловая цепь ДНК начинается с (5’-) конца, а матричная цепь ДНК с (3’-) конца, то в условии задачи дана смысловая ДНК.
Тогда, пользуясь принципом комплементарности (А – Т, С - G) азотистых оснований, напишем последовательность нуклеотидов матричной цепи ДНК, получим:
сДНК: 5’-ААТGCGCGAATGGGCACC-3’
мДНК: 3’-ТТАCGCGCTTACCCGTGG-5’.
Находим триплет структурного гена. Это триплет, который начинается с пятого нуклеотида мДНК (GCG).
Зная, что синтезированная цепь pРНК антипараллельна матричной цепи ДНК, а последовательности в цепях нуклеотидов в рРНК записываются в направлении от 5’- конца к 3’- концу, то рРНК будет иметь следующую последовательность:
рРНК: 5’-CGCGAATGGGCACC-3’.
Ответ:
1) нуклеотидная последовательность матричной цепи ДНК:
3’-ТТАCGCGCTTACCCGTGG-5’;
1) нуклеотидная последовательность рибосомальной рРНК:
5’-CGCGAATGGGCACC-3’.
Задача 581.
Участок ДНК имеет следующее строение (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): ТТАААТТЦГЦЦГГГЦАГЦ. Постройте иРНК комплиментарную данному участку ДНК и укажите строение соответствующего участка белка.
Решение:
На основе кода матричной цепи ДНК строим иРНК, пользуясь принципом комплементарности (Т - А, А - У, Г - Ц), получим:
мДНК: 3’-ТТАААТТЦГЦЦГГГЦАГЦ-5’
иРНК: 5’-ААУУУААГЦГГЦЦЦГУЦГ-3’.
Для удобства решения задачи разобьём цепь иРНК на триплеты:
ААУ УУА АГЦ ГГЦ ЦЦГ УЦГ.
По таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот полипептида, получим: асн-лей-сер-гли-про-сер.
Ответ:
1) последовательность нуклеотидов иРНК:
5’- ААУУУААГЦГГЦЦЦГУЦГ-3’;
2) фрагмент полипептида: асн-лей-сер-гли-про-сер.
Задача 582.
Участок гена, кодирующего белок, состоит из последовательно расположенных нуклеотидов (указаны нуклеотиды в направлении от 3’ к 5’ концу): ААЦГАЦТЦАЦТАТАЦЦААЦГАА. Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена. (Используя принцип комплементарности, и таблицу генетического кода).
Решение:
На основе кода матричной цепи ДНК строим иРНК, пользуясь принципом комплементарности (А - У, Т – А, Г - Ц), получим:
мДНК: 3’-ААЦГАЦТЦАЦТАТАЦЦААЦГА-5’
иРНК: 5’-УУГЦУГАГУГАУАУГГУУГЦУ-3’.
Для удобства разобьем иРНК на триплеты, получим:
УУГ ЦУГ АГУ ГАУ АУГ ГУУ ГЦУ.
Пользуясь генетическим кодом (таблица генетического кода), определяем последовательность аминокислот, получим:
лей-лей-сер-асп-мет-вал-ала.
Ответ:
1) последовательность нуклеотидов иРНК:
5’-УУГЦУГАГУГАУАУГГУУГЦУ-3’;
2) фрагмент полипептида: лей-лей-сер-асп-мет-вал-ала.
Задача 583.
Участок одной из цепи ДНК имеет следующее строение: ТГА ТГЦ АГА АГЦ ТТА ААЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепи. Определите состав белка закодированного этой молекулой ДНК.
Решение:
1. По принципу комплементарности (Г = Ц, А = Т) в первой цепи ДНК следующего вида: ТГА ТГЦ АГА АГЦ ТТА ААЦ выставим нуклеотидную последовательность во второй цепи ДНК, получим:
первая цепь ДНК: ТГА ТГЦ АГА АГЦ
вторая цепь ДНК: АЦТ АЦГ ТЦТ ТЦГ.
2. На основе кода второй цепи ДНК1 строим иРНК также пользуясь принципом комплементарности (А = У, Г = Ц):
вторая цепь ДНК: АЦТ АЦГ ТЦТ ТЦГ
иРНК: УГА УГЦ АГА АГЦ.
3. Пользуясь генетическим кодом (таблица генетического кода), определяем последовательность аминокислот.
Так как триплет УГА2 является стоп-кодоном, то последовательность аминокислот в полипептиде будет такова:
цистеин - аргинин - серин.
Задача 584.
1) Написать правую (смысловую) цепь ДНК, если левой (матричной) цепи ДНК соответствует иРНК (указаны нуклеотиды в направлении от 5’ к 3’ концу): УГАЦАГГУГЦУА.
2) Закончите схему строения участка молекулы ДНК и постройте схему участка молекулы иРНК, соответствующего 1-й цепи, если
2-я цепь ДНК (указаны нуклеотиды в направлении от 5’ к 3’ концу): ЦЦААТЦАГЦГТАГТГЦАГ.
Решение:
1. По принципу комплементарности (Г - Ц, Т – А, У - А) с фрагмента иРНК выстраиваются нуклеотиды мДНК. С учетом того, что напротив урацила иРНК становится аденин на ДНК, получим:
мДНК: 3’-АЦТГТЦЦАЦГАТ-5’
иРНК: 5’УГАЦАГГУГЦУА-3’.
По принципу комплементарности (Г - Ц, А - Т) матричной цепи (левая цепь) ДНК выставим нуклеотдную последовательность в стабилизирующей цепи (правая цепь) ДНК, получим:
сДНК: 5’-ТГАЦАГГТГЦТА-3’
мДНК: 3’-АЦТГТЦЦАЦГАТ-5’.
2. По принципу комплементарности (Г - Ц, А - Т), 2-я цепь (стабилизирующая) ДНК имеет вид (указаны нуклеотиды в направлении от 5’ к 3’ концу): ЦЦААТЦАГЦГТАГТГЦАГ, выставим нуклеотдную последовательность в 1-й цепи (транскрибируемой цепи) мДНК, получим:
сДНК: 5’-ЦЦААТЦАГЦГТАГТГЦАГ-3’
мДНК: 3’-ГГТТАГТЦГЦАТЦАЦГТЦ-5’.
Далее по принципу комплементарности (А – У, Т – А, Ц - Г) на основе участка 1-й цепи ДНК построим схему участка молекулы иРНК , получим:
мДНК: 3’-ГГТТАГТЦГЦАТЦАЦГТЦ-5’
иРНК: 5’-ЦЦААУЦАГЦГУАГУГЦАГ-3’.
Ответ:
1) нуклеотидная последовательность правой (смысловой) цепи ДНК:
5’-ТГАЦАГГТГЦТА-3’;
2) нуклеотидная последовательность участка молекулы ДНК:
5’-ЦЦААТЦАГЦГТАГТГЦАГ-3’
3’-ГГТТАГТЦГЦАТЦАЦГТЦ-5’;
3) нуклеотидная последовательность цепи иРНК, соответствующей 1-й цепи (матричной) ДНК:
5’-ЦЦААУЦАГЦГУАГУГЦАГ-3’.
Задача 585.
Установлено, что комплиментарные цепи нуклеиновых кислот (ДНК иРНК) антипараллельны. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок иРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов, верхняя цепь матричная (транскрибируемая):
5’-ЦГЦГЦТАТТГЦГГТАЦАТТАГ-3’
3’ГЦГЦГАТААЦГЦЦАТГТААТЦ-5’.
Определите последовательность аминокислот начала полипептида (белка). Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.
Решение:
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5' концу в одной цепи соответствует 3' конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5' конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5' к 3' концу. Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице.
Так как по условию задачи верхняя цепь является матричной, а синтез РНК по матричной цепи ДНК идет от 3’- конца, то матричную цепь ДНК запишем так:
3’-ГАТТАЦАТГГЦГТТАТЦГЦГЦ-5’.
На основе кода матричной цепи ДНК строим иРНК, пользуясь принципом комплементарности (Т - А, А - У, Г - Ц), получим:
мДНК: 3’-ГАТТАЦАТГГЦГТТАТЦГЦГЦ-5’
иРНК: 5’-ЦУААУГУАЦЦГЦААУАГЦГЦГ-3’.
Для удобства решения задачи разобьем иРНК на триплеты, получим:
ЦУА АУГ УАЦ ЦГЦ ААУ АГЦ ГЦГ.
Пользуясь генетическим кодом (таблица генетического кода), определяем последовательность аминокислот в полипептид, получим:
лей-мет-тир-арг-асн-сер-ала.
Ответ:
1) последовательность нуклеотидов матричной (транскрибируемой) цепи ДНК: -ГАТТАЦАТГГЦГТТАТЦГЦГЦ-5’;
2) последовательность нуклеотидов иРНК:
5’-ЦУААУГУАЦЦГЦААУАГЦГЦГ-3’;
3) фрагмент полипептида: лей-мет-тир-арг-асн-сер-ала.
Комментарии:
1В молекулярной биологии принято писать смысловую цепь ДНК сверху, а транскрибируемую цепь под ней.
2Три кодона определяют сигнал прекращения синтеза полипептидной цепи (терминация трансляции): УАА, УАГ и УГА. Это означает, что в том месте информационной РНК (мРНК), где находится любой из этих кодонов, синтез полипептидной цепи белка прекращается. Кодоны, указывающие на терминацию синтеза полипептидной цепи, называют стоп-кодонами.
