Определение числа молекул ДНК и хромосом в клетках при различных фазах мейоза
Задача 601.
Кариотип человека включает 23 пары хромосом. Хромосома 20 содержит около 64 млн. пар нуклеотидов (п.н.) и имеет в составе 546 структурных генов, кодирующих белки. Средняя длина белок-кодирующего гена 28 000 (п.н.).
Принимая среднее количество экзонов в гене равным 9, среднюю длину экзона 150 (п.н.), определите:
1. какую долю хромосомы занимают белок-кодирующие гены? Ответ укажите в %, округлив до целого числа;
2. среднюю длину интрона, ответ укажите в п.н., округлив до целого;
3. какую долю хромосомы занимают экзоны генов? Ответ укажите в %, округлив до целого;
4. сколько аминокислот будет содержать пептид, если после альтернативного сплайсинга иРНК содержит 9 экзонов?
Решение:
1. Сначала рассчитаем общую длину белок-кодирующих генов, получим:
L(белок-кодирующие гены) =
=546 генов . 28 000 п.н. = 15 288 000 (п.н.).
Затем рассчитаем какую долю 20 хромосомы занимают белок-кодирующие гены, получим:
64 000 000 : 100% = 15 288 000 : х;
х = (15 288 000 . 100%)/64 000 000 = 23,89% ≈ 24%.
Ответ: 24%.
2. Гены начинаются и заканчиваются экзонами. Для расчета количества интронов в гене с 9 экзонами нужно вычислить количество интронов минус один. В данном случае, количество интронов будет равно 8 (9 - 1 = 8).
Рассчитаем среднюю длину интрона, минусовав из средней длины белок-кодирующего гена (28 000) общую длину экзонов (150 . 9), и разделив на количество интронов в гене (8):
[28 000 - (150 . 9)]/8 = 3331,25 ≈ 3331 (п.н.).
Ответ: 3331 п.н.
3. Сначала рассчитаем общую длину экзонов всех генов, получим:
L(экзоны) = 546 генов . 150 . 9 = 737 100 (п.н.).
Затем рассчитаем какую долю 20-й хромосомы занимают экзоны всех генов, получим:
64 000 000 : 100% = 737 100 : х;
х = (737 100 . 100%)/64 000 000 = 1,15% ≈ 1%.
Ответ: 1%.
4. Количества аминокислот в пептиде рассчитаем, умножив количество экзонов (9) на среднюю длину экзона (150 п.н.) и разделив на количество пар нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту (3), (3), получим:
N(АК) = (9 . 150)/3 = 450 аминокислот.
Ответ:
450 аминокислот.
Задача 602.
Сколько молекул Днк содержится в клетке в профазе второго деления мейоза, если до репликации в диплоидном наборе содержалось 28 хромосом?
Решение:
Находим n - гаплоидный набор хромосом и с - количество молекул ДНК.
n = с.
По условию дана соматическая клетка:
2n = 28.
Тогда
n = c = 28 (28/2 = 14), где
n – одинарный (гаплоидный) набор;
2n – двойной (диплоидный);
3n – тройной (триплоидный) и т.п;
с – это количество молекул ДНК относительно набора.
Если хромосомы однохроматидные, то перед «c» ставим такую же цифру, как перед «n», а если двуххроматидныее – то в два раза большую. Например:
n2c ИЛИ 1n2c – одинарный набор двойных хромосом;
2n2c – двойной набор одинарных хромосом;
2n4c – двойной набор двойных хромосом и т.п.
В телофазе мейоза I происходит разделение цитоплазмы (цитокинез), в каждой дочерней клетке гаплоидное число хромосом, каждая из которых содержит 2 молекулы ДНК, т.е. хромосомный набор - 1n2c.
В профазе мейоза II происходит образование нового веретена деления (к каждой хроматиде прикрепляется нить веретена деления). Количество хромосом и молекул ДНК такое же, как в телофазе I - 1n2c. Значит, количество молекул ДНК равно 28 (2с = 2 . 14 = 28).
Ответ:
28.
Задача 603.
Женщина гетерогаметна по делеции 5 хромосомы. При гомогаметности по делеции возникает синдром Кошачьего Крика. (т.е. при делеции-утрате - хромосома становится не субметацентрической, а акрометацентрической). Будет ли происходить процесс кроссинговера и конъюгация между такими хромосомами?
Решение:
Синдром "кошачьего крика" связан с делецией короткого плеча 5-й хромосомы. Изменения в строении отдельной 5-й хромосомы, например при делеции хромосома становится не субметацентрической, а акрометацентрической, хромосомы становятся негомологичные, т.е. не соответствуют одна другой, что приводит к нарушению конъюгации. Во время мейоза гомологичные хромосомы конъюгируют по всей своей длине и между хроматидами спаренных хромосом происходит кроссинговер, но так как у одной хромосомы есть делеция, то это может нарушить конъюгацию и привести к более серьезным аберрациям у потомков.
Задача 604.
Определите число хромосом в клетках картофеля в профазе II мейоза. Известно, что соматическая клетка картофеля содержит 48 хромосом.
Решение:
В профазе II мейоза происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится пополам и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется новое веретено деления, перпендикулярное первому веретену. Количество хромосом и молекул ДНК такое же, как в телофазе I - n2c, где
n – одинарный (гаплоидный) набор;
2n – двойной (диплоидный);
с – это количество молекул ДНК относительно набора.
Тогда
n = 2n/2 = 48/2 = 24 хромосом.
Ответ:
1) число хромосом в клетках картофеля в профазе II мейоза равно 24.
Задача 605.
Определите число хромосом в клетках мухи домашней в профазе I мейоза. Известно что соматическая клетка мухи домашней содержит 12 хромосом.
Решение:
В профазе I мейоза происходят сложные процессы: спирализация хромосом (лептонема), конъюгация гомологичных хромосом (образование бивалентов или тетрад), количество хромосом и молекул ДНК удваивается. К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки, количество хромосом остается прежним, а количество ДНК удваивается - 2n4c, где
n – одинарный (гаплоидный) набор;
2n – двойной (диплоидный);
с – это количество молекул ДНК относительно набора.
Тогда
2n = 12 хромосом.
Ответ:
1) число хромосом в клетках мухи домашней в профазе I мейоза равно числу хромосом в соматической клетке - 12 хромосом.
Задача 606.
Определите количество хроматид, расходящихся к полюсам в анафазе мейоза 1: а) у крупного рогатого скота 2n - 60.
Решение:
В анафазе первого деления мейоза происходит расхождение гомологичных хромосом, состоящих из двух хроматид (молекул ДНК) к полюсам клетки. У каждого полюса клетки гаплоидное число двуххроматидных хромосом (n2c = 30 хромосомм и 60 хроматид), но разделения цитоплазмы еще не произошло, поэтому в клетке в целом количество хромосом и молекул ДНК в два раза больше, чем у каждого полюса (2n4c = 60 хромосом и 120 хроматид), где
n – одинарный набор хромосом;
2n – двойной набор хромосом;
с – это количество молекул ДНК (хроматид) относительно набора.
Таким образом, если хромосомы одинарные, то перед «c» ставим такую же цифру, как перед «n», а если двойные – то в два раза бо́льше.
Например:
n2c – одинарный набор двойных хромосом;
2n2c – двойной набор одинарных хромосом;
2n4c – двойной набор двойных хромосом и т.п.
Ответ:
1) количество хроматид, расходящихся к полюсам в анафазе мейоза 1 у крупного рогатого скота равно 120.
Задача 607.
Определите число хроматид в клетках человека в телофазе I мейоза. Известно, что соматическая клетка человека содержит 46 хромосом.
Решение:
В телофазе I мейоза происходит разделение цитоплазмы (цитокинез), в каждой дочерней клетке гаплоидное число хромосом, каждая из которых содержит 2 молекулы ДНК, т.е. число хромосом и молекул ДНК уменьшено в 2 раза (n2c), чем в профазе I мейоза (2n4c).
Так как соматическая клетка человека содержит 46 хромосом, т.е. 2n = 46.
Тогда
n = 2n/2 = 46/2 = 23. с = n, где
n – одинарный (гаплоидный) набор;
2n – двойной (диплоидный);
с – количество молекул ДНК относительно набора.
Так как n2c, то 2с = 23 . 2 = 46 хроматид.
Ответ:
1) число хроматид в клетках человека в телофазе I мейоза равно 46.
