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 8 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 (8) на среднюю длину экзона (150 п.н.) и разделив на количество пар нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту (3), получим:

N(АК) = (8  ^. 150)/3 = 400 аминокислот.

Ответ: 400 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. То есть если хромосомы одинарные, то перед «c» ставим такую же цифру, как перед «n», а если двойные – то в два раза бо́льшую. 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).
 

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-утрате - хромосома становится не субметацентрической, а акрометацентрической, то это приводит к нарушению коньюгации между этими хромосомами и, естественно, к нарушению частоты кроссинговера.
 

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 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: 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 не изменяется. К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки, хромосомный набор - 2n4c, где 

n – одинарный (гаплоидный) набор;
2n – двойной (диплоидный);
с – это количество молекул ДНК относительно набора.

Тогда

2n = 12 хромосом.

Ответ: 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 (гаплоидный) набор;
2n – двойной (диплоидный);
с – это количество молекул ДНК (хроматид) относительно набора. То есть если хромосомы одинарные, то перед «c» ставим такую же цифру, как перед «n», а если двойные – то в два раза бо́льшую. Например:

n2c – одинарный набор двойных хромосом;
2n2c – двойной набор одинарных хромосом;
2n4c – двойной набор двойных хромосом и т.п.

Ответ: количество хроматид, расходящихся к полюсам в анафазе мейоза 1 у крупного рогатого скота равно 60.
 

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). 
Так как соматическая клетка человека содержит 46 хромосом, те 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: число хроматид в клетках человека в телофазе I мейоза равно 46.