Как найти фрагмент цепи днк

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез
биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице – нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом
“генетическом языке”. Скоро вы все поймете – мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК
и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится – перерисуйте его себе 🙂

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) – АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать – УАГ (кодон иРНК).
тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись – АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения
будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК – удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio – удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по
принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) – в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них
содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между
дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит
в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А – У, Т – А, Г – Ц, Ц – Г (загляните в “генетический словарик”
выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК – промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух
цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

• Инициация (лат. injicere — вызывать)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

• Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК
быстро растет.

• Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК – терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень – в процесс трансляции.
Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность
аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

• Инициация

Информационная РНК (иРНК, синоним – мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц.
Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту,
соответствующую кодону АУГ – метионин.

• Элонгация

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) – У (урацил), Г (гуанин) – Ц (цитозин).
В основе этого также лежит принцип комплементарности.



Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу
иРНК одновременно – образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.



• Терминация

Синтез белка – полипептидной цепи из аминокислот – в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание
в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция – завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что
кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй – из верхнего горизонтального,
третий – из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота 🙂

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА – Глн. Попробуйте самостоятельно найти
аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота – Ала, ААА – Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк:
это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК),
приведенной вверху.

“Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов
во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны
соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода”

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити
ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК:
А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК:
А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что
тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

“Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. 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”

Обратите свое пристальное внимание на слова “Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК “. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу
синтезировать с ДНК фрагмент тРНК – другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было
в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой – мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК – АЦГ соответствует антикодону тРНК – УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК,
так что переведем антикодон тРНК – УГЦ в кодон иРНК – АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ – Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и
аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной
молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК
соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК – так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%.
100% – (20%+20%) = 60% – столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то
на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂

ДНК и гены

ДНК ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ

Справа крупнейшая спираль ДНК человека, выстроенная из людей на пляже в Варне (Болгария), вошедшая в книгу рекордов Гиннесса 23 апреля 2016 года

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Общие сведения

Содержание страницы:

• Дезоксирибонуклеиновая кислота
• Строение нуклеиновых кислот
• Репликация
• Строение РНК
• Транскрипция
• Трансляция
• Генетический код
• Геном: гены и хромосомы
• Прокариоты
• Эукариоты
• Строение генов
• Строение генов прокариот
• Строение генов эукариот
• Сравнение строения генов
• Мутации и мутагенез
• Генные мутации
• Хромосомные мутации
• Геномные мутации
• Видео по теме ДНК
• Дополнительный материал

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – своеобразный чертеж жизни, сложный код, в котором заключены данные о наследственной информации. Эта сложная макромолекула способна хранить и передавать наследственную генетическую информацию из поколения в поколение. ДНК определяет такие свойства любого живого организма как наследственность и изменчивость. Закодированная в ней информация задает всю программу развития любого живого организма. Генетически заложенные факторы предопределяют весь ход жизни как человека, так и любого др. организхма. Искусственное или естественное воздействие внешней среды способны лишь в незначительной степени повлиять на общую выраженность отдельных генетических признаков или сказаться на развитии запрограммированных процессов.

Дезоксирибонуклеи́новая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.

С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы (С) и фосфатной (Ф) группы (фосфодиэфирные связи).

Рис. 2. Нуклертид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула закручена по винтовой линии.

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином (А-Т), гуанин — только с цитозином (Г-Ц). Именно эти пары и составляют «перекладины» винтовой “лестницы” ДНК (см.: рис. 2, 3 и 4).

Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции.

Рис. 3. Репликация ДНК

Расположение базовых комбинаций химических соединений ДНК и количественные соотношения между этими комбинациями обеспечивают кодирование наследственной информации.

Образование новой ДНК (репликация)

1. Процесс репликации: раскручивание двойной спирали ДНК — синтез комплементарных цепей ДНК-полимеразой — образование двух молекул ДНК из одной.
2. Двойная спираль «расстегивается» на две ветви, когда ферменты разрушают связь между базовыми парами химических соединений.
3. Каждая ветвь является элементом новой ДНК. Новые базовые пары соединяются в той же последовательности, что и в родительской ветви.

По завершении дупликации образуются две самостоятельные спирали, созданные из химических соединений родительской ДНК и имеющие с ней одинаковый генетический код. Таким путем ДНК способна перерывать информацию от клетки к клетке.

Более подробная информация:

СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Рис. 4 . Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) относится к нуклеиновым кислотам. Нуклеиновые кислоты – это класс нерегулярных биополимеров, мономерами которых являются нуклеотиды.

НУКЛЕОТИДЫ состоят из азотистого основания, соединенного с пятиуглеродным углеводом (пентозой) – дезоксирибозой (в случае ДНК) или рибозой (в случае РНК), который соединяется с остатком фосфорной кислоты (H₂PO₃–).

Азотистые основания бывают двух типов: пиримидиновые основания – урацил (только в РНК), цитозин и тимин, пуриновые основания – аденин и гуанин.

Рис. 5. Структура нуклеотидов (слева), расположение нуклеотида в ДНК (снизу) и типы азотистых оснований (справа): пиримидиновые и пуриновые

---

Атомы углерода в молекуле пентозы нумеруются числами от 1 до 5. Фосфат соединяется с третьим и пятым атомами углерода. Так нуклеинотиды соединяются в цепь нуклеиновой кислоты. Таким образом, мы можем выделить 3’ и 5’-концы цепи ДНК:

Рис. 6. Выделение 3’ и 5’-концов цепи ДНК

Две цепи ДНК образуют двойную спираль. Эти цепи в спирали сориентированы в противоположных направлениях. В разных цепях ДНК азотистые основания соединены между собой с помощью водородных связей. Аденин всегда соединяется с тимином, а цитозин – с гуанином. Это называется правилом комплементарности (см. принцип комплементарности).

Правило комплементарности:

Например, если нам дана цепь ДНК, имеющая последовательность

3’– ATGTCCTAGCTGCTCG – 5’,

то вторая ей цепь будет комплементарна и направлена в противоположном направлении – от 5’-конца к 3’-концу:

5’– TACAGGATCGACGAGC– 3’.

Рис. 7. Направленность цепей молекулы ДНК и соединение азотистых оснований с помощью водородных связей

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК

Репликация ДНК – это процесс удвоения молекулы ДНК путем матричного синтеза. В большинстве случаев естественной репликации ДНК праймером для синтеза ДНК является короткий фрагмент РНК (создаваемый заново). Такой рибонуклеотидный праймер создается ферментом праймазой (ДНК-праймаза у прокариот, ДНК-полимераза у эукариот), и впоследствии заменяется дезоксирибонуклеотидами полимеразой, выполняющей в норме функции репарации (исправления химических повреждений и разрывов в молекле ДНК).

Репликация происходит по полуконсервативному механизму. Это значит, что двойная спираль ДНК расплетается и на каждой из ее цепей по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Дочерняя молекула ДНК, таким образом, содержит в себе одну цепь от материнской молекулы и одну вновь синтезированную. Репликация происходит в направлении от 3’ к 5’ концу материнской цепи.

Рис. 8. Репликация (удвоение) молекулы ДНК

ДНК-синтез – это не такой сложный процесс, как может показаться на первый взгляд. Если подумать, то для начала нужно разобраться, что же такое синтез. Это процесс объединения чего-либо в одно целое. Образование новой молекулы ДНК проходит в несколько этапов:

1) ДНК-топоизомераза, располагаясь перед вилкой репликации, разрезает ДНК для того, чтобы облегчить ее расплетание и раскручивание.
2) ДНК-хеликаза вслед за топоизомеразой влияет на процесс «расплетения» спирали ДНК.
3) ДНК-связывающие белки осуществляют связывание нитей ДНК, а также проводят их стабилизацию, не допуская их прилипания друг к другу.
4) ДНК-полимераза δ (дельта), согласовано со скоростью движения репликативной вилки, осуществляет синтез ведущей цепи дочерней ДНК в направлении 5’→3′ на матрице материнской нити ДНК по направлению от ее 3′-конца к 5′-концу (скорость до 100 пар нуклеотидов в секунду). Этим события на данной материнской нити ДНК ограничиваются.

Рис. 9. Схематическое изображение процесса репликации ДНК: (1) Отстающая цепь (запаздывающая нить), (2) Ведущая цепь (лидирующая нить), (3) ДНК-полимераза α (Polα), (4) ДНК-лигаза, (5) РНК-праймер, (6) Праймаза, (7) Фрагмент Оказаки, (8) ДНК-полимераза δ (Polδ), (9) Хеликаза, (10) Однонитевые ДНК-связывающие белки, (11) Топоизомераза.

---

 Далее описан синтез отстающей цепи дочерней ДНК (см. Схему репликативной вилки и функции ферментов репликации)

Нагляднее о репликации ДНК см. видео →

5) Непосредственно сразу после расплетания и стабилизации другой нити материнской молекулы к ней присоединяется ДНК-полимераза α (альфа) и в направлении 5’→3′ синтезирует праймер (РНК-затравку) – последовательность РНК на матрице ДНК длиной от 10 до 200 нуклеотидов. После этого фермент удаляется с нити ДНК. 

Вместо ДНК-полимеразы α к 3′-концу праймера присоединяется ДНК-полимераза ε.

6) ДНК-полимераза ε (эпсилон) как бы продолжает удлинять праймер, но в качестве субстрата встраивает дезоксирибонуклеотиды (в количестве 150-200 нуклеотидов). В результате образуется цельная нить из двух частей – РНК (т.е. праймер) и ДНК. ДНК-полимераза ε работает до тех пор, пока не встретит праймер предыдущего фрагмента Оказаки (синтезированный чуть ранее). После этого данный фермент удаляется с цепи.

7) ДНК-полимераза β (бета) встает вместо ДНК-полимеразы ε, движется в том же направлении (5’→3′) и удаляет рибонуклеотиды праймера, одновременно встраивая дезоксирибонуклеотиды на их место. Фермент работает до полного удаления праймера, т.е. пока на его пути не встанет дезоксирибонуклеотид (еще более ранее синтезированный ДНК-полимеразой ε). Связать результат свой работы и впереди стоящую ДНК фермент не в состоянии, поэтому он сходит с цепи. 

В результате на матрице материнской нити “лежит” фрагмент дочерней ДНК. Он называется фрагмент Оказаки.

8) ДНК-лигаза производит сшивку двух соседних фрагментов Оказаки, т.е. 5′-конца отрезка, синтезированного ДНК-полимеразой ε, и 3′-конца цепи, встроенного ДНК-полимеразой β.

СТРОЕНИЕ РНК

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.

Так же, как ДНК, РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы. Однако в отличие от ДНК, РНК обычно имеет не две цепи, а одну. Пентоза в РНК представлена рибозой, а не дезоксирибозой (у рибозы присутствует дополнительная гидроксильная группа на втором атоме углевода). Наконец, ДНК отличается от РНК по составу азотистых оснований: вместо тимина (Т) в РНК представлен урацил (U), который также комплементарен аденину.

Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы используют РНК (мРНК) для программирования синтеза белков.

Клеточные РНК образуются в ходе процесса, называемого транскрипцией, то есть синтеза РНК на матрице ДНК, осуществляемого специальными ферментами – РНК-полимеразами.

Затем матричные РНК (мРНК) принимают участие в процессе, называемом трансляцией, т.е. синтеза белка на матрице мРНК при участии рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим модификациям, и после образования вторичной и третичной структур выполняют функции, зависящие от типа РНК.

Рис. 10.  Отличие ДНК от РНК по азотистому основанию: вместо тимина (Т) в РНК представлен урацил (U), который также комплементарен аденину.

ТРАНСКРИПЦИЯ

Транскрипция – это процесс синтеза РНК на матрице ДНК. ДНК раскручивается на одном из участков. На одной из цепей содержится информация, которую необходимо скопировать на молекулу РНК – эта цепь называется кодирующей. Вторая цепь ДНК, комплементарная кодирующей, называется матричной. В процессе транскрипции на матричной цепи в направлении 3’ – 5’ (по цепи ДНК) синтезируется комплементарная ей цепь РНК. Таким образом, создается РНК-копия кодирующей цепи.

Рис. 11. Схематическое изображение транскрипции

Например, если нам дана последовательность кодирующей цепи

3’– ATGTCCTAGCTGCTCG – 5’,

то, по правилу комплементарности, матричная цепь будет нести последовательность

5’– TACAGGATCGACGAGC– 3’,

а синтезируемая с нее РНК – последовательность

3’– AUGUCCUAGCUGCUCG – 5’.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Рассмотрим механизм синтеза белка на матрице РНК, а также генетический код и его свойства. Также для наглядности по ниже приведенной ссылке рекомендуем посмотреть небольшое видео о процессах транскрипции и трансляции, происходящих в живой клетке:

В представленном видоролике (кнопка-ссылка слева) показан процесс образования белка из аминокислот. Наглядно (в анимированном варианте) продемонстрированы процессы транскрипции и трансляции. Биосинтез белка на рибосоме также кратко описан в разделе Аминокислоты белков. Более подробное видео о геноме, ДНК и ее структуре, а также процессах кодировки представленно ниже на данной странице: Видео по теме ДНК

Рис. 12. Процесс синтеза белка: ДНК кодирует РНК, РНК кодирует белок

Трансляция – это процесс, посредством которого генетическая информация преобразуется в белки, рабочие лошадки клетки. Небольшие молекулы, называемые переносными РНК («тРНК»), играют решающую роль в трансляции; они являются молекулами-адаптерами, которые соответствуют кодонам (строительным блокам генетической информации) с аминокислотами (строительными блоками белков). Организмы несут множество типов тРНК, каждая из которых кодируется одним или несколькими генами («набор генов тРНК»).

Вообще говоря, функция набора генов тРНК – переводить 61 тип кодонов в 20 различных типов аминокислот – сохраняется в разных организмах. Тем не менее, состав набора генов тРНК может значительно варьировать между организмами.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

Генетический код – способ кодирования аминокислотной последовательности белков с помощью последовательности нуклеотидов. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов – кодоном или триплетом.

Генетический код, общий для большинства про- и эукариот. В таблице приведены все 64 кодона и указаны соответствующие аминокислоты. Порядок оснований — от 5′ к 3′ концу мРНК.

Таблица 1. Стандартный генетический код

1-е основа ние	2-е основание	3-е основа ние
U	C	A	G
U	UUU	Фенилаланин (Phe/F)	UCU	Серин (Ser/S)	UAU	Тирозин (Tyr/Y)	UGU	Цистеин (Cys/C)	U
UUC	UCC	UAC	UGC	C
UUA	Лейцин (Leu/L)	UCA	UAA	Стоп-кодон**	UGA	Стоп-кодон**	A
UUG	UCG	UAG	Стоп-кодон**	UGG	Триптофан (Trp/W)	G
C	CUU	CCU	Пролин (Pro/P)	CAU	Гистидин (His/H)	CGU	Аргинин (Arg/R)	U
CUC	CCC	CAC	CGC	C
CUA	CCA	CAA	Глутамин (Gln/Q)	CGA	A
CUG	CCG	CAG	CGG	G
A	AUU	Изолейцин (Ile/I)	ACU	Треонин (Thr/T)	AAU	Аспарагин (Asn/N)	AGU	Серин (Ser/S)	U
AUC	ACC	AAC	AGC	C
AUA	ACA	AAA	Лизин (Lys/K)	AGA	Аргинин (Arg/R)	A
AUG	Метионин* (Met/M)	ACG	AAG	AGG	G
G	GUU	Валин (Val/V)	GCU	Аланин (Ala/A)	GAU	Аспарагиновая кислота (Asp/D)	GGU	Глицин (Gly/G)	U
GUC	GCC	GAC	GGC	C
GUA	GCA	GAA	Глутаминовая кислота (Glu/E)	GGA	A
GUG	GCG	GAG	GGG	G

Среди триплетов есть 4 специальных последовательности, выполняющих функции «знаков препинания»:

• *Триплет AUG, также кодирующий метионин, называется старт-кодоном. С этого кодона начинается синтез молекулы белка. Таким образом, во время синтеза белка, первой аминокислотой в последовательности всегда будет метионин.

• **Триплеты UAA, UAG и UGA называются стоп-кодонами и не кодируют ни одной аминокислоты. На этих последовательностях синтез белка прекращается.

Свойства генетического кода

1. Триплетность. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов – триплетом или кодоном.

2. Непрерывность. Между триплетами нет никаких дополнительных нуклеотидов, информация считывается непрерывно.

3. Неперекрываемость. Один нуклеотид не может входить одновременно в два триплета.

4. Однозначность. Один кодон может кодировать только одну аминокислоту.

5. Вырожденность. Одна аминокислота может кодироваться несколькими разными кодонами.

6. Универсальность. Генетический код одинаков для всех живых организмов.

Пример. Нам дана последовательность кодирующей цепи:

3’– CCGATTGCACGTCGATCGTATA– 5’.

Матричная цепь будет иметь последовательность:

5’– GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT– 3’.

Теперь «синтезируем» с этой цепи информационную РНК:

3’– CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA– 5’.

Синтез белка идет в направлении 5’ → 3’, следовательно, нам нужно перевернуть последовательность, чтобы «прочитать» генетический код:

5’– AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC– 3’.

Теперь найдем старт-кодон AUG:

5’– AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC– 3’.

Разделим последовательность на триплеты:

Найдем стоп-кодон и согласно таблице генетического кода запишем последовательность аминокислот:

Центральная догма молекулярной биологии звучит следующим образом: информация с ДНК передается на РНК (транскрипция), с РНК – на белок (трансляция). ДНК также может удваиваться путем репликации, и также возможен процесс обратной транскрипции, когда по матрице РНК синтезируется ДНК, но такой процесс в основном характерен для вирусов.

Рис. 13. Центральная догма молекулярной биологии

ГЕНОМ: ГЕНЫ и ХРОМОСОМЫ

(общие понятия)

Геном – совокупность всех генов организма; его полный хромосомный набор.

Термин “геном” был предложен Г. Винклером в 1920 г. для описания совокупности генов, заключенных в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома в отличие от генотипа является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова. Большая часть ДНК эукариотических клеток представлена некодирующими (“избыточными”) последовательностями нуклеотидов, которые не заключают в себе информации о белках и нуклеиновых кислотах. Таким образом, основную часть генома любого организма составляет вся ДНК его гаплоидного набора хромосом.

Гены — это участки молекул ДНК, кодирующие полипептиды и молекулы РНК

За последнее столетие наше представление о генах существенно изменилось. Ранее геном называли участок хромосомы, кодирующий или определяющий один признак или фенотипическое (видимое) свойство, например цвет глаз.

Рис. 14. Соответствие между кодирующими участками ДНК, мРНК и аминокислотной последовательностью полипептидной цепи.

В 1940 г. Джордж Бидл и Эдвард Тейтем предложили молекулярное определение гена. Ученые обрабатывали споры гриба Neurospora crassa рентгеновским излучением и другими агентами, вызывающими изменения в последовательности ДНК (мутации), и обнаружили мутантные штаммы гриба, утратившие некоторые специфические ферменты, что в некоторых случаях приводило к нарушению целого метаболического пути. Бидл и Тейтем пришли к выводу, что ген — это участок генетического материала, который определяет или кодирует один фермент. Так появилась гипотеза «один ген — один фермент». Позднее эта концепция была расширена до определения «один ген — один полипептид», поскольку многие гены кодируют белки, не являющиеся ферментами, а полипептид может оказаться субъединицей сложного белкового комплекса.

На рис. 14 показана схема того, как триплеты нуклеотидов в ДНК определяют полипептид –  аминокислотную последовательность белка при посредничестве мРНК. Одна из цепей ДНК играет роль матрицы для синтеза мРНК, нуклеотидные триплеты (кодоны) которой комплементарны триплетам ДНК. У некоторых бактерий и многих эукариот кодирующие последовательности прерываются некодирующими участками(так называемыми интронами).

Современное биохимическое определение гена еще более конкретно. Генами называются все участки ДНК, кодирующие первичную последовательность конечных продуктов, к которым относятся полипептиды или РНК, обладающие структурной или каталитической функцией.

Наряду с генами ДНК содержит и другие последовательности, выполняющие исключительно регуляторную функцию. Регуляторные последовательности могут обозначать начало или конец генов, влиять на транскрипцию или указывать место инициации репликации или рекомбинации. Некоторые гены могут экспрессироваться разными путями, при этом один и тот же участок ДНК служит матрицей для образования разных продуктов.

Мы можем приблизительно рассчитать минимальный размер гена, кодирующего средний белок. Каждая аминокислота в полипептидной цепи кодируется последовательностью из трех нуклеотидов; последовательности этих триплетов (кодонов) соответствуют цепочке аминокислот в полипептиде, который кодируется данным геном. Полипептидная цепь из 350  аминокислотных остатков (цепь средней длины) соответствует последовательности из 1050 п.н. (пар нуклеотидов). Однако многие гены эукариот и некоторые гены прокариот прерываются сегментами ДНК, не несущими информации о белке, и поэтому оказываются значительно длиннее, чем показывает простой расчет.

Сколько генов в одной хромосоме?

 ДНК прокариот устроена более просто: их клетки не имеют ядра, поэтому ДНК находится непосредственно в цитоплазме в форме нуклеоида.

Как известно, бактериальные клетки имеют хромосому в виде нити ДНК, уложенной в компактную структуру – нуклеоид. Хромосома прокариота Escherichia coli, чей геном полностью расшифрован, представляет собой кольцевую молекулу ДНК (на самом деле, это не правильный круг, а скорее петля без начала и конца), состоящую из 4 639 675 п.н. В этой последовательности содержится примерно 4300 генов белков и еще 157 генов стабильных молекул РНК. В геноме человека примерно 3,1 млрд пар нуклеотидов, соответствующих почти 29 000 генам, расположенным на 24 разных хромосомах.

Прокариоты (Бактерии).

Бактерия E. coli имеет одну двухцепочечную кольцевую молекулу ДНК. Она состоит из 4 639 675 п.н. и достигает в длину примерно 1,7 мм, что превышает длину самой клетки E. coli приблизительно в 850 раз. Помимо крупной кольцевой хромосомы в составе нуклеоида многие бактерии содержат одну или несколько маленьких кольцевых молекул ДНК, свободно располагающихся в цитозоле. Такие внехромосомные элементы называют плазмидами (рис. 16).

Большинство плазмид состоит всего из нескольких тысяч пар нуклеотидов, некоторые содержат более 10000 п. н. Они несут генетическую информацию и реплицируются с образованием дочерних плазмид, которые попадают в дочерние клетки в процессе деления родительской клетки. Плазмиды обнаружены не только в бактериях, но также в дрожжах и других грибах. Во многих случаях плазмиды не дают никаких преимуществ клеткам-хозяевам, и их единственная задача — независимое воспроизведение. Однако некоторые плазмиды несут полезные для хозяина гены. Например, содержащиеся в плазмидах гены могут придавать клеткам бактерий устойчивость к антибактериальным агентам. Плазмиды, несущие ген β-лактамазы, обеспечивают устойчивость к β-лактамным антибиотикам, таким как пенициллин и амоксициллин. Плазмиды могут переходить от клеток, устойчивых к антибиотикам, к другим клеткам того же или другого вида бактерий, в результате чего эти клетки также становятся резистентными. Интенсивное применение антибиотиков является мощным селективным фактором, способствующим распространению плазмид, кодирующих устойчивость к антибиотикам (а также транспозонов, которые кодируют аналогичные гены) среди болезнетворных бактерий, и приводит к появлению бактериальных штаммов с устойчивостью к нескольким антибиотикам. Врачи начинают понимать опасность широкого использования антибиотиков и назначают их только в случае острой необходимости. По аналогичным причинам ограничивается широкое использование антибиотиков для лечения сельскохозяйственных животных.

См. также: Равин Н.В., Шестаков С.В. Геном прокариот // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2013. Т. 17. № 4/2. С. 972–984.

Эукариоты.

Таблица 2. ДНК, гены и хромосомы некоторых организмов

	Общая ДНК, п.н.	Число хромосом*	Примерное число генов
Escherichia coli (бактерия)	4 639 675	1	4 435
Saccharomyces cerevisiae (дрожжи)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans (нематода)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana (растение)	119 186 200	10	33 000
Drosophila melanogaster (плодовая мушка)	120 367 260	18	20 000
Oryza sativa (рис)	480 000 000	24	57 000
Mus musculus (мышь)	2 634 266 500	40	27 000
Homo sapiens (человек)	3 070 128 600	46	29 000

Примечание. Информация постоянно обновляется; для получения более свежей информации обратитесь к сайтам, посвященным отдельным геномным проектам

*Для всех эукариот, кроме дрожжей, приводится диплоидный набор хромосом. Диплоидный набор хромосом (от греч. diploos- двойной и eidos- вид) – двойной набор хромосом (2n), каждая из которых имеет себе гомологичную.
**Гаплоидный набор. Дикие штаммы дрожжей обычно имеют восемь (октаплоидный) или больше наборов таких хромосом.
***Для самок с двумя Х хромосомами. У самцов есть Х хромосома, но нет Y, т. е. всего 11 хромосом.

---

В клетке дрожжей, одних из самых маленьких эукариот, в 2,6 раза больше ДНК, чем в клетке E. coli (табл. 2). Клетки плодовой мушки Drosophila, классического объекта генетических исследований, содержат в 35 раз больше ДНК, а клетки человека — примерно в 700 раз больше ДНК, чем клетки E. coli. Многие растения и амфибии содержат еще больше ДНК. Генетический материал клеток эукариот организован в виде хромосом. Диплоидный набор хромосом (2n) зависит от вида организма (табл. 2).

Например, в соматической клетке человека 46 хромосом (рис. 17). Каждая хромосома эукариотической клетки, как показано на рис. 17, а, содержит одну очень крупную двухспиральную молекулу ДНК. Двадцать четыре хромосомы человека (22 парные хромосомы и две половые хромосомы X и Y)  различаются по длине более чем в 25 раз. Каждая хромосома эукариот содержит определенный набор генов.

Рис. 17. Хромосомы эукариот. а — пара связанных и конденсированных сестринских хроматид из хромосомы человека. В такой форме эукариотические хромосомы пребывают после репликации и в метафазе в процессе митоза. б — полный набор хромосом из лейкоцита одного из авторов книги. В каждой нормальной соматической клетке человека содержится 46 хромосом.

---

Размер и функция ДНК как матрицы для хранения и передачи наследственного материала объясняют наличие особых структурных элементов в организации этой молекулы. У высших организмов ДНК распределена между хромосомами.

Совокупность ДНК (хромосом) организма называется геномом. Хромосомы находятся в клеточном ядре и формируют структуру, называемую хроматином. Хроматин представляет собой комплекс ДНК и основных белков (гистонов) в соотношении 1:1. Длину ДНК обычно измеряют числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Например, 3-я хромосома человека представляет собой молекулу ДНК размером 160 млн п.н.. Выделенная линеаризованная ДНК размером 3*10⁶ п.н. имеет длину примерно 1 мм, следовательно, линеаризованная молекула 3-й хромосомы человека была бы 5 мм в длину, а ДНК всех 23 хромосом (~3*10⁹ п.н., MR = 1,8*10¹²) гаплоидной клетки – яйцеклетки или сперматозоида – в линеаризованном виде составляла бы 1 м. За исключением половых клеток, все клетки организма человека (их около 1013) содержат двойной набор хромосом. При клеточном делении все 46 молекул ДНК реплицируются и снова организуются в 46 хромосом.

---

Если соединить между собой молекулы ДНК человеческого генома (22 хромосомы и хромосомы X и Y или Х и Х), получится последовательность длиной около одного метра. Прим.: У всех млекопитающих и других организмов с гетерогаметным мужским полом, у самок две X-хромосомы (XX), а у самцов — одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY).

Большинство клеток человека диплоидны, поэтому общая длина ДНК таких клеток около 2м. У взрослого человека примерно 10¹⁴ клеток, таким образом, общая длина всех молекул ДНК составляет 2・10¹¹ км. Для сравнения, окружность Земли — 4・10⁴ км, а расстояние от Земли до Солнца — 1,5・10⁸ км. Вот как удивительно компактно упакована ДНК в наших клетках!

В клетках эукариот есть и другие органеллы, содержащие ДНК, — это митохондрии и хлоропласты. Выдвигалось множество гипотез относительно происхождения ДНК митохондрий и хлоропластов. Общепризнанная сегодня точка зрения заключается в том, что они представляют собой рудименты хромосом древних бактерий, которые проникли в цитоплазму хозяйских клеток и стали предшественниками этих органелл. Митохондриальная ДНК кодирует митохондриальные тРНК и рРНК, а также несколько митохондриальных белков. Более 95% митохондриальных белков кодируется ядерной ДНК.

СТРОЕНИЕ ГЕНОВ

Рассмотрим строение гена у прокариот и эукариот, их сходства и различия. Несмотря на то, что ген — это участок ДНК, кодирующий всего один белок или РНК, кроме непосредственно кодирующей части, он также включает в себя регуляторные и иные структурные элементы, имеющие разное строение у прокариот и эукариот.

Кодирующая последовательность – основная структурно-функциональная единица гена, именно в ней находятся триплеты нуклеотидов, кодирующие аминокислотную последовательность. Она начинается со старт-кодона и заканчивается стоп-кодоном.

До и после кодирующей последовательности находятся нетранслируемые 5’- и 3’-последовательности. Они выполняют регуляторные и вспомогательные функции, например, обеспечивают посадку рибосомы на и-РНК.

Нетранслируемые и кодирующая последовательности составлют единицу транскрипции – транскрибируемый участок ДНК, то есть участок ДНК, с которого происходит синтез и-РНК.

Терминатор – нетранскрибируемый участок ДНК в конце гена, на котором останавливается синтез РНК.

В начале гена находится регуляторная область, включающая в себя промотор и оператор.

Промотор – последовательность, с которой связывается полимераза в процессе инициации транскрипции. Оператор – это область, с которой могут связываться специальные белки – репрессоры, которые могут уменьшать активность синтеза РНК с этого гена – иначе говоря, уменьшать его экспрессию.

Строение генов у прокариот

Общий план строения генов у прокариот и эукариот не отличается – и те, и другие содержат регуляторную область с промотором и оператором, единицу транскрипции с кодирующей и нетранслируемыми последовательностями и терминатор. Однако организация генов у прокариот и эукариот отличается.

Рис. 18. Схема строения гена у прокариот (бактерий) – изображение увеличивается

В начале и в конце оперона есть единые регуляторные области для нескольких структурных генов. С транскрибируемого участка оперона считывается одна молекула и-РНК, которая содержит несколько кодирующих последовательностей, в каждой из которых есть свой старт- и стоп-кодон. С каждого из таких участков синтезируется один белок. Таким образом, с одной молекулы и-РНК синтезируется несколько молекул белка.

Для прокариот характерно объединение нескольких генов в единую функциональную единицу – оперон. Работу оперона могут регулировать другие гены, которые могут быть заметно удалены от самого оперона – регуляторы. Белок, транслируемый с этого гена называется репрессор. Он связывается с оператором оперона, регулируя экспрессию сразу всех генов, в нем содержащихся.

Для прокариот также характерно явление сопряжения транскрипции и трансляции.

Рис. 19 Явление сопряжения транскрипции и трансляции у прокариот – изображение увеличивается

Такое сопряжение не встречается у эукариот из-за наличия у них ядерной оболочки, отделяющей цитоплазму, где происходит трансляция, от генетического материала, на котором происходит транскрипция. У прокариот во время синтеза РНК на матрице ДНК с синтезируемой молекулой РНК может сразу связываться рибосома. Таким образом, трансляция начинается еще до завершения транскрипции. Более того, с одной молекулой РНК может одновременно связываться несколько рибосом, синтезируя сразу несколько молекул одного белка.

Строение генов у эукариот

Гены и хромосомы эукариот очень сложно организованы

У бактерий многих видов всего одна хромосома, и почти во всех случаях в каждой хромосоме присутствует по одной копии каждого гена. Лишь  немногие гены, например гены рРНК, содержатся в нескольких копиях. Гены и регуляторные последовательности составляют практически весь геном прокариот. Более того, почти каждый ген строго соответствует аминокислотной последовательности (или последовательности РНК), которую он кодирует (рис. 14).

Структурная и функциональная организация генов эукариот гораздо сложнее. Исследование хромосом эукариот, а позднее секвенирование полных последовательностей геномов эукариот принесло много сюрпризов. Многие, если не большинство, генов эукариот обладают интересной особенностью: их нуклеотидные последовательности содержат один или несколько участков ДНК, в которых не кодируется аминокислотная последовательность полипептидного продукта. Такие нетранслируемые вставки нарушают прямое соответствие между нуклеотидной последовательностью гена и аминокислотной последовательностью кодируемого полипептида. Эти нетранслируемые сегменты в составе генов называют интронами, или встроенными последовательностями, а кодирующие сегменты — экзонами. У прокариот лишь немногие гены содержат интроны.

Итак, у эукариот практически не встречается объединение генов в опероны, и кодирующая последовательность гена эукариот чаще всего разделена на транслируемые участки – экзоны, и нетранслируемые участки – интроны.

В большинстве случаев функция интронов не установлена. В целом, лишь около 1,5% ДНК человека являются ≪кодирующими≫, т. е. несут информацию о белках или РНК. Однако с учетом крупных интронов получается, что ДНК человека на 30% состоит из генов. Поскольку гены составляют относительно небольшую долю в геноме человека, значительная часть ДНК остается неучтенной.

Рис. 16. Схема строение гена у эукариот – изображение увеличивается

С каждого гена сначала синтезируется незрелая, или пре-РНК, которая содержит в себе как интроны, так и экзоны.

После этого проходит процесс сплайсинга, в результате которого интронные участки вырезаются, и образуется зрелая иРНК, с которой может быть синтезирован белок.

Рис. 20. Процесс альтернативного сплайсинга – изображение увеличивается

Такая организация генов позволяет, например, осуществить процесс альтернативного сплайсинга, когда с одного гена могут быть синтезированы разные формы белка, за счет того, что в процессе сплайсинга экзоны могут сшиваться в разных последовательностях.

Сравнение строения генов прокариот и эукариот

Рис. 21. Отличия в строении генов прокариот и эукариот – изображение увеличивается

МУТАЦИИ И МУТАГЕНЕЗ

Мутацией называется стойкое изменение генотипа, то есть изменение нуклеотидной последовательности.

Процесс, который приводит к возникновению мутаций называется мутагенезом, а организм, все клетки которого несут одну и ту же мутацию — мутантом.

Мутационная теория была впервые сформулирована Гуго де Фризом в 1903 году. Современный ее вариант включает в себя следующие положения:

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно.

2. Мутации передаются из поколения в поколение.

3. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными, доминантными или рецессивными.

4. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

5. Сходные мутации могут возникать повторно.

6. Мутации не направленны.

Мутации могут возникать под действием различных факторов. Различают мутации, возникшие под действием мутагенных воздействий: физических (например, ультрафиолета или радиации), химических (например, колхицина или активных форм кислорода) и биологических (например, вирусов). Также мутации могут быть вызваны ошибками репликации.

В зависимости от условий появления мутации подразделяют на спонтанные — то есть мутации, возникшие в нормальных условиях, и индуцированые — то есть мутации, которые возникли при особых условиях.

Мутации могут возникать не только в ядерной ДНК, но и, например, в ДНК митохондрий или пластид. Соответственно, мы можем выделять ядерные и цитоплазматические мутации.

В результате возникновения мутаций часто могут появляться новые аллели. Если мутантный аллель подавляет действие нормального, мутация называется доминантной. Если нормальный аллель подавляет мутантный, такая мутация называется рецессивной. Большинство мутаций, приводящих к возникновению новых аллелей являются рецессивными.

По эффекту выделяют мутации адаптивные, приводящие к повышению приспособленности организма к среде, нейтральные, не влияющие на выживаемость, вредные, понижающие приспособленность организмов к условиям среды и летальные, приводящие к смерти организма на ранних стадиях развития.

По последствиям выделяются мутации, приводящие к потери функции белка, мутации, приводящие к возникновению у белка новой функции, а также мутации, которые изменяют дозу гена, и, соответственно, дозу белка синтезируемого с него.

Мутация может возникнуть к любой клетке организма. Если мутация возникает в половой клетке, она называется герминативной (герминальной, или генеративной). Такие мутации не проявляются у того организма, у которого они появились, но приводят к появлению мутантов в потомстве и передаются по наследству, поэтому они важны для генетики и эволюции. Если мутация возникает в любой другой клетке, она называется соматической. Такая мутация может в той или иной степени проявляться у того организма, у которого она возникла, например, приводить к образованию раковых опухолей. Однако такая мутация не передается по наследству и не влияет на потомков.

Мутации могут затрагивать разные по размеру участки генома. Выделяют генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации

Мутации, которые возникают в масштабе меньшем, чем один ген, называются генными, или точечными (точковыми). Такие мутации приводят к изменению одного и нескольких нуклеотидов в последовательности. Среди генных мутаций выделяют замены, приводящие к замене одного нуклеотида на другой, делеции, приводящие к выпадению одного из нуклеотидов, инсерции, приводящие к добавлению лишнего нуклеотида в последовательность.

Рис. 23. Генные (точечные) мутации

По механизму воздействия на белок, генные мутации делят на: синонимичные, которые (в результате вырожденности генетического кода) не приводят к изменению аминокислотного состава белкового продукта, миссенс-мутации, которые приводят к замене одной аминокислоты на другую и могут влиять на структуру синтезируемого белка, хотя часто они оказываются незначительными, нонсенс-мутации, приводящие к замене кодирующего кодона на стоп-кодон, мутации, приводящие к нарушению сплайсинга:

Рис. 24. Схемы мутаций

Также по механизму воздействия на белок выделяют мутации, приводящие к сдвигу рамки считывания, например, инсерции и делеции. Такие мутации, как и нонсенс-мутации, хоть и возникают в одной точке гена, часто воздействуют на всю структуру белка, что может привести к полному изменению его структуры.

Рис. 25. Схема мутации, приводящей к сдвигу рамки считывания

Хромосомные мутации

Рис. 26. Хромосомные абберации

Хромосомными мутациями называются мутации, которые затрагивают отдельные гены в рамках одной хромосомы. Различают делеции, когда теряется один или несколько генов, дупликации, когда удваивается тот или иной ген или несколько генов, инверсии, когда участок хромосомы поворачивается на 180 градусов, транслокации, когда гены переходят с одной хромосомы на другую. 

 

Рис. 27. Схемы хромосомных мутаций: делеции, дупликации, инверсии

Рис. 28. Транслокация	Рис. 29. Хромосома до и после дупликации

Геномные мутации

Наконец, геномные мутации затрагивают весь геном целиком, то есть меняется количество хромосом. Выделяют полиплоидии — увеличение плоидности клетки, и анеуплоидии, то есть изменение количества хромосом, например, трисомии (наличие у одной из хромосом дополнительного гомолога) и моносомии (отсутствие у хромосомы гомолога).

Видео по теме ДНК

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК, КОДИРОВАНИЕ РНК, СИНТЕЗ БЕЛКА

(Если видео не отображается оно доступно по ссылке→)

См. дополнительно:

• Нуклеиновые кислоты (PDF)
• Общие сведения о секвенировании биополимеров
• Метагеномика и микробиом
• Бактериальный иммунитет и система CRISPR/Cas
• Трансляция белка на рисбосоме (общие сведения)
• Раскрыт секрет спиральной структуры ДНК (новое о ДНК)
• Антимутагенные свойства пробиотиков (в свете защиты ДНК)
• МикроРНК, микробиом кишечника и иммунитет
• Эпигенетика, короткоцепочечные жирные кислоты и врожденная иммунная память
• Замедление старения: роль питательных веществ и микробиоты в модуляции эпигенома (о метилировании ДНК)

Литература в помощь:

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

1. ПРОБИОТИКИ
2. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
3. СИНБИОТИКИ
4. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
5. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
6. ПРОПИОНИКС
7. ЙОДПРОПИОНИКС
8. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
9. ГЕМОПРОПИОВИТ
10. БИФИКАРДИО
11. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
12. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
13. БИФИДОБАКТЕРИИ
14. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
15. МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА
16. МИКРОФЛОРА ЖКТ
17. ДИСБИОЗ КИШЕЧНИКА
18. МИКРОБИОМ и ВЗК
19. МИКРОБИОМ И РАК
20. МИКРОБИОМ, СЕРДЦЕ И СОСУДЫ
21. МИКРОБИОМ И ПЕЧЕНЬ
22. МИКРОБИОМ И ПОЧКИ
23. МИКРОБИОМ И ЛЕГКИЕ
24. МИКРОБИОМ И ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА
25. МИКРОБИОМ И ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА
26. МИКРОБИОМ И КОЖНЫЕ БОЛЕЗНИ
27. МИКРОБИОМ И КОСТИ
28. МИКРОБИОМ И ОЖИРЕНИЕ
29. МИКРОБИОМ И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
30. МИКРОБИОМ И ФУНКЦИИ МОЗГА
31. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
32. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
33. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
34. МИКРОБИОМ и ИММУНИТЕТ
35. МИКРОБИОМ И АУТОИММУННЫЕ БОЛЕЗНИ
36. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
37. ПРОБИОТИКИ, БЕРЕМЕННОСТЬ, РОДЫ
38. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
39. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
40. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
41. КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
42. СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
43. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
44. МИКРОБИОМ И ПРЕЦИЗИОННОЕ ПИТАНИЕ
45. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
46. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
47. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
48. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
49. НОВОСТИ

Как правильно записать генетическую информацию, работа с таблицей генетического кода

Составление цепочки аминокислот первичной стуктуры закодированного белка

Задача 145.
В какой последовательности будут располагаться нуклеотиды во транскрибируемой цепи ДНК и в иРНК, если смысловая цепочка ДНК имеет следующий состав:
3′ ТАЦ-ГГТ-АТА-ГЦГ-ЦТТ-ААГ-ЦЦТ-ЦАТ-АТЦ 5′
Используя таблицу генетического кода, составьте цепочку аминокислот первичной стуктуры закодированного белка. Запишите кодоны тРНК, кодирующие эти аминокислоты.
Решение:
1. По принципу комплементарности (Г = Ц, А = Т) смысловой ДНК следующего вида 3’ТАЦ-ГГТ-АТА-ГЦГ-ЦТТ-ААГ-ЦЦТ-ЦАТ-АТЦ 5′ выставим нуклеотдную последовательность во транскрибируемой цепи ДНК, получим:

Смысловая цепь ДНК: 3′ ТАЦ-ГГТ-АТА-ГЦГ-ЦТТ-ААГ-ЦЦТ-ЦАТ-АТЦ 5′
Транскрибируемая цепь ДНК: 5′ АТГ-ЦЦА-ТАТ-ЦГЦ-ГАА-ТТЦ-ГГА-ГТА-ТАГ 3′

2. На основе кода транскрибируемой (матричной) цепи ДНК строим иРНК также пользуясь принципом комплементарности (А-У, Г-Ц), разбивая ее на триплеты (кодоны): 

мДНК: 5′ АТГ-ЦЦА-ТАТ-ЦГЦ-ГАА-ТТЦ-ГГА-ГТА-ТАГ 3′
иРНК: 3′ УАЦ-ГГУ-АУА-ГЦГ-ЦУУ-ААГ-ЦЦУ-ЦАУ-АУЦ 5′

Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами, получим: 

тирозин-глицин-изолейцин-аланин-лейцин-лизин-пролин-гистидин-изолейцин.

3. К кодонам иРНК подбираются комплементарные антикодоны-триплеты нуклеотидов тРНК, и соединяются водородными связями (кодон=антикодон) тоже по принципу комплементарности. Запишем кодоны тРНК, получим:

иРНК: 3′ УАЦ-ГГУ-АУА-ГЦГ-ЦУУ-ААГ-ЦЦУ-ЦАУ-АУЦ 5′
тРНК: 5′ АУГ-ЦЦА-УАУ-ЦГЦ-ГАА-УУЦ-ГГА-ГУА-УАГ 3′

 

---

---

Определение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК или РНК

Задача 147.
Одноцепочный фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГТГАТГАТГААГГТТГТА. Какой будет структура этой ДНК после репликации?
Решение:
Репликация — удвоение (копирование) молекулы ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) – в Ц (цитозин).
Тогда можно записать:

1-я цепь ДНК: ЦГТГАТГАТГААГГТТГТА
2-я цепь ДНК: ГЦАЦТАЦТАЦТТЦЦААЦАТ
 

---

Задача 148.
1. Каков нуклеотидный состав ДНК, если в и-РНК содержится гуанина – 9%, аденина – 23%, урацила – 27%?
Решение:
Так как иРНК одноцепочечная, то, если в ней содержится гуанина – 9%, аденина – 23%, урацила – 27%, значит цитозина будет содержаться 41% (100% – 9% – 23% -27% = 41).
Зная, что молекула иРНК комплементарна одной цепи ДНК, можно посчитать содержащиеся в этой цепи нуклеотиды: 23% аденина в иРНК соответствует 23% тимина в ДНК, 9% гуанина в иРНК соответствует 9% цитозина в ДНК, 41% цитозина в иРНК соответствует 41% гуанина в ДНК, 27% урацила в иРНК соответствует 27% аденина в ДНК.
Теперь по принципу комплементарности можно посчитать нуклеотиды во второй цепи ДНК. Если в первой цепи 23% тимина, то во второй цепи будет 22% аденина (Т = А), 
если в первой цепи 9% цитозина, то во второй цепи будет 9% гуанина (Ц = Г), соответственно во второй цепи будет 41% цитозина напротив Г (Г = Ц) и 27% Т напротив А (А = Т).
Теперь можно посчитать нуклеотиды в двух цепях: А = 27% в первой цепи + 23% во второй цепи = 50%, Т = А тоже 50%, Г = 41% в одной цепи + 9% во второй цепи = 50%, значит Ц тоже будет 50%. 

Ответ: А = 50%, Т = 50%,  Г= 50%, Ц = 50%.

 

---

Определение длины и массы участка ДНК или РНК

Задача 149.
Определите длину отрезка молекулы ДНК, состоящей из 100 пар нуклеотидов. В ответе запишите только соответствующее число.
Решение:
Известно, что длина одного нуклеотида равна 0,34 нм. Значит, длина ДНК будет 100 х 0,34 нм = 34 нм.
 

---

Задача 150. 
Фрагмент кодирующей цепи гена мыши содержит 1850 нуклеотидов. Кодирующая часть данного фрагмента 15 гена содержит 300 адениловых, 200 тимидиловых, 100 гуаниловых нуклеотидов. Определите: 1) длину данного фрагмента ДНК 2) процентное содержание нуклеотидов каждого вида в зрелой и-РНК.
Решение:
1. Так как общее число нуклеотидов фрагмента кодирующей цепи гена мыши равно 1850, то зная длину нуклеотида в цепи, можно вычислить длину ДНК: 
1850 х 0,34 нм = 629 нм.
2. Кодирующая часть данного фрагмента 15 гена содержит 300 адениловых, 200 тимидиловых, 100 гуаниловых нуклеотидов, а число цитозиновых нуклеотидов рассчитаем:
1860 – 300 – 200 – 100 = 1250. Зная, что молекула иРНК комплементарна одной цепи ДНК, можно посчитать содержащиеся в этой цепи число нуклеотидов каждого вида: 

300 аденила в ДНК соответствует 300 урацила в иРНК, 200 тимнана в ДНК соответствует 200 аденина в иРНК, 100 гуанина в ДНК соответствует 100 цитозинам в иРНК, 1250 цитозина в ДНК соответствует 1250 гуанина в иРНК. 
Теперь можно посчитать нуклеотиды в цепи иРНК:

У = 16,2 [(300 ^. 100%)/1850 = 16,2%]; 
А = 10,8 [(200 ^. 100%)/1850 = 10,8%]; 
Ц = 5,4 [(100 ^. 100%)/1850 = 5,4%]; 
Г = 67,6 [(1250 ^. 100%)/1850 = 67,6%].

 

---

Задача 151.
Достроить вторую нить ДНК по принципу комплиментарности. Определить в процентном соотношении количество А-? Т-? Ц-? Г-?
Фрагмент нити ДНК: АЦГЦАЦЦГЦЦАГЦГЦ
Решение:
1-я цепь молекулы ДНК комплементарна второй (А – Т, Г – Ц). Используя правило комплементарности, в соответствии с кодом правой цепи ДНК записываем нуклеотиды 2-й цепи, получим:

1-я цепь ДНК: АЦГЦАЦЦГЦЦАГЦГЦ
2-я цепь ДНК: ТГЦГТГГЦГГТЦГЦГ

Пдсчитаем общее количество нуклетидов, а также количество аденинов в молекуле ДНК, получим:
общее число нуклеотидов – 30;
аденинов (А) – 3, что составляет 10% от общего числа нуклеотидов в молекуле ДНК [(3 ^. 100%)]/30 = 10%.

Согласно принципу комплементарности аденин всегда стоит в паре с тимином, значит их количество одинаково, т.е. А = Т = 10%, а вместе они составляют 20%. 
Тогда на долю остальных нуклеотидов приходится 100% – 20% = 80%. Поскольку гуанин всегда находится в паре с цитозином, то Г = Ц = 80%, а на каждого из них приходится 80 : 2 = 40%.
 

---

Задача 152.
Участок молекулы белка включает следующие аминокислоты: -лей-вал-сер-алан-. Какова масса участка одной цепи гена, кодирующей данный белок, если масса одного нуклеотида равна 350?
Решение:
Каждая аминокислота кодируется кодоном иРНК, состоящим из трех нуклеотидов (триплет), поэтому участок молекулы белка из четырех аминокислот кодируется 12 нуклеотидами: 4 ^. 3 = 12. Если масса одного нуклеотида равна 350 а.е.м. (атомных единиц массы), то молекулярная масса 12 нуклеотидов равна: 4200 а.е.м. (350 ^. 12 = 4200).
 

---

Задача 153.
Какие т-РНК (c какими антикодонами) участвуют в синтезе белка по матрице, следующей иРНК: ААААЦАГУУАЦА?
Решение:
Разобьем иРНК на триплеты: ААА-АЦА-ГУУ-АЦА. К кодонам иРНК подбираются комплементарные антикодоны-триплеты нуклеотидов тРНК, и соединяются водородными 
связями (кодон=антикодон) тоже по принципу комплементарности. Каждый триплет тРНК приносит определенную аминокислоту, согласно генетическому коду. Цепь аминокислот и есть синтезируемый белок. Антикодоны тРНК пишутся через запятую. Следовательно, при решении данной задачи необходимо записать:

иРНК: ААА-АЦА-ГУУ-АЦА
тРНК: УУУ,УГУ,ЦАА,УГУ

---

Лысенко Ольга Александровна

учитель биологии и химии

муниципальногообщеобразовательного учреждения

«Александровская школа Марьинского района» г. Донецка

lisenkooo@gmail.com

Решение цитогенетических задач

ПАМЯТКА ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 9-11 КЛАССОВ

I Определение последовательности аминокислот в фрагменте молекулы белка на основании последовательности нуклеотидов ДНК с использованием таблицы генетического кода

• Рекомендации:

• Внимательно прочитать условие задачи.

• Определить, для ДНК или и-РНК приведена таблица генетического кода; если в таблице присутствует тимин (Т) это код для ДНК, если урацил (У) – для и-РНК.

• Если в задаче указано, что данный фрагмент цепи ДНК кодирует белок, не нужно находить состав второй цепи.

• Рекомендации:

• Помните: чтобы определить, какие аминокислоты переносят данные в задаче т-РНК, необходимо по их антикодонам найти кодоны и-РНК, а затем по таблице найти аминокислоты.

• Если в задаче сказано, что нуклеотидная цепь ДНК подверглась каким-то изменениям, нужно сначала получить измененную цепь ДНК, а затем выполнять действия, какие требуются.

• Пример:

Фрагмент одной из цепей ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТЦАГГАТГЦАТГАЦЦ. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и порядок расположения аминокислот в соответствующем полипептиде. Как изменится аминокислотная последовательность в полипептиде, если второй и четвёртый триплеты ДНК поменять местами? Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Ход решения: 1) По принципу комплементарности определим последовательность нуклеотидов в и-РНК: Цепь ДНК: ТЦАГГАТГЦАТГАЦЦ и-РНК: АГУЦЦУАЦГУАЦУГГ

Рекомендация: чтобы не ошибиться пишите одну цепь под другой.

2) По таблице генетического кода найдем аминокислоты: сер-про-тре-тир-три.

Рекомендация: названия аминокислот записывайте, как в таблице, сокращенно.

3) Если второй и четвёртый триплеты ДНК поменять местами, то получим измененную цепь ДНК: ТЦААТГТГЦГГААЦЦ; отсюда следует, что изменится и аминокислотная последовательность: на втором месте будет тир, а на четвертом про, т.е сер-тир-тре-про-три.

II Определение нуклеотидного состава ДНК, количества водородных связей между нуклеотидами

Рекомендации: для решения задач этого типа необходимо помнить принцип комплементарности:

– А – А – Ц – Т – Г – Г – Ц – Г – А –

││ ││ │││ ││ │││ │││ │││ │││ ││

– Т – Т – Г – А – Ц – Ц – Г – Ц – Т –

• Содержание А=Т или АТ=1

• Содержание Г=Ц или ГЦ=1

• Пример:

Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300 нуклеотидов с аденином (А), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г) и 200 нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое число нуклеотидов с А, Т, Г и Ц содержится в двухцепочной молекуле ДНК? Сколько водородных связей образовано между цепями этой молекулы ДНК? Ответ поясните.

Ход решения: 1) согласно принципу комплементарности во второй цепи ДНК содержится нуклеотидов: А 100, Т 300, Г 200, Ц 150; в двух цепях ДНК содержится нуклеотидов: А 400, Т 400, Ц 350, Г 350;

2) между А и Т образуется две водородные связи, между Г и Ц три;

3) всего в данном фрагменте ДНК пар А-Т 400, пар Г-Ц 350; значит водородных связей 400х2+350х3 = 1850.

III Определение количества нуклеотидов (триплетов) в участке ДНК (и-РНК) по количеству аминокислот, входящих в состав молекулы белка

Рекомендации:

Помните:

• один триплет (кодон) кодирует одну аминокислоту, следовательно, число кодонов равно количеству аминокислот в белке;

• Одна трнк за один раз может перенести только одну аминокислоту, разные аминокислоты переносятся разными т-РНК, следовательно, число аминокислот равно количеству т-РНК, участвующих в синтезе белка;

• Все свои действия следует объяснять, т.к. в условии задачи содержится требование пояснить свой ответ.

Пример:

Полипептид состоит из 120 аминокислот. Определите число триплетов на участке гена, который кодирует первичную структуру этого полипептида, число нуклеотидов на и-РНК, участвующую в биосинтезе этого пептида, и число молекул т-РНК, участвующих в биосинтезе этого полипептида. Ответ поясните.

Ход решения: 1) Один триплет кодирует одну аминокислоту, значит, триплетов на участке гена (участке ДНК) будет 120;

2) и-РНК содержит, как и ДНК, 120 триплетов, т.к. и-РНК образуется в результате транскрипции, а ДНК служит матрицей для синтеза и-РНК; 120 триплетов содержат 120х3=360 нуклеотидов;

3) Одна т-РНК переносит одну аминокислоту, следовательно, для синтеза данного полипептида понадобится 120 т-РНК.

 Методические рекомендации по решение задач по молекулярной             биологии.    

Молекулярная  биология
– наука, ставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности
путем изучения биологических объектов  и систем на уровне, приближающемся к
молекулярному уровню, а в ряде случаем и достигающем этого предела. Конечной
целью при этом является выяснение того,   каким образом и в какой мере
характерные проявления жизни, такие, как наследственность – воспроизведение
себе  подобного, биосинтез белков,  возбудимость, рост и развитие, хранение и
передача информации, превращения энергии, подвижность и т. д., обусловлены структурой,
свойствами  и взаимодействием  молекул биологически важных веществ, в первую
очередь двух главных классов высокомолекулярных биополимеров – белков и
нуклеиновых кислот.                                           Неотъемлемой
частью изучения молекулярной биологии является     приобретение навыков решения
задач, методом применения на практике теоретических знаний биологических
закономерностей.                                                                         При
решении задач по молекулярной биологии используются   следующие  понятия и
термины: 

1. 
Антикодон (гр. анти – против + кодон) – участок  молекулы транспортной  РНК,
состоящий из трех нуклеотидов, специфически (комплементарно)  связывающийся с кодоном 
информационной  РНК, что обеспечивает правильную расстановку каждой
аминокислоты                      (в полипептидной цепи) при биосинтезе
белка.                                                                                                             

2. Аминокислота 
– класс органических   соединений, содержащих карбоксильные (-COOH)
 и аминогруппы   (-NH2)
 и обладающих свойствами кислот и оснований.                                                                                                     

3.  Ген –
(гр. генос – род, происхождение) – элементарная единица  наследственности;  участок
молекулы ДНК (у высших организмов)  и   РНК  (у вирусов и фагов), содержащая
информацию о первичной структуре одного белка.                                                                                                                       

4. Генетический
код  – система (записи) наследственной (генетической)  информации в
молекулах нуклеиновых кислот чередованием последовательности нуклеотидов.  Генетический
код  определяет последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся
полипептидную цепь в соответствии с последовательностью нуклеотидов ДНК гена.                                        
                                                                                          Общие свойства генетического кода:

> Триплетность – каждая
аминокислота кодируется тремя нуклеотидами;

> Вырожденность (избыточность)
– многие аминокислотные остатки кодируются несколькими кодонами;

> Однозначность –
каждый отдельный кодон кодирует только один аминокислотный остаток;

> Универсальность –
генетический код одинаков для всех исследованных организмов;

> Компактность –
между кодонами в и –  РНК нет «занятых» нуклеотидов, которые
не входят в последовательность кодонов данного гена.

> Неперекрываемость –
кодоны одного гена не перекрываются, (исключение: вирус и
бактериофаги).                                                                               

5.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – представляет собой
двойной неразветвленный полимер, свернутый в спираль, носитель генетической
информации, ее отдельные участки соответствуют определенным генам. ДНК –  биополимер,
мономерами являются дезоксирибонуклеотиды.                       Состав
нуклеотида:                                                                                                 
а) азотистое основание (пуриновое – аденин , гуанин; пиримидиновое
–  цитозин и  тимин);                                                                                                     
б) углевод – дизоксирибоза;                                                                                              в)
остаток фосфорной кислоты.                                                                          Функция
ДНК – хранение и передача наследственных свойств  клеток.                

6. Интроны –
участки гена (ДНК) эукариот, которые не несут генетической информации,
относящейся к синтезу белка, кодируемого данным геном. 

7. РНК (рибонуклеиновая
кислота)  –  представляет собой одинарную 
полинуклеотидную цепочку, биополимер – мономерами являются
рибонуклеотиды.                                                                                                         
Состав рибонуклеотида:                                                                                                  а)
азотистое основание (пуриновое – аденин , гуанин и  пиримидиновое
–  цитозин,  урацил);                                                                                                     
б) углевод – рибоза;                                                                                                                  в)
остаток фосфорной кислоты.                                                               
                                              
                                                                                                                        7.
Информационная РНК  или матричная РНК (и – РНК или м- РНК передает
код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы.

8. Рибосомальная
РНК  (р – РНК) – входит в состав особых органелл клетки – рибосом,
вместе с белками   р – РНК выполняет структурную функцию, обеспечения
определенное  пространственное расположение и- РНК и т- РНК во время синтеза
белковой молекулы.

9. Транспортная
РНК (т – РНК) переносит аминокислоты к рибосом.                                                                                                          

10. Кодон (триплет)
(фр. код – сборник условных сокращенных обозначений и названий) –
дискретная единица генетического кода, состоящего из 3-х последовательных нуклеотидов,
 в молекуле ДНК или  и – РНК.  Последовательность кодонов в гене
определяет последовательность аминокислот в полимерной цепи белка, 
кодируемого  этим геном.                                                                           

11. Комплементарность
(от лат. комплементум – дополнение) –
пространственная  взаимозаменяемость молекул или их частей, приводящая к
образованию водородных связей. Комплементарность  проявляется в
строение  нуклеиновых кислот, где в полинуклеотидной цепи в
результате комплементарного взаимодействия пар пуриновых и пиримидиновых
оснований  (А-Т,                 Г-Ц) образуют двуспиральную в молекулу.

12. Правило
Э. Чаргаффа – в
любых молекулах ДНК молярная сумма пуриновых оснований (аденин+гуанин) равна
сумме пиримидиновых оснований (цитозин + тимин), то есть – 
=1, молярное
содержание аденина равно  тимину, а гуанина- цитозину. Из правила Э.
Чаргаффа следует, что нуклеотидный состав ДНК различных видов может
варьировать только по суммам комплементарних оснований –  =1Правило  Э. Чаргаффа было
использовано для построения модели структуры   ДНК.                         

13. Рибосомы (от
рибонуклеиновая кислота и греч. сома – тельце) – немембранные органеллы клетки осуществляют
биосинтез белка,  имеют две разные по размерам субъединиц: большой и малой.
Каждая из субъединиц  состоит из взаимодействующих между собой  рибосомальной –
РНК (р -РНК) и белков.                                                                                                                       
                                                             

 14. Репарация (от лат. reparatio – восстановление) –
особая функция клеток, заключающаяся в  способности исправлять химические
повреждения и разрывы в молекулах ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе
ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов.

15.
Репликация – это свойство ДНК к самоудвоению,
оно основывается на принципе комплементарности (редупликации): (А=Т; Т=А;
Г=Ц; Ц=Г) последовательность нуклеотидов во вновь созданной цепи определяется
их расположением в цепи материнской молекулы ДНК, которая служит матрице             

16.
Транскрипция (лат. транскрипцио – переписывание) –
биосинтез и – РНК на матрице (соответствующих участках) ДНК, осуществляется в
клетках организма, –  первый этап реализации генетической информации, в
ходе которого, последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается»
в нуклеотидную последовательность и – РНК.

17. Трансляция (лат. трансляцио – передача) – синтез полипептидных
цепей белков, идущий в клетках путем  «считывания»  генетической информации,
«записанной» в виде последовательности  нуклеотидов в молекуле информационной
(и  – РНК)   или матричной (или м – РНК). Перевод генетической информации
с и- РНК в структуру специфических белков     осуществляется путем синтеза  («сбора»)
аминокислот в последовательности, соответствующей «записанному» на и – РНК
 генетическому коду. Трансляция  начинается всегда с триплета АУГ, который
кодирует аминокислоту метионин. Сигналом для окончания синтеза белка является
один из  стоп – кодонов (УАА, УАГ, УГА).                                              

18. Трансверсия
(лат. transverto — обращать, превращать)— мутация,
приводящая к замене пуринового основания на пиримидиновое (А или Г на Т, У или
Ц) или пиримидинового основания на пуриновое (Т, У или Ц на А или Г). Термин 
«трансверсия»  предложен Э. Фризом в 1959 году.

19. Транзиция (лат. transitus — переход, прохождение) — мутация,  
приводящая  к  замене одного пуринового азотистого основания на другое  (А на
Г) или одного пиримидинового азотистого основания на другое (У или Т на Ц).
Термин «Транзиция» предложен Э.Фризом в 1959году.

     20.  Экзоны –
участки гена (ДНК) эукариот, несущие генетическую информацию, которая, в
отличие от интронов, полностью представлена в молекуле и –
РНК, которая кодирует первичную структуру 
белка.                                                                                                                                 

21.  Линейные размеры нуклеотида 0,34 нм или 3,4 (Ангстрем)                     

22. Средняя длина одной аминокислоты 0,3635
нм.                                           

23. Молекулярная масса одной аминокислоты равна 100 а. е. м. или 100 Да (Да –
дальтон, единица измерения молекулярной массы одной

аминокислоты).                                   
                                                                              24.
Молекулярная масса  одного нуклеотида равна 345 а. е. м. или
345 (Да дальтон, единица измерения молекулярной массы одного нуклеотида).

на. Фризом в 1959

25. Таблица генетического кода

Решение задач на определение содержания элементов и органических
веществ в организме человека

1.
Содержание серы в организме человека составляет 0,25% от массы тела.

Какая
масса серы входит в состав организма человека массой 70 кг?

Дано:                                                                  ω(S) = 0,25%      m (тела) =70кг.

M (S) – ?

Алгоритм решения задачи.

                             Решение

    ω =  :100%;

                              
                    m(S)==

     Ответ:  0,175кг серы

2. В клетках организма
человека кассовые части кислорода, углерода и водорода составляют
соответственно 15%, 18%, 10%. Атомы какого из названных элементов в
организме человека больше всего.

3. Гемоглобин крови
человека содержит 0,34% железа. Определите молекулярную массу
гемоглобина.

4. Белок содержит 0,5%
глицина, молекулярная масса глицина 75. Чему равна минимальная молекулярная масса
белка.

5. Содержание белка в
организме человека составляет 17% от массы тела. Определите  массу
белка в организме человека, масса которого 70 кг.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ   НА  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ФРАГМЕНТА  ДНК или РНК                     

6. Какова длина фрагмента ДНК, состоящая из 540 нуклеотидов?   
                                                                                                                                                                                                                                                                                  Алгоритм
решения задачи

Дано:                                                                 n нук -дов ДНК =540        L нук.=0,34 нм	Решение: Молекула ДНК состоит из двух  цепей, поэтому её длина равна длине одной цепи, а каждый нуклеотид в ней занимает 0,34 нм.  1. n (нук.) одной цепи =540:2 =270 нуклеотидов  в одной цепи ДНК.  2.L ДНК= n нуклеотидов × L нук. = 270× 0,34=83,7 нм. Ответ: длина ДНК =83.7нм
L ДНК – ?

7. Одна из ДНК сперматозоида человека содержит 10 пар азотистых
оснований. Определите длину ДНК.

8. Какова длина фрагмента ДНК, состоящая из 450 нуклеотидов                                                              
9. Фрагмент молекулы РНК овцы состоит из 37 нуклеотидов, какова
его длина?                                                                                                                       10.
Какова  длина фрагмента ДНК, состоящая из 270 нуклеотидов?

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ДНК И ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
НУКЛЕОТИДОВ В МОЛЕКУЛЕ ДНК.

    11. На фрагменте правой цепи  молекулы
ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А-А-А-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т

  Определите:

    а)
порядок нуклеотидов в левой цепи  молекулы ДНК,

    объясните,
каким принципом при этом вы руководствуетесь?

    б) какова длина (в нм) этого
фрагмента ДНК? (Каждый нуклеотид занимает 0.34 нм по
длине цепи ДНК);

     в)
сколько (в %) содержится нуклеотидов (отдельно) в этой ДНК?

                                   Алгоритм решения задачи

Решение: для построения левой цепи мы
знаем,  что ДНК способна к самоудвоению по принципу комплементарности (А=Т;
Т=А; Г=Ц; Ц=Г) нуклеотиды расположены в следующем порядке: |

      а)
А-А-А-Т- Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т …                                                                                      

      
    |   |    |   |   |   |   |    |   |   |   |  |

        
Т- Т- Т-А- Г-А-Т- Г-Ц-А-Т-А ..

  б)  зная
длину одного нуклеотида  (0,34 нм) и
количество  нуклеотидов в одной цепи  фрагмента ДНК, находим длину
этого фрагмента:

   L ДНК= n нуклеотидов × L нук. =12 ×  0,34нм =4,08 нм:

в)  для
того, чтобы определить процентное содержание  нуклеотидов в данной ДНК,
посчитать количество нуклеотидов в двух цепях  всего их 24, из них А = 9,
Т = 9, Г = 3, Ц – 3. Составляем пропорцию и находим  процентный состав
адениловых (А) нуклеотидов:

   всего  нук. 24 — 100%      Х1= 24 н.×9(А):100% =37,5%(А)

            А нук. 9 —      Х1%

n(А)  = n(Т) = по 37,5%,   А=Т по 37,5%, 
а гуаниловых (Г)  количество их 3 нуклеотида в
двух цепях. Составляем пропорцию: 

   всего  нук. 24  —   100%      Х2= 24 н.×3(Г):100% =12,5%(А)

            Г нук. 3  —     Х2%   

n (Г) == n(Ц) =  по 12,5%,   Г=Ц по12,5%. 

ОТВЕТ: длина ДНК 4,08 нм, а
процентный состав: А = Т по 37,5%: Г = Ц по 12,5%.

 12. Даны
фрагменты правой цепи молекулы ДНК:

А). Ц-Т-Т-Г-Г-А-Ц-Ц-Т-А-Г-Ц…                            

Б). Г-Г-Ц-Ц-Г-А-Т-А-А-Т-А-Т-Т-А-Ц…                           

В). А-Г-Т-Ц-Ц-Т-Г-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г…                           

Г).А-А-Ц-Т-А-Г-Ц-Т-Т-Г-Г-А-Ц-Г-Т-Т-А-Г…                                                     
Определите:

    а)
порядок нуклеотидов в левой цепи  молекулы ДНК,

    объясните,
каким принципом при этом вы руководствуетесь?

    б) какова длина
(в нм) этого фрагмента ДНК? (Каждый нуклеотид занимает
0.34 нм по длине цепи ДНК);

     в)
сколько (в %) содержится нуклеотидов (отдельно) в этой ДНК?

    13. Фрагмент  молекуле ДНК  содержит 1120  тимидиловых  нуклеотидов, 
что составляют 32% от общего количества нуклеотидов.                          Определите:

а) сколько содержится
других нуклеотидов (отдельно) в этом фрагменте ДНК;

б) какова длина  этого
фрагмента ДНК?

                          
Алгоритм решения задачи.

Дано:                                                                 n (Т) ДНК =1120               ω (Т)  = 32%           L нук.=0,34 нм

Решение:     1. Согласно правилу Э. Чаргаффа  количество тимидиловых нуклеотидов в молекуле ДНК равно количеству адениловым, а количество цитидиловых – гуаниловым.  Кроме этого  ω (Т)+  ω (А)+  ω  ( Г) + ω (Ц) =100%            По условию задачи молекула ДНК   содержит  1120 тимидиловых  нуклеотидов,   следовательно, столько же будет содержаться   адениловых нуклеотидов: Т= А  = 1120  или 32%.                                                                                2.Найдим     содержание     цитидиловых и гуаниловых нуклеотидов:                                                                                       ω  ( Г) + ω (Ц) = 100%  – (ω (Т)+  ω (А)) =100% –  32%+32 %  =36%                                                                                       ω  ( Г) + ω (Ц) =  100% – (36 % : 2) = по 18%

n(А)-?                              n(Ц)-?                                 n(Г)-?                                            L ДНК -?

 3. Находим количество цитидиловых
и гуаниловых нуклеотидов в  молекуле ДНК:     1120   тимидиловых  нуклеотидов
составляют 32% от общего количества, тогда  n(Г)    гуаниловых нуклеотидов  
составляют 18% от общего количества нуклеотидов:  n(Г)=(1120×18%) : 32%=630 нуклеотидов, так как  n(Г)= n(Ц), то количество цитидиловых нуклеотидов будет равно 630.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  4.
Находим общее количество нуклеотидов в молекуле
ДНК:                               Т+А+Г+Ц=1120+1120+630+630=3500, такое
количество   нуклеотидов содержится в двух цепях фрагмента  ДНК, а в одной цепи
будет  3500:2=1750 нуклеотидов.
   5. Зная длину одного нуклеотида – 0,34 нм и  количество  
нуклеотидов одной цепи фрагмента  ДНК, находим длину этого фрагмента:                                       
L ДНК= n нуклеотидов × L нук. = 1750 × 0,34=
595нм.                                             Ответ:   n (А)=1120нук.(32%);        n(Ц) = n(Г) =630нук.(18%);  L ДНК =595нм.

14. Фрагмент молекулы ДНК содержит
8000  адениловых нуклеотидов,  что  составляет 40% от
общего количества нуклеотидов в этой цепи ДНК. Сколько содержится
других нуклеотидов  в этом фрагменте (отдельно)? Какая длина ДНК?                          
                                                                                       

15. В молекуле
ДНК адениловых нуклеотидов составляет 15% от
общего количестве. Определить процентное содержание других
видов нуклеотидов.

16.Сколько новых видов свободных нуклеотидов потребуется
при редупликации  двухспиральной  молекулы ДНК, в которой  А =
454, а             Г = 1420?

17. В молекуле ДНК  тимидиловые нуклеотиды составляет
18% от общего количества. Определите процентное содержание других видов нуклеотидов.

 18.Фрагмент
молекулы ДНК содержит 760  адениловых нуклеотидов, что  составляет
35% от общего количества нуклеотидов. Определите количество тимидиловых, гуаниловых, цитидилових нуклеотидов в
данном фрагменте молекулы ДНК, длину и массу.

ЗАДАЧИ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ И
ДЛИНУ ГЕНА.

19. Определить молекулярный
вес и длину гена, если несет информацию о белке, молекулярная масса которого
равна 155 000 а. е. м.   

                                                    Алгоритм решения   задачи

Дано:                                                                 М белка = 155000 а. е. м. (Да) М амин – ты. = 100 а. о.м.(Да)  М нукл- да = 345 а. о. м. (Да)  L нук.=0,34 нм

М гена – ? L ДНК -?

                               РЕШЕНИЕ    

1.Зная
массу белка и массу одной  аминокислоты, находим количество аминокислот
в белке:                                                 n аминокислот = М
белка: М аминокислоты=  155000: 100 = 1550 аминокислот.

2.Каждая
аминокислота в полипептидной цепи 
кодируются определенной последовательностью из  трех  нуклеотидов, кодогенной цепи
гена:            n нуклеотидов = n аминокислот × 3 нуклеотида =1550
× 3 = 4650 нуклеотидов       

3. Находим  длину гена  по  кодогенной цепи:                                                                    L ДНК (гена) =  n  нук.  ×  L нук. (нм) = 4650×0,34 = 1581нм.                                     
 

4. Кодогенная цепь ДНК 4650 нуклеотидов комплементарна  некодогенной цепи
ДНК, в ней столько же нуклеотидов. Найдем  общее количество нуклеотидов в
гене:                                                                                                          n 
нуклеотидов в гене: =4650нук. ×2 = 9300 нуклеотидов.

5.
Зная, общее количество нуклеотидов в
двух цепях ДНК  и молекулярную массу  одного нуклеотида, мы находим
молекулярную массу гена.

Мг = n нук  × М (нук) = 9300 нуклеотидов × 345 =  3208500 а.
е. м. (Да).

          ОТВЕТ: длина
гена 1581 нм, масса гена
3208500 а. е. м. (Да)

20.    Определите  молекулярную  массу и длину соответствующего гена,
если в нем закодирован полипептид, молекулярная масса, которого равна 112000 а.
е. м. Что тяжелее: масса белка или гена, во сколько раз?                                                                                                                                                                                                                

Дано:                                                             М белка = 112000 а. е. м. (Да)                                                              М аминокислоты =100 а. е.м.(Да) М нуклеотида = 345 а. е. м. (Да)  L нук.=0,34 нм

М гена – ? L ДНК – ? М гена ≥М белка

                                      
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

                                                
РЕШЕНИЕ      

1. Зная массу белка и массу
одной аминокислоты, находим количество аминокислот
в белке:                                                                                         n аминокислот
= М белка:  М аминокислоты =112000: 100 = 1120.

2. Каждая аминокислота в  полипептидной цепи  кодируются определенной
последовательностью из  трех  нуклеотидов, кодогенной цепи гена:                                                                                                     n
нуклеотидов  = n аминокислот × 3 нукл- да  =1120 ×3=3360  нуклеотидов                                                                        
3. Длину гена определяем по  кодогенной цепи :                               
                                           L ДНК (гена)= n нук.×0,34 =  3360 =1142,4 нм.

4.Кодогенная цепь ДНК 3360 нуклеотидов комплементарна  некодогенной, поэтому
в ней столько же нуклеотидов. Найдем  общее количество нуклеотидов в
гене:

      n
нук. в 2-х цепях=3360нук. ×2 = 6720 нуклеотидов.

5.
Зная, общее количество нуклеотидов в
двух цепях ДНК  и молекулярную массу  одного нуклеотида, мы находим
молекулярную массу гена.

Мг = n нук.  × М (нук.) = 6720 нуклеотидов × 345 =  2318400а.е.м.
(Да).  6.Сравним  массу гена и массу
полипептида:                                                                   М
гена≥ М белка =2318400 : 112000=21 раз; М гена≥ М белка 21раз.

      ОТВЕТ:  длина гена 1142,4 нм; масса гена 23184500 а. е. м. (Да);                   М гена в 21 раз ≥ М белка                           

  21.
Известная молекулярная масса четырех видов белков: а) 3000; б) 4600;  в)
78000, г) 3500, д)600000. Определить длину и  массу  соответствующих генов. Что
тяжелее: масса белка или гена и  во сколько раз?                                                                                                                       22.
Кодогенная  цепь ДНК имеет молекулярную массу 34155 а. е. м.
 Определите количество мономеров белка, запрограммированного в
кодогенной цепи ДНК.             

                                           
Алгоритм решения задач                             

Дано:                                                                 М гена = 34155 а. е. м. (Да) М нуклеотида =345 а. о. м. (Да)

n  мономеров (аминокислот) – ?

     
                              РЕШЕНИЕ:

1)
Сколько нуклеотидов содержится в ДНК?

    n
нук. = 34155: 345 = 99 нуклеотидов в кодогенной
цепи содержится в ДНК.

2)
Какое количество мономеров (аминокислот) белка запрограммировано в
кодогенной цепи ДНК (каждая аминокислота кодируется 3 нуклеотидами)?

   n
аминокислот 99: 3 = 33 триплета в ДНК кодируют 33
аминокислоты (мономера) белка.

    Ответ:
в кодогенной цепи ДНК  массой 34155 а. е. м. запрограммированы  33
аминокислоты.

 23.
Какая молекулярная масса гена (двухцепочного участка ДНК), если в
одной его цепи закодирован белок с молекулярной массой 3000.

 24.Определите
молекулярную массу и длину гена, если несет информацию о белке, молекулярная
масса которого равна 840000 а. е. м.

  25.
Одна из цепей молекулы ДНК имеет массу 68310 а. е. м. Определите количество
мономеров белка, закодированного в этой цепи ДНК.

  26.В
состав белка входят 350 аминокислот. Какая длина гена, кодирующий  синтез
этого белка.

   27.
Данная молекула ДНК с относительной молекулярной массой 144900  а. е.м., из них
16560 а. е. м. приходится на долю тимидиловых нуклеотидов:

а) сколько содержится
других нуклеотидов (отдельно) в этой  молекуле ДНК;

б) какова длина   ДНК?

                                   
                  Алгоритм решения задачи

                                         
                              РЕШЕНИЕ                                                                          

Дано:                                                                 М ДНК =144900 а. е. м.       М тимин =16560 а. е м. М нуклеотида =345 а. о. м.  L нук.=0,34 нм

n(А)-?                              n(Ц)-?                                 n(Г)-?                                                                                          L ДНК – ?

1) Сколько всего нуклеотидов в молекуле
ДНК?

    n нук. = 138448: 345 = 420 нуклеотидов в
ДНК

2) Сколько тимидиловых нуклеотидов в
ДНК?

     n =16560:345= 48 тимидиловых нуклеотидов    содержится в этом
фрагменте ДНК), так как Т = А согласно правила Э. Чаргаффа количество
А=  48.   

3)Сколько гуаниловых и цитидилових нуклеотидов в
это молекуле ДНК?

   На
долю Г + Ц приходится 420 – (48 Т + 48 А) =

   324нуклеотидов или
324: 2 = по 162(Г и Ц).

4)
Сколько нуклеотидов в одной
цепи ДНК?

 нуклеотидов в
двух цепях: 420:2 = 210 нуклеотидов в одной цепи ДНК.

5)
Какова длина ДНК?

L ДНК = 210 нук. ×0,34 =71,4нм.

Ответ: n(Т)= n(А)=по 48нук;  n(Ц)=n(Г)= по 162нук.;  L ДНК 71,4нм.

 28. Молекулярная масса каталазы 224000 а. е.м. Сколько
аминокислотных звеньев в этой молекуле? Какая длина первичной структуры
этого белка?

 29. Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в
котором закодирована первичная структура белка инсулина, состоящего из 153
аминокислотных остатков?

30.
Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК), в которых
запрограммированы следующие белки:

а)  7500
аминокислот, б)  826 аминокислот, в)  489 аминокислот. Определите молекулярную
массу и длину гена.

31. Какова молекулярная масса
гена (двух цепей ДНК), если в кодогенной  цепи  запрограммирован белок
с молекулярной массой 47250 а. е

32. Белок рибонуклеазы состоит
из 124 аминокислот. Что тяжелее: белок или ген, кодирующий его.

33. Молекула РНК вируса ВИЧ
состоит из 13000 нуклеотидов. Одна молекула вируса ВИЧ состоит
из 316 аминокислот.

 Определите:

а)
длину гена, несущего информацию о структуре этого белка;

б) во
сколько раз масса гена больше массы белка;

в)
сколько видов белка закодирована в РНК вируса ВИЧ.

34. Молекула РНК вируса
табачной мозаики состоит из 9750 нуклеотидов. Одна молекула белка вируса
табачной мозаики состоит из 237 аминокислот. Определите: а)  длину гена,
несущего информацию о структуре этого белка; б) во сколько раз масса гена
больше массы белка; в) сколько видов белков закодировано в РНК вируса табачной
мозаики?

35. СПИД – инфекционное
заболевание, которое  преимущественно передается половым путем. Возбудитель
СПИДа – ретровирус ВИЧ его наследственный материал РНК содержит 18426
нуклеотидов. Из скольких триплетов состоит РНК ВИЧ? Определите суммарную
молекулярную массу белковых молекул, закодированных в геноме вируса, если на
структурные гены приходится 8000 нуклеотидов.

36. Какая скорость синтеза
белка у высших организмов, если на составление инсулина (51 аминокислотной
звено) расходуется 7,3 секунды?

 37. Какое число
аминокислот закодировано во  фрагменте двухцепочной  ДНК, содержит
3000 нуклеотидов?

 38. Определите длину и молекулярную массу фрагмента двухцепочной  ДНК,
состоящая из 266330 нуклеотидов.

 39.  Альбумин сыворотки крови человека  имеет молекулярную
массу 102600 а. е. м. Определите количество нуклеотидов ДНК, которые кодируют
этот белок и длину гена.   

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА ЭКЗОН – ИНТРОННУЮ ОРГАНИЗАЦИЮ ГЕНОМА

40. Структурный ген фрагмента молекулы ДНК содержит  576 цитидиловых
нуклеотидов, что составляет  20% от общего количества. В экзонных участках
этого гена закодирован белок, состоящий из 130 аминокислот.                                                                                                                       1.
Определите нуклеотидный состав
гена.                                                           2.Чему равна
молекулярная масса интронных  участков  гена?                                 
3. Насколько зрелая и – РНК короче про – и – РНК?                                       

                         Алгоритм решения задачи

                                  Решение

1.Определим
общее число нуклеотидов в фрагменте ДНК,  так как цитидиловые нуклеотиды
приходится 30% от общего количества, то общее количество нуклеотидов составит:

   576(цитозин.
нук.)  —   20%            Х нук.=(576×100%):20%=2880(нук.)

      
Х нук               —      100%               

2. Согласно правилу  Э. Чаргаффа
количество  цитидиловых нуклеотидов
равно  гуаниловым нуклеотидов,  а количество тимидиловых нуклеотидов в молекуле
ДНК равно количеству адениловым.  

   А+Т = 2880  – (Ц+Г) = 2880нук.- 
(576+576)=1728(А+Т) ; А=Т по 864нук.

3. Находим количество нуклеотидов
в экзонных участках гена:

     n нук. в гене=130амин-т  ×3
нук. × 2цепи=780нуклеотидов в экзонных
участках гена.

4. Находим количество нуклеотидов
в интронных участках гена:                                  

     n нук. в гене = 2880 нук. – 780=
2100 нуклеотидов в интронных участках гена.   

5. Находим молекулярную массу интронных 
участках гена.   

                М=2100 нук. ×М
нук.= 2100×345 а. е. м. =724500 а. е. м.     

6.  Какова длина про – и –РНК?  

        L про –
и –РНК =0.34 нм.  ×  2100нук= 714нм.          

 7.    Какова длина  зрелой и
– РНК?  

        L и
–РНК=   0.34 нм. × 390 нук. =132,6нм

8. Какова  разница в длине  про
– и –РНК и  зрелой и – РНК в нм.?   

          L про –
и –РНК = 714 нм;  L и –РНК=132,6 =581,4 нм.

ОТВЕТ:     n нук. в гене  =2880:   М интронов =724500 а. е. м.; L – и –РНК (зрелой) короче
про – и –РНК на581,4нм.

41. Ген, кодирующий белок А, состоит из 5 экзонов по 160
пар нуклеотидов и 2 интрона  по 300 пар нуклеотидов.                
                                                                             
Сколько: а) всего нуклеотидов  в  про
– и – РНК?   б) нуклеотидов входит в состав и – РНК?   в)  
нуклеотидов входит в состав и – РНК?                                                                     
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Алгоритм
решения задачи

Решение

     1) Сколько всего нуклеотидов в про–и – РНК:
(160×5)+(30×2) = 1400 нуклеотидов.  

   2)  Сколько нуклеотидов входит в состав и – РНК:

160  ×3 = 480 нуклеотидов

  3) Сколько аминокислот входит в состав данного
белка:

480 нукл : 3 = 160
кодонов

    1 кодом →1 триплет → 1 аминокислота →160 аминокислот в
белке

ОТВЕТ:  про – и – РНК -1400 нуклеотидов,  и-РНК = 480 нуклеотидов, 160   аминокислот.

42. Известно, что
молекула  и – РНК состоит из 3837 нуклеотидов. Из скольких
аминокислот состоит белок, синтезированный на этой молекуле, если известно, что
среди них два триплет УАА, три  триплета УАГ, четыре триплета УГА.

43. Известно, что
молекула и – РНК состоит из 5331 нуклеотидов. Из скольких
аминокислот состоит белок, синтезированные на этой молекуле, если известно, что
среди них два триплет УАГ, четыре триплета УАА,  семь триплетов УГА.

44. Фрагмент  молекулы ДНК
состоит из 8882 нуклеотидов , кодирующий полипептид, имеет
пять интронов  по: 65, 100, 120 и два  по 175 нуклеотидов . Сколько
аминокислот находится в белке.

45. Какое количество нуклеотидов расположены
в  ДНК, кодирующий полипептид,  состоящий из 350 аминокислот, если 25%
триплетов входят в состав  интронов.

46. Сколько аминокислот закодировано в и – РНК,  состоящий из
504 нуклеотидов, среди них имеют 7 триплетов  интронов. 

47. В эукариотической клетке белок  А состоит из 657
 экзонов и 251 интронов. Сколько аминокислот входит в состав
белка.

 48.  Установлено, что  молекула  про – и –  РНК состоит из 3600 нуклеотидов,
причем  на интронные участки приходится  872 нуклеотидов. Определите,  какое
количество аминокислот включает в себя полипептид.

 49. Установлено, что 
молекула  про – и – РНК состоит  из 2400 нуклеотидов, причем  на интронные
участки приходится  666 нуклеотидов. Определите,  длину и массу молекулы и –
РНК, которая  участвует в трансляции.

 50. Установлено, что  молекула  про – и – РНК  на интронные участки
приходится  1200 нуклеотидов. Определите, полную массу и размер структурного
гена, если в нем закодирован полипептид  массой 310000 а. е.м.                                                                                                                                     
 51. Какое количество аминокислот имеет полипептид синтезирован про
–  и – РНК  состоит из 402 нуклеотидов , если в ней 9
триплетов интронов .

  52. Сколько
аминокислот закодировано в  про–и – РНК, состоящий из  378 нуклеотидов,
среди них имеются 3 триплета интронов .

  53. Молекула  РНК вируса табачной мозаики из 9750 нуклеотидов. Одна 
молекула   вируса табачной мозаики из 237 аминокислот.                         Определите:

а) длину гена, несущего
информацию о структуре этого белка;                                б) во
сколько раз масса гена  больше массы белка;                                              в)
сколько видов белка закодировано в РНК вируса табачной мозаики.                                                                                                                                                                                                  
             

54. Сколько аминокислот
закодировано  во  фрагменте  ДНК, состоящей из 2325 нуклеотидов, если  в ней
1131интронов?

               Задачи на определение молекулярной массы белка

55.  Длина гена1053 нм. Определите молекулярную  массу закодированного  
в нем белка.

Дано:                                                                  L гена = 1053 нм.      М амин -ты =100 а. о. м.   L нук.=0,34 нм

М белка – ?

Алгоритм решения задачи

Решение

 1..Зная    длину  гена   и  длину одного нуклеотида 
(0,34нм),   находим  количество нуклеотидов   в      кодогенной   цепи:                                                                                                                                                                    n
нук. в гене =   L (гена) : L (нук.)= 1053
: 0,34 =3097
нуклеотидов                                                                                                   
2. Каждая аминокислота кодируется 3 (нуклеотидами ),   зная число нуклеотидов в 
кодогенной цепи, находим количество

 аминокислот
в полипептиде:

 n(амин
– лот)  =  n  нук.: 3 нук. = 3097:3 =1032 аминокислот.             

   3.  Зная   количество   аминокислот  в  полипептиде
и молекулярную  массу  одной   аминокислоты,    определяем  молекулярную массу 
белка:

 М белка  =  n
(амин-лот) × М (аминокислоты) =
1032 ×100=103200 а. е. м.

    ОТВЕТ:
ген длиной 1053 нм кодирует белок молекулярной массой  103200 а. е. м.

 56. Длина гена 
3509 нм. Определите молекулярную  массу закодированного   в нем белка.

57.
Длина гена 589 нм. Определите молекулярную  массу закодированного   в нем
белка.

58.
Длина гена   8453 нм. Определите молекулярную  массу закодированного   в нем
белка.

59.
Длина гена 680  нм. Определите молекулярную  массу закодированного   в нем
белка.

60.
Длина гена 3162 нм. Определите молекулярную  массу закодированного   в нем
белка. 

61. Определите
длину (нм) и  молекулярную массу фрагмента двухцепочной ДНК, которая состоит из
2266 нуклеотидов.           

62. Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в котором
закодирована первичная  структура белка, состоящего 298 аминокислотных
остатков? Какова молекулярная масса и длина  этого гена?

63. В нуклеиновой кислоты
аденин составляет 18% (что соответствует 730 нуклеотидам), гуанин
и цитозин – по 28%. Определите состав нуклеиновой кислоты, ее
длину и массу.      

Дано:                                                                  ω  А- 18  %состав.730 нук.                   ω Г  = ω Ц  =  по 28%           L нук.=0,34 нм       М нуклеотида =345 а. о. м.

М нук. кислоты -?  L нук. кислоты -?                                                                                                                                      Состав  нук. кислоты -?

Алгоритм решения задачи                                                           
                                                            Решение

1.Сумма известных нуклеотидов составляет:

      18% (А) + 28% (Г) + 28% (Ц) =74%

2.Следовательно, остальное количество приходится на неизвестный
нуклеотид:               100% -74% = 26%                                                   
3.Так как  процентное содержание неизвестного нуклеотида      не соответствует
аденину,  несмотря на  процентное равенство  гуанина и цитозина, по правилу
Чаргаффа  (принцип комплементарности) не соблюдается. Значит, данная
нуклеиновая кислота не ДНК, а РНК, тогда недостающий нуклеотид – урацил –
процентное содержание составляет  26%. Зная, что 18% аденина 
соответствует 730 нуклеотидам, можем вычислить  количество всех
нуклеотидов в РНК, составляем пропорцию:

18% (А)  — 730 нукл .    
             

100%   —
  X нукл .     X =  (730 нук.× 100%):18%= 4055 нуклеотида.                 
4.Масса РНК = М нук. × n  нуклеотидов =345 а. е. м . × 4055 = 1398975
 а. е. м .

 5.Длина РНК
= L нук
-да × n  нук леотидов  =0,34 нм ×
4055 = 1378,7нм

ОТВЕТ: состав РНК: А
– 18 %; У -26%; Г 28%; Ц – 28%  масса РНК –  1398975
 а. е. м.; длина РНК – 1378,7нм

64. Известен
состав и-РНК: аденина – 41%, гуанина – 7%, урацила –
39%. Определить нуклеотидный состав соответствующего участка
ДНК.

            Алгоритм
решения задачи                                                                                                                       
Решение

1. Находим сумму известных нуклеотидов 
в составе и – РНК :                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    Σ
= А – 41% + Г -7% + У – 39% = 87%,                                                  
                   отсюда можем найти  содержание цитозина(Ц) в  составе и
– РНК :                                                                                                                                                                                                                                                  и
– РНК : 100% – (41% + 7% + 39%) = 13% (Ц).

2. По составу и – РНК строим
кодогенную  цепь ДНК    с использованием  принципа комплементарности азотистых 
оснований:                                             А=Т; У=А; Ц=Г; Г=Ц;

а) нуклеотидный состав и РНК; 
             А-41%,   У-39%,     Г-7%,        Ц-13%                                    
б) нук. состав кодогенной цепи ДНК:     Т- 41%,   А- 39%,    Ц- 7%       Г-13%      в)
нук. состав некодогенной цепи ДНК:  А-41%,   Т- 39%,     Г-7%,       Ц-13%                                    
                                                             

 3.Находим
процентное  содержание нуклеотидов в  соответствующем участке ДНК:

   Т = (41% + 39%): 2 = 40%;     
           А = (39% + 41%): 2 = 40%;         

   Ц= (7% + 13%): 2 =10%;                      Г=
(7%+ 13%): =10%.                                           ОТВЕТ: в ДНК содержится А и Т по 40%; Г и Ц по 10%.                                          

65. Известен
состав и-РНК :  аденина – 37%, гуанина – 11%, урацила – 27%. Определить нуклеотидный состав
соответствующего участка ДНК.      

66. Химический анализ показал, что 28% от общего
числа нуклеотидов данной  и – РНК приходится на аденин,  6%
– на гуанин и 40% на   урацил. Какой должна
быть нуклеотидный состав соответствующего участка двух цепочной 
ДНК, информация с которого «переписана» данной и-РНК ?  А какой
будет состав ДНК, если  и-РНК содержит 18% гуанина, 30% аденина, 20%
урацила?

67. В молекуле  и-РНК  выявлено 220 гуаниловых ,
173 адениловых , 128 цитидилових и 174 уридиловых нуклеотидов.
Определите сколько нуклеотидов (отдельно) содержится в области
молекулы ДНК слепком с которой данная и-РНК . Какая длина и
молекулярная масса этого фрагмента.                                                                                                                     
                68. В и – РНК содержится 32%  аденина, 20%
гуанина, 12% цитозина.  Определить нуклеотидный состав
соответствующего участка ДНК.                     

69. В молекуле   и – РНК человека  в   результате
биохимических исследований обнаружено 487 гуаниловых нуклеотидов, 256
адениловых, 522 цитидиловых,  248 уридиловых нуклеотидов.  Какова масса 
соответствующего фрагмента молекулы ДНК, транскрипционной копией  которой
является данная  и – РНК?

 70. Какова  молекулярная масса гена  (обеих цепей ДНК), в одной из
цепей которого закодирована последовательность аминокислотных остатков белка
с   молекулярной массой 112000 а. е. м.?

71. Информационная РНК
состоит из 818 кодонов. Сколько рибосом (максимум) может входить в
состав полисомы , осуществляющей синтез белка по данной и-РНК , если диаметр
рибосомы 300 А(ангстрем), а интервал между рибосомами 200 А(ангстрем)?

Дано:                                                                  И-РНК = 818 кодонов.       Dрибосомы -100А  L нук.=3,4 А(ангстрем)

М белка – ?

Алгоритм
решения задачи

                                               Решение                                       
 1.Находим 
количество нуклеотидов   в   818 кодонов  и – РНК ?                                                                          
                                                                   n нук. в и – РНК = n кодонов   ×  3
нуклеотида =    818 ×  3 =2454
нуклеотидов.                                              2.Какова длина
и-РНК?                                                            L и –
РНК  = n нук × L (нук.)= 2454 ×3,4А = 8343А.                                                                                                                        
                                                                                                  3.
Сколько рибосом входят в состав   полисомы.                                                        n рибосом =  L и –
РНК : (300А. +200А.) = 8343 А. : 500 А. =17 рибосом.

         
ОТВЕТ: 17 рибосом входит в состав   полисомы.                                     

72. Одна из цепей молекулы
ДНК имеет массу 68310. определите количество мономеров белка, закодированного в
этой ДНК.

73.  Пользуясь таблицей генетического кода, воспроизведите участок
ДНК, в котором закодирована информация с такой последовательностью аминокислот
в белке:                                                                                                           метионин
– аланин – глицин – глутамин – лейцин – пролин – тирозин – цистеин

   74. Пользуясь таблицей
генетического кода, воспроизведите участок ДНК, в котором закодирована
информация с такой последовательностью аминокислот в белке: метионин -аланин –
глицин – глутамин – лейцин – пролин – тирозин – цистеин – валин.

75. Определите антикодоны  т – РНК, участвующие в синтезе белка,
кодируемого фрагментом ДНК
…                                                                                                          …Т-А-Ц
– Т – Ц – А- А -Г-А -Г-Г-А- Г- Ц-Т- А-Ц-Г- А-Т-Г …

 76.  Соотнеси
антикодон т – РНК с кодонами и – РНК.

                        
кодоны и – РНК      антикодоны  т – РНК 

                            
1. АГЦ                     1. ГГЦ

                            
2. ЦАА                     2. ЦГА

                            
3. УУГ                      3. ГУУ

                            
4. ГЦУ                      4.УЦГ

                            
5. ЦЦГ                      5. ААЦ   

 77. Полипептид состоит из
следующих аминокислот:  метионин – аланин – гистидин – лейцин –
глутамин – тирозин. Определите структуру участка ДНК, кодирующего эту
полипептидную цепь.

РЕШЕНИЕ: Зная, по
условию задачи последовательность аминокислот в полипептиде, воспроизводим
строение и – РНК , которая управляет синтезом этого полипептида. По
таблице генетического кода находим структуру триплетов и-РНК: А-У-Г-Г-Ц-У-Ц-А-У-Ц-У-У-Ц-А-А-У-А-У. По
цепочке и-РНК восстанавливаем кодогенную цепь  ДНК, которая   имеет
следующее строение:   мет  –  ала   –  гис  –   лей  –    глн  –     тир

 и-РНК:
                             А-У-Г- Г-Ц-У-Ц-А-У-Ц-У-У-Ц- А- А- У-А-У

                                           
|   |   |   |   |   |   |   |   |   |   |   |    |    |     |    |   |   |

  кодогенная
цепь ДНК     Т- А-Ц-Ц-Г-А-Г-Т-А -Г-А-А- Г- Т- Т- А-Т- А

                                           
|   |   |   |   |   |   |   |   |   |   |    |    |    |    |   |    |    | 

  некодогенная
цепь ДНК  А- Т-Г-Г-Ц-Т-Ц-А-Т-Ц-Т-Т-  Ц-А- А-Т-  А-Т

78. Даны полипептидные цепи:

а) метионин
– аланин -аспарагиновая кислота – тирозин -лизин -аспарагин…

б)
метионин- глицин -изолейцин- валин- глутаминовая кислота-  пролин…

в) метионин-
лейцин -серин -фенилаланин -цистеин- аргинин –глутамин…

Определите структуру участка
ДНК и длину, кодирующего эту полипептидную цепь.

79. Фермент белка табачной
мозаики кодируется следующим кодонами и – РНК:

…
УЦУ-ГГГ-УЦЦ-АУЦ-АЦЦ- ААА -УУУ -ЦГГ …

1)
Определите,  из каких аминокислот состоит данный фрагмент?

2) При воздействии на и –
РНК азотистой кислотой цитозин превращается
в гуанин, как изменится: а) состав и – РНК?;   б) аминокислотный
состав фрагмента.                                                                                                                                                                                                  

  80. Кодогенная  цепь
ДНК имеет следующий состав: А-Ц-А-А-Т-А-Т-Т-Ц- Г-Г-Г-Ц-Ц-Г…

      Определите:

а)  аминокислотную
последовательность белка?;

б) заполните
таблицу: триплеты ДНК,  кодоны и – РНК, антикодоны и – РНК, аминокислоты,
участвующих в синтезе этого белка.

Триплеты в ДНК	Триплеты (кодоны) в                и – РНК	Триплеты (антикодоны)            в т – РНК	Аминокислоты в белке
А
Ц
А

81. Определите антикодон   т – РНК, что принимает участие в
синтезе белка,  который кодируется фрагментом ДНК:                                                                         
 … Г-Ц-Т-А-Ц-Г-А-Т-Т-Т-Ц-А-А- Г-А -… .

  82. Гормон  инсулина
представлен  следующими  аминокислотами: метионин – гистидин – серии
– глицин – цистеин – лейцин – глутаминовая кислота – аспарагиновая  кислота
– валин – фенилаланин.                                Определите количественные
соотношения  азотистых оснований (аденин + тимин) и (гуанин + цитозин) в
цепи ДНК, кодирующий этот гормон инсулина.

83. По данным фрагмента  кодогенной цепи    ДНК:                                                     Т-Г-Т-Г-Т-Ц-А-Г-А-Ц-А-Т-Г-А-А
…                                                                                                     
             а) восстановить некодогенную цепь ДНК;                                                           б)
определить нуклеотидной состав и – РНК;                                                                       в)
используя  таблицу генетического кода определить аминокислотный состав белка;                                                                                                                                   г)
указать  антикодоны  т – РНК, участвующие  в синтезе  белка. 

84. Какие изменения
произойдут в структуре белка, если в кодируемом его участке ДНК … ТАЦ-ЦАГ-АГГ-АЦТ-ААТ
… между 7 и 8 нуклеотидами произойдет  вставка тимина, а между 12 и
13 нуклеотидами произойдет вставка  цитозина ?

 85. Э. Чаргаффа ,
исследуя состав ДНК различных видов установил, что у человека А = Т = 20%, Г =
Ц = 30%, а  у белки А = Т = 29%, Г = Ц = 21%, у тутового шелкопряда А = Т =
28%, Г = Ц = 22%. У кого из названных видов спирали молекулы ДНК более
прочно связаны?

 86. На фрагменте
левой цепи ДНК нуклеотиды  расположены в такой последовательности:  Ц-Ц-Т-Т-Г-Т-Г-А-Т-Ц-А-Т-
Ц-А-А- А –

а) какова первичная
структура белка, синтезируемого с генетической информации в правой цепи?

б) как изменится
структура синтезируемого белка, если в левой цепи ДНК выпадает
восьмой нуклеотид?

в) к каким
биологическим последствиям это может привести в организме?

г) унаследует ли
потомство  такое изменение ДНК?

87. Участок правой цепи молекулы ДНК имеет
следующий нуклеотидный состав:

…А-Т-А-Т-Т-Г-Т-Г-Т-А-Ц-А-Ц-Ц-Г… 
.                                                            Определите:

а)
порядок нуклеотидов в левой цепи молекулы ДНК;

б) каким принципом
руководствовались;

в) длину этого участка
молекулы ДНК;

г) молекулярную массу гена;

д) содержание в %
каждого нуклеотида во  фрагменте ДНК;

е) первичную структуру белка;

ж) молекулярную массу белка;

88. Участок молекулы ДНК, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий
порядок азотистых оснований:                                                                 …ААА
– ААЦ – ЦАТ – АГА – ГАГ …

  Во время
редупликации третий слева аденин выпал из спирали. Определите изменение в
данном фрагменте белка в результате указанной мутации.

Решение:

ДНК (кодирующий участок)	…ААА-ААЦ-ЦАТ-АГА-ГАГ…
и – РНК	…УУУ- УУГ-ГУА-УЦУ- ЦУЦ…
полипептид	…фен-лей- вал-сер – лей…
ДНК ( мутация)	…ААА-АЦЦ-АТА-ГАГ-АГ…
и – РНК	…УУУ – УГГ –УАУ –ЦУЦ-УЦ…
белок	…фен- три- тир- лей-…

Ответ:
результат  указанной мутации изменился аминокислотный состав
белка, до мутации полипептид имеет следующий состав …фен- лей – вал -сер –
лей…а после мутации изменился аминокислотный состав белка … фен- три- тир- лей.

89.  Во  фрагменте  левой цепи ДНК, нуклеотиды расположены в такой
последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-Т-А-Ц-Г-Т-Г-… .
Определите:                                –  порядок расположения нуклеотидов
в правой цепи ДНК;                                          – какова длина
этого фрагмента
ДНК;                                                                        –
какова молекулярная масса гена?

 90. Дана кодогенная  цепь ДНК:  ЦТА -ТАГ- ТАА- ЦЦА –ТАГ – ГГЦ … Определите:
                                                                                                                    а)
длину этого гена;                                                                                                         
                                                                                                                                                                                          б)
количество  в процентах различных видов нуклеотидов в этом гене (в
двух цепях);                                                                                                                               в)
первичную структуру белка, закодированного в этой
цепи;                                                                   г) первичную
структуру белка, синтезируемого после выпадения девятого нуклеотида в
этой цепи ДНК?

91. На участке левой цепи ДНК  нуклеотиды расположены в
такой последовательности:

… ГГГ
– ЦЦЦ – ГТТ – ААА – ЦТА – ГАТ…

а) какова
структура закодированного белка?                                                                        б)
какой будет структура белка, если в этой цепи ДНК под влиянием облучения между
седьмым и восьмым нуклеотидами Г замещен А? К каким биологических
последствиям это может привести?                                                 в)
которая будет структура белка, если под влиянием химического мутагена (бензопирен) 
 между одиннадцатым и двенадцатым нуклеотидами ДНК будет  вставлен
Т? К каким биологических последствиям это может привести?                         

92. На фрагменте кодогенной цепи ДНК 
нуклеотиды расположены в такой последовательности:                            
ТАЦ
– ТТГ-  ЦТТ-  ЦТА- ГГЦ- ТГ… . В  результате мутации одновременно выпадают пятый
и восьмой нуклеотиды.  Определите  последовательность:                                            
               – нуклеотидов в и – РНК до и после мутации;  изменится ли  аминокислотный
состав белка  после мутации.                                                                               

93. Как изменится первичная структура белка, если в
последовательности нуклеотидов:                                                    … Ц-Ц-А-А-Т-Г-Г-Г-Ц-А-Т-Г-Т-Т-Ц…
произойдет трансверсия  шестого пуринового нуклеотида слева
Г заменен на пиримидиновый Т, а  справа шестой пуриновый  А замен на пиримидиновый
Т.

Алгоритм решения задачи

Решение

Используя  кодогенную цепь ДНК в соответствии с   принципом
комплементарности,  определяем структуру  участка  и – РНК (вместо Т
присутствует У);

 Кодогенная
цепь ДНК: …Ц-Ц-А-А-Т-Г-Г-Г-Ц-А-Т-Г-Т-Т-Ц…

                        
                    |   |   |   |   |   |  |   |   |   |   |   |   |    |   |    

                    и – РНК               Г-Г-У-У-А-Ц-Ц-Ц-Г-У-А-Ц-А-А-Г                        используя
таблицу генетического кода находим структуру триплетов и – РНК и
аминокислотный  белка до трансверсии:  

                                    
           гли-   тир  –   про –     тир  –    лиз

Проследим 
изменится ли первичная  структура  белка, если произойдет трансверсия шестого нуклеотида слева
Г заменен на Т; а трансверсия шестого нуклеотида   справа А 
замен на Т),  (трансверсия   мутация, приводящая к замене пуринового основания
на пиримидиновое (А или Г на Т, У или Ц) или пиримидинового основания на пуриновое
(Т, У или Ц на А или Г).

Кодогенная
цепь ДНК: …Ц-Ц-А-А-Т-Т-Г-Г-Ц-Т- Т-Г-Т-Т- Ц…после мутации

                        
                        |   |   |   |   |   |  |   |   |   |   |   |   |    |   |    

                    и-РНК                      Г-Г-У-У-А-А-Ц-Ц-Г-А-А-Ц-А-А-Г                

                                                 
гли- стоп- кодон – про  – асн   – лиз

Ответ: да, до трансверсии первичная структура белка имеет следующий
аминокислотный состав – из  5 аминокислот: гли- тир – про – тир – лиз, а после
мутации – трансверсии первичная структура белка изменилась и имеет следующий
аминокислотный состав –  из 4 аминокислот:  гли– стоп- кодон – про  –
асн   – лиз (тирозин  → в некодирующий  стоп- кодон, а  тир → на асн).            

 94. Как
изменится первичная структура белка, если на фрагменте ДНК …     Т-Ц-Т-Ц-А-Ц-А-Т-А-Г-Г-Т…
произойдет транзиция замена  четвертого пиримидинового азотистого основания
 Ц на пуриновое  азотистое основание  Г, а десятое  пуриновое азотистое основание Г заменено на пиримидиновое азотистое основание Т.  

                                   Алгоритм
решения задачи

Решение

Используя  кодогенную цепь ДНК в соответствии с   принципом
комплементарности  определяем структуру  участка  и – РНК (вместо Т
присутствует У);

Кодогенная
цепь ДНК: …Т- Ц-Т- Ц-А-Ц-А- Т-А-Г-Г-Т-

                        
                   |   |   |    |    |    |   |   |   |   |   |   |       

                    и – РНК              А-Г-А- Г-У- Г-У- А-У-Ц-Ц-А-                      
используя таблицу генетического кода находим структуру триплетов и – РНК и
аминокислотный  белка до транзиции:  

                                             
арг – вал –  тир –  про

Проследим 
изменится ли первичная  структура  белка, если
произойдет транзиция    замена четвертого пиримидинового азотистого основания Ц
заменено на пуриновое
азотистое основание Г, а десятое 
пуриновое азотистое основание Г заменено на
пиримидиновое азотистое основание Т. 

Кодогенная
цепь ДНК: …Т- Ц- Т- Г-А-Ц-А- Т-А-Т-Г-Т-  после мутации

                        
                   |   |   |    |   |    |    |   |   |   |   |   |       

                    и – РНК              А-Г-А- Ц-У- Г-У- А-У-А-Ц-А-                      

                                                
  арг – лей –  тир –  тре

Ответ:  да, до транзиции первичная структура белка имеет следующий
аминокислотный состав –  из 4 минокислот:  арг- вал –  тир – про , а после
транзиции первичная структура белка  изменился  и имеет следующий
аминокислотный состав –  из 4 аминокислот:   арг – лей –  тир –  тре (вал→
на лей, про → на тре).       

95. У здорового человека с мочой выделяются такие   аминокислоты: 
аланин,  серин,  глутамин,  глицин. У человека, больного цистинурией,
выделяются  аминокислоты,  которым соответствует следующие триплеты и – РНК:  УЦЦ
– УГУ-ГЦУ-ГГУ-ЦАГ-ЦГУ-ААА- УЦЦ . Какие именно аминокислоты  выделяются у
больных цистинурией?                         

96. При синдроме Фанкони  (нарушение
образования костной ткани) у больного с мочой выделяются аминокислоты, которым
соответствуют следующие триплеты  и – РНК:                                                                               
… АУА   ГУЦ  АУГ  УЦА
 УУГ  ГУУ  АУУ.                      
                                      Определите, 
какие аминокислот  выделяются с мочой  при              синдроме Фанкони, если  у здорового человека в моче содержатся аминокислоты
аланин,  серин,  глутаминовая кислота, глицин.

 Алгоритм решения задачи

                                                     
Решение.                                                                                                                                 Используя
триплеты и – РНК  и генетический код определяем наличие аминокислот в белке:                                                                                                                                                     
               –                              и –   РНК 
АУА- ГУЦ- АУГ-УЦА-УУГ -ГУУ- АУУ.                

Аминокислоты   
цепи                иле – 
вал  – мет  – сер   – лей – вал  –  иле   белка (больного
человека)                                                                              
Аминокислоты   цепи  белка                  алан–сер –глу-  глн                   (здорового
человека)

Ответ: в
моче больного человека только одна аминокислота (серин) такая же как, у
здорового человека, остальные – новые, а три, характерные для здорового
человека, отсутствуют.

     
97. Фрагмент
цепи и – РНК имеет следующую последовательность:                            
   АУГ- ААГ-  ГГГ-  ЦУА-  АЦГ. Определите:                                                                   
    –   последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, каким принципом вы
руководствовались;                                                                                                               
–  аминокислотный состав  белка и  указать  антикодоны  т – РНК,
участвующие  в синтезе  белка.  

98. Молекула  ДНК (ген вазопрессина) имеет следующую нуклеотидную
последовательность:                                                                                                                           
                          Т- Г- Т- Т- А-Т- Т-Т – Т- Г-А- А- Г-А- Т- Т-  Г- Т      
     

     |   |    |   
|    |   |   |   |    |    |   |   |    |    |    |   |    |    |                
          

    А -Ц -А- А-Т-А- А-А- А-Ц-Т -Т- Ц -Т-А- А-Ц
-А…  произошла трансверсия   –  пиридиминовое азотистое основание тимин на 5-м
месте нижней цепочки замещено на пуриновое  азотистое основание гуанин.       Определить:
а) как отразится  трансверсия  на первичную структуру синтезируемого  белка;              
                                                                         б) может
ли повлиять трансверсия на наследственность организма и  какая эта мутация.

Ответ: да, если организм одноклеточный; у
многоклеточного организма, в том случае, если это генеративная мутация, она
скажется на  наследственность  гибрида.

99.
В результате действия повреждающего фактора изменилась одна из
цепей молекул ДНК. Обнаружьте тот участок,  в котором   произошли  изменения,
если неповреждённая цепочка молекулы ДНК имеет такой состав:
ГГЦ-ГТГ- ААТ- ААЦ- ТАГ-ЦАЦ-ТТ,   а молекула и – РНК,  если бы она была
синтезирована на измененной цепи ДНК, имела бы состав: ГГЦ-АГА-  ГГЦ- ЦЦА-
УАГ-  ЦАЦ- УУГ. Установите последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК после
репарации.
                                              Алгоритм решения задачи

                                                         
Решение 

По
условию задачи неповрежденный участок   цепи молекулы ДНК имеет такой состав:

       
          ГГЦ-ГТГ- ААТ- ААЦ- ТАГ-ЦАЦ-ТТГ   

А
молекула и – РНК   по условию задачи   синтезирована на измененной цепи ДНК  и имеет
 такой  нуклеотидный состав:

       ГГЦ-АГА-  ГГЦ- ЦЦА- УАГ-  ЦАЦ- УУГ 

В 
результате действия повреждающего  фактора участок   цепи молекулы ДНК  с
которого синтезирована  и – РНК нуклеотиды  расположены в такой последовательности:

        
       ЦЦГ- ТЦТ- ЦЦГ- ГГТ – АТЦ-ГТГ-ААЦ 

                      
                                                                                                                      100.
В результате действия повреждающего фактора изменилась одна из цепей ДНК, после
этого молекула ДНК приобрела  следующий нуклеотидный состав  азотистых
оснований  (первая цепь ДНК не подвергалась изменению):
 ЦГА-  ТГГ- ЦАЦ-  АГТ- ТТЦ
 ГЦЦ  -ЦТТ- ЦГТ–  ТЦА- ААГ .
Найдите измененный участок молекула ДНК и  определите процентное содержание
нуклеотидов в молекуле ДНК после повреждения и после репарации.  

  101.
Фрагмент цепи  и – РНК имеет такую последовательность нуклеотидов:  УЦЦ – АЦА –
УАУ – АГЦ – ГЦА –ЦГГ…
.                                                                             Определите
последовательность:                                                                                                                
–  аминокислот в первичной структуре белка;                                                                     –
антикодоны т – РНК;                                                                                                         
  – нуклеотидов на кодогенной цепи
ДНК.                                                                                                                                                                

Литература 

1.Грин, Н. Биология: в 3-х т. / Н. Грин,
У. Стаут, Д. Тейлор. – М.: Мир, 1990.

2. Муртазин  Г.М.  Задачи
и упражнения по общей биологии: пособие для                          учителей. 
Москва. Просвещение,  1981. -192 с.                                                  
 3. Овчинников С.А.
Сборник задач и упражнений по общей биологии: Учебное пособие. – Донецк: Третье
тысячелетие, 2002. – 128 с. 

4.Реймерс  Н.Ф.  Основные
биологические понятия и термины: книга для учителя.  Москва. Просвещение, 1988.
-391с.