Типичные молекулярные задачи с решениями
Основная информация:
- В ДНК существует 4 разновидности нуклеотидов: А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин).
- Молекула ДНК представляет собой двойную спираль.
- Цепи комплементарны друг другу: напротив аденина в одной цепи всегда находится тимин в другой и наоборот (А-Т и Т-А); напротив цитозина — гуанин (Ц-Г и Г-Ц).
- В ДНК количество аденина и гуанина равно числу цитозина и тимина, а также А=Т и Ц=Г (правило Чаргаффа).
- Соотношение нуклеотидов в молекуле ДНК А+Г / Т+Ц=1 (правило Чаргаффа).
- Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК на матрице ДНК.
- Молекула и-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.
- В состав ДНК вместо урацила входит тимин.
- Аминокислоты, необходимые для синтеза белка, доставляются в рибосомы с помощью т-РНК. Каждая молекула т-РНК переносит только одну аминокислоту.
- Информация о первичной структуре молекулы белка зашифрована в молекуле ДНК.
- Каждая аминокислота зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов. Эта последовательность называется триплетом или кодоном.
- Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов в т-РНК, комплементарных нуклеотидам кодона и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.
Запомнить!
- Длина 1 нуклеотида = 0,34 нм
- Размер 1 гена = длина 1 нуклеотида × n (кол-во нуклеотидов)
- Кол-во нуклеотидов = кол-во аминокислот × 3
- Масса 1 гена = кол-во нуклеотидов × массу 1 нуклеотида
- Молекулярная масса 1 нуклеотида =345 (после округления 300)
- Молекулярная масса 1 аминокислоты = 110
ЗАДАЧА
В процессе трансляции участвовало 30 молекул т-РНК.
Определите число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.
РЕШЕНИЕ
· одна т-РНК транспортирует одну аминокислоту, следовательно, 30 т-РНК соответствуют 30 аминокислотам, и белок состоит из 30 аминокислот;
· одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, значит, 30 аминокислот кодируют 30 триплетов;
· количество нуклеотидов в гене, кодирующем белок из 30 аминокислот, 30 х 3 = 90.
ОТВЕТ:
Белок состоит из 30 аминокислот. Ген который кодирует белок включает в себя 30 триплетов или 90 нуклеотидов.
ЗАДАЧА
Известна последовательность расположения нуклеотидов в молекуле и-РНК (ЦГГАУЦЦАУУГЦ).
Определите структуру гена и количество аминокислот в белке.
РЕШЕНИЕ
· и-РНК: Ц-Г-Г-А-У-Ц-Ц-А-У-У-Г-Ц
ДНК: Г-Ц-Ц-Т-А-Г- Г-Т-А-А-Ц-Г (1 цепь)
Ц-Г-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Т-Т-Г-Ц (2 цепь)
· Каждая аминокислота кодируется триплетом, разбиваем ДНК на тройки (12:3=4) и получаем 4 триплета.
ОТВЕТ:
ДНК: Г-Ц-Ц-Т-А-Г- Г-Т-А-А-Ц-Г (1 цепь)
Ц-Г-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Т-Т-Г-Ц (2 цепь)
Белок, который кодируется данным геном, состоит из 4 аминокислот.
ЗАДАЧА
В одной молекуле ДНК содержится нуклеотидов с тимином 22%. Определите процентное содержание нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в данной молекуле ДНК.
ДАНО: Т -22%
НАЙТИ: % А, Г, Ц
РЕШЕНИЕ 1:
· Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%.
· Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.
22+22=44% (А+Т)
100- 44 =56% (Г+Ц)
· Так как гуанин комплементарен цитозину, то их количество тоже равно, поэтому
56: 2 =28% (Г, Ц)
РЕШЕНИЕ 2:
· Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100% или А+Г и Т+Ц по 50 %
· Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.
Следовательно 50 - 22=28% (Г, Ц, т.к. они комплементарны)
ОТВЕТ: А=22%, Г=28%, Ц=28%
ЗАДАЧА
Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г, во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 1500 нуклеотидов Ц, что составляет 30% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?
ДАНО:
Ц- 30% =1500 нуклеотидов.
НАЙТИ:
количество нуклеотидов А, Т, Г
РЕШЕНИЕ:
— Так как Ц комплементарен Г и их количество равно, то Г =30%, что составляет 1500 нуклеотидов.
— Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100% А+Г и Т+Ц по 50 % следовательно 50-30=20% (А, Т).
— Составим пропорцию
30% - 1500
20% -?
— 20х1500: 30 =1000 нуклеотидов (А, Т)
ОТВЕТ:
Во фрагменте молекулы ДНК содержится:
Г=1500 нуклеотидов, А=1000 нуклеотидов, Т=1000 нуклеотидов.
ЗАДАЧА
Участок молекулы ДНК (одна цепочка) содержит:
150 нуклеотидов – А, 50 нуклеотидов – Т, 300 нуклеотидов – Ц, 100 нуклеотидов - Г.
Количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
РЕШЕНИЕ:
· нуклеотидов в 1-й цепи ДНК: А-150, Т-50, Ц-300, Г-100.
· А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
· А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны, поэтому во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100
· Всего нуклеотидов: А(150+50)+Т(50+150)+Г(300+100)+Ц(100+300)=1200
ОТВЕТ:
нуклеотидов во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100; 1200 нуклеотидов в двух цепях.
ЗАДАЧА
Фрагмент молекулы белка содержит аминокислоты:
аспарагиновая кислота-аланин-метионин-валин.
НАЙТИ:
а) какова структура участка молекулы ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот;
б) количество (в %) различных видов нуклеотидов в этом участке гена (в двух цепях);
в) длину данного участка гена.
РЕШЕНИЕ:
Известно, что длина одного нуклеотида составляет 0,34 нм
· иРНК: ААЦ-ГЦЦ-АУГ-ГУУ
· ДНК: ТТГ-ЦГГ-ТГЦ-ЦАА (1 цепь)
ААЦ-ГЦЦ-АЦГ-ГТТ (2 цепь)
· На 24 нуклеотида в цепи ДНК приходится 5 нуклеотидов А,
Вычислим количество А, Ц, Т, Г %
Составляем пропорцию для количества адениловых нуклеотидов:
24-100%
5 - X
X=20, 8%
Составляем пропорцию для количества гуанидиловых нуклеотидов:
24-100%
7- X
X=29, 2%
· Вычислим % Т и Ц по правилу Чаргаффа А=Т, Г=Ц
· Вычислим длину гена в данном участке – 12 пар нуклеотидов умножим на длину одного нуклеотида 0,34 нм 12 х 0,34=4,08
ОТВЕТ:
а) ДНК: ТТГ-ЦГГ-ТГЦ-ЦАА (1 цепь)
ААЦ-ГЦЦ-АЦГ-ГТТ (2 цепь)
б) А-20,8%, Т-20,8%, Г -29,2%, Ц-29,2%
в) длина данного участка гена 4,08.
ЗАДАЧА
Молекулярная масса полипептида составляет 40000. Определите длину кодирующего его гена, если молекулярная масса одной аминокислоты в среднем равна 100, а расстояние между соседними нуклеотидами в цепи ДНК составляет 0,34 нм.
РЕШЕНИЕ:
· Вычислим количество аминокислот в полипептиде – 40000: 100= 400 аминокислот
· Вычислим количество нуклеотидов кодирующего участка ДНК (гена) – 400 х3=1200 нуклеотидов
· Определим длину кодирующего участка ДНК(гена) –1200 х 0,34=408 нм.
ОТВЕТ:
1. количество аминокислот в полипептиде – 400
2.количество нуклеотидов кодирующего участка ДНК (гена) –1200
3.длина кодирующего участка ДНК(гена) –408 нм.
ЗАДАЧА
Последовательность нуклеотидов в молекуле
ДНК: Ц-А-А-Г-Ц-А-Т-Т-Ц-Г-Т-А-Ц-Ц-Ц-Г-.
В результате генной мутации выпадает десятый нуклеотид в цепи ДНК.
Определите последовательность нуклеотидов в и-РНК и последовательность аминокислот в белке.
Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
РЕШЕНИЕ:
· последовательность нуклеотидов в ДНК в результате мутации:
ЦАА- ГЦА- ТТЦ- ТАЦ- ЦЦГ-;
· последовательность нуклеотидов в и-РНК:
ГУУ- ЦГУ-ААГ- АУГ- ГГЦ-;
· последовательность аминокислот в белке:
вал- арг- лиз- мет- гли-
ЗАДАЧА
Две цепи ДНК удерживаются друг против друга водородными связями. Определите число нуклеотидов с аденином, тимином, гуанином и цитозином в молекуле ДНК, в которой 42 нуклеотида соединяются между собой двумя водородными связями и 48 нуклеотидов – тремя водородными связями. Полученные результаты поясните.
РЕШЕНИЕ:
· Цепи молекулы ДНК соединяются по принципу комплементарности: А-Т, Г-Ц;
· Между А и Т - две водородные связи А=Т, поэтому 42:2 =21 нуклеотидов с А и Т;
· Между Г и Ц - три водородные связи Г=Ц, поэтому 48:3= 16 нуклеотидов с Г и Ц
ОТВЕТ:
Число нуклеотидов с аденином – 21, с тимином– 21, с гуанином– 16, с цитозином – 16.
ЗАДАЧА
Какую длину имеет участок молекулы ДНК, в котором закодирована первичная структура белка, если молекула этого белка состоит из 68 аминокислот (один нуклеотид имеет длину 0,34 нм)? Сколько т-РНК будет участвовать в процессе синтеза этого белка? Ответ поясните.
РЕШЕНИЕ:
· Одну аминокислоту кодируют три нуклеотида (триплет), следовательно, 68 аминокислот кодируются – 68 х 3 = 204 нуклеотидами.
· Вычислим длину участка молекулы ДНК, состоящий из 204 нуклеотидов - 204х 0,34= 69,36 нм.
· Известно, что т-РНК переносит только одну аминокислоту, значит, в синтезе этого белка участвует 68 т-РНК.
ОТВЕТ:
1. 68 аминокислот кодируются204 нуклеотидами
2. длина участка молекулы ДНК, состоящего из 204 нуклеотидов - 69,36 нм
3. в синтезе данного белка участвует 68 т-РНК
ЗАДАЧА
В молекуле ДНК содержится 17% аденина. Определите, сколько (в %) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.
РЕШЕНИЕ:
· По правилу Чаргаффа количество аденина равно количеству тимина А=Т, следовательно, тимина в этой молекуле содержится 17%.
· На всю цепь ДНК приходится 100%, значит на гуанин и цитозин приходится: 100% — 17% — 17% = 66%.
· Учитывая, что их количества равны, то 66: 2= 33%, т.е. Ц=Г=33%.
ОТВЕТ:
