Типы задач:

1.         Вычисление количества нуклеотидов, их процентного содержания в ДНК.

2.         Определение количества аминокислот в белке, а также количества нуклеотидов и триплетов в ДНК или РНК.

3.         Определение массы ДНК, гена, белка.

4.         Задачи с использованием таблицы генетического кода, требующие знаний по процессам транскрипции и трансляции: 

-       установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов тРНК по принципу комплементарности; 

-       определение последовательности аминокислот в белке и т.д.

 Вычисление количества нуклеотидов, их процентного содержания в ДНК

Справочная информация: 

•         В ДНК существует 4 вида 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).

Пример 1

В молекуле ДНК содержится 1100 нуклеотидов с аденином, что составляет 10% от их общего числа. Определите, сколько нуклеотидов с тимином, гуанином, цитозином содержится в отдельности в молекуле ДНК,  объясните полученный результат.

Элементы ответа:

•        Тимин   комплементарен аденину, соответственно тимина содержится также 1100 нуклеотидов (10%);

•        В сумме тимин и аденин составили 20%, следовательно, на  гуанин и цитозин в сумме приходится 80%.

•        Т.к. гуанин комплементарен цитозину, следовательно, нуклеотидов с гуанином содержится 4400 (40%) и с цитозином – 4400 (40%)

Определение количества аминокислот в белке, а также количества нуклеотидов и триплетов в ДНК или РНК 

Справочная информация:

•        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.

Элементы ответа:

1.  Одна тРНК транспортирует 1 аминокислоту, следовательно 30 тРНК соответствуют 30 аминокислотам, и белок состоит из 30 аминокислот.

2.  Одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов,     значит   30     аминокислот кодируют 30 триплетов.

3.  Количество нуклеотидов в гене, кодирующем белок из 30 аминокислот: 30х3=90.

Пример 3

Белок состоит из 100 аминокислот. Установите, во сколько раз молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу  белка, если средняя молекулярная масса аминокислоты – 110, а нуклеотида – 300. Ответ поясните.

Элементы ответа:

•        Одну аминокислоту кодирует триплет – 3 нуклеотида, следовательно, всего участок гена включает 300 нуклеотидов;

•        Масса 100 аминокислот: 100*110=11000; масса 300 нуклеотидов: 300*300=90000

•        Масса участка гена больше массы белка в:

90000/11000=8,2 раза

Решение задач  с использованием 

таблицы генетического кода

Необходимы знания по процессам транскрипции, трансляции:

принцип комплементарности, свойства генетического кода, понятия кодон, антикодон и т.д.

Пример 4

Отрезок    молекулы ДНК,     определяющий первичную структуру полипептида, содержит следующую последовательность нуклеотидов: ААТГЦАЦГГ. 

Определите последовательность нуклеотидов на     иРНК,    число     тРНК,    участвующих     в биосинтезе пептида, нуклеотидный состав их антикодонов и     последовательность аминокислот, которые переносят эти тРНК. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.

Объясните полученные результаты.

Схема решения задачи включает:

1.   На матрице ДНК синтезируется иРНК по принципу комплементарности;     её    последовательность: УУАЦГУГЦЦ;

2.   Антикодон     каждой   тРНК состоит из    трёх нуклеотидов,    следовательно,    в   биосинтезе пептида     участвуют    три    молекулы   тРНК, антикодоны    тРНК:     ААУ, ГЦА, ЦГГ, комплементарны кодонам иРНК;

Так как антикодоны разных тРНК не являются единой цепью, их необходимо писать через запятую.

3.   Последовательность  аминокислот  определяется  по  кодонам иРНК: -лей-арг-ала- 

Пример 5

Одна из цепей ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТГТЦТГТТЦААГГГА. 

Определите последовательность нуклеотидов на иРНК и соответствующую последовательность аминокислот фрагмента молекулы белка. Объясните, что произойдет со структурой фрагмента молекулы белка, если в цепи ДНК выпадет третий триплет нуклеотидов.  Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Элементы ответа:

1.        Последовательность нуклеотидов иРНК: АЦАГАЦААГУУЦЦЦУ.

2.        Последовательность аминокислот: 

        тре-асп-лиз-фен-про.

3.        Выпадение третьего триплета ТТЦ ведет к выпадению из полипептидной цепи аминокислоты лизина (лиз) и изменению первичной структуры белка.

Пример 6

В биосинтезе полипептида участвуют

молекулы тРНК с антикодонами 

УАЦ,     УУУ,    ГЦЦ,   ЦАА    в данной последовательности. 

Определите    соответствующую последовательность нуклеотидов иРНК, ДНК и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка, используя таблицу генетического кода.

Пример 7

Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: АЦГГТААААГЦТАТЦ.

 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. Обоснуйте последовательность Ваших действий. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Элементы ответа:

1.Нуклеотидная последовательность участка тРНК: УГЦЦАУУУУЦГАУАГ, так как она комплементарна нуклеотидам матрицы ДНК;

2.Нуклеотидная последовательность антикодона – УУУ (третий триплет) соответствует кодону на иРНК ААА;

3.По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота Лиз, которую и будет переносить данная тРНК.

Пример 8

Фрагмент молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: АТААГГАТГЦЦТТТТ. Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи и обоснуйте свой ответ. Какие изменения могли произойти в результате генной мутации во фрагменте молекулы ДНК, если вторая аминокислота в полипептиде заменилась на аминокислоту Фен? Какое свойство генетического кода позволяет получить разные фрагменты мутированной молекулы ДНК? Ответ обоснуйте. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Элементы ответа:

1.         Последовательность аминокислот в полипептиде: Тир-Сер-Тир-Гли-Лиз – определяется по последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК: -УАУУЦЦУАЦГГАААА.

2.         Во фрагменте полипептида вторая аминокислота Сер заменилась на Фен, что возможно при замене второго триплета в ДНК АГГ на триплеты ААА либо на ААГ (во втором кодоне иРНК УЦЦ на УУУ либо УУЦ).

3.         Свойство генетического кода – избыточность (вырожденность), т.к. одной аминокислоте (Фен) соответствует более одного триплета (два триплета).

ОСОБЕННОСТИ ОФОРМЛЕНИЯ

•        При написании последовательности нуклеотидов во фрагментах молекул ДНК, иРНК, тРНК допускается запись через тире между триплетами или нуклеотидами, так как это соответствует связи нуклеотидов между собой в единую цепь:

-ААГ-ЦГТ-АГТ-ТЦА-ГАА-

-А-А-Г-Ц-Г-Т-А-Г-Т-Т-Ц-А-Г-А-А-

•        Недопустимо разделение триплетов в сплошной цепи ДНК или иРНК запятыми: ААГ,ЦГТ,АГТ,ТЦА,ГАА

ОСОБЕННОСТИ ОФОРМЛЕНИЯ

• Ошибкой считается запись антикодонов разных молекул тРНК через тире между триплетами, что означает связывание их в единую цепь: Антикодоны тРНК:  УАГ-УУГ-ЦУА • Это свидетельствует о непонимании участником экзамена того, что антикодоны принадлежат разным молекулам тРНК и не связаны в единую цепь

ОСОБЕННОСТИ ОФОРМЛЕНИЯ

•        При записи фрагмента молекулы полипептида аминокислоты могут быть соединены друг с другом с помощью тире или написаны без разделения, одним словом:

Ала-Гли-Фен-Тир-Лиз  ИЛИ АлаГлиФенТирЛиз

•        Запятые между аминокислотами одной цепи считаются ошибкой:

Ала, Гли, Фен, Тир, Лиз

•        Отсутствие пояснения, если это требуется в задании, не дает возможность выставить высший балл