Задача 1. Одна из цепочек молекулы ДНК имеет следующий порядок нуклеотидов: ЦЦГТАЦЦТАГТЦ ... .
1. Определите последовательность аминокислот в соответствующем полипептиде, если известно, что и-РНК синтезируется на комплементарной цепи ДНК.
2. Как изменится первичная структура полипептида, если выпадет четвертый нуклеотид?
Решение. 1. Известно, что молекула и-РНК синтезируется по принципу комплементарности на одной из цепей молекулы ДНК. Нам известен порядок нуклеотидов в одной цепи ДНК и сказано, что и-РНК синтезируется на комплементарной цепи. Следовательно, надо построить комплементарную цепь ДНК, помня при этом, что аденин соответствует тимину, а гуанин - цитозину. Двойная цепочка ДНК будет выглядеть следующим образом:
ЦЦГТАЦЦТАГ Т Ц ...
Г Г ЦАТГ Г АТЦАГ ...
Теперь можно построить молекулу и-РНК. Следует помнить о том, что вместо тимина в молекулу РНК входит урацил. Следовательно,
ДНК: ГГЦАТГГАТЦАГ ...
и-РНК: ЦЦГ УАЦЦУАГУЦ ...
Таблица 11
Соответствие кодонов и-РНК аминокислотам
|
Основания кодонов |
|||||
|
первое |
второе |
третье |
|||
|
У |
Ц |
А |
Г |
||
|
У |
У |
Фен |
Фен |
Лей |
Лей |
|
Ц |
Сер |
Сер |
Сер |
Сер |
|
|
А |
Тир |
Тир |
- |
- |
|
|
Г |
Цис |
Цис |
- |
Три |
|
|
Ц |
У |
Лей |
Лей |
Лей |
Лей |
|
Ц |
Про |
Про |
Про |
Про |
|
|
А |
Гис |
Гис |
Глн |
Глн |
|
|
Г |
Арг |
Арг |
Арг |
Арг |
|
|
А |
У |
Иле |
Иле |
Иле |
Мет |
|
Ц |
Тре |
Тре |
Тре |
Тре |
|
|
А |
Асн |
Асн |
Лиз |
Лиз |
|
|
Г |
Сер |
Сер |
Арг |
Арг |
|
|
Г |
У |
Вал |
Вал |
Вал |
Вал |
|
Ц |
Ала |
Ала |
Ала |
Ала |
|
|
А |
Асп |
Асп |
Глу |
Глу |
|
|
Г |
Гли |
Гли |
Гли |
Гли |
|
Примечание. Сокращенные названия аминокислот даны по международной терминологии.
Три рядом расположенных нуклеотида (триплет, кодон) и-РНК определяют присоединение одной аминокислоты. Соответствующие триплетам аминокислоты находим по таблице кодонов (табл. 11). Кодон ЦЦГ соответствует пролину, УАЦ - тирозину, ЦУА - лейцину, ГУЦ - валину. Значит, последовательность аминокислот участка полипептидной цепи будет такой:
про - тир - лей - вал ...
2. Если из цепочки молекулы ДНК выпадет четвертый нуклеотид, то она будет выглядеть следующим образом:
Ц Ц Г А Ц Ц Т А Г Т Ц...
Комплементарная цепочка:
Г Г Ц Т Г Г А Т Ц А Г...
и-РНК:
Ц Ц Г А Ц Ц У А Г У Ц ...
Начиная со второго, произойдет сдвиг кодонов. Первый кодон ЦЦГ соответствует аминокислоте пролин, второй АЦЦ - аминокислоте треонин, третий УАГ - не кодирует аминокислоту (кодон-терминатор), четвертый - не полный. Таким образом, участок полипептида будет выглядеть следующим образом:
про - тре -...,
т. е. произойдет значительное изменение порядка и количества аминокислот в полипептиде.
Ответ: 1. Последовательность аминокислот в полипептиде будет такой:
про - тир - лей - вал...
2. После выпадения четвертого нуклеотида последовательность аминокислот в полипептиде будет следующей:
про - тре - ...
Задача 2. Полипептид имеет следующий порядок аминокислот: гли - тре - ала - сер - арг...
Определите один из вариантов структуры гена, кодирующего данный полипептид.
Решение. Полипептид имеет такую последовательность аминокислот:
гли - тре - ала - сер - арг...
По таблице кодонов находим один из триплетов, кодирующий соответствующие аминокислоты:
Гли - ГГУ, тре - АЦУ, ала - ГЦУ, сер - АГУ, арг - АГА.
Значит, кодирующая данный полипептид и-РНК будет иметь следующую последовательность нуклеотидов:
Г Г У А Ц У Г Ц У А Г У А Г А ...
Порядок нуклеотидов в кодирующей цепочке ДНК:
Ц Ц А Т Г А Ц Г А Т Ц А Т Ц Т .
Комплементарная цепочка ДНК:
Г Г Т А Ц Т Г Ц Т А Г Т А Г А .
Ответ: Один из вариантов последовательности нуклеотидов в гене:
Ц Ц А Т Г А Ц Г А Т Ц А Т Ц Т ...
Г Г Т А Ц Т Г Ц Т А Г Т А Г А ...
Задача 3. Одна из цепочек молекулы ДНК имеет следующий порядок нуклеотидов:
Г Ц Т А Ц Г Г Ц Т Т Г Ц
Какие т-РНК (с какими антикодонами) принимают участие в синтезе белка, закодированного комплементарной цепочкой ДНК?
Решение. Так как кодирующей является комплементарная данной цепочка ДНК, то построим ее:
Данная цепочка ДНК:
Г Ц Т А Ц Г Г Ц Т Т Г Ц .
Комплементарная цепочка
ДНК: Ц Г А Т Г Ц Ц Г А А Ц Г . и-РНК: Г Ц У А Ц Г Г Ц У У Г Ц .
Антикодоны т-РНК являются комплементарными кодонам и-РНК, следовательно, они такие:
ЦГА, УГЦ, ЦГА, АЦГ.
Ответ: антикодоны т-РНК: ЦГА, УГЦ, ЦГА, АЦГ.
Задача 4. Считая, что средняя молекулярная масса аминокислоты около 110, а нуклеотида - около 300, определите, что тяжелее: полипептид или кодирующий его ген.
Решение. Допустим, что полипептид состоит из n аминокислот, тогда его молекулярная масса будет около 110n. Так как каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, то кодирующая цепь ДНК содержит 3n нуклеотидов, а ее молекулярная масса 3003n = 900n. Так как ген - это участок молекулы ДНК, а ДНК всегда двухцепочечная, то молекулярная масса соответствующего гена будет 900n2 = 1800n. Таким образом, ген в 16,4 раза тяжелее кодируемого им белка (1800n : 110n = 16,4).
Ответ: ген в 16,4 раза тяжелее кодируемого им белка.
Задача 5. Полипептид состоит из 100 аминокислот. Определите длину соответствующего гена, если известно, что расстояние между двумя соседними нуклеотидами в спирализованной молекуле ДНК (измеренное вдоль оси спирали) составляет 0,34 нм.
Решение. Так как полипептид состоит из 100 аминокислот, а каждую аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, то общее количество нуклеотидов соответствующего гена равно 300 (100 х 3 = = 300). Известно, что расстояние между двумя соседними нуклеотидами в молекуле ДНК равно 0,34 нм, а между 300 нуклеотидами - 0,34 нм * 300 - 1 = 101,66 нм (вычли единицу, так как расстояний на одно меньше, чем нуклеотидов).
Ответ: длина гена, который кодирует полипептид, состоящий из 100 аминокислот, равна 101,66 нм.
Задача 6. В молекуле ДНК на долю цитозиновых нуклеотидов приходится 18%. Определите процентное содержание других нуклеотидов, входящих в эту молекулу ДНК.
Решение. По правилу комплементарности в двойной цепочке ДНК цитозин всегда комплементарен гуанину. Следовательно, на долю гуаниновых нуклеотидов также приходится 18%. Сумма пары нуклеотидов Ц+Г равна 36% (18% + 18%= 36%). На пару нуклеотидов А-Т приходится 100% - 36% = 64%. Так как аденин всегда комплементарен тимину, то содержание каждого из них будет равным, т. е. 64% : 2 = 32%. Таким образом, процентное содержание в этой молекуле ДНК цитозина и гуанина - по 18%, а аденина и тимина - по 32%.
Ответ: содержание гуанина в данной молекуле ДНК равно 18%, аденина - 32%, тимина - 32%.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Одна из цепочек фрагмента молекулы ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:
Ц Г Т Г А Т Т Т Т Г Г Т Т Г Т А ...
Какова будет структура фрагмента ДНК после репликации?
2. Участок одной цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:
Г Г А А Ц А Ц Т А Г Т Т А А А А Т А Ц Г Ц...
Какова последовательность аминокислот в полипептиде, соответствующем этой генетической информации?
3. Участок одной цепи ДНК имеет такую структуру:
Т А Т Т Ц Т Т Т Т Т Г Т...
1) Укажите структуру соответствующей части молекулы полипептида, синтезированного при участии комплементарной цепи. 2) Как изменится первичная структура фрагмента белка, если выпадет второй от начала нуклеотид?
4. Часть молекулы белка имеет такую последовательность аминокислот:
сер - ала - тир - лей - асп ...
Какие т-РНК (с какими антикодонами) участвуют в синтезе этого белка? Запишите один из возможных вариантов.
5. Запишите один из вариантов последовательности нуклеотидов в гене, если кодируемый им белок имеет следующую первичную структуру:
ала - тре - лиз - асн - сер - глн - глу - асп ...
6. Одна из цепочек молекулы ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:
А Т Г Т Т Ц Г Ц А А Г Т ...
Какие т-РНК (с какими антикодонами) участвуют в синтезе белка, закодированного комплементарной цепочкой ДНК?
7. Молекулярная масса одного нуклеотида в молекуле ДНК равна примерно 300. Определите молекулярную массу гена, кодирующего полипептид, состоящий из 250 аминокислот.
8. Расстояние между двумя соседними нуклеотидами в спирализованной молекуле ДНК (измеренное вдоль оси спирали) равно 0,34 нм. Какую длину имеет ген, определяющий синтез полипептида, состоящего из 300 аминокислот?
9. Исследования показали, что в молекуле и-РНК на долю адениновых нуклеотидов приходится 18% их общего числа, гуаниновых - 30%, цитозиновых - 28% и урациловых - 24%. Определите процентный состав азотистых оснований двухцепочечной ДНК, на кодирующей цепочке которой синтезирована данная и-РНК.
ОТВЕТЫ
1. Ц Г Т Г А Т Т Т Т Г Г Т Т Г Т А ...
Г Ц А Ц Т А А А А Ц Ц А А Ц А Т ...
2. Про - цис - асп - глн - фен - тир - ала. .
3. 1) Тир - сер - фен - цис ...; 2) фен - лей - фен ... .
4. АГА, ЦГА, АУА, ГАА, ЦУА.
5. Ц Г А Т Г А Т Т Т Т ТААГАГТТ Ц Т Т Ц Т А ...
Г Ц Т А Ц Т А А А А А ТТЦТЦ А АГА А Г А Т ...
6. УАЦ, ААГ, ЦГУ, УЦА.
7. 450 000.
8. 305,66 нм.
9. В двухцепочечной ДНК аденина и тимина содержится по 21%, а гуанина и цитозина - по 29%.