Решение задач по
молекулярной биологии
Для
закрепления теоретического материала по способам и приемам решения задач
предлагаются задачи для самостоятельного решения, а также вопросы для
самоконтроля.
Примеры
решения задач
Необходимые
пояснения:
Один шаг это полный виток спирали ДНК–поворот на 360o
Один шаг составляют 10 пар нуклеотидов
Длина одного шага – 3,4 нм
Расстояние между двумя нуклеотидами – 0,34 нм
Молекулярная масса одного нуклеотида – 345 г/моль
Молекулярная масса одной аминокислоты – 120 г/мол
В молекуле ДНК: А+Г=Т+Ц (Правило Чаргаффа: ∑(А) =
∑(Т), ∑(Г) = ∑(Ц), ∑(А+Г) =∑(Т+Ц)
Комплементарность нуклеотидов: А=Т; Г=Ц
Цепи ДНК удерживаются водородными связями, которые
образуются между комплементарными азотистыми основаниями: аденин с тимином
соединяются 2 водородными связями, а гуанин с цитозином тремя.
В среднем один белок содержит 400 аминокислот;
вычисление молекулярной массы белка:
где М min – минимальная молекулярная масса белка,
а – атомная или молекулярная масса компонента,
в – процентное содержание компонента.
Задача № 1.Одна из
цепочек ДНК имеет последовательность нуклеотидов : АГТ АЦЦ
ГАТ АЦТ ЦГА ТТТ АЦГ ... Какую последовательность
нуклеотидов имеет вторая цепочка ДНК той же молекулы. Для наглядности
можно использовать магнитную "азбуку" ДНК (прием автора статьи)
.
Решение: по принципу комплементарности достраиваем вторую цепочку
(А-Т,Г-Ц) .Она выглядит следующим образом: ТЦА ТГГ ЦТА
ТГА ГЦТ ААА ТГЦ.
Задача № 2.
Последовательность нуклеотидов в начале гена, хранящего информацию о белке
инсулине, начинается так: ААА ЦАЦ ЦТГ ЦТТ ГТА
ГАЦ. Напишите последовательности аминокислот, которой начинается цепь инсулина.
Решение: Задание выполняется с помощью таблицы генетического кода, в
которой нуклеотиды в иРНК (в скобках – в исходной ДНК) соответствуют
аминокислотным остаткам.
Задача № 3. Большая из двух
цепей белка инсулина имеет (так называемая цепь В) начинается со следующих
аминокислот : фенилаланин-валин-аспарагин-глутаминовая кислота-гистидин-лейцин.
Напишите последовательность нуклеотидов в начале участка молекулы ДНК,
хранящего информацию об этом белке.
Решение (для удобства используем табличную форму
записи решения): т.к. одну аминокислоту могут кодировать несколько
триплетов, точную структуру и-РНК и участка ДНКопределить
невозможно, структура может варьировать. Используя принцип
комплементарности и таблицу генетического кода получаем один из
вариантов:
Цепь белка
|
Фен
|
Вал
|
Асн
|
Глу
|
Гис
|
Лей
|
и-РНК
|
УУУ
|
ГУУ
|
ААУ
|
ГАА
|
ЦАЦ
|
УУА
|
ДНК
|
1-я цепь
|
ААА
|
ЦАА
|
ТТА
|
ЦТТ
|
ГТГ
|
ААТ
|
2-я цепь
|
ТТТ
|
ГТТ
|
ААТ
|
ГАА
|
ЦАЦ
|
ТТА
|
Задача № 4. Участок гена имеет
следующее строение, состоящее из последовательности нуклеотидов: ЦГГ
ЦГЦ ТЦА ААА ТЦГ ... Укажите строение
соответствующего участка белка, информация о котором содержится в данном гене.
Как отразится на строении белка удаление из гена четвертого нуклеотида?
Решение (для удобства используем табличную форму
записи решения): Используя принцип комплементарности и таблицу
генетического кода получаем:
Цепь
ДНК
|
ЦГГ
|
ЦГЦ
|
ТЦА
|
ААА
|
ТЦГ
|
и
-РНК
|
ГЦЦ
|
ГЦГ
|
АГУ
|
УУУ
|
АГЦ
|
Аминокислоты
цепи белка
|
Ала-Ала-Сер-Фен-Сер
|
При
удалении из гена четвертого нуклеотида – Ц произойдут заметные изменения –
уменьшится количество и состав аминокислот в белке:
Цепь
ДНК
|
ЦГГ
|
ГЦТ
|
ЦАА
|
ААТ
|
ЦГ
|
и
-РНК
|
ГЦЦ
|
ЦГА
|
ГУУ
|
УУА
|
ГЦ
|
Аминокислоты
цепи белка
|
Ала-Арг-Вал-Лей-
|
Задача № 5. Вирусом табачной
мозаики (РНК-содержащий вирус) синтезируется участок белка с аминокислотной
последовательностью: Ала – Тре – Сер – Глу – Мет-. Под действием азотистой
кислоты (мутагенный фактор) цитозин в результате дезаминирова ния превращается
в урацил. Какое строение будет иметь участок белка вируса табачной
мозаики, если все цитидиловые нуклеотиды подвергнутся указанному
химическому превращению?
Решение (для удобства используем табличную форму
записи решения): Используя принцип комплементарности и таблицу
генетического кода получаем :
Аминокислоты
цепи белка (исходная)
|
Ала
– Тре – Сер – Глу – Мет-
|
и
-РНК (исходная)
|
ГЦУ
|
АЦГ
|
АГУ
|
ГАГ
|
АУГ
|
и
-РНК (дезаминированная)
|
ГУУ
|
АУГ
|
АГУ
|
ГАГ
|
АУГ
|
Аминокислоты
цепи белка (дезаминированная)
|
Вал
– Мет – Сер – Глу – Мет-
|
Задача № 6. При синдроме
Фанкоми (нарушение образования костной ткани) у больного с мочой
выделяются аминокислоты , которым соответствуют кодоны в и -РНК :
АУА ГУЦ АУГ УЦА УУГ ГУУ АУУ.
Определите, выделение каких аминокислот с мочой характерно для синдрома
Фанкоми, если у здорового человека в моче содержатся аминокислоты аланин,
серин, глутаминовая кислота, глицин.
Решение (для удобства используем табличную форму
записи решения): Используя принцип комплементарности и таблицу
генетического кода получаем:
и
-РНК
|
АУА
|
ГУЦ
|
АУГ
|
УЦА
|
УУГ
|
ГУУ
|
АУУ
|
Аминокислоты
цепи белка (больного человека)
|
Изе-Вал-Мет-Сер-Лей-Вал-Иле
|
Аминокислоты
цепи белка (здорового человека)
|
Ала-Сер-Глу-Гли
|
Таким
образом, в моче больного человека только одна аминокислота (серин) такая же
как, у здорового человека, остальные – новые, а три, характерные для здорового
человека, отсутствуют.
Задача № 7. Цепь А инсулина
быка в 8-м звене содержит аланин, а лошади – треонин, в 9-м звене
соответственно серин и глицин. Что можно сказать о происхождении инсулинов?
Решение (для удобства сравнения используем
табличную форму записи решения): Посмотрим, какими триплетами в
и-РНК кодируются упомянутые в условии задачи аминокислоты.
Организм
|
Бык
|
Лошадь
|
8-е
звено
|
Ала
|
Тре
|
и-
РНК
|
ГЦУ
|
АЦУ
|
9-е
звено
|
Сер
|
Гли
|
и-
РНК
|
АГУ
|
ГГУ
|
Т.к.
аминокислоты кодируются разными триплетами, взяты триплеты, минимално
отличающиеся друг от друга. В данном случае у лошади и быка в 8-м и 9-м
звеньях изменены аминокислоты в результате замены первых нуклеотидов в
триплетах и -РНК : гуанин заменен на аденин ( или наоборот). В двухцепочечной
ДНК это будет равноценно замене пары Ц-Г на Т-А (или
наоборот).
Следовательно, отличия цепей А инсулина быка и лошади обусловлены
транзициями в участке молекулы ДНК, кодирующей 8-е и 9-е звенья цепи А инсулинов
быка и лошади.
Задача № 7 . Исследования
показали, что в и- РНК содержится 34% гуанина,18% урацила, 28% цитозина и 20%
аденина.Определите процентный состав азотистых оснваний в участке ДНК,
являющейся матрицей для данной и-РНК.
Решение (для удобства используем табличную форму записи
решения): Процентное соотношение азотистых оснований высчитываем исходя из
принципа комплементарности:
и-РНК
|
Г
|
У
|
Ц
|
А
|
34%
|
18%
|
28%
|
20%
|
ДНК
(смысловая цепь, считываемая)
|
Г
|
А
|
Ц
|
Т
|
28%
|
18%
|
34%
|
20%
|
ДНК
(антисмысловая цепь)
|
Г
|
А
|
Ц
|
Т
|
34%
|
20%
|
28%
|
18%
|
Суммарно
А+Т и Г+Ц в смысловой цепи будут составлять: А+Т=18%+20%=38% ;
Г+Ц=28%+34%=62%. В антисмысловой (некодируемой) цепи суммарные показатели будут
такими же , только процент отдельных оснований будет обратный:
А+Т=20%+18%=38% ; Г+Ц=34%+28%=62%. В обеих же цепях в парах
комплиментарных оснований будет поровну, т.е аденина и тимина – по 19%, гуанина
и цитозина по 31%.
Задача № 8. На фрагменте
одной нити ДНК нуклеотиды расположены в последователь ности:
А–А–Г–Т–Ц–Т–А–Ц–Г–Т–А–Т. Определите процентное содержание всех нукле
отидов в этом фрагменте ДНК и длину гена.
Решение:
1)
достраиваем вторую нить (по принципу комплементарности)
2)
∑(А +Т+Ц+Г) = 24,из них ∑(А) = 8 = ∑(Т)
24
– 100%
|
=>
х = 33,4%
|
8
– х%
|
24
– 100%
|
=>
х = 16,6%
|
4
– х%
|
∑(Г)
= 4 = ∑(Ц)
3) молекула ДНК двуцепочечная, поэтому длина гена равна длине одной цепи:
12
× 0,34 = 4,08 нм
Задача № 9. В молекуле ДНК на
долю цитидиловых нуклеотидов приходится 18%. Определите процентное содержание
других нуклеотидов в этой ДНК.
Решение:
1) т.к. Ц =
18%, то и Г = 18%;
2) на долю А+Т приходится 100% – (18% +18%) = 64%, т.е. по 32%
Задача № 10. В молекуле ДНК
обнаружено 880 гуанидиловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего числа
нуклеотидов в этой ДНК. Определите: а) сколько других нуклеотидов в этой ДНК?
б) какова длина этого фрагмента?
Решение:
1)
∑(Г) = ∑(Ц)= 880 (это 22%); На долю других нуклеотидов приходится 100% –
(22%+22%)= 56%, т.е. по 28%; Для вычисления количества этих нуклеотидов
составляем пропорцию:
22%
– 880
28% – х, отсюда х = 1120
2)
для определения длины ДНК нужно узнать, сколько всего нуклеотидов содержится в
1 цепи:
(880
+ 880 + 1120 + 1120) : 2 = 2000
2000 × 0,34 = 680 (нм)
Задача № 11. Дана молекула ДНК
с относительной молекулярной массой 69 000, из них 8625 приходится на
долю адениловых нуклеотидов. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК.
Определите длину этого фрагмента.
Решение:
1) 69 000 :
345 = 200 (нуклеотидов в ДНК), 8625 : 345 = 25 (адениловых нуклеотидов в этой
ДНК),∑(Г+Ц) = 200 – (25+25)= 150, т.е. их по 75;
2) 200 нуклеотидов в двух цепях, значит в одной – 100. 100 × 0,34 = 34 (нм)
Задача № 12. Что тяжелее:
белок или его ген?
Решение: Пусть х – количество аминокислот в
белке, тогда масса этого белка – 120х, количество нуклеотидов в гене,
кодирующем этот белок, – 3х, масса этого гена – 345 × 3х. 120х < 345 ×
3х, значит ген тяжелее белка.
Задача № 13. Гемоглобин крови
человека содержит 0, 34% железа. Вычислите минимальную молекулярную массу
гемоглобина.
Решение: Мmin = 56 : 0,34% · 100% = 16471
Задача №14. Альбумин сыворотки крови человека имеет молекулярную
массу 68400. Определите количество аминокислотных остатков в молекуле этого
белка.
Решение: 68400 : 120 = 570 (аминокислот в молекуле альбумина)
Задача №15. Белок содержит 0,5% глицина. Чему равна минимальная
молекулярная масса этого белка, если М глицина = 75,1? Сколько аминокислотных
остатков в этом белке?
Решение: Мmin = 75,1 : 0,5% · 100% = 15020 ; 15020 : 120 =
125 (аминокислот в этом белке)
Задачи для самостоятельной работы
Молекула
ДНК распалась на две цепочки. одна из них имеет строение : ТАГ АЦТ
ГГТ АЦА ЦГТ ГГТ ГАТ ТЦА ... Какое строение будет
иметь вторая молекула ДНК ,когда указанная цепочка достроится до полной
двухцепочечной молекулы ?
Полипептидная
цепь одного белка животных имеет следующее начало :
лизин-глутамин-треонин-аланин-аланин-аланин-лизин-... С какой последовательности
нуклеотидов начинается ген, соответствующий этому белку?
Участок
молекулы белка имеет следующую последовательность аминокислот:
глутамин-фенилаланин-лейцин-тирозин-аргинин. Определите одну из возможных
последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК.
Участок
молекулы белка имеет следующую последовательность аминокислот:
глицин-тирозин-аргинин-аланин-цистеин. Определите одну из возможных
последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК.
Одна
из цепей рибонуклеазы (фермента поджелудочной железы) состоит из 16
аминокислот:
Глу-Гли-асп-Про-Тир-Вал-Про-Вал-Про-Вал-Гис-фен-Фен-Асн-Ала-Сер-Вал.
Определите структуру участка ДНК , кодирующего эту часть рибонуклеазы.
Фрагмент
гена ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ГТЦ ЦТА
АЦЦ ГГА ТТТ. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и
аминокислот в полипептидной цепи белка.
Фрагмент
гена ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТЦГ ГТЦ ААЦ
ТТА ГЦТ. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и аминокислот в
полипептидной цепи белка.
Фрагмент
гена ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТГГ АЦА
ГГТ ТТЦ ГТА. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и
аминокислот в полипептидной цепи белка.
Определите
порядок следования аминокислот в участке молекулы белка, если известно, что он
кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК: ТГА ТГЦ
ГТТ ТАТ ГЦГ ЦЦЦ. Как изменится белок , если химическим
путем будут удалены 9-й и 13-й нуклеотиды?
Кодирующая
цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТАГ ЦГТ ТТЦ
ТЦГ ГТА. Как изменится структура молекулы белка, если произойдет удвоение
шестого нуклеотида в цепи ДНК. Объясните результаты.
Кодирующая
цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТАГ ТТЦ ТЦГ
АГА. Как изменится структура молекулы белка, если произойдет удвоение восьмого
нуклеотида в цепи ДНК. Объясните результаты.
Под
воздействием мутагенных факторов во фрагменте гена: ЦАТ ТАГ
ГТА ЦГТ ТЦГ произошла замена второго триплета на триплет АТА.
Объясните, как изменится структура молекулы белка.
Под
воздействием мутагенных факторов во фрагменте гена: АГА ТАГ
ГТА ЦГТ ТЦГ произошла замена четвёртого триплета на триплет АЦЦ.
Объясните, как изменится структура молекулы белка.
Фрагмент
молекулы и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГЦА
УГУ АГЦ ААГ ЦГЦ. Определите последовательность аминокислот в
молекуле белка и её молекулярную массу.
Фрагмент
молекулы и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГАГ
ЦЦА ААУ АЦУ УУА. Определите последовательность аминокислот в
молекуле белка и её молекулярную массу.
Ген
ДНК включает 450пар нуклеотидов. Какова длина, молекулярная масса гена и
сколько аминокислот закодировано в нём?
Сколько
нуклеотидов содержит ген ДНК, если в нем закодировано 135 аминокислот. Какова
молекулярная масса данного гена и его длина?
Фрагмент
одной цепи ДНК имеет следующую структуру: ГГТ АЦГ АТГ ТЦА АГА. Определите
первичную структуру белка, закодированного в этой цепи, количество (%)
различных видов нуклеотидов в двух цепях фрагмента и его длину.
Какова
молекулярная масса гена и его длина, если в нем закодирован белок с
молекулярной массой 1500 г/моль?
Какова
молекулярная масса гена и его длина, если в нем закодирован белок с
молекулярной массой 42000 г/моль?
В
состав белковой молекулы входит 125 аминокислот. Определите количество
нуклеотидов в и-РНК и гене ДНК, а также количества молекул т-РНК принявших
участие в синтезе данного белка.
В
состав белковой молекулы входит 204 аминокислоты. Определите количество
нуклеотидов в и-РНК и гене ДНК, а также количества молекул т-РНК принявших
участие в синтезе данного белка.
В
синтезе белковой молекулы приняли участие 145 молекул т-РНК.
Определите число нуклеотидов в и-РНК, гене ДНК и количество аминокислот в
синтезированной молекуле белка.
В
синтезе белковой молекулы приняли участие 128 молекул т-РНК.
Определите число нуклеотидов в и-РНК, гене ДНК и количество аминокислот в
синтезированной молекуле белка.
Фрагмент
цепи и-РНК имеет следующую последовательность: ГГГ УГГ УАУ
ЦЦЦ ААЦ УГУ. Определите, последовательность нуклеотидов на ДНК,
антикодоны т-РНК, и последовательность аминокислот соответствующая фрагменту
гена ДНК.
Фрагмент
цепи и-РНК имеет следующую последовательность: ГУУ ГАА ЦЦГ
УАУ ГЦУ. Определите, последовательность нуклеотидов на ДНК, антикодоны
т-РНК, и последовательность аминокислот соответствующая фрагменту гена ДНК.
В
молекуле и-РНК содержится 13% адениловых, 27% гуаниловых и 39% урациловых
нуклеотидов. Определите соотношение всех видов нуклеотидов в ДНК, с
которой была транскрибирована данная и-РНК.
В
молекуле и-РНК содержится 21% цитидиловых, 17% гуаниловых и 40% урациловых
нуклеотидов. Определите соотношение всех видов нуклеотидов в ДНК, с
которой была транскрибирована данная и-РНК
Молекула
и-РНК содержит 21% гуаниловых нуклеотидов, сколько цитидиловых нуклеотидов
содержится в кодирующей цепи участка ДНК?
Если
в цепи молекулы ДНК, с которой транскрибирована генетическая информация,
содержалось 11% адениловых нуклеотидов, сколько урациловых нуклеотидов будет
содержаться в соответствующем ему отрезке и-РНК?
Используемая литература.
Болгова И.В. Сборник задач по
общей биологии с решениями для поступающих в вузы–М.: ООО "Издательство Оникс":"Издательство."Мир
и Образование", 2008г.
Воробьев О.В. Уроки биологии с
применением информационных технологий .10 класс. Методическое пособие с
электронным приложением–М.:Планета,2012г.
Чередниченко И.П. Биология.
Интерактивные дидактические материалы.6-11 класс. Методическое пособие с
электронным интерактивным приложением. – М.:Планета,2012г.
Интернет-ссылки:
http://ru.convdocs.org/download/docs-8406/8406.doc
http://bio.1september.ru/articles/2009/06
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.