Решение задач по молекулярной биологии.
Молекулярная биология изучает механизмы хранения и передачи наследственной информации. Задачи по молекулярной биологии встречаются в двух основных темах: нуклеиновые кислоты, генетический код.
ДНК ( дезоксирибонуклеиновая кислота) две цепи в спирали РНК (рибонуклеиновая кислота) одна цепь состоят из нуклеотидов Строение нуклеотида 1 дезоксирибоза1 рибоза 2 остаток фосфорной кислоты 3 азотистое основание: А- аденин Г – гуанин Ц – цитозин Т - тиминУ - урацил Принцип комплементарности А-Т, Г-ЦА-У, Г-Ц Между азотистыми основаниями водородные связи А = Т двойная, Г Ц тройная Правила Чаргаффа 1.А=Т, Г=Ц ; А+Г = Т+Ц 100% 50% 50% (в двух цепях) А+ Г + У +Ц = 100% ( в одной цепи) *азотистые основания : 1. Пуриновые – А, Г 2. Пиримидиновые – Ц, Т,У Функция: хранение наследственной информации *Спираль ДНК: 1.Ширина 2 нм 2.Шаг спирали 10 пар нуклеотидов 3,4 нм 3.Длина нуклеотида 0, 34 нм 4.Масса ДНК 6· Виды РНК и их функции: 1. иРНК или мРНК ( информационная или матричная) – 5%, считывает информацию с ДНК и переносит её к рибосоме 2. тРНК ( транспортная) – 10%, переносит аминокислоту 3. рРНК ( рибосомальная) – 85%, входит в состав рибосом
Типы задач Установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов тРНК, используя принцип комплементарности. Вычисление количества нуклеотидов, их процентное соотношение в цепи ДНК, иРНК. Вычисление количества водородных связей в цепи ДНК, иРНК. Определение дины, массы ДНК, иРНК, гена. Определение последовательности аминокислот по таблице генетического кода. Определение количества аминокислот, нуклеотидов. Комбинированные.
Требования к решению задач ход решения должен соответствовать последовательности процессов, протекающих в клетке решать задачи осознано, обосновывать каждое действие теоретически запись решения оформлять аккуратно, цепи ДНК, иРНК, тРНК прямые, символы нуклеотидов четкие, расположены на одной линии по горизонтали цепи ДНК, иРНК,тРНК размещать на одной строке без переноса ответы на все вопросы выписывать в конце решения
Первый тип задач - это задачи на установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов тРНК Участок правой цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т- Г-А-Г-Ц-А-Т. Запишите последовательность нуклеотидов левой цепи ДНК. Дано: ДНК А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т Решение: ( нуклеотиды левой цепи ДНК подбираем по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц) ДНК А Г Т Ц Т А А Ц Т Г А Г Ц А Т ДНК Т Ц А Г А Т Т Г А Ц Т Ц Г Т А Ответ : левая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А
Первый тип задач - это задачи на установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов тРНК Участок цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: Ц-Т-А-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г. Запишите последовательность нуклеотидов иРНК. Дано: ДНК Ц-Т-А-А- Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т- Г- А- Г Решение: ( нуклеотиды иРНК подбираем по принципу комплементарности к ДНК : А-У, Г-Ц, Т-А) ДНК Ц Т А А Ц Ц А Т А Г Т Т Г А Г иРНК Г А У У Г Г У А У Ц А А Ц У Ц Ответ : иРНК имеет последовательность нуклеотидов Г-А-У-У-Г- Г-У-А-У-Ц-А-А-Ц-У-Ц
Второй тип задач на вычисление количества нуклеотидов, их процентное соотношение в цепи ДНК, иРНК. В одной молекуле ДНК нуклеотидов с тимином Т -22%. Определите процентное содержание нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в этой молекуле ДНК. Дано: Т -22% Найти: % А, Г, Ц Решение 1. 1) Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%. Так как тимин комплементарен аденину, то А=22% =44% ( А+Т) =56% (Г+Ц) 2) Так как гуанин комплементарен цитозину, то их количество тоже равно, поэтому 56 : 2 =28% (Г, Ц) Решение 2: 1) 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 =28% (Г, Ц, т.к. они комплементарны) Ответ : А=22%, Г=28%, Ц=28%
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: Ответ: во фрагменте молекулы ДНК содержится: Г=1500 нуклеотидов, А=1000 нуклеотидов, Т=1000 нуклеотидов.
* Участок молекулы ДНК ( одна цепочка) содержит: 150 нуклеотидов – А, 50 нуклеотидов – Т, 300 нуклеотидов – Ц, 100 нуклеотидов - Г. Определите: количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК. Дано: нуклеотидов в 1-й цепи ДНК: А-150, Т-50, Ц- 300, Г-100. Найти: А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК. Решение: Ответ: нуклеотидов во второй цепи Т-150, А-50, Г- 300, Ц-100; 1200 нуклеотидов в двух цепях.
*В состав иРНК входят нуклеотиды: аденина 28%, гуанина 16%, урацила 24%. Определите процентный состав нуклеотидов в двуцепочечной молекуле ДНК, информация с которой «переписана» на иРНК. Дано: нуклеотидов в иРНК: А-28%, У-24%, Г-16%. Найти: % А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК. Решение: 1) Определяем процентное содержание цитозина в иРНК, учитывая, что сумма всех нуклеотидов иРНК составляет 100%: ( ) = 32% (Ц) в иРНК 2) Учитывая принцип комплементарности ДНК, иРНК ( А=Т, У=А, Г=Ц, Ц=Г), вычисляем процентный состав нуклеотидов 1цепи ДНК, с которой была списана информация на и РНК. Сумма всех нуклеотидов в двух цепях ДНК составляет 100% ( поэтому % иРНК делим на 2) иРНК: А-28%, У-24%, Ц-32% Г-16%. ДНК Т=28:2=14%, А=24:2=12% Г= 32:2=16%, Ц=16:2=8% 3) Вторая цепочка ДНК является комплементарной первой, следовательно, в ней процентный состав нуклеотидов следующий: 1 цепь ДНК Т-14% А-12% Г-16% Ц-8% 2 цепь ДНК А=14%, Т=12% Ц=16%, Г=8% 4) В двуцепочечной ДНК процентное содержание нуклеотидов будет таким: А = 12+14=26%, Т= 14+12=26%, Г=16+8=24%, Ц= 8+16=24% Ответ: в двух цепях ДНК % состав нуклеотидов: Т -26%, А-26%, Г-24%, Ц-24%
*Третий тип задач на вычисление количества водородных связей. Две цепи ДНК удерживаются водородными связями. Определите число: двойных и тройных водородных связей в этой цепи ДНК, если известно, что нуклеотидов с аденином 12, с гуанином 20 в обеих цепях. Дано: А-12, Г-20 Найти: 2-х, 3-х, водородных связей в ДНК Решение: Ответ: 24 двойных водородных связей, 60 тройных водородных связей, всего 84 водородных связей.
*Четвертый тип задач определение длины, ДНК, иРНК Участок молекулы ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов. Определите длину этого участка (расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0, 34 нм) Дано: 60 пар нуклеотидов Найти: длину участка Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм 60х0,34= 20,4 нм Ответ: 20,4 нм
Число нуклеотидов в цепи ДНК равно 100. Определите длину этого участка Дано: 100 нуклеотидов Найти: длину участка Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм, ДНК состоит из 2-х цепей значит 50 пар нуклеотидов. 50х0,34=17нм Ответ: 17нм Число нуклеотидов в цепи и-РНК равно 100. Определите длину этого участка Дано: 100 нуклеотидов Найти: длину участка Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм, и-РНК состоит из одной цепи 100х0,34=34нм Ответ: 34нм
« Биосинтез белка, генетический код» на участке ДНК строится иРНК иРНК переходит в цитоплазму иРНК соединяется с рибосомой ( 2 триплета) тРНК несет аминокислоту в рибосому кодон иРНК комплементарен антикодону тРНК в рибосоме из аминокислот образуется белок ДНК –иРНК-тРНк ДНК-иРНК-белок 20 аминокислот - 64 триплета 3 нуклеотида =1 триплет =1 аминокислота = 1тРНК
Пятый тип задач определение последовательности аминокислот по таблице генетического кода. Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТГГАГТГАГТТА. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны тРНК и аминокислотную последовательность фрагмента молекулы белка. Дано: ДНК Т-Г-Г-А-Г-Т-Г-А-Г-Т-Т-А Найти: иРНК, тРНК и аминокислотную последовательность белка Решение: 1) на участке ДНК по принципу комплементарности (А-У, Г-Ц) построим иРНК, затем по цепи иРНК построим тРНК по принципу комплементарности ( А-У, Г-Ц) ДНК Т- Г- Г- А-Г- Т- Г- А- Г- Т- Т- А иРНК А- Ц-Ц-У-Ц-А- Ц- У- Ц- А- А- У тРНК У- Г-Г- А-Г- У- Г -А- Г- У- У- А 2) иРНК разделим на триплеты и по таблице генетического кода определим аминокислотную последовательность белка: А-Ц-Ц тре, У-Ц-А сер, Ц-У-Ц лей, А- А-У асн. Ответ : иРНК А-Ц-Ц-У-Ц-А-Ц-У-Ц-А- А-У тРНК У- Г-Г- А-Г-У- Г-А-Г- У- У-А аминокислотную последовательность белка :тре, сер, лей, асн
*Участок молекулы ДНК имеет следующее строение: ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА Определите последовательность нуклеотидов соответствующего участка иРНК. Определите последовательность аминокислот в полипептиде, синтезируемом по иРНК. Как изменится последовательность аминокислот в полипептиде, если в результате мутации пятый нуклеотид в ДНК будет заменён на аденин? Ответ объясните. Дано: ДНК ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА Найти: аминокислотную последовательность белка исходного, мутированного Решение: Ответ: про, три, тир, глн, вал; про, лей, тир, глн, вал.
* Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК- матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов АТАГЦТГААЦГГАЦТ. 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. Дано: ДНК : АТАГЦТГААЦГГАЦТ Найти: нуклеотидную последовательность участка тРНК аминокислоту, которую будет переносить тРНК Решение : 1)Так как тРНК синтезируются на ДНК, то построим тРНК по принципу комплементарности (А-У, Г- Ц) ДНК А Т А Г Ц Т Г А А Ц Г Г А Ц Т тРНК У А У Ц Г А Ц У У ГЦ Ц У Г А 2) Аминокислоту кодирует кодон иРНК. тРНК У А У Ц Г А Ц У У ГЦ Ц У Г А иРНК Г А А Третий триплет ( антикодон тРНК) ЦУУ, соответствует кодону на иРНК ГАА (по принципу комплементарности), по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота ГЛУ, которую переносит данная тРНК. Ответ: тРНК УАУЦГАЦУУГЦЦУГА аминокислота ГЛУ
Шестой тип задач определение массы белка, количества аминокислот, нуклеотидов. Фрагмент молекулы ДНК содержит 1230 нуклеотидных остатков. Сколько аминокислот будет входить в состав белка? Дано: 1230 нуклеотидов Найти: количество аминокислот Решение: Одной аминокислоте соответствует 3 нуклеотида, поэтому 1230:3= 410 аминокислот. Ответ: 410 аминокислот. Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий белок из 210 аминокислот?
*Определите число аминокислот, входящих в состав белка, число триплетов и число нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок, если в процессе трансляции участвовало 30 молекул тРНК. Дано: 30тРНК Найти: число аминокислот, триплетов, нуклеотидов в гене Решение: Ответ: аминокислот 30, триплетов 30, 90 нуклеотидов
* Молекулярная масса полипептида составляет 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. Дано: масса белка масса аминокислоты расстояние между нуклеотидами 0,34нм Найти: длину гена Решение: Ответ: длина гена 408нм
Комбинированные задачи * 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 Дано: 100 аминокислот, молекулярная масса аминокислоты -110, молекулярная масса нуклеотида Найти : во сколько раз масса гена превышает массу белка. Решение: 1) Так как ген - это участок ДНК, состоящий из нуклеотидов, то определим их количество: аминокислот 100, одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида, то 100х3=300 нуклеотидов. 2) Белок состоит из аминокислот. Молекулярная масса белка 100х110=11000, 3) Ген состоит из нуклеотидов. Молекулярная масса гена 300х300= ) Молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка: 90000: 11000=8 раз Ответ : в 8 раз
Какую длину имеет участок молекулы ДНК, в котором закодирована первичная структура инсулина, если молекула инсулина содержит 51 аминокислоту, а один нуклеотид занимает 0,34 нм в цепи ДНК? Какое число молекул тРНК необходимо для переноса этого количества аминокислот к месту синтеза? (Следует учитывать, что одна тРНК доставляет к рибосоме одну аминокислоту.) Ответ поясните. Ответ: длина ДНК 52 нм, 51 молекула тРНК
Энергетический обмен 1. Подготовительный (в пищеварительном канале, лизосомах) крахмал глюкоза ( Е ) 2. Бескислородный « гликолиз» ( в цитоплазме) глюкоза 2 ПВК + 2 АТФ 3. Кислородный «дыхание» ( в митохондриях) ПВК СО 2 +Н 2 О + 36 АТФ 1 глюкоза = 38 АТФ
В процессе гликолиза образовалось 42 молекулы пировиноградной кислоты. Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении? Дано: 42 ПВК Найти: кол-во глюкозы, кол-во АТФ при полном окислении. Решение: 1) при гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется с образованием 2-х молекул пировиноградной кислоты (ПВК), следовательно, гликолизу подверглось: 42 : 2 = 21 молекула глюкозы; 2) при полном окислении одной молекулы глюкозы (бескислородный и кислородный этапы) образуется 38 молекул АТФ; 3) при окислении 21 молекулы образуется: 21 х 38 = 798 молекул АТФ. Ответ: 21 молекула глюкозы, 798 молекул АТФ
Деление клетки ( n –количество хромосом; c-количество ДНК) митоз мейоз Интерфаза 2n2c - 2n4c мг мг Профаза 2n4c мг Метафаза 2n4c мг Анафаза 2n4c2n4c мг Телофаза 2n2c мг Интерфаза 2n2c - 2n4c мг мг Профаза 1 2n4c мг Метафаза 1 2n4c мг Анафаза 1 2n4c2n4c мг Телофаза 1 n2cn2c мг Профаза 2 n2cn2c мг Метафаза 2 n2cn2c мг Анафаза 2 n 2c мг Телофаза 2 n cn c мг
Общая масса всех молекул ДНК в 46 хромосомах одной соматической клетки человека составляет около мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в ядре при овогенезе перед началом деления, в конце телофазы мейоза I и мейоза II. Объясните полученные результаты. Решение: 1)перед началом деления в процессе репликации число ДНК удваивается и масса ДНК равна = мг; 2)первое деление мейоза редукционное, число хромосом становится в 2 раза меньше, но каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК (сестринских хроматид), поэтому в телофазе мейоза I масса ДНК равна : 2 = мг; 3)после мейоза II каждое ядро в клетке содержит однохроматидные хромосомы гаплоидного набора, поэтому в телофазе мейоза II масса ДНК равна : 2 = мг Ответ: 1)перед началом деления масса ДНК = мг 2) в телофазе мейоза I масса ДНК = мг; 3) В телофазе мейоза II масса = мг