Приклади розв`язання задач з молекулярної біології
МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ
Під час розв’язання таких задач необхідно пам’ятати, що:
· довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм;
· середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць;
· середня молекулярна маса однієї амінокислоти дорівнює 100 умовних одиниць;
· молекула білка в середньому складається з 200 амінокислот;
· кожну амінокислоту в білковій молекулі кодує триплет нуклеотидів і-РНК (під час трансляції);
· для визначення довжини гена (l) враховують кількість нуклеотидів, яка міститься в одному ланцюзі ДНК;
· для визначення молекулярної маси гена (Mr) враховують кількість нуклеотидів, що міститься у двох ланцюгах ДНК;
· трансляція здійснюється згідно з генетичним кодом;
· для всіх ДНК виконується правило Чаргаффа: А=Т; Г=Ц;
· А+Г = Т+Ц (вміст пуринових азотистих основ – аденіну і гуаніну – дорівнює вмісту піримідинових азотистих основ – тиміну і цитозину);
· сума всіх нуклеотидів в молекулі ДНК або РНК (А+Т+Г+Ц чи А+У+Г+Ц) становить 100%.
Задача 1.На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в послідовності, показаній нижче.
… АГТАЦГГЦАТГТАГЦ …
1. Намалюйте схему структури дволанцюгової молекули ДНК.
2. Якою є довжина в нанометрах цього фрагмента?
3. Якою є маса дволанцюгового фрагмента?
Розв’язання
1.Керуючись властивістю ДНК, здатністю до самовідтворення (реплікації), в основі якого лежить комплементарність, запишемо
схему дволанцюгової ДНК:
ДНК: АГТ-АЦГ-ГЦА-ТГЦ-АГЦ-
||| ||| ||| ||| |||
ТЦА-ТГЦ-ЦГТ-АЦГ-ТЦГ-
2. Довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм.
Довжина дволанцюгового фрагмента дорівнює довжині одного ланцюга.
l = 15 х 0,34 = 5,1 (нм) (15 - кількість нуклеотидів в одному ланцюгу).
3. Середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць, молекулярна маса фрагмента ДНК:
Мr = 345 х 15 = 5175 (а.о.м) (30 – кількість нуклеотидів у двох ланцюгах).
Відповідь. Другий ланцюг фрагмента ДНК має таку структуру: ТЦА – ТГЦ – ЦГТ – АЦГ – ТЦГ ; довжина фрагмента ДНК – 5,1 нм;
молекулярна маса фрагмента ДНК – 5175 а.о.м.
Задача 2.Фрагмент першого ланцюга ДНК має таку нуклеотидну послідовність: ТАЦАГАТГГАГТЦГЦ.
Визначте послідовність мономерів білка, закодованого фрагментом другого ланцюга ДНК.
Розв’язання
ДНК: - ТАЦ-АГА-ТГГ-АГТ-ЦГЦ-
-АТГ-ТЦТ-АЦЦ-ТЦА-ГЦГ
іРНК: -УАЦ-АГА-УГГ-АГУ-ЦГЦ-
Білок: -тир-арг-трип-сер-арг-
Відповідь. Послідовність мономерів білка: тирозин – аргінін – триптофан – серин – аргінін.
Задача 3.Фрагмент ланцюга А білка нормального гемоглобіну складається із 7 амінокислот, розміщених у такій послідовності:
вал – лей – лей – тре – про – глн – ліз.
1. Яка будова фрагмента іРНК, що є матрицею для синтезу цього фрагмента молекули гемоглобіну?
2. Яка будова фрагмента ДНК, що кодує дану іРНК?
Розв’язання-відповідь
Білок: вал-лей-лей-тре-про-гли-ліз
іРНК: ГУУ-УУА-УУА-АЦУ-ЦЦУ-ЦАА-ААА
ДНК: ЦАА-ААТ-ААТ-ТГА- ГГА- ГТТ -ТТТ
||| ||| ||| ||| ||| ||| |||
ГТТ ТТА ТТА АЦТ ЦЦТ ЦАА ААА
Задача 4.Біохімічний аналіз показав, що іРНК має 30% аденіну, 18% гуаніну та 20% урацилу. Визначте частку (у %) кожного нуклеотида
у відповідному фрагменті дволанцюгової ДНК?
Розв’язання
Дано:
А(іРНК)= 30%;
Г (іРНК) = 18%;
У(іРНК)= 20%.
А(ДНК)- ? Т(ДНК)- ?
Г(ДНК) - ? Ц(ДНК)-?
Визначаємо відсоток цитозинових нуклеотидів у даній іРНК:
Ц (іРНК)=100% - (А(іРНК)+У(іРНК)+Г(іРНК)) =
= 100% - (30% +20% + 18%) = 32%.
Визначаємо відсоток аденінових і тимінових нуклеотидів (окремо) у фрагменті ДНК:
А(ДНК)= Т(ДНК) = (А(іРНК)+У(іРНК)) : 2 = (30% + 20%) : 2 = 25%.
Визначаємо відсоток гуанінового і цитозиновог нуклеотидів (окремо) у фрагменті ДНК:
Г(ДНК)= Ц(ДНК)= (Г(ДНК)+Ц(ДНК)) : 2 = (18% + 32%) : 2 = 25%.
Відповідь. Частка кожного нуклеотида у відповідному фрагменті дволанцюгової ДНК становить 25%.
Задача 5. Білок складається зі 124 аміноліслот. Порівняйте відносні молекулярні маси білка та гена, який його кодує.
Розв’язання
Дано:
Склад білка – 124 амінокислоти;
Мr(амінокислоти) = 100;
Мr(нуклеотида) = 345.
Мr(гена) - ? Мr(білка) - ?
1). Визначаємо відносну молекулярну масу білка:
124 х 100 = 12400.
2). Визначаємо кількість нуклеотидів у складі гена, що кодує даний білок: 124 х 3 х 2 = 744 (нуклеотиди).
3). Визначаємо відносну молекулярну масу гена:
744 х 345 = 256 680.
4). Визначаємо, у скільки разів ген важчий за білок:
256 680 : 12400 = 20,7 (рази).
Відповідь. Відносна молекулярна маса гена у 20,7 рази більша, ніж кодованого білка.
Задача 6. Гормон росту людини (соматотропін) – білок, що містить 191 амінокислоту.
Скільки кодуючи нуклеотидів і триплетів входить до складу гена соматотропіну?
Розв’язання
Одну амінокислоту кодує триплет нуклеотидів , отже, до складу гена соматотропну входить 191 триплет.
191 х 3 = 573 (нуклеотиди) – один ланцюг;
573 х 2 = 1146 (нуклеотидів) – обидва ланцюги.
Відповідь. До складу гена соматотропіну входить 191 триплет, що містить 1146 нуклеотидів (обидва ланцюги гена).
Задача 7. У хворого на синдром Фанконі (порушення утворення кісткової тканини) із сечею виділяються амінокислоти, яким відповідають
наступні триплети іРНК: АУА, ГУЦ, АУГ, УЦА, УУГ, УАУ, ГУУ, АУУ. Визначте, які амінокислоти виділяються із сечею у хворих
на синдром Фанконі (див. таблиця «Генетичний код»).
Розв’язання
Амінокіслоти: ілей, вал, мет, сер, лей, тир, вал, ілей.
Відповідь. У хворих на синдром Фанконі виділяються із сечею такі амінокислоти: ізолейцин, валін, метіонін, серін, лейцин, тирозин.
