Загадки молекулярной биологии

IV Всероссийский дистанционный конкурс

«Загадки молекулярной биологии»

Райова Мира, ученица 11 А класса МОБУ «СОШ №2»г. Соль-Илецка

Задание № 1 (до 20 баллов)

Участок молекулы ДНК имеет следующее расположение нуклеотидов:

5/-Ц-А-Ц-Г-Т-Ц-Ц-Т-А-А-Ц-Ц-Т-Т-Т-Т-Г-А-Ц-Г-А-А-Ц-А-Ц-Г-А-Т-Г-А-Т-Г-А-А-Ц-Т-3/

Вопросы:

1.  Определите количество нуклеотидов, содержащих аденин в этом фрагменте ДНК. Определите коэффициент специфичности ее нуклеотидного состава.

Величину отношения содержания суммы гуанина и цитозина к сумме содержания аденина и тимина, характеризующую нуклеотидный состав данного вида ДНК, принято называть коэффициентом специфичности. Каждая ДНК имеет характерный коэффициент специфичности, который может изменяться в пределах от 0,3 до 2,8.

Количество нуклеотидов аденина, содержащихся в этом фрагменте ДНК – 11 – в исходной цепочки, если построить вторую цепочку, то в ней количество нуклеотидов с аденином будет равно 9, так как в первой цепочки содержится 9 нуклеотидов с тимином. По принципуу комплементарности тимин равен аденину, значит во второй цепочки аденина -9. А в двух цепочках данной молекулы ДНК содержится 11+9 =20 нуклеотидов

В данном фрагменте ДНК содержится 10 нуклеотидов с цитозином, 6 нуклеотидов с гуанином. 11 с аденином и 9 с тимином.

Вычисляем коэффициент специфичности по формуле: Г+Ц/А+Т

10+6/11+9=0,8 коэффициент специфичности

2.  Постройте и-РНК на соответствующей данной нуклеотидной цепочке ДНК. Определите количество в ней нуклеотидов, содержащих урацил?

ДНК 5/-Ц-А-Ц-Г-Т-Ц-Ц-Т-А-А-Ц-Ц-Т-Т-Т-Т-Г-А-Ц-Г-А-А-Ц-А-Ц-Г-А-Т-Г-А-Т-Г-А-А-Ц-Т-3/

РНК/- Г-У-Г-Ц-А-Г-Г-А-У-У-Г-Г-А-А-А-А-Ц-У-Г-Ц-У-У-Г-У-Г-Ц-У-А-Ц-У-А-Ц-У-У-Г-А

Количество нуклеотидов в РНК соответствует количеству аденина в предложенном фрагменте ДНК (т. к. аденин в ДНК соответствует урацилу в РНК), значит урациловых нуклеотидов =11

3.  Постройте полипептидную цепь, соответствующую данной нуклеотидной цепочке ДНК. Определите количество аминокислот в данном белке? Сколько молекул триптофана в нем содержится? Сколько молекул глутамина в нем содержится?

Последовательность аминокислот, закодированных в данном фрагменте ДНК определим с помощью таблицы генетического кода:

Вал-глн-тир-три-лиз-тре-ала-цис-ала-тре-тре-стоп-кодон

Количество аминокислот равно 11 и один стоп кодон. Количество аминокислот можно посчитать следующим способом один триплет=трем нуклеотидам=одной аминокислоте. Всего дано 36 нуклеотидов. 36/3=12 аминокислот, но последний кодон бессмыссленный, поэтому аминокислот 11.

В данной молек молекула глутамина, 2 молекулы аланина, и три молекулы треонина

4.  Выпишите все т-РНК, участвующие в данном биосинтезе. Сколько разных типов т-РНК принимает в нем участие?

тРНК, участвующие в данном биосинтезе будут иметь следующие антикодоны:

ЦАЦ, ГУЦ, ЦУА, AЦЦ, УУУ, УГА – будет транспортировать аминокислоту трижды (т. к. в ДНК закодировано три аминокислоты, соответствующей данной тРНК - треонин),ЦГА-2 раза встречается данная тРНК,( т. к. в ДНК закодирована информация о аланине два раза)

Поскольку в данном фрагменте ДНК содержится 12 триплетов, значит и т РНК должно быть 12. (Так как одну аминокислоту переносит одна тРНК с антикодоном, соответствующим иРНК.) Но в участке ДНК триплет ТГА повторяется трижды, значит этот триплет будет соответствовать одной т РНК, следовательно тРНК необходимых для синтеза данного белка необходимо будет только 10. Кроме того, в ДНК повторяется аминокислота аланин дважды, значит одна тРНК будет переносить аланин два раза. 10-1=9.

Всего 9 типов тРНК будут участвовать в синтезе данного белка.

5.  Существуют ли другие способы кодирования белка, соответствующего данному участку ДНК? Если нет, то почему? Если да, то, как это возможно, и сколько существует вариантов?

Белки состоят из аминокислот, каждая из которых кодируется последовательностью из трёх оснований. Одна и та же аминокислота может быть закодирована несколькими тройками оснований. Чтобы ответить на вопрос, разобьем всю последовательность на тройки и определим аминокислоты, закодированные этими тройками.

Для каждой аминокислоты запишем количество вариантов кодирования этой аминокислоты (третий столбец). Тогда количество возможных способов кодирования этого участка ДНК равно произведению количества вариантов кодирования отдельных участков, т. е. 4*2*2*1*2*4*4*2*4*4*4*3= 196608

Задание № 2 (до 20 баллов)

У человека, имеющего заболевание серповидноклеточная анемия (СКА), красные кровяные клетки - эритроциты имеют форму серпа. Причина такой аномалии - генная мутация, связанная с заменой всего лишь одной пары азотистых оснований в молекуле ДНК, кодирующей β - цепи белка гемоглобина.

Участок, кодирующий нормальный гемоглобин (HbA) и содержащийся в эритроцитах человека, определяется следующей последовательностью нуклеотидов смысловой цепи ДНК:

-Ц-А-А-Г-Т-А-Г-А-А-Т-Г-А-Г-Т-Т-Ц-Т-Т-Т-Т-Т-

В шестом триплете молекулы ДНК в результате генной мутации в молекуле гемоглобина глутаминовая кислота меняется на валин, содержащийся в гемоглобине HbS.

Вопросы:

1.  Определите последовательность аминокислот в начальном участке HbA и HbS.

Последовательность аминокислот определим с помощью таблицы генетического кода, где каждый три нуклеотида шифруют одну аминокислоту.

На начальном участке HbA -Ц-А-А-Г-Т-А-Г-А-А-Т-Г-А-Г-Т-Т-Ц-Т-Т-Т-Т-Т - последовательность аминокислот будет следующая: Вал-гис-лей-тре-глн-глу-лиз

Так как сказано, что в результате генной мутации глутаминовая кислота заменяется на валин в шестом триплете, значит последовательность аминокислот на начальном участке HbS будет следующая Вал-гис-лей-тре-глн-вал-лиз.

2.  Выясните и опишите, какие изменения произошли в ДНК.

Так как известно, что произошла генная мутация в шестом триплете, в результате чего поменялась глутаминовая аминокислота на валин, выясним, что произошло с триплетом, кодирующим данную аминокислоту. Скорее всего, произошла замена второго нуклеотида тимина на гуаниновый нуклеотид. Тогда последовательность нуклеотидов в данном триплете будет ЦГТ вместо ЦТТ.

Таким образом, участок ДНК, кодирующий гемоглобин HbS будет следующим

-Ц-А-А-Г-Т-А-Г-А-А-Т-Г-А-Г-Т-Т-Ц-Г-Т-Т-Т-Т-

Задание № 3 (до 20 баллов)

Известно, что мышцы ног бегуна при беге на длинные дистанции со средней скоростью за 1 мин. расходуюткдж энергии.

Вопросы:

1.  Определите, сколько глюкозы (в граммах) израсходуют мышцы ног за 25 мин. бега, при условии, что кислород к мышцам доставляется кровью в достаточном количестве?

Нам известно, что за 1 минуту мышцы бегуна расходуют 25 кДЖ энергии, значит за 25 минут они израсходуют 25кДЖ*25 минут=625 кДЖ.

Известно, что при расщеплении 1 грамма глюкозы выделяется 17,6 кДЖ. Значит, чтобы выяснить количество глюкозы, необходимой для выделения 625 кДЖ надо 625/17,6кДЖ=35,5 граммов глюкозы.

2.  Определите, сколько глюкозы (в граммах) израсходуют мышцы ног за 1,5 часа бега (при тех же условиях)?

1,5 часа бега – это 90 минут.

За 90 минут израсходуется следующее количество энергии 90*25 кДЖ=2250 кДЖ

Что бы вычислить количество глюкозы 2250кДЖ/17,6кДЖ=127,8 грамм глюкозы

Задание № 4 (до 20 баллов)

Известно, что фрагмент кодирующей цепи гена ДНК лабораторной белой мыши содержит 1800 нуклеотидов. Из них 600 приходятся на интроны. Экзоны данного фрагмента гена содержат 300 - адениловых нуклеотидов, 200 - тимидиловых нуклеотидов, 100 - гуаниловых нуклеотидов.

Вопросы:

1.  Определите длину данного фрагмента молекулы ДНК;

Длина одного нуклеотида в цепи ДНК =0,34 нм.

Длинна фрагмента молекулы ДНК, состоящего из 1800 нуклеотидов*0,34 нм =612 нм.

2.  Подсчитайте количество кодонов в зрелой и-РНК, соответствующей данному фрагменту молекулы ДНК;

В молекуле ДНК интроны – некодирующие участки ДНК, которые при сплайсинге вырезаются. Экзоны – этокодирующие участки, они остаются в зрелой иРНК.

Т. к. всего 1800 нуклеотидов, из них 600 нуклеотидов – это интроны, значит на экзоны приходится 1200 нуклеотидов. Один кодон или триплет состоит из трех нуклеотидов, значит, чтобы узнать количество коднов надо 1200/3=600 кодонов или триплетов, содержит зрелая и РНК.

3.  Вычислите процентное содержание нуклеотидов каждого вида в зрелой и-РНК

Т. к. всего 1800 нуклеотидов и из них 600 приходится на интроны, значит в зрелой иРНК будет содержатся 1200 нуклеотидов.

Из 1200 нуклеотидов 300 приходится на адениловые, 200 на тимидиловые, 100 на гуаниловые, а оставшиеся 00-100) приходятся на цитидиловые.

Что бы вычислить проццентное соотношение воспользуемся пропорциями:

·  Вычисляем процент адениловых

1200=100%/300А=Х%

300*100%/1200=25% на адениловые.

·  Вычисляем процент тимидиловых

1200=100%/200Т=Х%

200*100%/1200==17% тимидиловых

·  Вычисляем процент гуаниловых

1200=100%/100Г=Х%

100%*100/1200 = 8%

·  На цитидиловые приходится 50%

1200=100%/600Ц=Х%

100%*600/1200 = 50%

Итак, на А=25%, Т=17%, Г=8%, Ц=50%

4.  Определите количество аминокислот в соответствующем фрагменте молекулы белка.

1 аминокислоту кодирует один триплет, было выяснено, что в данном фрагменте зрелой иРНК содержится 600 триплетов, следовательно 600 аминокислот кодирует данный фрагмент.

Задание № 5 (до 20 баллов)

В результате исследования выяснили, что во фрагменте кодирующей цепи гена ДНК растения содержится 30% гуаниловых, 25% адениловых, 45% цитидиловых нуклеотидов, а его длина составляет 122,4 нм.

Вопросы:

1.  Рассчитайте, какое количество аминокислот будет содержаться во фрагменте молекулы белка, кодируемого этим геном?

1 аминокислоту кодирует три нуклеотида, чтобы определить количество нуклеотидов необходимо общую длину ДНК 122,4нм разделить на длину одного нуклеотида 0,34 нм.

122,4нм/0,34 нм=42 нуклеотида. Если известно, что ген состоит из 42 нуклеотидов, легко посчитать количество аминокислот 42:3=14 аминокислот. (1 амк=3 нуклеотида)

2.  Определите, какое количество нуклеотидов каждого вида содержится на данном участке ДНК?

Чтобы определить количество каждого вида нуклеотидов воспользуемся правилом пропорции.

·  Определяем число гуаниловых нуклеотидов

42=100%

Х=30%

Х=42*30%/100%=13 Г.

·  Определяем число адениловых нуклеотидов

42=100%

Х=25%

Х=42*25%/100%=10А

·  Определяем число цитидиловых нуклеотидов

42=100%

Х=45%

Х=42*45%/100%=19А

Итого: Гуаниловых нуклеотидов 13, адениловых нуклеотидов -10, цитидиловых нуклеотидов – 19. Всего=42 (13+10+19)