Практическое занятие №3

Нуклеиновые кислоты и их роль в передаче наследственной информации.

Генетический код.

Роль нуклеиновых кислот в процессе передачи наследственной информации.

Сравнение ДНК и РНК.

Строение гена: интрон, экзон.  Экспрессия генов.

Цель: Закрепить полученные знания о составе, строении и функциях нуклеиновых кислот.

Освоены следующие компетенции:

ОК1. ОК2. ОК3. ОК4.

Необходимые пояснения:

• относительная молекулярная масса одного нуклеотида принимается за 345 г/моль
• молекулярная масса одной аминокислоты – 110-120 г/моль
• расстояние между нуклеотидами в цепи молекулы ДНК (= длина одного нуклеотида) - 0, 34 нм
• комплементарность нуклеотидов: А=Т; Г=Ц
• правила Чаргаффа:
  1. ∑(А) = ∑(Т)
  2. ∑(Г) = ∑(Ц)
  3. ∑(А+Г) = ∑(Т+Ц)

• цепи ДНК удерживаются водородными связями, которые образуются между комплементарными азотистыми основаниями: аденин с тимином соединяются двумя водородными связями, а гуанин с цитозином - тремя.

Задачи по теме «Код ДНК. Синтез белка».

Пример №1. Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности: ТАААТГГЦААЦЦ.

Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

Решение:

1) Выписываем нуклеотиды ДНК и, разбивая их на триплеты, получаем кодоны цепи

молекулы ДНК: ТАА–АТГ–ГЦА–АЦЦ.

2) Составляем триплеты иРНК, комплементарные кодонам

ДНК, и записываем их строчкой ниже:

ДНК: ТАА–АТГ–ГЦА–АЦЦ

Таблица генетического кода

иРНК: АУУ–УАЦ–ЦГУ–УГГ.

3) По таблице кодонов определяем, какая аминокислота закодирована каждым триплетом

иРНК: Иле–Тир–Арг–Трп.

Пример №2. Фрагмент молекулы содержит аминокислоты:

аспарагиновая кислота–аланин–метионин–валин.

Определите:

а) структуру участка молекулы ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот;

б) количество (в %) различных видов нуклеотидов в этом участке гена (в двух цепях);

в) длину этого участка гена.

Решение:

1) По таблице кодонов находим триплеты иРНК, кодирующие каждую из указанных

аминокислот.

Белок: Асп– Ала– Мет– Вал

иРНК: ГАЦ–ГЦА–АУГ–ГУУ

Если аминокислоте соответствуют несколькими кодонов, то можно выбрать любой из них.

2) Определяем строение той цепочки ДНК, которая кодировала строение иРНК. Для этого под каждым кодоном молекулы иРНК записываем комплементарный ему кодон молекулы ДНК:

1-я цепь ДНК: ЦТГ–ЦГТ–ТАЦ–ЦАА.

3) Чтобы определить количество (%) нуклеотидов в этом гене, необходимо, используя принцип комплементарности (А–Т, Г–Ц), достроить вторую цепь ДНК:

2-я цепь ДНК: ГАЦ–ГЦА–АТГ–ГТТ.

Находим количество нуклеотидов в двух цепях – 24 нуклеотида, из них А = 6.

Составляем пропорцию: 24 нуклеотида – 100%

6 нуклеотидов – х% х = 25%.

По правилу Чаргаффа количество аденина в молекуле ДНК равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина. Поэтому:

Т = А = 25% Т + А = 50%, следовательно

Ц + Г = 100% – 50% = 50%. Ц = Г = 25%.

в) Молекула ДНК всегда двухцепочечная, ее длина равна длине одной цепи. Длина

каждого нуклеотида составляет 0,34 нм, следовательно:

12 нуклеотидов x 0,34 = 4,08 нм.

Пример №3. Химический анализ показал, что 16% общего числа нуклеотидов данной и-РНК приходится на аденин, 29% — на гуанин, 42% — на цитозин. Определите процентный состав азотистых оснований ДНК, «слепком» с которой является данная и-РНК.

Решение:

1) Определяем процентное содержание уридиловых нуклеотидов в и-РНК:

100% — (16% + 29% + 42%) = 13%.

2) Определяем процентный состав той из цепочек ДНК, «слепком» с которой является данная и-РНК (по принципу комплементарности):

А = 13% : 2 = 6,5%; Т = 16% : 2 = 8%;

Г = 42% : 2 = 21%; Ц = 29% : 2= 14,5%.

3) Вторая цепочка ДНК будет комплементарна первой:

А = 8%; Т = 6,5%; Г= 14,5%; Ц = 21%.

4) В целом в молекуле ДНК процент нуклеотидов будет равен:

А = 6,5% + 8% = 14,5%; Т = 8% + 6,5% = 14,5%;

Г = 21% + 14,5% = 35,5%; Ц = 14,5% + 21% = 35,5%.

Пример № 4. Белок состоит из 158 аминокислот. Какую длину имеет определяющий его ген, если расстояние между двумя соседними нуклеотидами в спиральной молекуле ДНК составляет 0,34?

Решение:

1) Т.к. каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, то:

158 × 3= 474 (нуклеотида)

2) Находим длину гена: 474 × 3,4= 161,16 (нм)

Пример № 5. 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.

Решение:

1) Т.к. каждая т-РНК переносит 1 аминокислоту, то число аминокислот в данном белке = 145.

2) Так как каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, то число нуклеотидов в и-РНК будет: 145 × 3= 435.

3) Т.к. и-РНК синтезируется по нити ДНК, то число нуклеотидов в одной нити ДНК = 435, а в двух цепях 435 × 2=870.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 Задание 1. Заполните таблицу.

Сравнительная характеристика    ДНК и РНК

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

 Задание 2. Какие свойства ДНК подтверждают, что она является носителем генетической информации? Ответ поясните.

 Задание 3.Полипептид состоит из следующих аминокислот:

Валин – аланин – глицин – лизин – триптофан – валин – серин.

а) Определите структуру участка ДНК, кодирующего эту полипептидную цепь;

б) Как изменится структура белка, если из кодирующего участка ДНК удалить 5-й и 13-й нуклеотиды;

в) Какие изменения произойдут в строении белка, если в кодирующем его участке ДНК между 10-м и 11-м нуклеотидом включить цитозин, между 13-м и 14-м – Тимин, а в конце включить аденин.

 Задание 4.Четвертый пептид в нормальном гемоглобине состоит из следующих аминокислот: Валин, гистидин, лейцин, треонин, пролин, глутаминовая кислота, лизин. У больного серповидно- клеточной анемией состав следующий: Валин, гистидин, лейцин, треонин, пролин, глутаминовая кислота, лизин. Определите изменения в участке цепи ДНК, приводящие к заболеванию?

 Задание 5. В составе фрагмента ДНК 3500 пар нуклеотидов. Анализ показал, что адениловые нуклеотиды составляют 32%. Определите число гуаниловых нуклеотидов. Какими закономерностями вы пользовались при решении задачи? Какова длина данного фрагмента ДНК?

 Задание 6. В молекуле тРНК 40% – А, 10% – У, 30% – Г и 20% – Ц. Почему не соблюдается принцип комплементарности? Каков процентный состав нуклеотидов гена, кодирующего данную тРНК?

 Задание 7. Какой процент нуклеотидов с цитозином содержит ДНК, если доля её адениновых нуклеотидов составляет 10% от общего числа. Ответ поясните, и  запишите соответствующее число.

 Задание 8. Сколько нуклеотидов во фрагменте матричной цепи ДНК кодируют 55 аминокислот во фрагменте полипептида? Ответ поясните, и  запишите соответствующее число.

 Задание 9. В двух цепях молекулы ДНК насчитывается 3000 нуклеотидов. Информация о структуре белка кодируется на одной из цепей. Подсчитайте сколько закодировано аминокислот на одной цепи ДНК. Ответ поясните, и  запишите соответствующее число.

 Задание 10. В каких случаях изменение последовательности нуклеотидов ДНК не влияет на структуру и функции соответствующего белка? Ответ поясните.

 Задание 11. Запишите обратную транскрипцию, т. е. постройте фрагмент двухцепочечной молекулы ДНК по предложенному фрагменту и-РНК, если цепочка и- РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГЦГ – АЦА – УУУ – УЦГ – ЦГУ – АГУ – АГА

 Задание 12. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69000, из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК. Определите длину этого фрагмента.

 Задание 13. Две цепи ДНК удерживаются друг против друга водородными связями. Определите число двойных и тройных водородных связей этой цепи ДНК, если известно, что нуклеотидов с тимином – 18, с цитозином – 32 в обеих цепях ДНК.

 Задание 14. На фрагменте одной нити ДНК нуклеотиды расположены в последовательности:

А–А–Г–Т–Ц–Т–А–Ц–Г–Т–А–Т. Определите процентное содержание всех нуклеотидов в этом фрагменте ДНК и длину гена.

 Задание 15. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в следующем порядке:

Г-Г-Ц-Ц-А-Т-Т-Т-Г-Ц-А-Т-А-Ц-Г-Т-… Определите структуру второй цепи ДНК и определите длину этого фрагмента ДНК.

 Задание 16. Фрагмент первой цепи ДНК имеет следующий нуклеотидный состав:

Г–Г-Г-Ц-А-Т-А-А-Ц-Г-Ц-Т. Определите порядок чередования нуклеотидов во второй цепи. Какова длина данного фрагмента молекулы ДНК? Определите процент содержания каждого нуклеотида в данном фрагменте.

 Задание 17. В молекуле ДНК цитозиновый нуклеотид составляет 20% от общего количества нуклеотидов. Определите, сколько остальных типов нуклеотидов в этой молекуле.

 Задание 18. В молекуле ДНК тиминовые нуклеотиды составляют 10% от общего количества. Определить процентное содержание других видов нуклеотидов.

 Задание 19. В ДНК зародыша сосны 21% нуклеотидов с аденином. Определите содержание (в %) нуклеотидов с тимином, цитозином и гуанином в молекуле ДНК.

 Задание 20. В одной молекуле ДНК нуклеотиды с цитозином составляют 11% от общего числа нуклеотидов. Определите количество (в %) других нуклеотидов в молекуле ДНК.

 Задание 21. Сколько содержится адениновых, тиминовых и цитозиновых нуклеотидов (в отдельности) во фрагменте молекулы ДНК, если в нём обнаружено 300 гуаниновых нуклеотидов, которые составляют 20% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте молекулы ДНК? Какова длина этого фрагмента ДНК?

 Задание 22. Определите длину фрагмента ДНК, если ее цепочка состоит из 350гуаниновых и 300тиминовых нуклеотидов.

 Задание 23. В молекуле ДНК находится 1250 нуклеотидов с тимином, что составляет 20% от их общего числа. Определите, сколько нуклеотидов с аденином, цитозином и гуанином содержится в отдельности в молекуле ДНК. Ответ поясните.

 Задание 24. Участок молекулы ДНК имеет следующую структуру: ЦЦАТТАГГЦЦААГГТЦГТАТА. Определите структуру второй цепи ДНК и число тройных водородных связей в этом участке молекулы ДНК.

 Задание 25. Участок молекулы ДНК, кодирующий часть полипептида, имеет следующее строение: АЦЦАТАГТЦЦААГГА. Определите число двойных и тройных водородных связей в этом участке молекулы.

 Задание 26. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в следующем порядке:

Г-Г-Г-Ц-А-Т-А-Т-Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-А-Т-… Определите структуру второй цепи ДНК и число двойных водородных связей в этом участке ДНК.

 Задание 27. Молекулярная масса молекулы ДНК составляет 149730. Из них 42435 приходится на долю гуаниловых нуклеотидов. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК. Определите длину этого фрагмента ДНК.

 Задание 28. Молекулярная масса молекулы ДНК равна 72450. Тиминовых нуклеотидов в данной молекуле 73. Определите количество других нуклеотидов и длину молекулы ДНК.

 Задание 29. В состав молекулы ДНК входит 286гуаниловых нуклеотида, а масса всех тиминовых нуклеотидов составляет 28980. Определите количество всех нуклеотидов и молекулярную массу молекулы ДНК.

 Задание 30. На фрагменте одной нити ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А–А–Г–Т–Ц–Т–А–Ц–Г–Т–А–Т. Определите процентное содержание всех нуклеотидов в этом фрагменте ДНК и длину гена.

 Задание 31. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в следующем порядке:

Г-Г-Ц-Ц-А-Т-Т-Т-Г-Ц-А-Т-А-Ц-Г-Т-… Определите структуру второй цепи ДНК и определите длину этого фрагмента ДНК.

 Задание 32. Фрагмент первой цепи ДНК имеет следующий нуклеотидный состав:

Г–Г-Г-Ц-А-Т-А-А-Ц-Г-Ц-Т. Определите порядок чередования нуклеотидов во второй цепи. Какова длина данного фрагмента молекулы ДНК? Определите процент содержания каждого нуклеотида в данном фрагменте.

 Задание 33. В молекуле ДНК цитозиновый нуклеотид составляет 20% от общего количества нуклеотидов. Определите, сколько остальных типов нуклеотидов в этой молекуле.

 Задание 34. В молекуле ДНК тиминовые нуклеотиды составляют 10% от общего количества. Определить процентное содержание других видов нуклеотидов.

 Задание 35.  В ДНК зародыша сосны 21% нуклеотидов с аденином. Определите содержание (в %) нуклеотидов с тимином, цитозином и гуанином в молекуле ДНК.

 Задание 36. В одной молекуле ДНК нуклеотиды с цитозином составляют 11% от общего числа нуклеотидов. Определите количество (в %) других нуклеотидов в молекуле ДНК.

 Задание 37. Сколько содержится адениновых, тиминовых и цитозиновых нуклеотидов (в отдельности) во фрагменте молекулы ДНК, если в нём обнаружено 300гуаниновых нуклеотидов, которые составляют 20% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте молекулы ДНК? Какова длина этого фрагмента ДНК?

 Задание 38. Определите длину фрагмента ДНК, если ее цепочка состоит из 350гуаниновых и 300тиминовых нуклеотидов.

 Задание 39. В молекуле ДНК находится 1250 нуклеотидов с тимином, что составляет 20% от их общего числа. Определите, сколько нуклеотидов с аденином, цитозином и гуанином содержится в отдельности в молекуле ДНК. Ответ поясните.

 Задание 40. Участок молекулы ДНК имеет следующую структуру: ЦЦАТТАГГЦЦААГГТЦГТАТА. Определите структуру второй цепи ДНК и число тройных водородных связей в этом участке молекулы ДНК.

 Задание 41. Участок молекулы ДНК, кодирующий часть полипептида, имеет следующее строение: АЦЦАТАГТЦЦААГГА. Определите число двойных и тройных водородных связей в этом участке молекулы.

 Задание 42. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в следующем порядке:

Г-Г-Г-Ц-А-Т-А-Т-Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-А-Т-… Определите структуру второй цепи ДНК и число двойных водородных связей в этом участке ДНК.

 Задание 43. Молекулярная масса молекулы ДНК составляет 149730. Из них 42435 приходится на долю гуаниловых нуклеотидов. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК. Определите длину этого фрагмента ДНК.

Сделайте вывод по работе.