1.

2.

3.

• Вопросы задания С5

 

	Типы задач и примеры различных формулировок
1.	Общая масса всех молекул ДНК в 46 хромосомах одной соматической клетки человека составляет около 6х10-9 мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в сперматозоиде/яйцеклетке и в соматической клетке перед началом деления и после его окончания.
2.	Последовательность нуклеотидов фрагмента цепи ДНК: ТГГАГТГАГТТАГТТ. Определите последовательность нуклеотидов в иРНК, аминокислот в полипептидной цепи. Что произойдет в полипептиде, если в результате мутации во фрагменте гена выпадает третий триплет нуклеотида. для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
3.	Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТЦАГГАТГЦАТГАЦЦ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК и последовательность аминокислот в фрагменте молекулы белка, используя таблицу генетического кода. Что произойдет, если в результате мутации третий и второй триплеты нуклеотидов поменяются местами?
4.	В молекуле ДНК находится 640 нуклеотидов с тимином, что составляет 10% от общего числа нуклеотидов ДНК Определите, сколько нуклеотидов с аденином (А), гуанином (Г), цитозином (Ц), содержится в отдельности в молекуле ДНК, и объясните полученный результат.
	В молекуле ДНК находится 460 нуклеотидов с аденином (А), что составляет 10% от общего числа нуклеотидов ДНК. Определите, сколько нуклеотидов с тимином (Т), гуанином (Г), цитозином (Ц), содержится в отдельности в молекуле ДНК, объясните полученный результат.
5.	Белок состоит из: а) 120 аминокислот; б) 210 аминокислот; в) 125 аминокислот; г) 320 аминокислот. Установите число нуклеотидов участков молекул иРНК и ДНК, кодирующих данные аминокислоты, и общее число молекул тРНК, которые необходимы для переноса этих аминокислот к месту синтеза белка. Ответ поясните.
6.	В процессе трансляции участвовало: а)  110 молекул тРНК; б) 60 молекул тРНК; в) 75 молекул тРНК.  Определить число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.
7.	Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетках эукариот на подготовительном этапе энергетического обмена, в процессе гликолиза и при полном окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из: а) 220 остатков глюкозы; б) 111 остатков глюкозы; в) 86 остатков глюкозы;  г) 120 остатков глюкозы; д) 310 остатков глюкозы.
8.	В процессе гликолиза образовалось 84 молекулы ПВК (пировиноградной кислоты). Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплениюю и сколько молекул АТФ образовалось при полном окислении этого количества глюкозы? Объясните полученные результаты.
9.	Какой    хромосомный набор характерен для клеток зародыша и эндосперма семени, листьев цветкового растения. Объясните результат в каждом случае.
10.	Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300  нуклеотидов с аденином  (А), 100 нуклеотидов с тимином  (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г) и 200 нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое число нуклеотидов с А, Т, Г и Ц содержится в двухцепочечной молекуле ДНК?  Сколько аминокислот должен содержать белок, кодируемый этим участком молекулы ДНК? Ответ поясните.
11.	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.  Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

2.Задачи по молекулярной биологии

Тема: «Белки»

Необходимые пояснения:

• средняя молекулярная масса одного аминокислотного остатка принимается за 120;

• вычисление молекулярной массы белка:

где М_min – минимальная молекулярная масса белка, а – атомная или молекулярная масса компонента, в – процентное содержание компонента.

Задача № 1. Гемоглобин крови человека содержит 0,34% железа. Вычислите минимальную молекулярную массу гемоглобина.

Решение:

М_min = 56 : 0,34% × 100% = 16 471

Задача № 2. 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 № 3. Белок содержит 0,5% глицина. Чему равна минимальная молекулярная масса этого белка, если М_{глицина} = 75,1? Сколько аминокислотных остатков в этом белке?

Решение:

1) М_min = 75,1 : 0,5% × 100% = 15 020

2) 15 020 : 120 = 125 (аминокислот в этом белке)

Тема: «Нуклеиновые кислоты»

Необходимые пояснения:

• относительная молекулярная масса одного нуклеотида принимается за 345;

• расстояние между нуклеотидами в цепи молекулы ДНК (длина одного нуклеотида) – 0, 34 нм;

• Правила Чаргаффа:

1. ∑(А) = ∑(Т) 2. ∑(Г) = ∑(Ц) 3. ∑(А+Г) =∑(Т+Ц)

Задача № 4. 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.

Решение:

1) достраиваем вторую нить (по принципу комплементарности)

2) ∑(А +Т+Ц+Г) = 24,

из них ∑(А) = 8 = ∑(Т)

24 – 100% 8 – х% х = 33,4%

∑(Г) = 4 = ∑(Ц)

24 – 100% 4 –  х% х = 16,6%

3) молекула ДНК двуцепочечная, поэтому длина гена равна длине одной цепи:

12 × 0,34 = 4,08 нм

Задача № 5. 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%

Ответ: Г и Ц – по 18%, А и Т – по 32%.

Задача № 6. 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 № 7. 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)

Тема: «Код ДНК»

Задача № 8. 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

Ответ: ген тяжелее белка.

Задача № 9. Последовательность нуклеотидов в начале гена, хранящего информацию о белке инсулине, начинается так:

А–А–А–Ц–А–Ц–Ц–Т–Г–Ц–Т–Т–Г–Т–А–Г–А–Ц

Напишите последовательности аминокислот, которой начинается цепь инсулина.

Решение:

Задание выполняется с помощью таблицы, в которой нуклеотиды в иРНК (в скобках – в исходной ДНК) соответствуют аминокислотным остаткам.

3. Генетический код

Двадцать аминокислот, входящих в состав белков

Ответ: фенилаланин – валин – аспарагиновая кислота – глутаминовая кислота – гистидин – лейцин.

Продолжение. См. № 6/2009

Задача № 10. 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 дезаминирования превращается в урацил. Какое строение будет иметь участок белка вируса табачной мозаики,  если все цитидиловые нуклеотиды  подвергнутся указанному химическому превращению?

Решение:

Ала – Тре – Сер – Глу – Мет- ГЦУ – АЦГ – АГУ – ГАГ – АУГ ГУУ – АУГ – АГУ – ГАГ – АУГ Вал – Мет – Сер – Глу – Мет-

Тема: «Энергетический обмен»

Задача № 11. В процессе энергетического обмена произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному расщеплению подверглось только 2. Определите:

а) сколько моль молочной кислоты и СО2 при этом образовалось; б) сколько АТФ при этом синтезировано; в) сколько энергии запасено в этих молекулах АТФ; г) сколько израсходовано моль О2?

Решение:

5 С₆Н₁₂О₆ → 5 × 2 С₃Н₆О₃ + 5 × 2 АТФ

2 С₆Н₁₂О₆ + 2 × 6 О₂ → 2 × 6 СО₂ + 2 × 6 Н₂О + 2 × 38 АТФ Ответ:

а) 10 моль С₃Н₆О₃ и 12 моль СО₂; б) 10 + 76 = 86 (молекул АТФ); в) 86 × 40 = 3440 (кДж энергии); г) 12 моль О₂.

Задача № 12. В результате энергетического обмена в клетке образовалось 5 моль молочной кислоты и 27 моль углекислого газа. Определите:

а) сколько всего моль глюкозы израсходовано; б) сколько из них подверглось полному расщеплению, а сколько гликолизу; в) сколько энергии запасено; г) сколько моль кислорода пошло на окисление? Решение:

2,5 С₆Н₁₂О₆ → 2,5 × 2 С₃Н₆О₃ + 2,5 × 2 АТФ

4,5 С₆Н₁₂О₆ + 4,5 × 6 О₂ → 4,5 × 6 СО₂ + 4,5 × 6 Н₂О + 4,5 × 38 АТФ

Ответ:

а) 7 моль С₆Н₁₂О₆6; б) 4,5 моль – полному расщеплению, 2,5 – гликолизу; в) (2,5 × 2 + 4,5 × 38) × 40 = 7040 (кДж); г) 27 моль О₂.

Задача № 13. Мышцы ног при беге со средней скоростью расходуют за 1 мин 24 кДж энергии. Определите:

а) сколько всего граммов глюкозы израсходуют мышцы ног за 25 мин бега, если кислород доставляется кровью к мышцам в достаточном количестве; б) накопится ли в мышцах молочная кислота?

Решение:

Х = 600 × 180 : 1520 = 71 (г)

Ответ:

а) 71 г; б) нет, т.к. О₂ достаточно.

Задача № 14. Мышцы руки при выполнении вольных упражнений расходуют за 1 мин 12 кДж энергии. Определите:

а) сколько всего граммов глюкозы израсходуют мышцы руки за 10 мин, если кислород доставляется кровью к мышцам в достаточном количестве; б) накопится ли в мышцах молочная кислота?

Решение:

Х = 120 × 180 : 1520 = 14,2 (г)

Ответ:

а) 14,2 г; б) нет, т.к. О₂ достаточно.

Задача № 15. Бегун расходует за 1 мин 24 кДж энергии. Сколько глюкозы потребуется для бега с такими затратами, если 50 мин в его организме идет полное окисление глюкозы, а 10 мин – гликолиз?

Решение:

Х = 240 × 180 : 80 = 540 (г)

У = 25 × 50 × 180 : 1520= 142 (г)

3) 540 + 142 = 682 (г)

Ответ: 682 г.

Решение задач по молекулярной генетике

Ген – это участок ДНК, кодирующий определенный белок. Малейшее изменение структуры ДНК ведет к изменениям белка, что в свою очередь изменяет цепь биохимических реакций с его участием, определяющих тот или иной признак или серию признаков.

 

Первичная структура белка, т.е. последовательность амнокислотных остатков, зашифрована в ДНК в виде последовательности азотистых оснований аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц). Каждая аминокислота кодируется одной или несколькими последовательностями из трех нуклеотидов – триплетами. Синтезу белка предшествует перенос его кода с ДНК на информационную РНК (иРНК) – транскрипция. При транскрипции выполняется принцип дополнения, или комплементарности: А, Т, Г и Ц в ДНК соответствуют У (урацил), А, Ц и Г в иРНК. Непосредственно синтез белка, или трансляция, происходит на рибосоме: аминокислоты, подносимые к рибосоме своими транспортными РНК (тРНК), соединяются в полипептидную цепь белка соответственно триплетам оснований иРНК.

 

Однозначная связь между последовательностями нуклеотидов в ДНК и аминокислот в полипептидной цепи белка позволяет по одной из них определить другую. Зная изменения в ДНК, можно сказать, как изменится первичная структура белка.

 

Задача 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

 

Выписываем нуклеотиды ДНК и, разбивая их на триплеты, получаем кодоны цепи молекулы ДНК:

ТАА–АТГ–ГЦА–АЦЦ.

Составляем триплеты иРНК, комплементарные кодонам ДНК, и записываем их строчкой ниже:

ДНК: ТАА–АТГ–ГЦА–АЦЦ

иРНК: АУУ–УАЦ–ЦГУ–УТТ.

По таблице кодонов (Приложение 6) определяем, какая аминокислота закодирована каждым триплетом иРНК:

Иле–Тир–Арг–Трп.

 

Задача 2. Фрагмент молекулы содержит аминокислоты: аспарагиновая кислота–аланин–метионин–валин. Определите:

 

а) какова структура 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

 

а) По таблице кодонов (Приложение 6) 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.

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.

 

б) 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 (нтд): в двух цепях – 24 нтд, из них А = 6. Составляем пропорцию:

24 нтд – 100%

6 нтд – х%

х = (6x100) : 24 = 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 нтд x 0,34 = 4,08 нм.

 

Задача 3. Молекулярная масса белка Х равна 50 тыс. дальтонов (50 кДа). Определите длину соответствующего гена.

 

Примечание. Среднюю молекулярную массу одной аминокислоты можно принять равной 100 Да, а одного нуклеотида – 345 Да.

 

Решение

 

Белок Х состоит из 50 000 : 100 = 500 аминокислот.

Одна из цепей гена, кодирующего белок X, должна состоять из 500 триплетов, или 500 x 3 = 1500 нтд.

Длина такой цепи ДНК равна 1500 x 0,34 нм = 510 нм. Такова же длина гена (двухцепочечного участка ДНК).

Задачи по молекулярной биологии. Для их решения необходимы знания о структуре нуклеиновых кислот, нуклеотидов,белков.А так же иметь представление о таких процессах как реализация генетического кода, биосинтез белка (транскрипция и трансляция)

Теоретический материал очень большой, а наша цель сегодня разобрать алгоритмы решения задач, поэтому я даю ссылки на электронные учебники, где можно взять теорию: http://www.ebio.ru/index-4.html или http://sbio.info/page.php?id=11630

А мы выделим главное:

1. ДНК содержится в ядре и состоит из вдух комплиментарных цепей, в ней содержится инфомация о структуре белка (порядок расположения аминокислот);

2. Во время транскрипции на одной из цепей ДНК синтезируется и-РНК, она поступает в цитоплазму и служит матрицей для синтеза белка;

3. Структурной единицей нуклеиновых кислот(НК) является нуклеотид, их выделяют пять типов- адениловый (А), тимидиловый (Т), гуаниловый (Г), цитидиловый (Ц), уридиловый (У)

4. Каждый тип НК содержит только четыре вида нуклеотида, в ДНК – А,Т,Г,Ц; в РНК – А,У,Г,Ц;

5. Одна аминокислота кодируется тремя стоящими рядом нуклеотидами - ТРИПЛЕТОМ (кодоном);

6. Одна аминокислота транспортируется к месту синтеза одной т-РНК, на вершине которой расположен антикодон;

7. Нуклеотиды соединяются по принципу комплиментарности: напротив А располагается Т, а напротив Г-Ц.

Это минимум информации, который необходим для решения задач.

Рассмотрим алгоритм решения на примере одной из задач. ЗАДАЧА В процессе трансляции участвовало 30 молекул т-РНК. Определите число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок. РЕШЕНИЕ Из выше сказанного следует что каждая аминокислота транспортируется к месту синтеза одной т-РНК, нам известно, что т-РНК было 30, следовательно и аминокислот тоже 30. Каждая аминокислота кодируется одним триплетом, а так как аминокислот 30, следовательно и триплетов 30. Рассуждаем далее, один триплет состоит из трех нуклнотидов, значит необходимо произвести расчет: 30 х 3=90 нуклеотидов. Все! ОТВЕТ:Белок состоит из 30 аминокислот, ген, который его кодирует включает в себя 30 триплетов или 90 нуклеотидов.

Рассмотрим еще один тип задач. Предположим, вам известна последовательность расположения нуклеотидов в молекуле и-РНК (ЦГГАУЦЦАУУГЦ), необходимо определить структуру гена и количество аминокислот в белке. необходимо записать последовательность нуклеотидов в и-РНК, а ниже под ними запишем комплиментарные им нуклеотиды ДНК. и-РНК: Ц-Г-Г-А-У-Ц-Ц-А-У-У-Г-Ц ДНК:Г-Ц-Ц-А-Т-Г- Г-Т-А-А-Ц-Г А теперь, зная, что каждая аминокислота кодируется триплетом, разбиваем ДНК на тройки и получаем четыре триплета, Следовательно белок, который кодируется данным геном состоит из четырех аминокислот.

ЗАДАЧИ 1. 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- 300. Ответ поясните. 2.В биосинтезе полипептида участвовали т-РНК с антикодонами УУА, ГГЦ, ЦГЦ, ААГ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК,который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих А, Г, Т, Ц в двухцепочечной молекуле ДНК.

Домашняя страница » Методические материалы » Д. А. Соловков. Задачи по цитологии