Завдання з молекулярної біології

Привіт, шановні читачі блогу репетитора біології по Скайпу biorepet-ufa.ru.

У цій статті рубрики «З діалогів в коментарях" зібрані запитання читачів і мої відповіді на завдання по молекулярної біології , Тобто завдання по структурі ДНК, механізми реплікації, транскрипції і трансляції. Вважаю розгляд цих завдань важливим, так як в будь-якому варіанті контрольних робіт ЄДІ і ОГЕ завжди є завдання з молекулярної біології, на які учні, як правило, відповідають досить погано.

Самою хорошою базою для підготовки до здачі іспитів з біології, крім вивчення підручників, є Відкритий банк завдань ФІПІ, що включає тести КІМов за всі минулі роки здачі ЄДІ і ОГЕ (ДПА) в нашій країні.

1. Віктор: Борис Фагимович, допоможіть, будь ласка, вирішити таке завдання:
Довжина фрагмента молекули ДНК дорівнює 68 нм, що становить 10% від довжини всієї молекули. На частку аденілових нуклеотидів в даній молекулі ДНК доводиться 12%. Визначте відносну молекулярну масу фрагмента молекули, беручи до уваги, що відносна маса одного нуклеотиду дорівнює 354, і кількість усіх видів нуклеотидів в даній молекулі ДНК.

Б.Ф. : У одного ланцюга цього фрагмента молекули ДНК, що дорівнює 68 нм, буде знаходитися 68: 0,34 = 200 штук нуклеотидів (так як довжина одного нуклеотиду = 0,34 нм), а в двох ланцюгах - 400 штук нуклеотидів. Значить відносна молекулярна маса цього фрагмента ДНК буде = 400 х 354 = 141600.
У всій молекулі ДНК буде міститися 400 х 100%: 10% = 4000 нуклеотидів. Частка аденінових нуклеотидів в цій молекулі ДНК буде 4000 х 12%: 100% = 480 штук. Стільки ж буде і тимінових нуклеотидів, так як А комплементарен Т. На частку гуанінових і цитозинових нуклеотидів в цьому фрагменті ДНК в сумі припадатиме 4000 - 960 = 3040 штук або по 1520 штук кожного.

2. Олена: Борис Фагимович, зламала голову, рішення є, але правильне воно? На частку аденінових нуклеотидів припадає 30%, на частку урацілових - 12%. Визначте процентний склад азотистих основ у відповідній двухцепочечной ДНК?

Б.Ф. : Очевидно, що зазначені цифри відповідають змісту цих двох типів нуклеотидів в одноцепочечной молекулі РНК (так як ураціловие нуклеотиди є тільки в РНК). Значить, в даній молекулі РНК А + У = 42%, тоді на частку інших (Г і Ц) припадає 58%. Побудуйте (можна і подумки) ту ланцюжок ДНК, з якої транскрибуватися дана молекула РНК. Це буде коло, що складається з 42% (А + Т) і 58% (Г + Ц). Пам'ятаємо, що два ланцюжки ДНК побудовані відносно один одного за принципом комплементарності азотистих основ : Скільки аденінових нуклеотидів, стільки ж і тимінових; скільки гуанінових, стільки ж цитозинових. Відповідь: в складі шуканої молекули двухцепочечной ДНК буде А і Т по 21%, Г і Ц - за 29%.

3. Іван: Скільки всього нуклеотидів потрібно для реплікації ДНК, якщо Т = 200, а Ц = 800.

Б.Ф.: Якщо в двухцепочечной ДНК міститься 200 тимінових нуклеотидів, значить і 200 аденінових; раз 800 цитозинових, то і 800 гуанінових, тобто всього містить 2000 нуклеотидів. При реплікації або Самоудвоение ДНК на кожній материнській нитки синтезується по одній дочірньої нитки, тобто для цього буде потрібно 2000 нуклеотидів.

4. Сара: Білок складається з 200 амінокислот. Яку довжину (нм) має визначальний його ген, якщо один виток спіралі ДНК включає 10 пар нуклеотидів і його довжина становить 3,4 нм.

Б.Ф. : Оскільки 200 амінокислот кодуються 600 нуклеотидами ДНК, а на один виток спіралі доводиться 10 нуклеотидів, то всього ділянку ДНК, що кодує даний білок, буде складатися з 60 витків. Так як довжина одного витка - 3,4 нм, то довжина цього відрізка ДНК складе 204 нм.

5. Юрій: Яким буде нуклеотідний склад ділянки двухцепочечной ДНК, якщо і-РНК містить аденіну - 21%, цитозину - 25%, гуаніну - 24%, урацила - 30%?

Б.Ф. : Згадаймо правило комплементарності азотистих основ нуклеотидів і-РНК, яка створювалася при транскрипції згідно послідовності нуклеотидів одного ланцюга молекули ДНК. Правило таке: нуклеотид з азотистих основ А комплементарен Т, Ц комплементарен Г, У комплементарен А. Значить адениновую (А), цитозинових (Ц), гуанінових (Г), ураціловому (У) нуклеотидам і-РНК відповідали: тимінових (Т), гуанінових (Г), цитозинових (Ц), адениновую (А) нуклеотиди цьому ланцюзі ДНК. Тому зміст нуклеотидів в цьому ланцюзі ДНК буде таким: Т - 21%, Г -25%, Ц - 24%, А - 30%. У другій ланцюга ДНК зміст А дорівнюватиме 21%, Ц - 25%, Г - 24%, Т - 30%. Тоді нуклеотідний склад двухцепочечной ДНК буде А і Т по 25,5%, Г і Ц по 24,5%.

6. Ірина: Визначити молекулярну масу гена (2х ланцюгів ДНК), якщо в одного ланцюга закодований білок з молекулярною масою 1000. Відомо, що молекулярна маса амінокислоти 100, а одного нуклеотиду 345.

Б.Ф. : Один ген кодує один білок. В даному білку 1000: 100 = 10 штук амінокислот. Так як генетичний код триплетів, то 10 амінокислот кодуються 30 нуклеотидами одного ланцюга ДНК. Значить молекулярна маса всіх нуклеотидів в одного ланцюга ДНК буде 345 х 30 = 10350. Тоді в двох ланцюгах ДНК молекулярна маса нуклеотидів складе 10350 х 2 = 20700.

7. Аліна: Борис Фагимович, натрапила на таку дивність. ДНК - послідовність генів. Термін «ген» був вперше використаний в 1909 році, тоді як структура ДНК була відкрита тільки в 1953.
1) Як можна дати назву тому, про що практично не маєш уявлення? Виходить, Вільгельм Йоханссон, грунтуючись на факті успадкування нащадками батьківських ознак, просто дав визначення цим (спадкоємною) ознаками, які пізніше були виявлені експериментально, в ДНК?
2) Мендель працював ще раніше, в середині 19 століття! Про які можна говорити хромосомах, алельних-неалельних генах і т.д. Хм ... але ж мейоз був відкритий в 1882 ... Як можна побачити процеси мейозу, коли не знали структури ДНК?
З 80-х рр. XIX ст. в практиці мікроскопічних досліджень неодмінним атрибутом стає мікротом, винайдений Я.Пуркінье. Застосування мікротома дало можливість виготовляти тонкі зрізи і отримувати безперервні серії зрізів, що призвело до успіхів у вивченні тонкої будови клітини.
3) Так ось, чому клітку можливо було розглянути в 80-х роках 19 століття, а структуру ДНК побачили тільки в 50-х 20 століття?

Б.Ф. : 1) Так, дійсно, так і було: поняття «ген» було введено в науку задовго до того, як змогли побудувати саму модель ДНК.
2) Мендель використовував слово «задатки». Це ми зараз, трактуючи його досліди, називаємо речі своїми іменами. При мітозі і мейозі людина бачить за допомогою світлової мікроскопії НЕ розкручені молекули ДНК, а хроматіновие нитки ДНК, що знаходяться в сильно спирализованную стані - <strong> хромосоми </ strong> - і описує саме їх поведінку.
3) Так, клітини і їх великі органели добре видно за допомогою світлової мікроскопії і були описані в 19 столітті. Але дрібні органели (рибосоми наприклад), а тим більше самі молекули речовин в світловий мікроскоп розглянути неможливо. Лише після створення і застосування для микроскопирования біологічних об'єктів електронного мікроскопа, змогли описати і дрібні органели клітини, і навіть побачити структуру таких великих молекул як ДНК.

8. Наталія: Цікаво дізнатися Вашу думку з наступного питання. Яка з ниток ДНК є кодогенной і чим це визначається? Адже вони комплементарні, і, по суті, кожна з ниток на одному і тому ж ділянці несе різну ( «дзеркальну») кодує інформацію. Напрямок від 5` до 3 `є з обох сторін, але послідовності комплементарні і несуть« зворотний »інформацію. Вибачте, якщо моє запитання занадто примітивний.

Б.Ф. : Для мене Ваше питання зовсім не примітивний, але я ніколи не «морочився» з цього приводу. У підручнику «Біологія» Яригіна з співавторами, читаємо на стор. 93: «У зв'язку з тим, що РНК-полімераза здатна збирати полинуклеотид лише від 5'-кінця до 3'-кінця, матрицею для транскрипції може служити тільки одна з двох ланцюгів ДНК, а саме та, яка звернена до ферменту своїм 3'-кінцем (3 '-> 5'). Таку ланцюг називають кодогенной ».

9. Надя: Борис Фагимович, зовсім не знаю як підступитися до цього завдання. Бактерії кишкової палички містять одну молекулу ДНК з молекулярною масою 2 * 109, а бактеріофаг, що паразитує в кишкової палички, містить теж 1 молекулу ДНК, але з молекулярної масою 3 * 107.
Скільки видів білків може бути закодовано в бактеріальної ДНК, якщо прийняти, що типовий білок складається з 200 амінокислот? Скільки видів білка можна закодувати в бактеріофаги?

Б.Ф. : Згідно триплетному генетичним кодом на кодування 1 молекули білка з 200 амінокислот потрібно 600 нуклеотидів ОДНІЄЇ ланцюга ДНК. Якщо вся дволанцюжкова молекула бактеріальної ДНК важить 2 * 109 г / моль, то 1 ланцюг важить 1 * 109.
За довідковими даними знаходимо, що молекулярна маса 1 нуклеотиду дорівнює 345 г / моль. Значить в одного ланцюга ДНК їх буде 2898550 штук. Ділимо на 600 і отримуємо, що в даному колі бактеріальної ДНК знаходиться інформації (нібито) про 4830 штуках білків. Пишу «нібито» (хоча це і є відповідь для цього завдання), так як насправді приблизно в 10 разів менше (оскільки 90% всіх нуклеотидів ДНК не несуть інформації про білках, а є всілякими регуляторними ділянками).
В одного ланцюга ДНК бактеріофага (з ММ рівної 1,5 * 107) знаходиться 43470 штук нуклеотидів. І якщо вони все несуть інформацію про білках (що теж абсолютно не вірно), то в них може бути закодовано 72 білка.
Надя, це приклад дуже погано складеної задачі з молекулярної біології. У екзаменаційних тестах такого бути не повинно. Де Ви на іспиті знайдете цифру 345 (інтернетом ж користуватися не можна)? Всі завдання на іспиті повинні бути розв'язуються виходячи з наявних даних - це обов'язкове правило. І самі питання до цього завдання: скільки «видів» білків? Це цілковита нісенітниця. Ми ніколи цього дізнатися не можемо «скільки видів». Малося то на увазі взагалі «скільки штук білків» може бути закодовано такий-то довжиною ДНК.
Надя, і до всіх звертаюся: чи не вирішуйте завдання, здобуті десь на просторах інтернету, не витрачайте на них свій дорогоцінний час, а треба вирішувати тільки завдання ФІПІ .

Надя: Спасибо большое за пояснення! Та я б і не вирішувала цю задачу, якби її в школі не задали додому.

Б.Ф. : А, зрозуміло. Надя, Ви все ж на уроці, якщо буде можливість, проконсультуйтеся у вчителя, чому вона задає вам завдання з неповним умовою.

10. Станіслав: Борис Фагимович, допоможіть з таким завданням. Вкажіть можливу кількість варіантів антикодон тРНК для розшифровки інформації про молекулу білка, що складається з 550 амінокислот.
Скажіть, чи правильно я міркую. У білку 550 амінокислот, кожну амінокислоту переносить певний триплет (антикодон). Всього триплетів в таблиці генетичного коду 64, але 3 з них не кодують амінокислоти, значить залишається 61 триплет, або антикодон. Кожна амінокислота може переноситися будь-яким з 61 антикодон, значить 61 × 550 = 33500 варіантів антикодон.

Б.Ф. : Спочатку про неточності у визначеннях: «кожну амінокислоту переносить певний триплет (антикодон)». Так говорити не правильно. Амінокислоти ПЕРЕНОСЯТЬ т-РНК, які будуть відрізнятися своєю антикодоновой частиною (в т-РНК, в її головної частини, є тільки антикодон, який не можна називати кодоном). А ось ІНФОРМАЦІЯ про послідовність амінокислот у білку записана послідовністю триплетів (кодонів) і-РНК. Ви правильно говорите, що теоретично всіх (саме ВСІХ, ВСІХ - більше не буває) триплетів (кодонів) і-РНК, які могли б нести інформацію про амінокислотах може бути максимум 64 (це тому, що генетичний код триплетів і просто не може бути більше 64 поєднань трійок нуклеотидів з чотирьох існуючих А, У, Г, Ц. Так, правильно, три триплета нуклеотидів є терминаторами і не несуть інформацію про амінокислотах. Залишається 61 триплет (кодон) і-РНК. Кожному кодону і-РНК при трансляції відповідає комплементарний антикодон т-РНК. Поет ому не може існувати більше 61 т-РНК, що відрізняються своїми головними ділянками - антикодон. Таким чином, в перенесенні 550 амінокислот (як і в перенесенні, припустимо, 1550 амінокислот) не може брати участь більше 61 різної т-РНК.

11. Аліса: Допоможіть будь ласка вирішити задачу. Одна з ланцюжків ДНК має наступну послідовність нуклеотидів: ГЦГ АЦГ ТТЦ ЦЦГ АТГ ТГГ МДА ГАГ. Використовуючи яку закономірність можна побудувати другу ланцюжок і які властивості двухцепочечной ДНК при цьому будуть виявлені?

Б.Ф. : Друга цеть ДНК будується за принципом комплементарності азотистих основ . Навпаки нуклеотиду з пуріновим азотистих основ А буде знаходитися нуклеотид з пірімідіновим азотистих основ Т (або навпаки Т - А). Навпаки нуклеотиду з пуріновим азотистих основ Г буде знаходитися нуклеотид з пірімідіновим азотистих основ Ц (або навпаки Ц - Г). Пуринові азотисті основи складаються з двох бензольних кілець, а піримідинові - з одного. Комплементарна ланцюжок ДНК буде така: ЦГЦ ТГЦ ААГ ГГц ТАЦ АЦЦ ЦЦТ ЦТЦ. Для двухцепочечной молекули ДНК Чаргафф виявив наступне правило: сума нуклеотидів з пуриновими азотистими підставами (А + Г) дорівнює сумі нуклеотидів з піримідиновими азотистими підставами (Т + Ц).

12. Ілля: Ділянка одного ланцюга ДНК має послідовність нуклеотидів: Г-Г-А-А-Ц-А-Ц-Т-А-Г-Т-Т-А-А-А-А-Т-А. Яка послідовність амінокислот в поліпептиди, відповідному цій генетичної інформації?

Б.Ф. Спочатку треба зробити транскрипцію, визначити послідовність нуклеотидів і-РНК, закодованої цієї послідовністю ДНК. Відомо, що транскрипція здійснюється за принципом комплементарності азотистих основ: і-РНК: Ц-Ц-У - У-Г-У - Г-А-У - Ц-А-А - У-У-У - У-А-У .
Тепер по таблиці генетичного коду знаходимо послідовність амінокислот, закодовану цією ділянкою ланцюга і-РНК: про-цис-асп-ГЛН-фен-тир.

13. Світлана: Борис Фагимович, скажіть як думаєте з наступного питання? У молекулі РНК кількість нуклеотидів з гуаніном становить 30%. Скільки нуклеотидів з аденін в цій молекулі? Я вважаю, що правило Чаргаффа в цьому випадку не може бути застосовано, а тому точно сказати скільки нуклеотидів з гуаніном немає можливості.

Б.Ф. : Так, Світлана, в молекулі РНК не «працює» правило Чаргаффа і ми не зможе ніколи відповісти на питання такого завдання.

14. Даша: Борис Фагимович, зустрівся в тесті таке питання? Готова до трансляції іРНК складається з 360 нуклеотидів. Скільки амінокислотних залишків буде в молекулі білка.
1. менш ніж 120
2. більш ніж 120
3. точно 120
4. приблизно 120.
Питання то нескладний, але ось відповідь повинен бути один. Мені здається, що менш ніж або більше ніж за змістом рівні слову приблизно. Схиляюся до 1 відповіді, якщо згадати про стоп-кодони.

Б.Ф. : Даша, якщо цей тест з Відкритого Банку Завдань ФІПІ (в чому я глибоко сумніваюся, так як ви великий любитель «пошуку пригод»), то однозначно авторами був задуманий відповідь 3 (число 360 ділиться на 3 без залишку). Саме він дозволяє оцінити знання школярів про триплетности генетичного коду. А ось Ваше: «Мені здається, що менш ніж або більше ніж за змістом рівні слову приблизно» - і говорить про те, що тест не ЕГЕшний і складений не коректно.

Даша: Спасибо большое. Тест не ЕГЕшний. На жаль по аналогічним тестів нам ставлять оцінки за чверті. Не знаю хто їх складає, але знайти відповіді на деякі питання в підручниках і в Інтернеті буває неможливо.

15. Аліна: Борис Фагимович, дайте відповідь будь ласка. Відомо понад 170 амінокислот. Чому все розмаїття білків створюється лише з 20?

Б.Ф. : Аліна, мені невідомо точно число всіх можливих амінокислот: 170 їх або може бути виявлено буде ще більше. Але незмінним залишається той факт, що протеіногенних амінокислот (тобто амінокислот, що входять до складу білкових молекул) всього 20. І 20 штук - це величезна кількість для утворення нескінченного числа білкових молекул. Інформація то про білках кодується всього 4 різними знаками (нуклеотидами ДНК), які, чергуючись будь-яким чином, забезпечують практично можливість створення нескінченної кількості різних білкових молекул.

Ігор: Мені теж цікаве це питання, що відбувається з іншими амінокислотами, що не входять в «двадцятку»? На що потрібні організму всі інші амінокислоти, яка їхня участь?

Б.Ф. : Дійсно, крім 20 чарівних амінокислот виявляють в організмі людини ще як мінімум 60-80 різних амінокислот, які не входять до складу біополімерів - білкових молекул. Я ніколи не ставив перед собою Вашим питанням, тому не знаю як на нього відповісти. Мені, як репетитора з біології, цікавіше знати, як пояснити учням, чому білки складаються тільки з 20 амінокислот, що тільки певні 20 амінокислот закодовані в ДНК шляхом генетичного коду.

16. Катерина: Хотіла спитати про транскріпцію. Начебто все просто, але ... Чи варто захаращуватися голову Поняття: три стадії синтезу і-РНК (ініціація, елонгація, термінація), подалі дозрівання (процесинг и сплайсинг), назв ферментів, Які беруть участь в ціх процесах? В принципі розібратися з ними можна. Але мені здається воно того не варто.

Б.Ф. : У принципі ніякі знання не бувають зайвими, тим більше знання, що стосуються глибинних основ життя. Якщо Ви далі думаєте спеціалізуватися в медицині або займатися вивченням біотехнологій методами генної інженерії, то можна вивчити транскрипцію на профільному рівні. Якщо ж найближча мета на відмінно здати ЄДІ, то треба добре знати всю, всю, всю базову шкільну біологію, не робити принаймні елементарних ляпів, які бувають і в підручниках. Наприклад, «генетична інформація клітини» і «генетичний код» часто в підручниках трактуються як синоніми, а це просто жахливе оману .

************************************************** ***********************

Шановні відвідувачі блогу, у кого виникнуть питання до репетитора біології по Скайпу, пишіть в коментарях.

У мене на блозі ви можете придбати відповіді на всі тести ОБЗ ФІПІ за всі роки проведення іспитів по ЄДІ и ОГЕ (ДПА) .