Примеры решения типовых задач

Разберем решение задачи по определению первичной структуры белка, если известна последовательность нуклеотидов ДНК.

Условия задачи. Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности: ТАААЦЦГЦГАААТЦТГААГТЦ. Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

Решение

1. Выписываем из таблицы 1 генетического кода нуклеотиды ДНК, разбиваем их на триплеты: ТАА – АЦЦ – ГЦГ - …

2. Затем составляем кодоны иРНК, комплементарные триплетам ДНК, и записываем их строчкой ниже:

ДНК: ТАА – АЦЦ – ГЦГ - …

иРНК: АУУ – УГГ – ЦГЦ - …

3. Определяем по таблице, какая аминокислота закодирована каждым кодоном иРНК.

4. Определяем строение белка:

ДНК: ТАА – АЦЦ – ГЦГ - …

иРНК: АУУ – УГГ – ЦГЦ - …

Белок: изолейцин – триптофан - аргинин…

Разберем решение другой задачи на определение структуры ДНК по последовательности аминокислот в белке.

Условия задачи. Фрагмент молекулы белка миоглобина содержит аминокислоты, расположенные в следующем порядке: валин – аланин – глутаминовая кислота – тирозин – серин – глутамин. Напишите структуру участка молекулы ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот.

Решение

1. По таблице 1 находим триплеты, кодирующие каждую из указанных аминокислот (в таблице указаны кодоны иРНК, а не ДНК, поскольку в синтезе белка участвуют непосредственно молекулы иРНК, а не ДНК). Код для аминокислот: валин – ГУЦ, аланин – ГЦЦ и т.д. Если аминокислота закодирована несколькими кодонами, то можно выбрать любой из них. Затем выписываем кодоны всех аминокислот в последовательности, соответствующей порядку аминокислот. Полученная цепочка отражает строение молекулы иРНК: ГУЦ - ГЦЦ – …

2. Определяем строение той цепочки ДНК, которая кодировала строение иРНК. Для этого под каждым кодоном молекулы иРНК записываем комплементарный ему триплет молекулы ДНК. Состав триплетов ДНК определите сами: ЦАГ – ЦГГ - …

3. ДНК состоит из двух цепочек, поэтому под кодонами 1-й цепочки ДНК записываем кодоны 2-й цепочки, образованные по принципу комплементарности:

1-я цепочка ДНК: ЦАГ – ЦГГ - …

2-я цепочка ДНК: ГТЦ – ГЦЦ - …

Соединяем нуклеотиды 1-й цепочки вертикальными линиями с комплементарными им нуклеотидами 2-й цепочки и получаем структуру участка молекул ДНК.

Таблица 1 - Генетический код иРНК

Первый нуклеотид	Второй нуклеотид
Ц	Г	У	А
Ц	ЦЦЦ пролин ЦЦГ ЦЦУ ЦЦА	ЦГЦ аргинин ЦГГ ЦГУ ЦГА	ЦУЦ лейцин ЦУГ ЦУУ ЦУА	гистидин ЦАЦ ЦАУ глутамин ЦАГ ЦАА
Г	ГЦЦ аланин ГЦГ ГЦУ ГЦА	ГГЦ глицин ГГГ ГГУ ГГА	ГУЦ валин ГУГ ГУУ ГУА	ГАЦ аспарагин. ГАУ кислота ГАГ глутамин. ГАА кислота
У	УЦЦ серин УЦГ УЦУ УЦА	цистеин УГЦ УГУ УГГ – триптофан УГА – стоп-кодон	УУЦ фенилала- УУУ нин лейцин УУА УУГ	тирозин УАЦ УАУ стоп-кодон УАГ УАА
А	АЦЦ треонин АЦГ АЦУ АЦА	серин АГЦ АГУ аргинин АГГ АГА	АУЦ изолей- АУУ цин АУА АУГ – метионин	аспарагин ААЦ ААУ лизин ААГ ААА

ЗАДАЧИ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКЕ. ГРУППА I

1. Участок гена, кодирующего белок, состоит из последовательно расположенных нуклеотидов ААЦГАЦТАТЦАЦТАТАЦЦААЦГАА. Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

2. Участок гена, кодирующего одну из полипептидных цепей гемоглобина, состоит из кодонов следующего состава: АЦЦТТТГАЦЦАТГАА. Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

3. Полипептидная цепь А инсулина включает 12 аминокислот: глицин – изолейцин – валин – глутамин – глицин – серин – валин – цистеин – серин – лейцин – тирозин – глицин. Определите структуру участка молекулы ДНК, кодирующего эту полипептидную цепь.

4. Фрагмент полипептидной цепи В инсулина включает 8 аминокислот: глицин – изолейцин – валин – глутамин – глицин – цистеин – цистеин – аланин. Напишите порядок расположения и состав триплетов в молекуле ДНК на участке, кодирующем полипептидную цепь.

5. Начальный участок полипептидной цепи бактерии E.coli состоит из 10 аминокислот, расположенных в следующем порядке: метионин – глицин – аргинин – тирозин – глутамин – серин – лейцин – фенилаланин – аланин – глицин. Какова последовательность нуклеотидов на участке ДНК, кодирующем полипептидную цепь?

6. Определите, какие нуклеотиды м-РНК кодируют аминокислотный состав белковой молекулы в следующей последовательности:

а) цистеин – аргинин – метионин – серин;

б) лизин – триптофан – пролин – лейцин;

в) аспаргиновая кислота – фенилаланин – валин – гистидин.

7. Участок гена состоит из следующих нуклеотидов: ГАГ ААТ ТГГ ЦТА АЦА ГТА. Выпишите последовательность аминокислот в белковой молекуле, кодируемой этим геном.

8. Участок гена состоит из следующих нуклеотидов: АГГ ТТЦ ГАЦ ТЦГ ЦАЦ АТГ. Расшифруйте последовательность аминокислот в белковой молекуле, кодируемой данным геном.

9. Участки молекулы м-РНК имеют следующий состав нуклеотидов:

а) ЦАГ ГГЦ УУЦ ГУУ ААУ ААГ;

б) ГАЦ УГГ АГА ГУГ ГЦГ ЦЦА;

в) УЦЦ ЦУГ УАЦ УУГ ЦАА УУЦ.

Определите порядок расположения аминокислот в белковой молекуле, синтезируемой на этой м-РНК.

10. Выпишите нуклеотиды м-РНК, кодирующие аминокислотный состав белковой молекулы в следующих последовательностях:

а) аспарагин – аланин – тирозин – лизин;

б) фенилаланин – изолейцин – валин – глицин;

в) триптофан – гистидин – глутамин – серин.

11. Участки молекулы м-РНК имеют следующий состав нуклеотидов:

а) АГУ ЦАЦ ЦГГ АЦЦ ААГ УГЦ;

б) ААУ УАУ ГУЦ ЦГА УГГ ГАУ;

в) УАУ ГАУ ЦЦА АЦУ УУЦ АУГ.

Пользуясь генетическим кодом, укажите порядок расположения аминокислот в белковой молекуле, синтезируемой на этой м-РНК.

12. Укажите, какие нуклеотиды м-РНК кодируют аминокислотный состав белковой молекулы в такой последовательности:

а) тирозин – пролин – треонин – изолейцин;

б) глутамин – серин – аргинин – валин;

в) глутаминовая кислота – цистеин – аланин – аспарагиновая кислота.

13. Участок гена состоит из следующих нуклеотидов: АЦА АТТ ГАГ ЦГЦ ТЦТ ТГТ. Расшифруйте последовательность аминокислот в белковой молекуле, кодируемой этим геном.

ЗАДАЧИ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКЕ. ГРУППА II

14. Длина гена, контролирующего синтез белка, составляет 3352,4 А^о. Определите, сколько аминокислот входит в состав этого белка, если расстояние между двумя нуклеотидами в молекуле ДНК раняется 3,4 А^о.

15. Определите молекулярный вес гена, детерминирующего образование инсулина, состоящего из 51 аминокислоты, если известно, что средний молекулярный вес нуклеотида равен 340 дальтон.

16. Какую длину имеет молекула ДНК, кодирующая фермент рибонуклеазу поджелудочной железы, если известно, что молекула данного фермента имеет в своем составе 124 аминокислоты, а расстояние между двумя соседними нуклеотидами, измеренное вдоль оси спирали, составляет 3,4 А^о?

17. При синдроме Фанкони (нарушение образования костной ткани) у больного с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты и-РНК: АУА, ГУЦ, АУГ, УЦА, УУГ, УАУ, ГУУ, АУУ. Определите, выделение каких аминокислот с мочой характерно для синдрома Фанкони?

18. Определите количество аминокислот, составляющих белковую молекулу, при условии, что молекулярный вес гена, контролирующего синтез этого белка, равен 323100. Средний молекулярный вес одного нуклеотида равен 340 дальтон.

19. Длина гена, детерминирующего образование белка, равняется 7799,6 А^о. Определите количество аминокислот, входящих в данную молекулу белка, если расстояние между двумя нуклеотидами составляет 3,4 А^о.

20. Определите количество аминокислот в белковой молекуле, при условии, что молекулярный вес гена, контролирующего образование данного белка, равен 214200. Средний молекулярный вес одного нуклеотида составляет 340 дальтон.

21. Определите молекулярный вес гена, контролирующего образование белка рибонуклеазы поджелудочной железы, состоящего из 124 аминокислот, если известно, что средний молекулярный вес нуклеотида равен 340 дальтон.

22. В состав молекулы белка входит 157 аминокислот. Определите длину контролирующего ее гена, если известно, что расстояние между двумя нуклеотидами в молекуле ДНК составляет 3,4 А^о.

23. В состав белковой молекулы входит 491 аминокислота. Определите длину контролирующего ее гена, если известно, что расстояние между двумя нуклеотидами в молекуле ДНК составляет 3,4 А^о.

24. В состав белка входят 658 аминокислот. Какова длина гена, который контролирует его синтез, если расстояние между нуклеотидами в молекуле ДНК равняется 3,4 А^о?

25. Считая, что средняя относительная молекулярная масса аминокислоты около 110, а нуклеотида – 340 дальтон, прикиньте, что тяжелее: белок или его ген?

26. Нуклеиновая кислота фага имеет относительную молекулярную массу порядка 10⁷. Сколько, примерно, белков закодировано в ней, если принять, что типичный белок состоит в среднем из 400 мономеров, а молекулярная масса нуклеотида 340 дальтон?

ЗАДАЧИ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКЕ. ГРУППА III

27. В 6-ом триплете гена (ЦТТ), кодирующего синтез b–цепи гемоглобина, произошла мутация, в результате которой в полипептиде вместо глутаминовой кислоты на шестом месте оказался валин. Определите, какой триплет оказался в гене.

28. В результате мутации на участке гена, содержащем 6 триплетов: ААЦ – ТАТ – ГАЦ – АЦЦ – ГАА – ААА, произошло замещение в третьем триплете: вместо гуанина обнаружен цитозин. Напишите состав аминокислот в полипептиде до и после мутации.

29. Определите порядок расположения аминокислот на одном из участков молекулы белка, если известно, что он кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК: АЦЦ ТАЦ АГТ ЦТГ ГАТ. Каким будет ответ, если химическим путем из молекулы ДНК будут удалены третий и восьмой нуклеотиды?

30. Исследованиями было установлено, что 22% общего числа нуклеотидов определенной и-РНК приходится на гуанин, 35% - на цитозин, 19% - на аденин, 24% - на урацил. Определите процентный состав азотистых оснований двухцепочной ДНК, слепком с которой является эта и-РНК.

31. Исследования генетиков показали, что 17% общего числа нуклеотидов данной и-РНК приходится на гуанин, 29% - на урацил, 33% - на цитозин, 21% - на аденин. Определите процентный состав азотистых оснований двухцепочной ДНК, слепком с которой является вышеуказанная и-РНК.

32. Укажите последовательность аминокислот в белковой молекуле, кодируемой следующими нуклеотидами ДНК: АТА ЦТГ АЦА ТТА ГАА. Какой будет последовательность аминокислот, если между десятым и одиннадцатым нуклеотидами произойдет вставка гуанина?

33. Напишите последовательность расположения аминокислот на одном из участков молекулы белка, если известно, что он кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК: АТГ ТЦГ ЦГТ ААА ЦАТ. Как изменится ответ, если химическим путем из молекулы ДНК будет удален десятый нуклеотид?

34. Укажите порядок расположения аминокислот на одном из участков молекулы белка, если известно, что он кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК: ГГТ АЦА ЦТЦ ААГ ГТА. Как изменится ответ, если химическим путем из молекулы ДНК будет удален шестой нуклеотид?

35. Какие аминокислоты в белковой молекуле кодируются такой последовательностью нуклеотидов ДНК: ТАЦ ЦГА ГАГ ГТА АЦЦ. Как изменится состав белковой молекулы, если под действием облучения второй нуклеотид в ДНК будет замещен на тимин, а четырнадцатый – на гуанин?

36. Выпишите последовательность аминокислот в белковой молекуле, при условии, что она кодируется следующими нуклеотидами молекулы ДНК: ЦАТ ААГ ТТА ЦАТ ЦГА. Назовите последовательность аминокислот в молекуле белка в случае, если между вторым и третьим нуклеотидами произойдет вставка цитозина и тимина.

37. С последовательности каких аминокислот начинается белок, если он закодирован следующими нуклеотидами ДНК: ГГГ АТГ ЦЦА ГГЦ ГТТ. Каким станет начало цепочки синтезируемого белка, если под действием облучения второй нуклеотид окажется выбитым из молекулы ДНК?

38. Определите последовательность аминокислот, входящих в состав белковой молекулы, если известно, что она закодирована следующими нуклеотидами ДНК: ТАТ АТА ТГЦ АЦГ ГЦТ. Как отразится на начале цепочки синтезируемого белка выпадение из молекулы ДНК пятого нуклеотида под действием облучения?

39. Назовите последовательные мономеры участка молекулы белка, который синтезируется на основе информации, закодированной в молекуле ДНК с таким порядком нуклеотидов: ГГЦ ГАГ ГТЦ АГТ ААГ. Покажите изменения в строении белковой молекулы при удалении из состава ДНК двенадцатого нуклеотида.

ЗАДАЧИ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКЕ. ГРУППА IV

40. Ниже приведен фрагмент кодирующей цепи молекулы ДНК: ТТТ ТЦЦ ЦАГ ЦГЦ. Определите: а) какие точковые мутации в указанном фрагменте не приведут к изменению генетической информации (вырожденность кода); б) какие точковые мутации в указанном фрагменте приведут к изменению генетического кода?

41. Ниже приведен фрагмент кодирующей цепи молекулы ДНК и две цепи, возникшие в результате точковых мутаций в исходной цепи ДНК:

ЦЦТ АГА ГТЦ ЦТГ ААЦ ТГГ ЦТА

ЦЦТ АГГ ТЦТ ГАЦ ТГГ ЦТА

ЦЦТ АГГ АГТ ЦАЦ ТГА ТАЦ ТГГ ЦТА

а) определите типы мутаций; б) укажите последовательность аминокислот в полипептидах, кодируемых молекулами ДНК; в) попытайтесь объяснить, почему обнаружение подобных мутаций является генетическим доказательством триплетности кода наследственности.

42. У человека, свиньи и кролика молекулы белкового гормона инсулина различаются лишь по одной аминокислоте. У кролика в положении 30 в цепи имеется серин, у свиней – аланин, у человека – треонин. Установите, какие точковые мутации могли привести к возникновению вариантов инсулина?

43. Установите, какие аминокислотные замены произошли в гемоглобинах в результате точковых мутаций в генах, контролирующих синтез цепи гемоглобинов: а) b-цепь, мутация в 6-ом триплете; ЦТТ – нормальный гемоглобин (HbA); ЦАТ – аномальный гемоглобин (HbS); ТТТ – аномальный гемоглобин (HbC); б) a-цепь, мутация в 23-ем триплете; ЦТТ – нормальный гемоглобин (HbA); ГТТ – аномальный гемоглобин (Hb Мемфис); ТТТ – аномальный гемоглобин (Hb Чад).

44. В связи с «вырожденностью» генетического кода любая аминокислота в белковой молекуле может быть закодирована не одним, а 2-6 разными триплетами. Закодируйте следующую последовательность аминокислот: изолейцин – глутаминовая кислота – фенилаланин – аргинин – серин, используя одни, а затем другие триплеты генетического кода.

45. Рибонуклеаза гипофиза содержит следующий количественный состав аминокислот: лизин – 7, глутамин – 9, треонин – 15, аланин – 8, фенилаланин – 6, аргинин – 2, серин – 21, аспарагиновая кислота – 14, гистидин – 5, метионин – 8, тирозин – 6, цистеин – 12, глутаминовая кислота – 3, аспарагин – 3, пролин – 7, валин – 16, лейцин – 5, глицин – 10, изолейцин – 6. Определите количественное соотношение нуклеотидов (аденин+тимин)/(гуанин+цитозин) на участке цепи ДНК, кодирующем данную рибонуклеазу.

46. При изучении крови людей были найдены типы гемоглобина, отклоняющиеся от нормы. Из обозначили: А – нормальный гемоглобин, S - гемоглобин из крови больных с серповидноклеточной анемией, С – другой аномальный тип. В.Ингрэм обнаружил, что они различаются по последовательностям аминокислот в b–цепи гемоглобина:

- у гемоглобина А:

Гис – Вал – Лей – Лей – Тре – Про – Глу – Глу – Лиз;

- у гемоглобина S:

Гис – Вал – Лей – Лей – Тре – Про – Вал – Глу – Лиз;

- у гемоглобина С:

Гис – Вал – Лей – Лей – Тре – Про – Лиз – Глу – Лиз.

Определите количественное соотношение нуклеотидов (аденин+тимин)/(гуанин+цитозин) в цепях ДНК, кодирующих каждый из этих типов гемоглобина.

47. В связи с «вырожденностью» генетического кода любая аминокислота в белковой молекуле может быть закодирована не одним, а 2-6 разными триплетами. Закодируйте следующую последовательность аминокислот: серин – лейцин – лизин – аланин - валин, используя одни, а затем другие триплеты генетического кода.

48. Один из ферментов поджелудочной железы имеет следующий количественный состав аминокислот: лизин – 12, глутамин – 5, треонин – 11, аланин – 6, фенилаланин – 7, аргинин – 3, серин – 18, аспарагиновая кислота – 10, гистидин – 2, метионин – 7, тирозин – 3, цистеин – 11, глутаминовая кислота – 6, аспарагин – 5, пролин – 2, валин – 9, лейцин – 1, глицин – 4, изолейцин – 4. Определите количественное соотношение нуклеотидов (аденин+тимин)/(гуанин+цитозин) на участке цепи ДНК, кодирующем этот фермент.

49. Закодируйте следующую последовательность аминокислот: тирозин – аспарагин – треонин – пролин – цистеин, используя одни, а затем другие триплеты, учитывая «вырожденность» генетического кода.

50. Одна из цепей белка инсулина (так называемая цепь В) начинается со следующих аминокислот: фенилаланин – валин – аспарагин – глутамин – гистидин – лейцин. Напишите возможную последовательность расположения нуклеотидов в начале участка молекулы ДНК, хранящую информацию об этом белке.

51. Инсулин состоит из А и В цепей, включающих 51 аминокислоту. Однако молекулы инсулина лошади, барана и быка несколько различаются по составу. Количество различных аминокислот в молекуле инсулина этих животных приведено ниже в таблице 4. Определите коэффициент видовой специфичности инсулина для указанных сельскохозяйственных животных.

Таблица 2 – Различия в аминокислотном составе молекул инсулина

сельскохозяйственных животных

Аминокислота	Число аминокислот в инсулине…
барана	быка	лошади
Глицин
Валин
Изолейцин
Лейцин
Фенилаланин
Тирозин
Серин
Треонин
Лизин
Аргинин
Гистидин
Цистеин
Пролин
Аланин
Глутамин
Аспарагин

52. Ионизируюшая радиация способна иногда «выбивать» отдельные нуклеотиды из молекулы нуклеиновой кислоты без нарушения ее целостности. Допустим, что в одном случае из молекулы удален только один нуклеотид, в другом – три нуклеотида подряд, а в третьем – тоже три нуклеотида, но расположенные на некотором расстоянии друг от друга. Как это отразится на белке, синтезируемом на основе наследственной информации, закодированной в такой поврежденной молекуле? В каких случаях (из указанных трех) фактически образующийся белок будет отличаться от нормального сильнее всего или всего слабее?