Практическое занятие № 1. «Конструирование сборки белковой молекулы, закодированной в ДНК. Биосинтез белка»

А). Вопросы к допуску:

• Аминокислоты: строение, функции, виды.
• Пептидная связь
• Белки: строение, функции.
• Ферменты.
• Строение и функции нуклеиновых кислот
• Биосинтез белка.
• Ген, свойства гена.

Б). Задания:

1. Самостоятельная работа «Строение ДНК и РНК (нуклеотид, нуклеозид, гликозидная связь)

2. Самостоятельная работа «Построить химическую структуру молекулы белка»

3. Решить задачи на тему «МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И ЦИТОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ» из методического пособия:

Молекулярная биология изучает механизмы хранения и передачи наследственной информации. Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных вокруг общей оси длинных полинуклеотидных цепей. В соответствии с видом азотистого основания нуклеотиды получили назва­ние - аденин, гуанин, тимин, цитозин. Нуклеотидный состав ДНК обнару­живает определенные закономерности (правила Чаргаффа):

1. Сумма адениловых и гуаниновых нуклеотидов равна сумме тимидиновых и цитидиновых (А+Г=Т+Ц).

2. Число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых числу цитидиловых (А=Т; Г=Ц).

Нуклеотидный состав ДНК зависит от того, к какой группе живых организмов принадлежит данный вид. В целом для животных характерно соотношение - А+Т>Г+Ц. У позвоночных соотношение А+Т=Г+Ц. Для растений характерно обратное соотношение - Г+Ц>А+Т, однако в преде­лах каждого типа имеется много вариантов.

ДНК несет информацию о структуре полипептида (белка) путем чередования расположенных рядом нуклеотидов. В процессе биосинтеза белка на одной из цепей молекулы ДНК, как на матрице, синтезируется информационная РНК (и-РНК). Информационная РНК, представляющая собой комплиментарную копию одной цепи молекулы ДНК, определяет последовательность включения аминокислот в полипептидную цепочку белка. Зная аминокислотную структуру полипептидной цепочки белка можно расшифровать структуру ДНК, и наоборот.

В Приложении приведена таблица генетического кода, позволяющая это сделать.

Задачи

1*. Сравните ДНК и РНК:

Вопросы для сравнения	ДНК	РНК
1. Какие структурные особенности имеет молекула?
2. Какими мономерами образована?
3. Какие компоненты составляют мономер?
4. Какой углевод входит в состав мономеров?
5. Какие азотистые основания входят в состав мономеров?

2*. Определите, какие фрагменты принадлежат молекуле ДНК, а какие РНК?

а) А	б) Т	в)	Г	г) А	д) Ц.
А	Т		У	Г	А
Т	А		У	Ц	А
Г	Ц		А	А	Г
А	Т		Ц	Т	У
Ц	Г		г	Т	Ц
А	Ц		г	ц	А

3. Укажите последовательность нуклеотидов в обеих цепочках ДНК, если
известно, что РНК, построенная на этом участке ДНК, имеет следующее
строение:

АГУАЦЦГАУАЦУЦГАУУУАЦГ

4. Если одна из цепей ДНК имеет нуклеотидную последовательность
'ААГТЦЦТТА5', то какое строение будет иметь вторая цепь:

а) 5'УУЦААГГААЗ'

б) 5ТТГТТЦЦААЗ'

в) 5ТТЦАГТААТЗ'

г) 5'ААГТТЦЦТТЗ*

5*. Участок молекулы ДНК, кодирующий часть полипептида, имеет следующее строение: АЦЦ АТА ГТЦ ЦАА ГГА. Определите последовательность амино­кислот в полипептиде.

6. При синдроме Фанкони (нарушение образования костной ткани) у больного с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты и-РНК: AAA ЦГУ ГАА АЦУ ГУУ УУА УГУ УАУ. Определите, выделение каких аминокислот с мочой характерно для син­дрома Фанкони.

7*. Полипептид состоит из следующих аминокислот: вал-ала-гли-лиз-трп-вал-сер-глу. Определите структуру участка ДНК, кодирующего указанный полипептид.

8*. Участок молекулы ДНК, кодирующего часть полипептида, имеет следующее строение: АЦЦ АТА ГТЦ ЦАА ГГА. Определите последовательность амино­кислот в полипептиде.

9. Нормальный гемоглобин (НвА) состоит из цепи аминокислот: вал-гис-лей-
три-про-глн-глн-лиз. Аномальный гемоглобин (HbS), вызывающий тяжелое
заболевание - серповидноклеточную анемию, состоит из цепи аминокислот:
вал-гис-лей-три-про-вал-глн-лиз. Определите:

а) в чем состоят отличия НвА и HbS?

б) какой нуклеотид в и-РНК, кодирующей HbS, мутировал и как он изме­
нился?

10. Часть молекулы и-РНК состоит из кодонов ААУ УАЦ ЦЦГ ГАУ ААГ...
Каковы будут триплеты антикодонов т-РНК, комплементарные этому участ­
ку и-РНК? Какие аминокислоты они кодируют?

11. Часть нити молекулы ДНК состоит из нуклеотидов ААТ АГГ ТТТ АЦЦ ААТ ТЦА. Какой будет порядок в комплементарной ей цепи ДНК? Какой поря­док нуклеотидов в и-РНК, синтезированной на этой цепи ДНК? Запишите последовательность аминокислот в молекуле белка, кодированных в данной и-РНК.

12. Начальный участок цепи А-инсулина представлен следующими пятью ами­нокислотами: гли-иле-вал-глн-глн. Определите участок ДНК, кодирующий эту часть цепи инсулина.

13. У человека, больного цистинурией (содержание в моче большего, чем в нор­ме, числа аминокислот), с мочой выделяются аминокислоты, которым соот­ветствуют следующие триплеты и-РНК: УЦУ УГУ ГЦУ ГГУ ЦАГ ЦГУ AAA. У здорового человека в моче обнаруживается аланин, серии, глутамин и глицин.

а) выделение каких аминокислот с мочой характерно для больных цисти­нурией?

б) напишите триплеты, соответствующие аминокислотам, имеющимся в
моче здорового человека.

14. Как изменится структура белка, если из кодирующего участка ДНК - ААТ АЦА ТТТ AAA ГТЦ, удалить 5-й и 13-й слева нуклеотиды?

15. Допустим, во фрагменте молекулы ДНК:

ТГТ ТАТ ТТТ ГАА ГАТ ТГТ;ЩА ATA AAA ЦТТ ЦТА АЦА (ген вазопрессина) тимин на 5-м месте нижней цепочки замещен гуанином. Определите:

а) как отразится это замещение на первичной структуре синтезируемого в
клетке белка?

б) Может ли повлиять это замещение на наследственность организма?

16. Как изменится структура белка, если из кодирующего его участка ДНК -
ААТ АЦА ТТТ AAA ГТЦ удалить 5-й и 7-й слева нуклеотиды?

17*. Определите антикодоны т-РНК, участвующих в синтезе белка, кодируемого следующим фрагментом ДНК: Г-Г-Т-А-Ц-Г-А-Т-Г-Т-Ц-А-А-Г-А.

18. Четвертый пептид в нормальном гемоглобине (гемоглобин А) состоит из следующих аминокислот: ват-гис-лей-тре-про-гли-гли-лиз. У больного с симптомом сплеиомегалии при умеренной анемии обнаружили следующий состав 4-го пептида: вал-гис-лей-тре-про-лиз-гли-лиз. Определите измене­ния, происшедшие в ДНК.

19. Правая цепь молекулы ДНК имеет следующую структуру: А - Т - Г - Г - Т -Ц-А-Ц-Т-Г-А-Г-А-Т- Т. Определите структуру соответствую­щей части молекулы белка, синтезируемого при участии левой цепи ДНК.

20. Как изменится структура белка, если из кодирующего его участка ДНК: Ц-Т-А-Т-А-Г-Т-А-А-Ц-Ц-А-А... удалить 9-й нуклеотид?

21. Участок цепи белка вируса табачной мозаики состоит из следующих амино­кислот: серин-глицин-изолейцин-треонин-пролин-серин. В результате воз­действия на информационную РНК азотистой кислотой цитозин РНК заме­щается гуанином. Определите изменения в строении белка вируса после воз­действия на РНК азотистой кислотой.

22*. Начальный участок молекулы белка имеет следующее строение:

асп-трип-лей-ала-сер-ала. Определите количественное соотношение аденин+ Тимин/гуанин+цитозин в цепи ДНК, кодирующей этот участок белка.

23. Начальный участок цепи В-инсулина представлен следующими 10 амино­кислотами: фенилаланин - вапин - аспарагиновая кислота - глутамин (при
условии ЦАГ) - гистидин - лейцин - цистеин - глицин - серии - гистидин. Определите количественные соотношения (по формуле А+Т/Г+Ц) в цепи ДНК, кодирующей этот участок инсулина.

24. Найдите число молекул рибозы и остатков фосфорной кислоты в молекуле
и-РНК, если количество оснований цитозина было - 1000, урацила - 500,
гуанина - 600, аденина - 200:

а) 4000

б) 2300

в) 1150

г) 1000

25. Готовая к трансляции и-РНК состоит из 360 нуклеотидов. Сколько амино­кислотных остатков будет в молекуле белка?

а) примерно 360

б) примерно 1080

в) точно 120

г) менее чем 120

26. Чему равно число нуклеотидов в и-РНК молекулы инсулина, состоящей из
21 аминокислотного остатка?

а) 105

б) 78

в) 63

г) 21
Д) 42

27. Дан фрагмент одной из цепей ДНК - Ц-А-А- А-Т-Г-Ц-А-А-А-А-Г-Т-Г-Т. Определите первичную структуру белка, закодированного в этой цепи, коли­чество (в %) различных видов нуклеотидов в этом гене (в двух цепях), длину гена.

28. Фрагмент молекулы ДНК содержит 440 гуаниловых нуклеотидов, что составляет 22% от общего количества нуклеотидов. Определите, сколько в данном фраг­менте содержится цитодиловых, адениловых и тимидиловых нуклеотидов? Каков размер и вес данного фрагмента ДНК?

29. В молекуле и-РНК обнаружено 440 гуаниловых нуклеотидов, 235 аденило-
вых, 128 цитидиловых и 348 уридиловых нуклеотидов. Определите:

а) сколько и каких нуклеотидов содержится в участке молекулы ДНК,
«слепком» с которой является данная и-РНК?

б) какова длина данного участка, молекулы ДНК?

30. В состав и-РНК входит 17% адениловых нуклеотидов, 21% уридиловых и 25% цитидиловых. Определите соотношение нуклеотидов в ДНК, с которой была снята информация на данную РНК.

31 Одна из цепей ДНК имеет молекулярную массу 68310. Определите количест­во мономеров белка, запрограммированного в этой цепи ДНК (молекулярная масса одного нуклеотида равна 345).

32. Белок состоит из 215 аминокислот. Сколько нуклеотидов входит в его состав? Какую длину имеет определяющий его ген?

33 Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в котором запрограммиро­ван белок, состоящий из 100 аминокислот? Какой вес и размер имеет этот ген?

34 У больного серповидно-клеточной анемией состав аминокислот четвертого пептида следующий: вал-гис-лей-тре-про-вал-глу-лиз. Определите % состав нуклеотидов и длину соответствующего фрагмента ДНК?

35 Фрагмент молекулы ДНК содержит 570 тимидиловых нуклеотидов, что состав­ляет 32,5% от общего их количества. Определите, сколько в данном фрагмен­те содержится цитидиловых, адениловых и гуаниловых нуклеотидов?

36 Считая, что средняя относительная молекулярная масса аминокислоты около 100, а нуклеотида около 345, определите, что тяжелее - белок или ген, его ко­дирующий?

37 Белок состоит из 167 аминокислот. Какую длину имеет определяющий его ген? Сколько нуклеотидов входит в его состав?

38 Молекула и-РНК несет информацию о белке, состоящем из 230 аминокислот. Какова длина данной молекулы? Сколько нуклеотидов имеется в участке моле­кулы ДНК, с которой была транскрибирована данная и-РНК?

39 В состав фрагмента молекулы ДНК входит 3680 нуклеотидов. Определите длину данного участка ДНК.

40. Одноцепочечный фрагмент молекулы ДНК содержит информацию о 750 аминокислотах. Какова длина этого фрагмента?