 |
|
Кодові системи ДНК та РНК, їх реалізація під час трансляції
Алгоритм розв’язання та оформлення запису задач
Задача 1.1
У фрагменті одного ланцюга молекули ДНК нуклеотиди розташовані у такій послідовності: ТТГ АГЦ АЦГ ГТА ААТ ЦГА.
1. Побудуйте схему дволанцюгової ДНК.
2. Яка довжина у нанометрах цього фрагмента?
3. Яка маса дволанцюгового фрагмента?
Розв'язання
1. Застосовуючи принцип комплементарності, запишемо схему дволанцюгової ДНК: ТТГ АГЦ АЦГ ГТА ААТ ЦГА
ААЦ ТЦГ ТГЦ ЦАТ ТТА ГЦТ.
1. Кожен нуклеотид займає 0,34 нм. Довжина дволанцюгового фрагмента дорівнює довжині одного ланцюга. В фрагменті 18 пар нуклеотидів, звідси довжина фрагмента ДНК дорівнює: 0,34 х 18 = 6,12 (нм).
2. Кожний нуклеотид має молекулярну масу 345 а.о.м., звідси маса фрагмента ДНК: 345 х 36 = 12420 (а.о.м.).
Задача 1.2
Біохімічний аналіз показав, що до складу і-РНК входить 22 % аденілових нуклеотидів, 12 % уридилових та 26 % гуанілових. Визначте нуклеотидний склад ДНК, з якої була транскрибована дана і-РНК.
Розв’язання
1. Відсоток цитидилових нуклеотидів у і-РНК складає:
100 % – (22 % + 12 % + 26 %) = 40 %
1. Молекула ДНК складається з двох ланцюгів, отже, на один ланцюг припадає 50 %, тобто вдвічі менше нуклеотидів. Визначимо склад кодуючого ланцюга ДНК:
і-РНК
22 % А
12 % У
ланцюг ДНК
26 % Г
40 % Ц
Т = 22 % : 2 = 11 %.
А = 12 % : 2 = 6 %.
Г = 40 % : 2 = 20 %.
Ц = 26 % : 2 = 13 %.
Другий ланцюг ДНК має, згідно принципу компліментарності:
А = 11 %, Т = 6 %, Г = 13 %, Ц = 20 %.
1. Отже, в цілому в молекулі ДНК процентний вміст нуклеотидів наступний:
А = 6 % + 11 % = 17 %, Т = 11 % + 6 % = 17 %,
Ц = 13 % + 20 % = 33 %, Г = 20 % + 13 % = 33 %
Цю задачу можна розв’язати інакше:
1. Визначаємо відсоток цитидилових нуклеотидів у і-РНК
100 % — (22 % + 12 % + 26 %) = 40 %
1. За принципом компліментарності будуємо фрагмент молекули ДНК:
і-РНК
22 % А
12 % У
26 % Г
40 % Ц
Фрагмент ДНК
22 % Т — А 22 %
12 % А — Т 12 %
26 % Ц — Г 26 %
40 % Г — Ц 40 %
1. Визначаємо середній вміст нуклеотидів у двох ланцюгах ДНК:
Задача 1.3
Визначте молекулярну масу та довжину гена, якщо у ньому закодований поліпептид, молекулярна маса якого дорівнює 28000 а.о.м. Що має більшу масу – білок чи ген, що його кодує?
Розв’язання
1. Білок складається із 28000 : 100 = 280 амінокислот.
2. Цей білок кодується одним із ланцюгів гена, який містить
280 х 3 = 840 нуклеотидів.
1. Молекулярна маса гена (складається з двох ланцюгів ДНК) дорівнює
345 х 840 х 2 = 597600 а.о.м.
1. Довжина гена дорівнює довжині одного з його ланцюгів:
0,34 х 840 = 285,6 (нм).
1. Порівняємо масу гена та масу поліпептиду:
597600 : 28000 = 20,7, тобто маса гена приблизно у 21 разів більша ніж маса поліпептиду.
Задачі для самостійного розв’язання
Задача 1.4
Ділянка ДНК має наступний склад нуклеотидів:
перший ланцюг: АГТ АЦГ ГЦА ТГТ АГЦ
другий ланцюг: ТЦА ТГЦ ЦГТ АЦА ТЦГ відповідно.
1. Напишіть нуклеотидний склад дочірніх ДНК, що утворилися в результаті реплікації первинного фрагмента ДНК.
2. Вкажіть, який з полінуклеотидних ланцюгів є старим, а який – новим.
Задача 1.5
Один з ланцюгів фрагмента ДНК має наступну послідовність нуклеотидів: 3' АГТ АЦЦ ГАТ ЦЦТ ЦГА ТТТ АЦГ 5'. Напишіть послідовність нуклеотидів і-РНК, закодованої у даному фрагменті ДНК.
Задача 1.6
Кодуюча зона ділянки і-РНК має наступну послідовність нуклеотидів:
5' АУГ УЦА АГГ ЦУА АГЦ УУУ ГЦЦ ААУ УАА 3'.
1. Напишіть первинну структуру поліпептиду, закодовану у даному фрагменті і-РНК.
2. Вкажіть порядок сполучення амінокислотних залишків.
Задача 1.7
Первинна структура більшості білків еукаріот починається з метіоніну, який згодом, зазвичай, відщеплюється.
1. Як називається кодон, що стоїть на початку структурного гена та кодує амінокислоту метіонін?
2. Напишіть нуклеотидний склад триплетів ДНК та і-РНК, що кодують метіонін.
3. Вкажіть напрямок транскрипції та трансляції цих триплетів.
4. Напишіть нуклеотидний склад антикодону метіонінової т-РНК.
Задача 1.8
Початок ланцюга однієї з фракцій гістону Н3 (специфічного основного білка), виділеного з тимуса теляти, має наступну послідовність амінокислот: Ала-Арг-Тре-Ліз. Якою є можлива структура відповідних фрагментів і-РНК та дволанцюгового ДНК?
Задача 1.9
Некодогенний ланцюг молекули ДНК має наступну структуру: ГАГ АГГ ЦГТ ТГА ЦГГ. Визначте будову відповідної частини молекули білка, що синтезується за участю кодуючого ланцюга ДНК.
Задача 1.10
Поліпептид складається з 10 амінокислот, розташованих в наступній послідовності: Глн–Про–Ала-Сер–Мет-Три-Асп-Глі-Асн-Гіс. Визначте структуру і-РНК, що кодує даний поліпептид.
Задача 1.11
Визначте амінокислотний склад поліпептиду, що кодується і-РНК наступного складу: ЦЦГ, ЦАЦ, ЦУА, ЦГУ.
Задача 1.12
Фрагмент молекули адренокортикотропного гормону людини (АКТГ), що виробляється передньою долею гіпофіза, має структуру: Сер-Тір–Сер-Мет.
Визначте перелік антикодонів у т-РНК, що беруть участь у біосинтезі фрагмента АКТГ.
Задача 1.13
У початковому фрагменті першого екзона гена В–поліпептидного ланцюга нормального гемоглобіну людини (Hb А-А2В2) є наступна послідовність нуклеотидів: 3' ЦАЦ ГТА ААТ ТГА ГГА ЦТЦ ЦТЦ ТТТ 5'.
1. Які амінокислоти кодують 1-й, 5-й, 6-й та 8-й триплети?
2. Напишіть кодони-синоніми, що кодують амінокислоти: валін (Вал), пролін (Про), глутамінову кислоту (Глу) та лізин (Ліз).
Задача 1.14
Гормон росту людини (соматотропін) – білок, що складається із 191 амінокислоти. Скільки кодуючих нуклеотидів та триплетів входить до складу гена – соматотропіну?
Задача 1.15
В останні роки широко вивчається нова група біологічно активних речовин центральної нервової системи – регуляторів різних функцій організму. Ця група речовин отримала загальну назву “нейропептиди”. Сюди відносяться, наприклад, пептиди, що мають морфіноподібний ефект – мет-енкефалін та лей-енкефалін. Обидва пептиди складаються з 5 амінокислотних залишків, перші 4 – однакові в обох енкефалінів (Тир-Глі-Глі-Фен), 5-й амінокислотний залишок у мет-енкефаліну – метіонін (Мет), у лей-енкефаліну – лейцин (Лей).
1. Скільки нуклеотидів та кодонів повинно бути у кодуючій зоні і-РНК, щоб закодувати ці пептиди?
2. Напишіть послідовність нуклеотидів кодуючої зони і-РНК вказаних пептидів. Вкажіть напрямок трансляції.
3. Напишіть послідовно змістові триплети ДНК, у яких зашифрована інформація про ці пептиди. Вкажіть напрямок транскрипції.
Задача 1.16
Ділянка молекули білка має наступну будову: Іле-Асн-Ала-Сер-Три-Ала. Визначте кількісний склад нуклеотидів у молекулі ДНК, що несе інформацію про цей фрагмент поліпептиду.
Задача 1.17
Визначте молекулярну масу та довжину гена, якщо він несе інформацію про білок, молекулярна маса якого дорівнює 280000 а.о.м.
Задача 1.18
Один з ланцюгів ДНК має молекулярну масу 119025 а.о.м. Визначте кількість мономерів білка, закодованого у цьому ланцюгу ДНК. Скільки часу займає трансляція?
Задача 1.19
Молекулярна маса білкової молекули становить 100000, а молекулярна маса однієї амінокислоти – 100 а.о.м. Визначте довжину відповідного гена, що кодує цю білкову молекулу, якщо довжина одного нуклеотиду складає 0,34 нм.
Задача 1.20
Молекулярна маса білкової молекули становить 100000, а молекулярна маса однієї амінокислоти – 100 а.о.м. Визначте масу відповідного гена, що кодує цю білкову молекулу, якщо маса одного нуклеотиду складає 345 а.о.м.
Задача 1.21
Молекулярна маса білкової молекули становить 50000, а молекулярна маса однієї амінокислоти – 100 а.о.м. Визначте масу відповідного гена, що кодує цю білкову молекулу, якщо маса одного нуклеотиду складає 345 а.о.м.
Задача 1.22
Молекулярна маса білкової молекули становить 50000, а молекулярна маса однієї амінокислоти – 100 а.о.м. Визначте довжину відповідного гена, що кодує цю білкову молекулу, якщо довжина одного нуклеотиду складає 0,34 нм.
Задача 1.23
Молекула нуклеїнової кислоти вірусу тютюнової мозаїки (ВТМ) складається із 6600 нуклеотидів. Одна з білкових молекул ВТМ складається із 158 амінокислот. Визначте, яка довжина гена, що несе інформацію про структуру цієї білкової молекули, якщо довжина одного нуклеотиду 0,34 нм. Скільки (приблизно) таких генів має ВТМ?
Задача 1.24
Одна білкова молекула вірусу тютюнової мозаїки налічує 158 амінокислот. Визначте, що важче – молекула білка чи відповідний ген ВТМ, у скільки разів. Прийміть масу однієї амінокислоти за 100, а масу нуклеотиду за 345 а.о.м.
Задача 1.25
Молекула нуклеїнової кислоти вірусу тютюнової мозаїки (ВТМ) складається із 6600 нуклеотидів. Припустимо, що одна білкова молекула ВТМ складається із 200 амінокислот. Визначте, скільки білкових молекул аналогічного складу може бути закодовано у геномі ВТМ.
Задача 1.26
Скільки нуклеотидів містить ген собаки, у якому запрограмований білок, що складається із 150 амінокислот. Скільки кодонів буде у і-РНК? Якова тривалість збирання даного поліпептиду на рибосомі?
Задача 1.27
Яка молекулярна маса гена собаки, якщо він кодує білок з молекулярною масою 3000 а.о.м.? (Маса однієї амінокислоти 100, а маса одного нуклеотиду 345 а.о.м.)
Задача 1.28
Фрагмент молекули ДНК містить 440 гуанілових нуклеотидів, що складає 22 % від загальної їх кількості. Визначте, яка довжина даного фрагмента ДНК, якщо довжина одного нуклеотиду 0,34 нм.
Задача 1.29
Фрагмент молекули ДНК містить 440 гуанілових нуклеотидів, що складає 22 % від загальної їх кількості. Визначте, яка маса даного фрагмента ДНК, якщо маса одного нуклеотиду 345 а.о.м.
Задача 1.30
Фрагмент молекули ДНК містить 440 гуанілових нуклеотидів, що складає 22 % від загальної їх кількості. Визначте, яка довжина інформаційної РНК, що є транскрипційною копією даного фрагмента.
Задача 1.31
Фрагмент молекули ДНК містить 440 гуанілових нуклеотидів, що складає 22 % від загальної їх кількості. Визначте, яка маса інформаційної РНК, що є транскрипційною копією даного фрагмента.
Задача 1.32
В молекулі і-РНК людини в результаті біохімічних досліджень виявлено 440 гуанілових нуклеотидів, 325 аденілових, 128 цитидилових та 348 уридилових нуклеотидів. Скільки цитидилових нуклеотидів міститься у фрагменті молекули ДНК, транскрипційною копією якої є дана і-РНК?
Задача 1.33
В молекулі і-РНК людини в результаті біохімічних досліджень виявлено 440 гуанілових нуклеотидів, 325 аденілових, 128 цитидилових та 348 уридилових нуклеотидів. Скільки аденілових нуклеотидів міститься у фрагменті молекули ДНК, транскрипційною копією якої є дана і-РНК?
Задача 1.34
Скільки нуклеотидів містить ген (обидва ланцюги ДНК), у якому закодована первинна структура білка, що складається із 145 амінокислотних залишків? Яка молекулярна маса та довжина цього гена?
Задача 1.35
Яка молекулярна маса гена (обох ланцюгів ДНК), у одному з ланцюгів якого закодована послідовність амінокислотних залишків білка з молекулярною масою 600000 а.о.м.?
Задача 1.36
У молекулі і-РНК виявлено 160 гуанілових нуклеотидів, 320 аденілових, 130 цитидилових та 300 уридилових нуклеотидів. Визначте: а) скільки нуклеотидів (окремо кожного виду) міститься на ділянці молекули ДНК, що слугує матрицею для синтезу даної і-РНК; б) яка довжина даної ділянки молекули ДНК.
Задача 1.37
Білкова молекула має 280 амінокислот. Визначте довжину та масу гена, що кодує цю білкову молекулу. Скільки часу триватиме синтез даного білка?
Задача 1.38
СНІД (синдром набутого імунодефіциту) – інфекційна хвороба, зараження якою відбувається переважно статевим шляхом. Збудник СНІДу (вірус імунодефіциту людини – ВІЛ) – ретровірус, спадковий матеріал – РНК – містить 9213 нуклеотидів.
1. Скільки триплетів у РНК ВІЛ?
2. Визначте сумарну молекулярну масу білкових молекул, закодованих у геномі вірусу, якщо на структурні гени припадає 4000 нуклеотидів.
Задача 1.39
Оперон (сукупність структурних генів та гена-оператора) включає 10800 нуклеотидів. У ньому закодовані три поліпептидні ланцюги, кожен з яких складається із 560 амінокислотних залишків. Визначте молекулярну масу гена-оператора.
Задача 1.40
Оперон (сукупність структурних генів та гена-оператора) включає 10800 нуклеотидів. У ньому закодовані три поліпептидні ланцюги, кожен з яких складається із 560 амінокислотних залишків. Визначте довжину гена-оператора.