Основымолекулярной генетики

Молекулярная биология – наука о механизмах
хранения, передачи и реализации генетической информации
Наследственная информация – информация о белках
организма, передающихся из поколения в поколение
Генетическая информация – наследственная информация
о первичной структуре одного белка, записанная в гене
Ген – участок молекулы ДНК, определяющий порядок
аминокислот в молекуле белка
Генетический код- система «записи» информации о последовательности расположения аминокислот в белках через последовательность нуклеотидов в ДНК и РНК
Свойства генетического кода:
Триплетность – кодирование одной аминокислоты тремя последовательно расположенными нуклеотидами (триплетами или кодонами)
Избыточность – кодирование одной аминокислоты несколькими триплетами
Однозначность – каждый триплет кодирует одну аминокислоту
Универсальность – один и тот же триплет кодирует ту же аминокислоту у всех живых организмов
Антикодон – триплет свободных нуклеотидов на верхушке т-РНК, соответствующий определенной аминокислоте

Матричный синтез – процесс, при котором одна молекула полимера определяет порядок мономеров в другой полимерной молекуле
Репликация ДНК – удвоение ДНК
Редупликация ДНК – самоудвоение ДНК
Транскрипция (списывание, считывание) – синтез и-РНК с матрицы ДНК по принципу комплементарности
Трансляция - передача, перевод с «языка»нуклеотидов на «язык» аминокислот по принципу комплементарности
Кодон-инициатор – АУГ
Кодоны-терминаторы – УУА, УАГ, УГА

Задачи по молекулярной генетике
1. Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: Т-А-Ц-Ц-Т-Ц-А-Ц-Т-Т-Г
Определите последовательность нуклеотидов на и-РНК , антикодоны соответствующих Т-РНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка
Решение:
По принципу комплементарности
Т - А - Ц - Ц - Ц - Т - Ц - А - Ц - Т - Т - Г ДНК
А - У - Г - Г - Г - А - Г - У - Г - А - А - Ц и-РНК
- Гли Арг Асн
Ц-Ц-У Ц-А-Ц У –У -Г т-РНК

Задачи по молекулярной генетике
2. Полипептидная цепь состоит из аминокислот валин, аланин, глицин, лизин, серин.
Определите структуру участка ДНК, кодирующую указанный полипептид
Решение:
По таблице генетического кода выбираем триплет, кодирующий аминокислоту (если их несколько, то любой из них)
вал ала гли лиз сер
Г - У- Г - Г - Ц- А - Г - Г -У - А - А - А - А - Г - У и-РНК
Ц -А- Ц -Ц - Г- Т - Ц -Ц -А - Т - Т - Т - Т - Ц – А ДНК

Задачи по молекулярной генетике
3. Участок молекулы ДНК, кодирующий полипептид в норме, имеет следующий порядок нуклеотидов: А - А - А - А - Ц - Г - Т - Г - Т
Во время репликации третий слева аденин (А) выпал из цепи.
Определите структуру полипептидной цепи, кодируемой данным участком ДНК, в норме и после выпадения аденина.
Решение:
По принципу комплементарности
В норме А - А - А - А - Ц - Г - Т - Г - Т ДНК
I I I I I I I I I
У - У - У - У - Г - Ц - А - Ц - А и-РНК
фен цис тре полипептидная цепь
После выпадения аденина
А - А - А - Ц - Г - Т - Г - Т ДНК
I I I I I I I I I
У - У - У - Г - Ц - А -Ц - А -? и-РНК
фен ала полипептидная цепь
Ответ: В результате выпадения третьего нуклеотида из фрагмента ДНК в нем осталось лишь два полных триплет, поэтому полипептидная цепь стала короче на одну аминокислоту. Кроме того, при считывании кодонов и-РНК изменилась структура генетического кода, поэтому изменился и состав полипептидной цепи.

Задачи по молекулярной генетике
4. В результате мутации на участке гена ТАЦ – ТАТ – ГАЦ – АЦЦ произошла замена нуклеотида в третьем триплете: вместо гуанина обнаружен цитозин
Напишите состав аминокислот в полипептиде до и после мутации
Решение:
До мутации
Т - А - Ц - Т- А -Т- Г - А - Ц - А - Ц - Ц ДНК
А - У - Г - А - У- А- Ц -У - Г - У - Г - Г и-РНК
- иле лей три полипептидная цепь
После мутации
Т - А - Ц - Т- А -Т- - А - Ц - А - Ц - Ц ДНК
А - У - Г -А - У- А- Г - У - Г - У - Г - Г и-РНК
- иле вал три полипептидная цепь
Ц

Задачи по молекулярной генетике
5. Полипептид состоит из 20 аминокислот.
Определите: а) число нуклеотидов в гене,кодирующем полипептид; б) число кодонов на и-РНК, соостветсвующих аминокислотам; в) число молекул т-РНК, необходимых для биосинтеза этого полипептида
Решение:
а) В гене 60 нуклеотидов, так как одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (триплетом);
б) На и-РНК 20 кодонов, так как один кодон (триплет) кодирует одну аминокислоту;
в) Для биосинтеза этого полипептида необходимо 20 молекул т-РНК , так как их число всегда равно числу кодонов и и-РНК в гене (количеству аминокислот, составляющих полипептид)

Задачи по молекулярной генетике
6. Одна из двух цепей ДНК содержит А - 200, Т - 100, Г - 150, Ц – 300.
Какое количество А, Т, Ц, Г содержится в двуцепочечной молекуле ДНК?
Сколько саминокислот должен содержать белок, кодируемый этим участком ДНК?
Решение:
1. Так как ДНК –двуцепочечная молекула, построенная по принципу комплементарности, то
200 100 150 300 общее количество нуклеотидов в двуцепочечной
А – Т – Г – Ц ДНК будет ( 200+100+150+300)х2=1500, из них
| | | | А=200+100=300, Т=100+200=300, Г=150+300=450,
Т А Ц Г Ц=300+150=450
200 100 150 300
2. Так как информация о первичной структуре белка записана на одной из цепей ДНК и код триплетен, то в белке, кодируемом данной ДНК, количество аминокислот составит 250 (200+100+150+300):3=250)
750

Задачи для самоконтроля
1. Содержание нуклеотидов в цепи и-РНК следующее: аденилового – 20%, гуанилового – 34%, цитидилового – 17%, урацилового- 29%.
Определите процентный состав нуклеотидов участка ДНК, являющегося матрицей для этой и-РНК.
2. 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.
Проверка

Задачи для самоконтроля
3. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов:
А-Т-А-Г-Ц-Т-Г-А-А-Ц-Г-Г-А-Ц-Т.
Установите нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
4. Какой хромосомный набор характерен для клеток зародыша и эндосперма семени, листьев цветкового растения.
Объясните результат в каждом случае.
Проверка

Зад.1 Решение
Содержание нуклеотидов в цепи и-РНК :
А – 20%, Г – 34%, Ц – 17%, У- 29%
По принципу комплементарности содержание нуклеотидов в ДНК:
Т- 20%, Ц – 34%, Г – 17%, А - 29%
| | | |
А – 20%, Г – 34%, Ц – 17%, Т- 29%
Ответ:
Участок цепи ДНК, являющийся матрицей для данной и-РНК содержит следующий процентный состав нуклеотидов: аденилового – 29%, гуанилового – 17%, цитидилового – 34%, тиминового- 29%.
Зад.2 Решение
1) Согласно принципу комплементарности во второй цепи ДНК
содержится нуклеотидов: А – 100, Т – 300, Г – 200, Ц – 150; в
двух цепях ДНК содержится нуклеотидов: А – 400, Т – 400, Ц –
350, Г – 350;
2) информацию о структуре белка несет одна из двух цепей, число
нуклеотидов в одной цепи ДНК равно 300 + 100 + 150 + 200 =
= 750;
3) одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, поэтому в
белке должно содержаться 750 : 3 = 250 аминокислот.