Как найти число триплетов ирнк

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез
биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице — нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом
«генетическом языке». Скоро вы все поймете — мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК
и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится — перерисуйте его себе

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) — АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать — УАГ (кодон иРНК).
тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись — АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения
будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК — удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio — удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по
принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) — в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них
содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между
дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит
в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А — У, Т — А, Г — Ц, Ц — Г (загляните в «генетический словарик»
выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК — промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух
цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

• Инициация (лат. injicere — вызывать)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

• Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК
быстро растет.

• Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК — терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень — в процесс трансляции.
Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность
аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

• Инициация

Информационная РНК (иРНК, синоним — мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц.
Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту,
соответствующую кодону АУГ — метионин.

• Элонгация

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) — У (урацил), Г (гуанин) — Ц (цитозин).
В основе этого также лежит принцип комплементарности.



Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу
иРНК одновременно — образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.



• Терминация

Синтез белка — полипептидной цепи из аминокислот — в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание
в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция — завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что
кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй — из верхнего горизонтального,
третий — из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА — Глн. Попробуйте самостоятельно найти
аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота — Ала, ААА — Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк:
это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК),
приведенной вверху.

«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов
во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны
соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити
ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК:
А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК:
А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что
тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется
на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону
тРНК»

Обратите свое пристальное внимание на слова «Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК «. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу
синтезировать с ДНК фрагмент тРНК — другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было
в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой — мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК — АЦГ соответствует антикодону тРНК — УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК,
так что переведем антикодон тРНК — УГЦ в кодон иРНК — АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ — Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и
аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной
молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК
соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК — так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%.
100% — (20%+20%) = 60% — столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то
на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы?

Задачи по цитологии на ЕГЭ по биологии

Автор статьи — Д. А. Соловков, кандидат биологических наук

к оглавлению ▴

Типы задач по цитологии

Задачи по цитологии, которые встречаются в ЕГЭ, можно разбить на семь основных типов. Первый тип связан с определением процентного содержания нуклеотидов в ДНК и чаще всего встречается в части А экзамена. Ко второму относятся расчетные задачи, посвященные определению количества аминокислот в белке, а также количеству нуклеотидов и триплетов в ДНК или РНК. Этот тип задач может встретиться как в части А, так в части С.

Задачи по цитологии типов 3, 4 и 5 посвящены работе с таблицей генетического кода, а также требуют от абитуриента знаний по процессам транскрипции и трансляции. Такие задачи составляют большинство вопросов С5 в ЕГЭ.

Задачи типов 6 и 7 появились в ЕГЭ относительно недавно, и они также могут встретиться абитуриенту в части С. Шестой тип основан на знаниях об изменениях генетического набора клетки во время митоза и мейоза, а седьмой тип проверяет у учащегося усвоения материала по диссимиляции в клетке эукариот.

Ниже предложены решения задач всех типов и приведены примеры для самостоятельной работы. В приложении дана таблица генетического кода, используемая при решении.

к оглавлению ▴

Решение задач первого типа

Основная информация:

• В ДНК существует 4 разновидности нуклеотидов: А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин).
• В 1953 г Дж.Уотсон и Ф.Крик открыли, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль.
• Цепи комплементарны друг другу: напротив аденина в одной цепи всегда находится тимин в другой и наоборот (А-Т и Т-А); напротив цитозина — гуанин (Ц-Г и Г-Ц).
• В ДНК количество аденина и гуанина равно числу цитозина и тимина, а также А=Т и Ц=Г (правило Чаргаффа).

Задача: в молекуле ДНК содержится  аденина. Определите, сколько (в ) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.

Решение: количество аденина равно количеству тимина, следовательно, тимина в этой молекуле содержится . На гуанин и цитозин приходится . Т.к. их количества равны, то Ц=Г=.

к оглавлению ▴

Решение задач второго типа

Основная информация:

• Аминокислоты, необходимые для синтеза белка, доставляются в рибосомы с помощью т-РНК. Каждая молекула т-РНК переносит только одну аминокислоту.
• Информация о первичной структуре молекулы белка зашифрована в молекуле ДНК.
• Каждая аминокислота зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов. Эта последовательность называется триплетом или кодоном.

Задача: в трансляции участвовало  молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

Решение: если в синтезе участвовало  т-РНК, то они перенесли  аминокислот. Поскольку одна аминокислота кодируется одним триплетом, то в гене будет  триплетов или  нуклеотидов.

к оглавлению ▴

Решение задач третьего типа

Основная информация:

• Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК по матрице ДНК.
• Транскрипция осуществляется по правилу комплементарности.
• В состав РНК вместо тимина входит урацил

Задача: фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ААГГЦТАЦГТТГ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка.

Решение: по правилу комплементарности определяем фрагмент и-РНК и разбиваем его на триплеты: УУЦ-ЦГА-УГЦ-ААУ. По таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот: фен-арг-цис-асн.

к оглавлению ▴

Решение задач четвертого типа

Основная информация:

• Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов в т-РНК, комплементарных нуклеотидам кодона и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.
• Молекула и-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.
• В состав ДНК вместо урацила входит тимин.

Задача: фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГАУГАГУАЦУУЦААА. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК.

Решение: разбиваем и-РНК на триплеты ГАУ-ГАГ-УАЦ-УУЦ-ААА и определяем последовательность аминокислот, используя таблицу генетического кода: асп-глу-тир-фен-лиз. В данном фрагменте содержится  триплетов, поэтому в синтезе будет участвовать  т-РНК. Их антикодоны определяем по правилу комплементарности: ЦУА, ЦУЦ, АУГ, ААГ, УУУ. Также по правилу комплементарности определяем фрагмент ДНК (по и-РНК!!!): ЦТАЦТЦАТГААГТТТ.

к оглавлению ▴

Решение задач пятого типа

Основная информация:

• Молекула т-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.
• Не забудьте, что в состав РНК вместо тимина входит урацил.
• Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.

Задача: фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТТАГЦЦГАТЦЦГ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Решение: определяем состав молекулы т-РНК: ААУЦГГЦУАГГЦ и находим третий триплет — это ЦУА. Это антикодону комплементарен триплет и-РНК — ГАУ. Он кодирует аминокислоту асп, которую и переносит данная т-РНК.

к оглавлению ▴

Решение задач шестого типа

Основная информация:

• Два основных способа деления клеток — митоз и мейоз.
• Изменение генетического набора в клетке во время митоза и мейоза.

Задача: в клетке животного диплоидный набор хромосом равен . Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.

Решение: По условию, . Генетический набор:

к оглавлению ▴

Решение задач седьмого типа

Основная информация:

• Что такое обмен веществ, диссимиляция и ассимиляция.
• Диссимиляция у аэробных и анаэробных организмов, ее особенности.
• Сколько этапов в диссимиляции, где они проходят, какие химические реакции проходят во время каждого этапа.

Задача: в диссимиляцию вступило  молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.

Решение: запишем уравнение гликолиза: = 2ПВК + 4Н + 2АТФ. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется  молекулы ПВК и 2АТФ, следовательно, синтезируется 20 АТФ. После энергетического этапа диссимиляции образуется  молекул АТФ (при распаде  молекулы глюкозы), следовательно, синтезируется  АТФ. Суммарный эффект диссимиляции равен  АТФ.

к оглавлению ▴

Примеры задач для самостоятельного решения

1. В молекуле ДНК содержится  аденина. Определите, сколько (в ) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.
2. В трансляции участвовало  молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.
3. Фрагмент ДНК состоит из  нуклеотидов. Определите число триплетов и нуклеотидов в иРНК, а также количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка.
4. Фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ГГЦТЦТАГЦТТЦ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка (для этого используйте таблицу генетического кода).
5. Фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГЦУААУГУУЦУУУАЦ. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК (для этого используйте таблицу генетического кода).
6. Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов АГЦЦГАЦТТГЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
7. В клетке животного диплоидный набор хромосом равен . Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.
8. В диссимиляцию вступило  молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.
9. В цикл Кребса вступило  молекул ПВК. Определите количество АТФ после энергетического этапа, суммарный эффект диссимиляции и количество молекул глюкозы, вступившей в диссимиляцию.

Ответы:

1. Т=, Г=Ц= по .
2.  аминокислот,  триплетов,  нуклеотидов.
3.  триплета,  аминокислоты,  молекулы т-РНК.
4. и-РНК: ЦЦГ-АГА-УЦГ-ААГ. Аминокислотная последовательность: про-арг-сер-лиз.
5. Фрагмент ДНК: ЦГАТТАЦААГАААТГ. Антикодоны т-РНК: ЦГА, УУА, ЦАА, ГАА, АУГ. Аминокислотная последовательность: ала-асн-вал-лей-тир.
6. т-РНК: УЦГ-ГЦУ-ГАА-ЦГГ. Антикодон ГАА, кодон и-РНК — ЦУУ, переносимая аминокислота — лей.
7. . Генетический набор:
   1. перед митозом  молекул ДНК;
   2. после митоза  молекулы ДНК;
   3. после первого деления мейоза  молекул ДНК;
   4. после второго деления мейоза  молекул ДНК.
8. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется  молекулы ПВК и 2АТФ, следовательно, синтезируется  АТФ. После энергетического этапа диссимиляции образуется  молекул АТФ (при распаде  молекулы глюкозы), следовательно, синтезируется  АТФ. Суммарный эффект диссимиляции равен  АТФ.
9. В цикл Кребса вступило  молекул ПВК, следовательно, распалось  молекулы глюкозы. Количество АТФ после гликолиза — молекул, после энергетического этапа —  молекул, суммарный эффект диссимиляции молекул АТФ.

Итак, в этой статье приведены основные типы задач по цитологии, которые могут встретиться абитуриенту в ЕГЭ по биологии. Надеемся, что варианты задач и их решение будет полезно всем при подготовке к экзамену. Удачи!

Смотри также: Подборка заданий по цитологии на ЕГЭ по биологии с решениями и ответами.

к оглавлению ▴

Приложение I Генетический код (и-РНК)

Если вам понравился наш разбор задач по цитологии — записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по биологии онлайн

 РЕШЕНИЕ  ЗАДАЧ ПО ЦИТОЛОГИИ

Учебно-методическое пособие                  

Новое Аделяково 2014

Составитель: учитель биологии Л.И. Денисова

Решение задач по цитологии. Для учащихся 9-11 классов / ГБОУ СОШ с.Новое Аделяково»; сост. Л.И.Денисова. –  Новое Аделяково , 2014.

Учебно-методическое пособие составлено с целью использования учителями биологии и обчающимися при подготовке к итоговой аттестации, а так же к олимпиадам по биологии. Пособие содержит краткий теоритический материал по каждому типу задач и примеры решения задач. Предназначено для обучающихся 9-11 классов общеобразовательных учреждений и учителей биологии.

Содержание:

Введение……………………………………………………………..

Глава 1. Общие рекомендации.

1.1  Основные моменты,  которые необходимо помнить при решения задач по цитологии.

1.2. Письменное оформление  решения задач.

Глава2. Типы задач по цитологии.

2.1 Задачи, связанные с определением процентного содержания нуклеотидов в ДНК

2.2. Расчетные задачи, посвященные определению количества аминокислот в белке, а также количеству нуклеотидов и триплетов в ДНК или РНК.

2.3. Задачи на построение молекулы и-РНК, антикодонов т-РНК и последовательности аминокислот в полипептидной цепи. Работа  с таблицей генетического кода.

2.4.Задачи  на определение количества молекул ДНК и хромосом  в  процессе митоза и мейоза.

2.5. Задачи на определение длины отдельного участка ДНК или количества нуклеотидов в нем.

Глава 4. Примеры задач для самостоятельного решения.

Литература.

Введение.

Решение задач по цитологии входит в КИМ по биологии в ЕГЭ (39 задание). Выполнение этого задания предусматривают развернутый ответ и направлены на проверку умений

• применять знания в новой ситуации;
• устанавливать причинно-следственные связи;
• анализировать, систематизировать и интегрировать знания;
• обобщать и формулировать выводы.

По результатам анализа итогов ЕГЭ по биологии  к числу слабо сформированных у участников экзамена знаний и умений можно отнести следующие:

1. определение хромосомного набора клеток в циклах развития растений;
2. определение числа хромосом и ДНК в клетках в разных фазах митоза и мейоза;
3. объяснение и обоснование полученного результата.

При изучении биологии на базовом уровне, недостаточно времени на практическую отработку решения задач по цитологии. После прохождения соответствующих тем, без постоянного повторения  практической отработки решения задач, навыки быстро забываются. Учащиеся могут иметь данное пособие всегда под рукой  для того чтобы вспомнить ход решения типовых задач. Тем более в сельской местности не у всех есть свободный доступ к Интернет ресурсам.

Задачи по цитологии, которые встречаются в ЕГЭ, можно разбить на несколько основных типов. В данном пособии предложены решения задач разных типов и приведены примеры для самостоятельной работы. В приложении дана таблица генетического кода, используемая при решении.

Данное учебно-методическое пособие составлено в помощь учителям биологии, обучающимся 9-11 классов общеобразовательных школ.

Глава 1. Общие рекомендации.

1.1  Основные моменты,  которые необходимо помнить при решения задач по цитологии.

1. Каждая аминокислота доставляется к рибосомам одной тРНК, следовательно, количество аминокислот в белке равно количеству молекул тРНК, участвовавших в синтезе белка;
2. каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (одним триплетом, или кодоном), поэтому количество кодирующих нуклеотидов всегда в три раза больше, а количество триплетов (кодонов) равно количеству аминокислот в белке;
3. каждая тРНК имеет антикодон, комплементарный кодону иРНК, поэтому количество антикодонов, а значит и в целом молекул тРНК равно количеству кодонов иРНК;
4. иРНК комплементарна одной из цепей ДНК, поэтому количество нуклеотидов иРНК равно количеству нуклеотидов ДНК. Количество триплетов, разумеется, также будет одинаковым.

При решении ряда задач данного раздела необходимо пользоваться таблицей генетического кода. Правила пользования таблицей обычно указываются в задании, но лучше научиться этому заранее. Для определения аминокислоты, кодируемой тем или иным триплетом, необходимо выполнить следующие действия:

1. первый нуклеотид триплета находим в левом вертикальном ряду,
2. второй — в верхнем горизонтальном,
3. третий — в правом вертикальном ряду.
4. соответствующая триплету аминокислота находится в точке пересечения воображаемых линий, идущих от нуклеотидов.

1.2. Письменное оформление  решения задач.

Ответ:

Важным моментом при решении заданий  является объяснение выполняемых действий, особенно если в задаче так и написано: «Ответ поясните». Наличие пояснений позволяет проверяющему сделать вывод о понимании учащимся данной темы, а их отсутствие может привести к потере очень важного балла. Задание 39 оценивается в три балла, которые начисляются в случае полностью верного решения. Поэтому, приступая к задаче, в первую очередь необходимо выделить все вопросы. Количество ответов должно им соответствовать.

Глава2. Типы задач по цитологии.

2.1 Задачи, связаные с определением процентного содержания нуклеотидов в ДНК

Еще до открытия Уотсона и Крика, в 1950 г. австралийский биохимик Эдвин Чаргафф установил, что в ДНК любого организма количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых, а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству цитозиловых нуклеотидов (А=Т, Г=Ц), или суммарное количество пуриновых азотистых оснований равно суммарному количеству пиримидиновых азотистых оснований (А+Г=Ц+Т). Эти закономерности получили название «правила Чаргаффа».

Дело в том, что при образовании двойной спирали всегда напротив азотистого основания аденин в одной цепи устанавливается азотистое основание тимин в другой цепи, а напротив гуанина – цитозин, то есть цепи ДНК как бы дополняют друг друга. А эти парные нуклеотиды комплементарны друг другу (от лат. complementum – дополнение).

Почему же этот принцип соблюдается? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить о химической природе азотистых гетероциклических оснований. Аденин и гуанин относятся к пуринам, а цитозин и тимин – к пиримидинам, то есть между азотистыми основаниями одной природы связи не устанавливаются. К тому же комплементарные основания соответствуют друг другу геометрически, т.е. по размерам и форме.  Таким образом, комплементарность нуклеотидов – это химическое и геометрическое соответствие структур их молекул друг другу.

В азотистых основаниях имеются сильноэлектроотрицательные атомы кислорода и азота, которые несут частичный отрицательный заряд, а также атомы водорода, на которых возникает частичный положительный заряд. За счет этих частичных зарядов возникают водородные связи между азотистыми основаниями антипараллельных последовательностей молекулы ДНК.

Задача. В молекуле ДНК насчитывается 23% адениловых нуклеотидов от общего числа нуклеотидов. Определите количество тимидиловых и цитозиловых нуклеотидов.

Ответ: Т=23%; Ц=27%

Задача  Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 тыс., из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Относительная молекулярная масса одного нуклеотида в среднем 345. Сколько содержится нуклеотидов по отдельности в данной ДНК? Какова длина ее молекулы?

Ответ: А=Т=25; Г=Ц=75; 34 нм.

2.2. Расчетные задачи, посвященные определению количества аминокислот в белке, а также количеству нуклеотидов и триплетов в ДНК или РНК. 

• Аминокислоты, необходимые для синтеза белка, доставляются в рибосомы с помощью т-РНК. Каждая молекула т-РНК переносит только одну аминокислоту.
• Информация о первичной структуре молекулы белка зашифрована в молекуле ДНК.
• Каждая аминокислота зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов. Эта последовательность называется триплетом или кодоном.

Задача: в трансляции участвовало 30 молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

Ответ: Кол-во а/к – 30. Число триплетов – 30. Число нуклеотидов – 90.

Задача: По мнению некоторых ученых общая длина всех молекул ДНК в ядре одной половой клетки человека составляет около 102 см. Сколько всего пар нуклеотидов содержится в ДНК одной клетки (1 нм = 10–6 мм)?

Ответ: 3х109 пар.

2.3. Задачи на построение молекулы и-РНК, антикодонов т-РНК и последовательности аминокислотв полипептидной цепи. Работа  с таблицей генетического кода.

• Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы..
• Транскрипция осуществляется по правилу комплементарности.
• Трансля́ция (от лат. translatio — перевод) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой
• Молекула т-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.
• Не забудьте, что в состав РНК вместо тимина входит урацил.
• Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.
•  

Задача: В состав РНК вместо тимина входит урацил. В биосинтезе белка участвовали т-РНК с антикодонами: УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин, гуанин, тимин, цитозин в двухцепочечной молекуле ДНК

Задача: фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ААГГЦТАЦГТТГ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка.

Ответ: фен-арг-цис-асн.

Задача: В пробирку поместили рибосомы из разных клеток, весь набор аминокислот и одинаковые молекулы и-РНК и т-РНК, создали все условия для синтеза белка. Почему в пробирке будет синтезироваться один вид белка на разных рибосомах.

Ответ: На одной и-РНК синтезируется один и тот же белок, так как информация одна и та же.

•  Задача: фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГАУГАГУАЦУУЦААА. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК.

Ответ : Последовательность аминокислот — : асп-глу-тир-фен-лиз.  Антикодоны т-РНК — ЦУА, ЦУЦ, АУГ, ААГ, УУУ. Фрагмент ДНК – ЦТАЦТЦАТГААГТТТ

2.4.Задачи  на определение количества молекул ДНК и хромосом  в  процессе митоза и мейоза.

Митоз — основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение между дочерними клетками наследственного материала.

Митоз представляет собой непрерывный процесс, в котором выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза. Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз вместе составляют митотический цикл.

Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G1, синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G2.

Пресинтетический период (2n 2c, где n — число хромосом, с — число молекул ДНК) — рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду.

Синтетический период (2n 4c) — репликация ДНК.

ВНИМАНИЕ!

После удвоения хромосомный набор остаётся диплоидным (2n), так как сестринские хроматиды остаются соединёнными в области центромеры.

Постсинтетический период (2n 4c) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.

Профаза (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.

Метафаза (2n 4c) — выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза (4n 4c) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).

Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках — за счет клеточной пластинки.

Мейоз — это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.

Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c) образуются две гаплоидные (1n 2c).

Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в конце — 2n 4c) — синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.

Профаза 1 (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер.

Метафаза 1 (2n 4c) — выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза 1 (2n 4c) — случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая — к другому), перекомбинация хромосом.

Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) — образование ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.

Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.

Интерфаза 2, или интеркинез (1n 2c), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.

Профаза 2 (1n 2c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.

Метафаза 2 (1n 2c) — выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.

Анафаза 2 (2n 2с) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.

Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.

Задача: У крупного рогатого скота в соматических клетках 60 хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК в клетках яичников в интерфазе перед началом деления и после деления мейоза I. Объясните, как образуется такое количество хромосом и молекул ДНК.

Ответ: В интерфазе — 60хромосом и 120  молекул ДНК. После мейозаI – 30 хромосом и 60 молекул ДНК.

Задача: Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в ядре (клетке) семязачатка перед началом мейоза I и мейоза II. Объясните результаты в каждом случае.

Ответ:  Перед началом мейоза I = 28 хромосом, 56 молекул ДНК.  Перед началом мейоза II = 14 хромосом, 28 молекул ДНК

Задача: Известно, что в соматических клетках капусты содержится 18 хромосом. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в одной из клеток семязачатка перед началом мейоза, в анафазе мейоза I и в анафазе мейоза II. Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменение числа ДНК и хромосом.

Ответ: Перед началом мейоза  — 18 хромосом, 36 молекул ДНК. В анафазе мейоза I — 18 хромосом, 36 молекул ДНК. В анафазе  — 18 хромосом, 18 молекул ДНК.

2.5. Задачи на определение длины отдельного участка ДНК или количества нуклеотидов в нем.

Согласно модели американского биохимика Дж.Уотсона и английскогоо физика Ф. Крика,  молекулы ДНК представляют собой две правозакрученные вокруг общей оси полинуклеотидных цепи, или двойную спираль. На один виток спирали приходится примерно 10 нуклеотидных остатков. Цепи в этой двойной спирали антипараллельны, то есть направлены в противоположные стороны, так что 3′-конец одной цепи располагается напротив 5′-конца другой.  Размеры молекул ДНК обычно выражаются числом образующих их нуклеотидов. Эти размеры варьирует от нескольких тысяч пар нуклеотидов у бактериальных плазмид и некоторых вирусов до многих сотен тысяч пар нуклеотидов у высших организмов.

Линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте

 l н = 0,34 нм = 3,4 ангстрем

Средняя молекулярная масса одного нуклеотида

 Mr н = 345 а.е.м. (Da)

Задача. Контурная длина молекулы ДНК бактериофага составляет 17×10′6 м. После воздействия на него мутагенами длина оказалась 13,6×10-6 м. Определите, сколько пар азотистых оснований выпало в результате мутации, если известно, что расстояние между соседними нуклеотидами составляет 34×1011 м.

Ответ: 10 тысяч пар нуклеотидов.

Глава 4. Примеры задач для самостоятельного решения.

1. В молекуле ДНК содержится 31% аденина. Определите, сколько (в %) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.
2. В трансляции участвовало 50 молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.
3. Фрагмент ДНК состоит из 72 нуклеотидов. Определите число триплетов и нуклеотидов в иРНК, а также количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка.
4. Фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ГГЦТЦТАГЦТТЦ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка (для этого используйте таблицу генетического кода).
5. Фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГЦУААУГУУЦУУУАЦ. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК (для этого используйте таблицу генетического кода).
6. Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов АГЦЦГАЦТТГЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
7. В клетке животного диплоидный набор хромосом равен 20. Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.
8. В диссимиляцию вступило 15 молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.
9. В цикл Кребса вступило 6 молекул ПВК. Определите количество АТФ после энергетического этапа, суммарный эффект диссимиляции и количество молекул глюкозы, вступившей в диссимиляцию.

Ответы:

1. Т=31%, Г=Ц= по 19%.
2. 50 аминокислот, 50 триплетов, 150 нуклеотидов.
3. 24 триплета, 24 аминокислоты, 24 молекулы т-РНК.
4. и-РНК: ЦЦГ-АГА-УЦГ-ААГ. Аминокислотная последовательность: про-арг-сер-лиз.
5. Фрагмент ДНК: ЦГАТТАЦААГАААТГ. Антикодоны т-РНК: ЦГА, УУА, ЦАА, ГАА, АУГ. Аминокислотная последовательность: ала-асн-вал-лей-тир.
6. т-РНК: УЦГ-ГЦУ-ГАА-ЦГГ. Антикодон ГАА, кодон и-РНК — ЦУУ, переносимая аминокислота — лей.
7. 2n=20. Генетический набор:

1. перед митозом 40 молекул ДНК;
2. после митоза 20 молекулы ДНК;
3. после первого деления мейоза 20 молекул ДНК;
4. после второго деления мейоза 10 молекул ДНК.

1. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ПВК и 2АТФ, следовательно, синтезируется 30 АТФ. После энергетического этапа диссимиляции образуется 36 молекул АТФ (при распаде 1 молекулы глюкозы), следовательно, синтезируется 540 АТФ. Суммарный эффект диссимиляции равен 540+30=570 АТФ.
2. В цикл Кребса вступило 6 молекул ПВК, следовательно, распалось 3 молекулы глюкозы. Количество АТФ после гликолиза — 6 молекул, после энергетического этапа — 108 молекул, суммарный эффект диссимиляции 114 молекул АТФ.

Литература:

Контрольные задания по генетике и методические рекомендации к их выполнению. [сост. Л.И. Лушина, С.В. Залящев, А.А. Семенов, О.Н.Носкова]. – Самара: СГПУ, 2007, 142с.

http://ege-study.ru

http://licey.net

http://reshuege.ru

http://www.fipi.ru

Приложение I Генетический код (и-РНК)

Задания

Версия для печати и копирования в MS Word

2. Код универсален. Все живые организмы (от бактерии до человека) используют единый генетический код.

3. Код вырожден. Одна аминокислота может кодироваться не одним, а несколькими триплетами.

4. Код однозначен. Каждый триплет соответствует только одной аминокислоте.

5. Код не перекрывается. Каждый нуклеотид входит в состав только одного кодового триплета.

Порядок расположения нуклеотидов в цепях ДНК определяет её неповторимость, а также специфичность белков, которые ею кодируются. Для каждого вида и для каждой отдельной особи вида строение ДНК и белков индивидуально.