Принципи вирішення типових задач з молекулярної біології

Ген - це ділянка ДНК, що кодує певний білок. Найменша зміна структури ДНК веде до змін білка, що в свою чергу змінює ланцюг біохімічних реакцій з його участю, що визначають ту чи іншу ознаку або серію ознак.

Первинна структура білка, тобто послідовність амнокіслотних залишків, зашифрована в ДНК у вигляді послідовності азотистих основ аденіну (А), тиміну (Т), гуаніну (Г) і цитозину (Ц). Кожна амінокислота кодується однією або декількома послідовностями з трьох нуклеотидів - триплету. Синтезу білка передує перенесення його коду з ДНК на інформаційну РНК (іРНК) - транскрипція. При транскрипції виконується принцип доповнення, або комплементарності: А, Т, Г і Ц в ДНК відповідають У (урацил), А, Ц і Г в іРНК. Безпосередньо синтез білка, або трансляція, відбувається на рибосомі: амінокислоти, подносімие до рибосоми своїми транспортними РНК (тРНК), з'єднуються в поліпептидний ланцюг білка відповідно триплетів підстав іРНК.

Однозначна зв'язок між послідовностями нуклеотидів в ДНК і амінокислот в поліпептидному ланцюзі білка дозволяє по одній з них визначити іншу. Знаючи зміни в ДНК, можна сказати, як зміниться первинна структура білка.

Завдання 1. Фрагмент молекули ДНК складається з нуклеотидів, розташованих в наступній послідовності: ТАААТГГЦААЦЦ. Визначте склад і послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі, закодованої в цій ділянці гена.

Виписуємо нуклеотиди ДНК і, розбиваючи їх на триплети, отримуємо кодони ланцюга молекули ДНК:

Складаємо триплети іРНК, комплементарні кодонам ДНК, і записуємо їх рядком нижче:

По таблиці кодонів (Додаток 6) визначаємо, яка амінокислота закодована кожним кодонів іРНК:

Завдання 2. Фрагмент молекули містить амінокислоти: аспарагінова кислота-аланін-метіонін-валін. Визначте:

а) яка структура ділянки молекули ДНК, що кодує цю послідовність амінокислот;

б) кількість (у%) різних видів нуклеотидів в цій ділянці гена (в двох ланцюгах);

в) довжину цієї ділянки гена.

а) По таблиці кодонів (Додаток 6) знаходимо триплети іРНК, що кодують кожну з вказаних амінокислот.

Якщо амінокислоті відповідають декількома кодонів, то можна вибрати будь-який з них.

Визначаємо будова тієї ланцюжка ДНК, яка кодувала будова іРНК. Для цього під кожним кодоном молекули іРНК записуємо комплементарний йому кодон молекули ДНК.

1-я ланцюг ДНК: ЦТГ-ЦГТ-ТАЦ-ЦАА.

б) Щоб визначити кількість (%) нуклеотидів в цьому гені, необхідно, використовуючи принцип комплементарності (А-Т, Г-Ц), добудувати другий ланцюжок ДНК:

2-я ланцюг ДНК: ГАЦ-ГЦА-АТГ-ГТТ

Знаходимо кількість нуклеотидів (НТД): в двох ланцюгах - 24 НТД, з них А = 6. Складаємо пропорцію:

х = (6 × 100). 24 = 25%

За правилом Чаргаффа кількість аденіну в молекулі ДНК дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну дорівнює кількості цитозину. Тому:

Т + А = 50%, отже

Ц + Г = 100% - 50% = 50%.

в) Молекула ДНК завжди дволанцюжкова, її довжина дорівнює довжині одного ланцюга. Довжина кожного нуклеотиду становить 0,34 нм, отже:

12 НТД x 0,34 = 4,08 нм.

Завдання 3. Молекулярна маса білка Х дорівнює 50 тис. Дальтон (50 кДа). Визначте довжину відповідного гена.

Примітка. Середню молекулярну масу однієї амінокислоти можна прийняти рівною 100 Так, а одного нуклеотиду - 345 Да.

Білок Х складається з 50 000. 100 = 500 амінокислот.

Одна з ланцюгів гена, що кодує білок X, повинна складатися з 500 триплетів, або 500 x 3 = 1500 НТД.

Довжина такого ланцюга ДНК дорівнює 1500 x 0,34 нм = 510 нм. Така ж довжина гена (двухцепочечную ділянки ДНК).