Методические рекомендации по решению задач линии 28 ЕГЭ по биологии (биосинтез белка)

Задачи линии 28. Биосинтез белка

Андрианова А.А., учитель биологии МБОУ «СОШ №30»,

эксперт ЕГЭ по биологии

Транскрипция

Откуда взялись

штрих концы?

ДНК и РНК – нерегулярные полимеры

мономер – нуклеотид

состоит из 3 частей

3. азотистое основание

2. фосфат

1. сахар

Одинаковая часть

Сахар

2’

Рибоза

Сахар

2’

H

дезокси рибоза

2’ -

Фосфат

Азотистое основание

5’

1’

3’

3’

H

Следующий нуклеотид цепочки

т-РНК

Оформление задач

1) У всех цепей и всех кодонов, выписываемых отдельно от цепи, пишем направление 5'-3'

2) Не забываем, что любые цепи антипараллельны:

-ДНК (транскр) и ДНК (смысл)

-ДНК (транскр) и иРНК

-ДНК (транскр) и тРНК (для генов тРНК)

-иРНК и антикодоны тРНК

3) Аминокислоты пишутся через дефис

4) Различные антикодоны тРНК, т.к. они относятся к разным молекулам, пишутся через запятую ( больше ничего через запятую писать нельзя ).

5) Если на конце цепи возникает стоп-кодон, то писать слово «стоп» в полипептидную цепь нельзя, т.к. все стоп-кодоны не кодируют аминокислот и отмечены прочерком в таблице генетического кода.

Стандартные пояснения

1) Когда записываем иРНК на матрице ДНК:

«По принципу комплементарности и антипараллельности на матрице транскрибируемой цепи ДНК запишем последовательность нуклеотидов в иРНК»

2) Когда ищем последовательность аминокислот в белке:

«По таблице генетического кода, используя кодоны иРНК, определим последовательность аминокислот в белке.

Типы задач на биосинтез белка

• Первый тип
• Определение смысловой (кодирующей цепи) ДНК

• 1) по таблице генетического кода опрделеяем кодон в иРНК, который шифрует данную аминокислоту
• Далее есть два подхода к решению:
• 2) ищем смысловую цепь (иРНК по последовательности нуклеотидов и направлению цепи является точной копией смысловой цепи (только нуклеотид Т заменяется на У, а также используются рибонуклеотиды)
• 3) ищем транскрибируемую цепь (иРНК и транскрибируемая цепь ДНК антипараллельны и полностью комплементарны друг другу)

Задача №1

Задача №2

Задача №3 (ЕГЭ – 2022)

Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5' концу одной цепи соответствует 3' конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5' конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5' к 3' концу. Ген имеет кодирующую и некодирующую области. Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов:

5'-ЦААТАТГЦГЦГГТАТТАТАГАГ-3'

3'-ГТТАТАЦГЦГЦЦАТААТАТЦТЦ-5'

Определите последовательность аминокислот начала полипептида, если синтез начинается с аминокислоты Мет. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

Схема решения задачи включает следующие элементы:

1) аминокислоте МЕТ соответствует кодон 5'-АУГ-3' (АУГ);

2) комплементарный триплет на ДНК - 3'-ТАЦ-5' (5'-ЦАТ-3', ТАЦ);

3) такой триплет встречается на нижней цепи ДНК, значит, она является матричной (транскрибируемой);

ИЛИ

3) этому триплету соответствует триплет 5'-АТГ-3' (АТГ) на ДНК;

4) такой триплет обнаруживается на верхней цепи ДНК, значит, нижняя цепь матричная (транскрибируемая);

5) последовательность иРНК:

5'-ЦААУАУГЦГЦГГУАУУАУАГАГ-3'

ИЛИ

5'-АУГЦГЦГГУАУУАУАГАГ-3'

6) фрагмент nолипептида: мет-арг-гли-иле-иле-глу.

Второй тип. Определение кодирующей и некодирующей части гена

В данном случае в последовательности иРНК необходимо найти триплет АУГ, который кодирует метионин (мет) и является старт-кодоном. Таким образом, все нуклеотиды до старт-кодона будут являться некодирующей последовательностью, а после – кодирующей белок. Кодирующую последовательность также называют открытой рамкой считывания.

Есть три варианта этой задачи:

1) определить, с какого нуклеотида начнется синтез белка (используем иРНК) (№4);

2) определить, с какого нуклеотида начинается информативная часть гена (используем двухцепочечную ДНК) (№5);

3) определить, с какого нуклеотида начинается информативная часть гена в случае, когда в цепи есть несколько старт-кодонов и стоп-кодон, который обрывает синтез первой цепи (№6).

Задача №4

Задача №5

Задача №6

Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5' концу одной цепи соответствует 3' конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5' конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5' к 3' концу. Ген имеет кодирующую и некодирующую области. Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь матричная (транскрибируемая)):

5'-АТЦАТГТАТГГЦТАГАГЦТАТТ-3'

3'-ТАГТАЦАТАЦЦГАТЦТЦГАТАА-5’

Определите последовательность аминокислот во фрагменте начала полипептидной цепи, объясните последовательность решения задачи. При ответе учитывайте, что полипептидная цепь начинается с аминокислоты мет. Известно, что итоговый фрагмент полипептида, кодируемый этим геном, имеет длину более четырех аминокислот. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

• Схема решения задачи включает:

1) последовательность иРНК: 5'-АУЦАУГУАУГГЦУАГАГЦУАУУ-3';

2) аминокислоте мет соответствует кодон 5'-АУГ-3' (АУГ);

3) при синтезе первого кодона 5'-АУГ-3' (АУГ) фрагмент полипептида обрывается (в рамке считывания присутствует стоп-кодон);

4) синтез фрагмента полипептида начинается со второго кодона 5'-АУГ-3' (АУГ) (синтез начинается с восьмого нуклеотида);

5) последовательность аминокислот во фрагменте полипептида находим по таблице генетического кода: мет-ала-арг-ала-иле.

Третий тип. Определение конца гена (кодирующей части)

• В данном случае необходимо в последовательности иРНК найти один из трех возможных стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА) . Этот стоп-кодон указывает на конец открытой рамки считывания. Таким образом, все нуклеотиды до стоп-кодона будут являться кодирующей последовательностью, а после – некодирующей белок. При этом важно помнить, что стоп-кодон не кодирует аминокислоту, писать слово «стоп» в цепи полипептида нельзя.
• Часто в задаче можно найти два возможных стоп-кодона. При этом, верным является тот, ДО которого можно определить не менее четырех (в зависимости от условия) аминокислот в последовательности полипептида. В обратной ситуации (например, в случае, когда закодировано менее четырех аминокислот) это будет противоречить условию задачи.

Задача №7

Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной цепи соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Ген имеет кодирующую и некодирующую области. Кодирующая область гена называется открытой рамкой считывания . Фрагмент конца гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь матричная (транскрибируемая)):

5’-ААГЦГЦТААТАГЦАТАТТАГАГЦТА-3’

3’-ТТЦГЦГАТТАТЦГТАТААТЦТЦГАТ-5’

Определите верную открытую рамку считывания и найдите последовательность аминокислот во фрагменте конца полипептидной цепи. Известно, что конечная часть полипептида, кодируемая этим геном, имеет длину более четырёх аминокислот. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

Схема решения задачи включает следующие элементы:

1) последовательность иРНК:

5’-ААГЦГЦУААУАГЦАУАУ УАГ АГЦУА-3’;

2) в последовательности иРНК присутствует стоп-кодон 5’-УАГ-3’ (УАГ);

3) по стоп-кодону находим открытую рамку считывания;

4) последовательность полипептида: ала-лей-иле-ала-тир.

Четвертый тип. Замена аминокислоты

• В данном случае необходимо по таблице генетического кода сравнить триплеты, которые кодируют исходную аминокислоту и аминокислоту после мутации . Сравнивая два триплета, необходимо определить отличный нуклеотид, замена которого и привела к мутации. Также стоит указать не только замену триплета (нуклеотида) в иРНК, но и в двухцепочечной ДНК.

Задача №8

Пятый тип. Работа с вирусной РНК

• В данном случае необходимо вспомнить, что РНК-содержащие вирусы обладают обратной транскрипцией , т.е. после проникновения в клетку синтезируют по принципу комплементарности на вирусной РНК вирусную ДНК, которая встраивается в ДНК клетки-хозяина. Затем запускаются клеточные механизмы синтеза белка, т.е. транскрипция и трансляция вирусных белков.
• Таким образом, в данной задаче мы двигаемся в направлении:

1) вирусная РНК – первая цепь вирусной ДНК →

2) первая цепь вирусной ДНК-вторая цепь вирусной ДНК →

3) транскрибируемая цепь вирусной ДНК-иРНК →

4) иРНК → белок

Задача №9

Задача №10

• Вирус бешенства относится к группе Рабдовирусов. Наследственная информация у данных вирусов представлена одноцепочечной молекулой РНК , на основе которой с помощью вирусной РНК-зависимой РНК-полимеразы осуществляется синтез в клетке РНК , кодирующих белок. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности:
• 5'ГЦУЦАААУУЦЦЦУГУ-З'
• Определите, какова будет последовательность вирусного белка, а также последовательность иРНК, кодирующей вирусный белок. Благодаря какому свойству генетического кода данный фрагмент нуклеиновой кислоты будет кодировать одинаковый фрагмент белка при инфицировании данным вирусом как человека, так и собаки ?

• Схема решения задачи включает следующие элементы:

• РНК вир.: 5'-ГЦУ-ЦАА-АУУ-ЦЦЦ-УГУ-З'
• и-РНК: 5'-АЦА-ГГГ-ААУ-УУГ-АГЦ-3'
• белок: тре-гли-асн-лей-сер
• Свойство генетического кода - универсальность

Шестой тип. Определение последовательности иРНК и ДНК по антикодонам тРНК

• Если в предыдущих задачах мы шли в направлении ДНК-иРНК-белок , то в данном случае мы двигаемся в обратном направлении:

• антикодоны тРНК → иРНК → ДНК

• Важно понимать, что все цепи нуклеиновых кислот антипараллельны друг другу, антикодоны тРНК и иРНК не исключение. При этом начало любой цепи начинается с 5’-конца, а заканчивается 3’-концом. Но т.к. иРНК мы привыкли записывать в том же направлении с 5’-конца, поэтому, учитывая принцип антипараллельности, нужно «перевернуть» антикодоны тРНК , т.е. если дан антикодон 5’-ЦГУ-3’, лучше записать его 3’-УГЦ-5’.
• В данном типе задач есть : два варианта
• 1) определить последовательность нуклеотидов , двухцепочечной , иРНК, ДНК последовательность (№ 11-12); аминокислот
• 2) определить последовательность нуклеотидов и в иРНК аминокислот полипептиде до замены (триплета в иРНК/одного из антикодонов тРНК) и после (№26, 27).

Задача №11

Задача №12

Седьмой тип. Определение последовательности тРНК

Если ген кодирует белок , тогда в процессе транскрипции мы получим иРНК , а с нее последовательность аминокислот в белке.

Если же ген , как в данной задаче, кодирует тРНК , тогда в процессе транскрипции мы получим последовательность тРНК , которая никогда не является матрицей для синтеза белка, а участвует в переносе аминокислоты к рибосоме.

В данном типе задач возможно 3 варианта:

1) определить аминокислоту , которую будет переносить тРНК (№13),

2) определить антикодон тРНК (№14),

3) определение , , антикодона тРНК и палиндромов вторичной структуры аминокислоты, которую будет переносить данная тРНК (№15).

Чтобы узнать, какую аминокислоту будет переносить данная тРНК, необходимо напротив антикодона тРНК установить триплет иРНК, а дальше по нему, используя таблицу генетического кода, определить аминокислоту.

Таким образом, данном случае мы двигаемся в направлении:

1)ДНК-тРНК → 2)антикодон тРНК-кодон иРНК → 3) кодон иРНК -аминокислота

Чтобы определить антикодон тРНК , необходимо по таблице генетического кода определить какие возможные кодоны в иРНК кодируют соответствующую аминокислоту. Затем к этим кодонам по принципу комплементарности подобрать возможные антикодоны в тРНК, после чего искать один из этих антикодонов в цепи тРНК.

Таким образом, в данном случае мы двигаемся в направлении:

1)ДНК-тРНК → 2) аминокислота-кодоны иРНК →

3) кодоны иРНК - антикодон тРНК

Новый тип задач (обещано, что таких не будет)

• Чтобы определить необходимо одновременно с 5' и 3'- концов тРНК палиндромы, искать комплементарные группы нуклеотидов, которые во вторичной структуре образуют двухцепочечный фрагмент. При этом оставшаяся часть некомплементарных нуклеотидов в центре будет образовывать петлю с антикодоном. Чтобы его определить, от двух крайних нуклеотидов палиндромов необходимо «вычеркивать» по одному нуклеотиду до тех пор, пока не останется три последних, которые и являются антикодоном. Далее задача решается по типу 1.

Задача №13

Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5' концу одной цепи соответствует 3' конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5' конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5' к 3' концу. Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь матричная (транскрибируемая)):

5' -АЦТАЦГЦАТТЦАТЦГ-3'

3' -ТГАТГЦГТААГТАГЦ-5'

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте ДНК. Укажите, какой триплет является антикодоном, если данная тРНК переносит аминокислоту ала. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

Схема решения задачи включает:

1) последовательность тРНК: 5’-ЦГАУГАА УГЦ ГУАГУ-3’

или 3’-УГАУГЦГУААГУАГЦ-5’;

2) аминокислоту ала кодирует кодон иРНК 5’ГЦА-3’ (3’-АЦГ-5’, ГЦА);

3) ему соответствует антикодон 5’-УГЦ-3’(УГЦ, 3’-ЦГУ-5’).

Задача 14.

Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5' концу одной цепи соответствует 3' конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5' конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5' к 3' концу. Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь матричная (транскрибируемая)):

5' -АЦТАЦГЦАТТЦАТЦГ-3'

3' -ТГАТГЦГТААГТАГЦ-5'

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте ДНК. Укажите, какой триплет является антикодоном, если данная тРНК переносит аминокислоту ала. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

Схема решения задачи включает:

1) последовательность тРНК: 5’-ЦГАУГААУГЦГУАГУ-3’

или 3’-УГАУГЦГУААГУАГЦ-5’;

2) аминокислоту ала кодирует кодон иРНК 5’ТЦА-3’ (3’-АЦГ-5’, ГЦА);

3) ему соответствует антикодон 5’-УГЦ-3’(УГЦ, 3’-ЦГУ-5’).

Задача 15.

Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5' концу в одной цепи соответствует 3' конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5' конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5' к 3' концу. Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. В цепи РНК и ДНК могут иметься специальные комплементарные участки — палиндромы, благодаря которым у молекулы может возникать вторичная структура. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь — матричная):

5’ - Г А А Т Т Ц Ц Т Г Ц Ц Г А А Т Т Ц - 3 ’

3’ - Ц Т Т А А Г Г А Ц Г Г Ц Т Т А А Г - 5 ’

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте. Найдите на данном участке палиндром и установите вторичную структуру центральной петли тРНК. Определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если антикодон равноудален от концов палиндрома. Объясните последовательность решения задачи. Для решения используйте таблицу генетического кода. При написании нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

Схема решения задачи включает:

1) нуклеотидная последовательность участка тРНК: 5’-ГААУУЦЦУГЦЦГААУУЦ-3’;

2) палиндром в последовательности: 5’-ГААУУЦ-3’ (3’-ЦУУААГ-5’)

3) вторичная структура тРНК:

4) нуклеотидная последовательность антикодона в тРНК 5’-УГЦ-3’ (УГЦ) соответствует кодону на иРНК 3’-АЦГ-5’ (5’-ГЦА-З’, ГЦА);

5) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота ала (аланин), которую будет переносить данная тРНК.

Репликация ДНК

Использованные ресурсы:

• Материалы репетитора по биологии Алены Вербиной сообщества «Биология ЕГЭ 2023» (ссылка:https://vk.com/biolabege)

Спасибо за внимание!