Решение задач на анти-параллельность

Генетический код

Решение задач на антипараллельность

ЕГЭ Линия 27

Поляшова Анна Николаевна

МАОУ СШ 1

г.о.г. Бор, 2020 г.

Правила пользования таблицей

Первый нуклеотид в триплете берётся из левого вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится искомая аминокислота .

Пояснение к строению ДНК в условии :

• Двойная спираль ДНК. Две антипараллельные ( 5’- конец одной цепи располагается напротив 3’- конца другой) комплементарные цепи полинуклеотидов, соединенной водородными связями в парах А-Т и Г-Ц, образуют двухцепочечную молекулу ДНК. Молекула ДНК спирально закручена вокруг своей оси. На один виток ДНК приходится приблизительно 10 пар оснований.
• Смысловая цепь ДНК — Последовательность нуклеотидов в цепи кодирует наследственную информацию.

• Транскрибируемая (антисмысловая) цепь по сути является копией смысловой цепи ДНК. Служит матрицей для синтеза иРНК (информацию о первичной структуре белка), тРНК, рРНК, регуляторной РНК.

1 тип задач

Разворот наоборот

Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь смысловая, нижняя транскрибируемая ).

5’-ЦГААГГТГАЦААТГТ-3’

3’-ГЦТТЦЦАЦТГТТАЦА-5’

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5’ и 3’ концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5’ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Со второй цепи копируем!

По фрагменту молекулы ДНК, определяем нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте.

ДНК: 3’-ГЦТ-ТЦЦ-АЦТ-ГТТ-АЦА-5’

тРНК: 5’-ЦГА-АГГ-УГА-ЦАА-УГУ-3’

На ДНК с 3' конца строится тРНК с 5' — конца.

Определяем кодон иРНК, который будет комплементарен триплету тРНК в процессе биосинтеза белка

Разворот наоборот

Если третий триплет соответствует антикодону тРНК 5’- УГА-3’ , для нахождения иРНК сначала произведем запись в обратном порядке от 3’ → к 5’ получим 3’-АГУ- 5’ , определяем

иРНК: 5'–УЦА–3'.

По таблице генетического кода

кодону 5'- УЦА -3' соответствует аминокислота -Сер , которую будет переносить данная тРНК.

Схема решения задачи включает:

  Нуклеотидная последовательность участка тРНК ( верхняя цепь по условию смысловая ):

ДНК: 3’-ГЦТ-ТЦЦ-АЦТ-ГТТ-АЦА-5’

тРНК: 5’-ЦГА-АГГ-УГА-ЦАА-УГУ-3’

2. Нуклеотидная последовательность антикодона УГА ( по условию третий триплет ) соответствует кодону на иРНК УЦА;

3. По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота -Сер, которую будет переносить данная тРНК.

2 тип задач

Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая, нижняя — транскрибируемая):

5’ − ТААТГАЦЦГЦАТАТАТЦЦАТ −3’

3’ − АТТАЦТГГЦГТАТАТАГГТА −5’

Ген содержит информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена начинается с триплета , кодирующего аминокислоту   Мет . С какого нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

По принципу комплементарности на основе транскрибируемой цепи ДНК находим цепь иРНК:

ДНК 3’ − АТТАЦТГГЦГТАТАТАГГТА −5’ 

иРНК 5’ − УААУГАЦЦГЦАУАУАУЦЦАУ − 3’

По условию сказано, что синтез начинается с кодона, которым закодирована аминокислота  МЕТ , по таблице генетического находим триплет иРНК, который кодирует МЕТ: АУГ (5’ −АУГ− 3’)

5’ − ТААТГАЦЦГЦАТАТАТЦЦАТ −3’ 3’ − АТТАЦТГГЦГТАТАТАГГТА −5’

5’ −АУГ− 3’

иРНК

• По принципу комплементарности определяем, что информативная часть гена в транскрибируемой цепи ДНК будет начинаться с нуклеотида Т (триплет 3’−ТАЦ−5’)

ДНК 3’ − АТТАЦТГГЦГТАТАТАГГТА −5’  иРНК 5’ − УААУГАЦЦГЦАУАУАУЦЦАУ − 3’

• Информативная часть начинается с третьего нуклеотида Т на ДНК , так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет .

Последовательность аминокислот находим по кодонам иРНК в таблице генетического кода (начиная с триплета АУГ, т.е. «откидываем» два нуклеотида) :

иРНК 5’ − АУГ-АЦЦ-ГЦА-УАУ-АУЦ-ЦАУ − 3’ 

белок: Мет-Тре-Ала-Тир-Иле-Гис

Ответ:

1.По принципу комплементарности находим цепь иРНК:

  5’ − УААУГАЦЦГЦАУАУАУЦЦАУ − 3’. 

2. Информативная часть начинается с третьего нуклеотида Т на ДНК, так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет.

3. Последовательность аминокислот находим по кодонам иРНК в таблице генетического кода:

Мет-Тре-Ала-Тир-Иле-Гис.

3 тип задач

Исходный фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая, нижняя — транскрибируемая):

5’ − ГЦГГГЦТАТГАТЦТГ − 3’

3’ − ЦГЦЦЦГАТАЦТАГАЦ − 5’

В результате замены одного нуклеотида в ДНК  четвёртая  аминокислота во фрагменте полипептида заменилась на аминокислоту  Вал . Определите аминокислоту, которая кодировалась до мутации. Какие изменения произошли в ДНК, иРНК в результате замены одного нуклеотида? Благодаря какому свойству генетического кода одна и та же аминокислота у разных организмов кодируется одним и тем же триплетом ? Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Четвёртый триплет исходного фрагмента смысловой цепи ДНК: 5'-ГАТ-3 ' (транскрибируемой цепи ДНК: 5'-АТЦ-3' ), определяем триплет иРНК: 5'-ГАУ-3' , по таблице генетического кода определяем, что он кодирует аминокислоту Асп.

Разворот наоборот

5’ − ГЦГГГЦТАТ ГАТ ЦТГ − 3’

3’ − ЦГЦЦЦГАТА ЦТА ГАЦ − 5’

смысловая

транскрибируемая

!!! Триплет иРНК: 5'-ГАУ-3' нашли по принципу комплементарности на основе триплета транскрибируемой цепи ДНК 3'-ЦТА-5'. Для нахождения иРНК сначала произведем запись триплета ДНК в обратном порядке от 3’ → к 5’ получим 3’-ЦТА- 5’

По условию сказано, что «четвёртая аминокислота во фрагменте полипептида заменилась на аминокислоту  Вал » . По таблице генетического кода находим, что аминокислота  Вал  кодируется четырьмя нуклеотидами: ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ ;

• НО в условии указано, что произошла замена  одного  нуклеотида! т.е. в иРНК в четвёртом кодоне (5'-Г А У-3') нуклеотид А заменился на У (5'-Г У У-3').

Ответ:

• 1. Четвёртый триплет исходного фрагмента смысловой цепи ДНК — ГАТ (транскрибируемой цепи ДНК — АТЦ), определяем триплет иРНК: ГАУ, по таблице генетического кода определяем, что он кодирует аминокислоту Асп.
•  
• 2. Во фрагменте ДНК в четвёртом триплете смысловой цепи ГАТ нуклеотид А заменился на Т (в транскрибируемой цепи в триплете АТЦ нуклеотид Т заменился на А), а в иРНК в четвёртом кодоне (ГАУ) нуклеотид А заменился на У (ГУУ).
•  
• 3. Свойство генетического кода — универсальность.

• Наличие в ответе множества триплетов считается ошибкой, так как в задании указано, что произошла замена одного нуклеотида.

4 тип задач

Молекулы тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем порядке: ГУА, УАЦ, УГЦ, ГЦА. Определите последовательность нуклеотидов смысловой и транскрибируемой цепей ДНК, иРНК и аминокислот в молекуле синтезируемого фрагмента белка. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода. При выполнении задания учитывайте, что антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК.

1. По принципу комплементарности определяем последовательность иРНК на основе антикодонов тРНК, но сначала ориентируем антикодоны тРНК (3’→ 5’) так , чтобы они присоединялись к иРНК антипараллельно ( по условию антикодоны тРНК даны в ориентации 5’→ 3’ )

Разворот наоборот

тРНК: 3’АУГ 5’, 3’ЦАУ 5’, 3’ЦГУ 5’, 3’АЦГ 5’

иРНК: 5’— УАЦ-ГУА-ГЦА-УГЦ - 3’

Нуклеотидную последовательность транскрибируемой и смысловой цепей ДНК также определяем по принципу комплементарности (на основе найденной иРНК по принципу комплементарности строим транскрибируемую ДНК, затем на её основе находим смысловую. В молекулярной генетике принято смысловую ДНК писать сверху, транскрибируему - снизу ):

ДНК : 5’ − ТАЦ-ГТА-ГЦА-ТГЦ − 3’

3’ − АТГ-ЦАТ-ЦГТ-АЦГ − 5’.

иРНК: 5’— УАЦ-ГУА-ГЦА-УГЦ - 3’

3. По таблице генетического кода и кодонам иРНК находим последовательность аминокислот в пептиде:   иРНК: 5’— УАЦ-ГУА-ГЦА-УГЦ - 3’ белок: Тир-Вал-Ала-Цис

Ответ:

1. По принципу комплементарности определяем последовательность иРНК: 5’— УАЦГУАГЦАУГЦ - 3’;

2. Нуклеотидную последовательность транскрибируемой и смысловой цепей ДНК также определяем по принципу комплементарности:

5’ − ТАЦГ ТАГЦАТГЦ − 3’

3’ − АТ ГЦАТЦГТАЦГ − 5’.

3. По таблице генетического кода и кодонам иРНК находим последовательность аминокислот в пептиде: Тир-Вал-Ала-Цис.

5 тип задач

Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности:

5’ − АУГГЦУУУУГЦА − 3’.

Определите, какова будет последовательность вирусного белка , если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК . Напишите последовательность двуцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5’ и 3’ концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

1. По принципу комплементарности на основе вирусной РНК находим нуклеотидную последовательность транскрибируемого участка ДНК:   вирусная РНК: 5’ − АУГ-ГЦУ-УУУ-ГЦА − 3’ транскрибируемая ДНК 3’− ТАЦ-ЦГА-ААА-ЦГТ − 5’.

Нуклеотидную последовательность транскрибируемой и смысловой цепей ДНК также определяем по принципу комплементарности (на основе данной РНК по принципу комплементарности строим транскрибируемую ДНК, затем на её основе находим смысловую. В молекулярной генетике принято смысловую ДНК писать сверху, транскрибируемую - снизу):

ДНК 5’ − АТГ-ГЦТ-ТТТ-ГЦА − 3’

2 цепи 3’ — ТАЦ-ЦГА-ААА-ЦГТ − 5’.

По принципу комплементарности на основе транскрибируемой ДНК находим нуклеотидную последовательность иРНК: ДНК: 3’ — ТАЦ-ЦГА-ААА-ЦГТ − 5 иРНК: 5’ − АУГ-ГЦУ-УУУ-ГЦА − 3’.

2.

3. По таблице Генетического кода на основе иРНК определяем последовательность вирусного белка:   иРНК: 5’ − АУГ-ГЦУ-УУУ-ГЦА − 3’ белок: МЕТ-АЛА-ФЕН-АЛА

Ответ

1. По принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка ДНК:

5’ − АТГГЦТТТТГЦА − 3’

3’ — ТАЦЦГААААЦГТ − 5’.

2. По принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность иРНК:

5’ − АУГГЦУУУУГЦА − 3’.

3. По таблице Генетического кода определяем последовательность вирусного белка:

МЕТ-АЛА-ФЕН-АЛА.

Задача 1

Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая, нижняя — транскрибируемая):

5’ − ТГЦЦАТТТТЦГАТАГ − 3’

З’ − АЦГГТААААГЦТАТЦ − 5’

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5’ и 3’ концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5’ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Задача 2

Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая, нижняя — транскрибируемая):

5’ − АЦАТГГГАТЦЦТАТАТЦГЦГ − 3’

3’ − ТГТАЦЦЦТАГГАТАТАГЦГЦ − 5’

Ген содержит информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена начинается с триплета, кодирующего аминокислоту  Мет.  С какого нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Задача 3

Фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая, нижняя — транскрибируемая):

5’ − ГТЦАЦАГЦГАТЦААТ − 3’

3’ − ЦАГТГТЦГЦТАГТТА − 5’

Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи и обоснуйте свой ответ. Какие изменения могли произойти в результате генной мутации во фрагменте молекулы ДНК, если  вторая  аминокислота в полипептиде заменилась на аминокислоту  Про ? Какое свойство генетического кода определяет возможность существования разных фрагментов мутированной молекулы ДНК? Ответ обоснуйте. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Задача 4

Молекулы тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем порядке: ЦГЦ, ЦЦУ, АЦГ, АГА, АГЦ. Определите последовательность нуклеотидов смысловой и транскрибируемой цепей ДНК, иРНК и аминокислот в молекуле синтезируемого фрагмента белка. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода. При выполнении задания учитывайте, что антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК.

Задача 5

Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности:

5’ − ГЦГГААААГЦГЦ − 3’.

Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК. Напишите последовательность двуцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5’ и 3’ концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.