Практика_Общая генетика

10. Найдите триплеты ДНК, мРНК, антикодон тРНК. Какую аминокислоту переносит эта тРНК?

Решение: По правилу комплементарности оснований в ДНК: А – Т, Г – Ц; в мРНК : А – У, Г – Ц.

Поэтому:

антикодон тРНК: 3/УГЦ5/

Чтобы определить какую аминокислоту переносит тРНК, надо в таблице генетического кода найти триплет нуклеотидов мРНК, связанный с антикодоном. В данном случае это триплет АЦГ.

Смысловая цепь ДНК антипараллельна матричной цепи, поэтому с одного конца молекула начинается с 5’, а на другом стоит 3’ нуклеотид. мРНК антипараллельна матричной цепи ДНК и начинается с 5’-конца. тРНК антипараллельна мРНК – у нее будет 3’ -конец Антипараллельность необходимо учитывать при работе с таблицей генетического кода, потому что первым из триплета берется нуклеотид с 5’ -конца, последним с 3’. По условию задачи получили – 5’ АЦГ3’ , тогда сначала ищем в таблице генетического кода А, затем, второй нуклеотид Ц и потом третий последний нуклеотид Г.

Ответ: тРНК переносит аминокислоту треонин (тре)

11. Найдите триплеты ДНК, мРНК, аминокислоту которую переносит тРНК. Какой антикодон у данной тРНК?

антикодон тРНК: 3/ ....?.... 5/

аминокислота: метионин

Ответ: Так как тРНК переносит метоинин, то из таблицы генетического кода кодон мРНК – 5АУГ3. По правилу комплементарности ДНК – 5АТГ3 смысловая цепь; 3ТАЦ5 – матричная цепь. Антикодон тРНК - 3УАЦ5

12. У человека, больного цистинурией (содержащего в моче большего, чем в норме, числа аминокислот) с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты мРНК: УЦУ, УГУ, ГЦУ, ГГУ, ГАА, АГА, ААА.У здорового человека в моче обнаруживается аланин, серин, глутаминовая кислота и глицин. Выделение каких аминокислот характерно для больных цистинурией? Напишите триплеты мРНК, соответствующие аминокислотам в моче здорового человека.

Ответ: Для больных цистинурией характерно выделение цистеина, аргинина и лизина. Триплеты мРНК для здорового человека: ГЦ(А,У,Г,Ц); АГ(Ц,У); ГА(А,Г); ГГ(А,У,Г,Ц);

13. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК – ГТТЦГТААГЦАТГГГА. В результате мутации одновременно выпадают третий нуклеотид и третий триплет нуклеотидов. Запишите новую нуклеотидную последовательность цепи ДНК. Определите по ней последовательность нуклеотидов в мРНК и последовательность аминокислот в полипептиде.

Ответ: ГТТ ЦГТ ААГ ЦАТ ГГГ А - выпадают третий нуклеотид и третий триплет, то ДНК будет - ГТЦ ГТЦ АТГ ГГ А. мРНК – ЦАГ ЦАГ УАЦ ЦЦУ. Аминокислоты – глн, глн, тир, про

14. Проанализируйте фрагменты молекул, определите их название, обоснуйте ваш выбор. Существует ли взаимосвязь между представленными фрагментами молекул? Ответ обоснуйте.

ГЦЦ-ААУ-ЦУГ-УГГ-ГУЦ-АЦГ-ЦЦА

ЦГГ-ТТА-ГАЦ-АЦЦ-ЦАГ-ТГЦ-ГГТ

ала-иле-лей-три-фен-тре-про

12

Ответ: Первый фрагмент – это РНК, т.к. есть урацил, второй – ДНК, т.к.

есть тимин. Третий фрагмент из аминокислот – это пептид.

РНК комплементарна ДНК, значит она с нее транскрибировалась. Данная РНК не является матрицей для синтеза этого пептида, потому что

в нем присутствуют изолейцин и пролин, которые она не кодирует (при условии, что не было мутаций).

15. Молекула тРНК имеет антикодон 5’ УГЦ 3’. Какую аминокислоту транспортирует в рибосому эта тРНК?

Ответ: аланин, т.к. кодон мРНК 5ГЦА3

16. Наследственный материал вируса гепатита D представляет собой молекулу РНК, являющуюся рибозимом. Во время транскрипции она претерпевает редактирование, приводящее к превращению кодона УАГ в УГГ. Объясните, почему после редактирования в ходе трансляции начинает синтезироваться более длинный белок.

Ответ: Кодон УАГ является терминирующим. На нем процесс трансляции заканчивается.

17. В одном из экспериментов был получен полипролин. Какое азотистое основание содержалось во всех нуклеотидах синтетической мРНК, используемой в этом эксперименте?

Ответ: пролин – кодируется четырьмя кодонами ЦЦА, ЦЦУ, ЦЦГ и ЦЦЦ. Так как вещество однородно – полипролин, то мРНК состояла только из

цитозина.

18. В биосинтезе полипептида участвуют молекулы тРНК с антикодонами УГА, АУГ, АГУ, ГГЦ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц) в двухцепочечной молекуле ДНК. Ответ поясните.

Ответ: Матричная цепь ДНК - ТГА АТГ АГТ ГГЦ и смысловая - АЦТ ТАЦ ТЦА ЦЦГ. Аденина и тимина по 6 (по 25%) из всех 24 (100%) и цитозина и гуанана тоже по 6 (по 25%).

13

19. Две цепи молекулы ДНК удерживаются друг возле друга водородными связями. Определите число нуклеотидов с аденином, тимином, цитозином и гуанином в молекуле ДНК, в которой 30 нуклеотидов соединяются между собой 2 водородными связями, а 20 нуклеотидов – 3 водородными связями.

Ответ: А и Т соединяются двумя водородными связями, поэтому их по 15 , т.к. 30/2 = 15. Г и Ц соединяются тремя водородными связями – их по 10, т.к.

20/2 = 10

Задачи 20-25

20. Эукариотический ген содержит 5 экзонов, которые представляют собой следующие последовательности: 1 – 93, 2 – 36, 3 – 150, 4 – 66, 5 – 48 нуклеотидов. Сколько аминокислотных остатков будет содержать белок, транслированный с мРНК, которая после альтернативного сплайсинга содержит только 1, 2 и 4 экзоны этого гена?

Решение: Найдем общее количество нуклеотидов мРНК, после альтернативного сплайсинга: 93 + 36 + 66 = 135. Так как генетический код триплетен, то количество аминокислотных остатков будет – 135/ 3 = 65.

Ответ: 65 аминокислотных остатков будет содержать белок, транслированный с мРНК после альтернативного сплайсинга

21. Ген содержит 5 экзонов, причем 1 экзон содержит 69 нуклеотидов, 2 – 90, 3 – 123, 4 – 36, 5 – 81. Расположенные между ними интроны а, в, с и д содержат, соответственно, 120, 129, 96 и 303 нуклеолтидов. Произошла мутация в одном из интронов и в ходе трансляции образовался белок из 165 аминокислотных остатков. Назовите этот интрон. Объясните ответ.

Ответ: 165 х 3 = 495 – мРНК, кодирующая мутантный белок.

69 + 90 + 123 + 36 + 81 = 399 - мРНК, кодирующая нормальный белок.

495 – 399 = 96 – мутация произошла в третьем интроне – с.

22. Серповидноклеточная анемия – генетическое заболевание, обусловленное заменой одного нуклеотида в кодоне, шифрующем шестую аминокислоту в ß-цепи молекулы гемоглобина. Мутация затрагивает участок ЦЦТГАГГ. Существует нуклеаза, которая

14

узнает ЦЦТГАГГ последовательности и расщепляет молекулу ДНК в этих участках. Эта нуклеотидная последовательность изменена в мутантном гене, поэтому нуклеаза не расщепляет ДНК в этом участке. У здоровых людей при проведении диагностической процедуры нуклеаза расщепляет ДНК в трех местах на четыре фрагмента следующей длины: 256, 201, 181 и 88 тысяч пар нуклеотидов. У гомозигот по мутантному аллелю образуется всего три фрагмента длиной 382, 256 и 88 тысяч пар нуклеотидов. Какой из этих трех фрагментов содержит мутантный участок гена?

Ответ: При сравнении фрагментов у мутантов выявляется фрагмент 382, который отсутствует у здоровых людей. Если взять фрагмент 201 и сложить его с фрагментом 182 у здоровых людей, то получается 382. Это и есть мутантный участок гена.

23. Рестриктазы разрезают молекулу ДНК на несколько рестриктов или фрагментов. Имеется рестриктазa EcoR1, она узнает

нуклеотидную последовательность 5/ ГААТТЦ3/

3/ ЦТТААГ5/ и расщепляет ее между А и Г в каждой нуклеотидной цепи сайта

рестрикции. На данном участке молекулы ДНК имеется 3 таких сайта рестрикции. Сколько рестрикционных фрагментов образуется после воздействия на ДНК рестриктазой EcoR1? Как они изменятся по количеству и длине, если произойдет мутация в одном из сайтов рестрикции: А заменится на Т?

Ответ: По условию рестриктазой EcoR1 разрезают молекулу ДНК в каждом указанном сайте рестрикции. Если таких сайтов три, то образующихся после расщепления рестриктов будет четыре. Если произойдет мутация в одном из сайтов узнавания, то этот участок ДНК разрезаться не будет и рестриктаза EcoR1 разрежет ДНК только на три рестрикта (т.к. только 2 сайта узнает). Если произойдет мутация, то один из образованных рестриктов будет длинее.

24. Фермент Alu I узнает в ДНК палиндромную последовательность нуклеотидов:

5' АГЦТ 3' 3' ТЦГА 5'

15

и разрезает ДНК по центру этой палиндромной последовательности с образованием «тупых» концов. Сколько фрагментов молекулы ДНК получится после воздействия на нее ферментом Alu I, если молекула ДНК содержит 48 вышеуказанных палиндромных последовательностей?

Ответ: 48 сайтов для узнавания, значит фрагментов ДНК будет 49.

25. Синдром фригильной (ломкой) Х-хромосомы обусловлен доминантной мутацией динамического типа, связанной с увеличением числа копий тринуклеотидного повтора ЦГГ. Увеличение числа копий происходит в ходе редупликации ДНК во время клеточных делений. У здоровых детей и взрослых число копий триплетного повтора варьирует от 6 до 54, а у больных - от 200 до 1800. Анализ ДНК трех новорожденных показал, что у первого ребенка в указанной области присутствует 350, у второго

– 780, а у третьего – 42 ЦГГ-повтора. Кто из детей будет здоров, а кто может заболеть? Кто заболеет в более раннем возрасте?

Ответ: Третий ребенок здоров, т.к. имеет 42 ЦГГ повтора, а это входит в границу нормы от 6 до 54. Остальные дети – могут заболеть, причем второй ребенок – в более раннем возрасте, т.к. содержит наибольшее - 780

– число повторов.

Задачи 26-28

26. Предположим, что метилированию подвергаются остатки цитозина, расположенному перед гуананом, в одном из участков эукариотической ДНК. Одна из цепочек этого участка содержит 120 остатков аденина, 30 – гуанина, 80 – цитозина и 70 – тимина. Только 60% всех цитозинов распложены перед гуанином. Сколько метильных – групп понадобиться для метилирования этого участка ДНК?

Решение: Г комплементарен Ц. Значит общее количество гуанина 80 (1-ая цепь) + 30 (2-я цепь) = 110.

Только 60% всех цитозинов распложены перед гуанином. Составляем пропорцию и вычисляем количество метильных групп. - 110 х 60% / 100% =

66.

Ответ: 66 метильных – групп понадобиться для метилирования этого участка ДНК.

16

27. Синдром фригильной (ломкой) Х-хромосомы обусловлен доминантной мутацией динамического типа, связанной с увеличением числа копий тринуклеотидного повтора ЦГГ. Увеличение числа копий происходит в ходе редупликации ДНК во время клеточных делений. У здоровых детей и взрослых число копий триплетного повтора варьирует от 6 до 54, а у больных - от 200 до 1800. У больных весь участок гена, содержащий повтор, очень метилирован по цитозину. Сколько метильных групп потребуется для метилирования участка 2-х цепочечной молекулы ДНК, который в своей значащей (смысловой) цепи содержит 300 повторов ЦГГ?

Ответ: 300 Ц в одной цепи, 300 + 300 = 600 Ц во второй цепи, по правилу комплементарности оснований. Всего 900 Ц. Значит потребуется 900 метильных групп.

28. Вычислите, тяжелее белок или кодирующая часть его гена?

Ответ: Предположим, что количество аминокислот в белке-мишени равняется Х, тогда масса этого белка составит 110×Х. Количество нуклеотидов в экзонах гена, кодирующего этот белок, составляет 3Х, а молекулярная масса, следовательно, равняется 330×3Х.

110Х < 330 × 3Х. Кодирующие участки гена тяжелее белка.

Вопросы для самоконтроля

1.В пробирку поместили рибосомы из разных клеток, весь набор аминокислот и одинаковые молекулы тРНК и мРНК. Создали все условия для синтеза белка. Почему в пробирке будет синтезироваться один вид белка на разных рибосомах?

2.Как называется процесс изменения порядка расположения экзонов в мРНК и как следствие получение разных белковых продуктов во время трансляции?

3.Как называется вырезание из про-мРНК неинформативных участков и последующее «сшивание» информативных участков, структурного гена?

4.Что такое ген? Какая связь между гены, признаками, белками, полипептидными цепями, РНК и ДНК?

17

5.Что входит в состав инициирующего комплекса трансляции прокариот?

6.На сколько кодонов рибосома перемещает мРНК при каждом новом шаге во время трансляции?

7.Назовите участки зрелой мРНК, присоединяющиеся к ее 3 и 5 – концам во время процессинга?

8.В чем отличие энхансера от сайленсера?

9.Объясните, что означает такое свойство генома человека как избыточность ДНК

10.Что такое амплификация генов?

11.Что такое промотор?

12.Что такое обратная транскрипция? Каким образом этот процесс связан с развитием вирусов? Ответ поясните

13.Один из этапов процессинга связан с добавлением к 3- концу про-мРНК нуклеотидной последовательности, состоящей из однородных нуклеотидов. Какое азотистое основание содержат эти нуклеотиды?

14.Известно, что «шпильки» на молекулах ДНК или РНК образованы полиндромными последовательностями. Объясните смысл существования этих последовательностей в области терминатора и их роль в процессе транскрипции.

15.Назовите науку, которая занимается изучением набора белков функционирующих в разных клетках.

16.В чем отличие между генами прокариот и эукарот?

17.Как называются гены, с которых транскрибируются тРНК и рРНК?

18.Назовите ученых, которые сформировали понятие об опероне и разработали схему регуляции активности генов в бактериальной клетке.

19.Почему тип регуляции транскрипции в лактозном опероне называется негативным?

20.Сколько нуклеотидов генетического кода кодируют аминокислоты?

21.Назовите единицу транскрипции и регуляции у бактерий, состоящую из нескольких структурных генов, регуляторного и контролирующих элементов, узнаваемых продуктами регуляторного гена.

22.Как называется цепь ДНК, синтезирующаяся прерывисто в виде коротких фрагментов, которые затем ковалентно соединяются друг с другом? Как называются эти фрагменты?

18

23.Назовите возможные последствия для молекулы ДНК, если она метилирована по определенному гену. В чем заключается метилирование?

24.Каким образом осуществляется терминация трансляции?

25.В чем принципиальное отличие процессов регуляции транскрипции по типу репрессии и индукции?

26.Почему экзоны и интроны разрезаются в строго определенных местах?

27.В чем заключается основная догма молекулярной биологии?

28.Как называется цепь ДНК эукариот, непосредственно на которой происходит синтез про-мРНК?

29.Что такое мутон, рекон и цистрон?

30.Назовите основной фермент транскрипции у про- и эукариот.

31.Что такое ТАТА-бокс? Где он расположен и в чем его основная функция?

32.Что такое эпигенетика?

33.Как связаны между собой метилирование и гистоновый код в процессе реализации генетической информации в клетке?

34.Каким образом осуществляется присоединение строго определенной аминокислоты к тРНК с соответствующим антикодоном? К каким последствиям может привести нарушение этого процесса?

35.Каким образом универсальность генетического кода доказывает существование эволюции?

36.Что означает такое свойство генетического кода как коллинеарность?

37.Что означает такое свойство генетического кода как неперекрываемость?

38.Что означает такое свойство генетического кода как триплетность?

39.Каким образом появляются мутации «сдвига рамки считывания»? Иллюстрацией какого свойства генетического кода они являются?

40.Что такое рибозим?

41.Что такое антикодон? Какая роль в процессе трансляции отводится тРНК?

42.Одинакова ли генетическая информация в клетках печени, почек, мышц и нейронах одного организма? Каким образом реализуется генетическая информация в этих клетках?

19

43.Тетрациклин блокирует рибосомы клеток прокариот, при этом он может блокировать и рибосомы эукариот, но при потреблении этого антибиотика подавляется трансляция лишь у бактерий. С чем это может быть связано?

44.Какие процессы изучает молекулярная генетика?

45.Какую роль выполняют рибосомы в процессе синтезе белка?

46.Какие методы применяют в молекулярной генетике?

47.В чем значение молекулярной генетики для медицины?

48.Что такое геномный импринтинг?

49.Как связаны геномный импринтинг и однородительские дисомии (ОРД)?

50.Назовите эпигенетические болезни человека.

Справочник терминов

Амплификация − увеличение количества копий гена. Это приводит к синтезу большого количества РНК в результате последующей транскрипции.

Антикодон − триплет (тринуклеотид), участок в транспортной рибонуклеиновой кислоте (тРНК), состоящий из трёх неспаренных (имеющих свободные связи) нуклеотидов. Спариваясь с кодоном матричной РНК (мРНК), обеспечивает правильную расстановку каждой аминокислоты при биосинтезе белка.

Вектор − молекула нуклеиновой кислоты, чаще всего ДНК, используемая в генетической инженерии для передачи генетического материала другой клетке.

Генетический код − это способ, с помощью которого информация о строении белка записана в ДНК.

Геномный импринтинг − является генетическим феноменом во время которого, определенные гены подлежат экспрессии особым образом, а именно экспрессируют только те гены, которые перешли от одного из родителей. Это наследование происходит независимо от классического