Тема3. Обмен веществ и превращение энергии в организме

Примеры решения задач

Справочный материал

Таблица генетического кода

Первоеоснование	Второе основание					Третьеоснование
	А (У)	Г (Ц)	Т(А)	Ц (Г)
А (У)	Фен	Сер	Тир	Цис		А (У)
	Фен	Сер	Тир	Цис		Г (Ц)
	Лей	Сер	-	-		Т (А)
	Лей	Сер	-	Три		Ц (Г)
Г(Ц)	Лей	Про	Гис	Apг		А (У)
	Лей	Про	Гис	Apг		Г(Ц)
	Лей	Про	Глн	Apг		Т (А)
	Лей	Про	Глн	Apг		Ц(Г)
Т (А)	Иле	Тре	Асн		Сер		А (У)
	Иле	Тре	Асн		Сер		Г(Ц)
	Иле	Тре	Лиз		Apг		Т(А)
	Мет	Тре	Лиз		Apг		Ц(Г)
Ц(Г)	Вал	Ала	Асп		Гли		А (У)
	Вал	Ала	Асп		Гли		Г(Ц)
	Вал	Ала	Глу		Гли		Т(А)
	Вал	Ала	Глу		Гли		Ц(Г)

* Примечание. В скобках указаны нуклеотиды и РНК.

Стоп-кодоны в молекуле иРНК — УАА, УГА, УАГ.

3.1. В процессе диссимиляции произошло расщепление 7 мо­лей глюкозы, из которых полному (кислородному) расщеплению подверглись только 2 моля. Определите, сколько молей молочной кислоты и углекислого газа при этом образовалось? Сколько молей АТФ синтезировалось? Сколько молей кислорода следует добавить для полного окисления образовавшейся в данных условиях молоч­ной кислоты?

Решение

Для решения этой задачи воспользуемся двумя уравнениями диссимиляции:

1. гликолиза:

С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ + 2НАД⁺ → 2С₃Н₄О₃+ 2НАД • Н + 2Н₂О + 2АТФ;

2) полного окисления глюкозы:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 38АДФ + 38Н₃РО₄→6С0₂ + 6Н₂О + 38АТФ.

Если полному окислению подвергается 2 моля глюкозы, тогда неполному окислению — 5 молей. По первому уравнению из 5 мо­лей С₆Н₁₂О₆получается 10 молей молочной кислоты и 10 молей АТФ. По второму уравнению реакции из 2 молей С₆Н₁₂О₆образует­ся 12 молей СО₂ и 76 молей АТФ. В сумме получается 86 молей АТФ. Для полного окисления глюкозы (5 молей) понадобится еще 5 • 6 = 30 молей О₂.

Ответ: 10 молей молочной кислоты; 12 молей С0₂; 86 молей АТФ; 30 молей О₂ .

3.2.Какая иРНК образуется при транскрипции данного фраг­мента цепи ДНК:

АЦГ ТАГ ЦТА ГАГ ЦТГ АГЦ ТАГ?

Согласно принципу комплементарности в и РНК А = У, Г = Ц. Значит, цепь иРНК должна иметь вид:

УГЦ АУЦ ГАУ ЦУЦ ГАЦ УЦГ АУЦ.

3.3.Какая последовательность нуклеотидов и РНК будет созда­на при транскрипции данной цепи ДНК:

ТТА ЦАЦ ГГТ ААТ ГЦ?

Согласно принципу комплементарности в РНК А = У, Г = Ц. Тогда, цепь иРНК будет иметь вид:

ААУ ГУ Г ЦЦА УУА ЦГ.

3.4.Какая цепь иРНК будет синтезирована на левой цепи ДНК, если правая цепь ДНК имеет вид:

AAAГАТ ЦЦА ТГГ ААТ ААЦ?

Для решения этой задачи сначала находим левую (транскриби­руемую) цепь ДНК по принципу комплементарности:

ТТТ ЦТА ГГТ АЦЦ ТТА ТТГ.

А затем находим искомуюиРНК, помня, что в РНК вместо тиминового нуклеотида должен быть урациловый:

AAAГАУ ЦЦА УГГ ААУ ААЦ.

3.5.Последовательность антикодонов тРНК, приносивших в рибосому аминокислоты, следующая:

ААГ, УАА, ЦАЦ, УГА, ЦЦУ.

Составьте участок двунитевой ДНК, на котором был закодиро­ван синтезируемый белок.

Решение

Согласно принципу комплементарности в РНК А = У, Г = Ц. Значит, последовательный ряд кодонов иРНК, комплементарных данным антикодонам тРНК, должна выглядеть так:

УУЦ АУУ ГУГ АЦУ ГГА.

Согласно принципу комплементарности в ДНК А = Т, Г = Ц. Значит, транскрибиро-ванная цепь ДНК будет иметь состав:ААГ ТАА ЦАЦ ТГА ЦЦТ, а участок двуни-тевой ДНК, на котором был закодирован синтези­руемый белок, будет иметь вид:

ААГТААЦАЦ ТГАЦЦТ

ТТЦАТТ ГТГ АЦТ ГГА.

3.6.Транскрибируемый участок цепи ДНК имеет последова­тельность триплетов:

ТАЦ ГАА ТТЦ ТЦТ ТАА ТТТ ГЦТ ГАТ ATTТТТ АГГ ТГГ.

Сколько молекул лизина может включиться в полипептидную цепь, если известно, что УУУ и УУЦ - это лизиновые антикодоны, а кодон УАА свидетельствует о прекращении процесса трансляции?

Решение

1. По принципу комплементарности найдем участок цепи иРНК, которая будет синтезирована на данной цепи ДНК, не забы­вая, что кодон УАА — терминирующий:

АУГ ЦУУ ААГ АГА АУУ AAAЦГА ЦУА [УАА].

2. По принципу комплементарности находим цепь антикодонов тРНК, участвующих в трансляции:

УАЦ ГАА УУЦ УЦУ УАА УУУ ГЦУ ГАУ.

В данной последовательности антикодонов тРНК подчеркнуты два триплета, кодирующие аминокислоту лизин.

Ответ: 2 молекулы лизина.

3.7.В молекуле белка 128 аминокислотных остатков. Из сколь­ких нуклеотидов состоит структурная область гена, кодирующего этот белок:

1) 128; 2) 64; 3) 384; 4) 256.

Решение

Правильный ответ — 384 нуклеотида, так как в структуре гена одна молекула аминокислоты закодирована тремя нуклеотидами, значит: 128 • 3 = 384.

Ответ: 3).

3.8.Был исследован участок цепи молекулы ДНК с последова­тельностью из 180 нукле-отидов. Перед транскрипцией из молекулы ДНК было вырезано два участка соответ-ственно по 14 и 26 нуклео­тидов а затем инициирована мутация — делеция 20 нуклео-тидов. Сколько аминокислотных остатков будет содержать белок, синтезированный на основе иРНК, полученной на данном участке ДНК? При расчетах наличие стоп-кодонов не учитывается.

Решение

Всего 180 нуклеотидов в транскрибируемом фрагменте ДНК. Перед транскрипцией было вырезано 40 нуклеотидов (14 + 26 = 40), осталось — 140 (180 — 40 = 140). После мутации (делеция — выпадение 20 нуклеотидов из цепи) осталось 120 нуклеотидов (140 — 20 = 120). Так как одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (три­плетом), то 120 комплементарных нуклеотидов в цепи синтезиро­ванной иРНК будут кодировать 40 аминокислот (120 : 3 = 40).

Ответ: 40.

3.9.Молекула вновь синтезированного белка содержит 120 аминокислотных остатков. Известно, что участок исходной цепи ДНК содержал два интрона (отрезка, которые не несут генетиче­скую информацию, относящуюся к синтезу белка) соответственно по 10 и 14 нуклеотидов. Перед транскрипцией в ДНК произошла мутация — делеция 6 нуклеотидов. Сколько всего нуклеотидов со­держал указанный участок цепи молекулы ДНК? При расчетах на­личие стоп-кодонов не учитывается.

Решение

В молекуле белка содержится 120 аминокислотных остатков. А одна аминокислота кодируется в ДНК тремя нуклеотидами (три­плетом), значит, 120 аминокислот будут закодированы 360 нуклео­тидами (120 • 3 = 360). Добавив 24 нуклеотида интронов (10 + 14 = 24) и 6 выпавших после мутации нуклеотидов, получим, что всего в цепи ДНК было 360 + 24 + 6 = 390 нуклеотидов.

Ответ: 390.

3.10.Последовательность нуклеотидов транскрибируемой цепи гена имеет вид:

АГАЦГТЦГАТЦГАТГ.

Какие изменения произойдут в структуре кодируемого этим ге­ном белка, если в гене выпадет второй нуклеотид?

Решение

Зная, что генетический код триплетен, разбиваем данную в ус­ловии задачи последовательность на тройки

АГА ЦГТ ЦГА ТЦГ АТГ.

Находим по таблице соответствующие этим триплетам амино­кислоты и получаем полипептидную последовательность серин-аланин-аланин-серин-тирозин. Поскольку генетический код непре­рывен, разделяем получившуюся после выпадения второго нуклеотида последовательность на триплеты и получаем:

ААЦ ГТЦ ГАТ ЦГА ТГ.

Так как только три нуклеотида могут соответствовать амино­кислоте, то два последних нуклеотида не учитываются, и, пользуясь таблицей, получаем аминокислотную последовательность тетрапептида, а не пентапептида:

лейцин-глицин-лейцин-аланин.

3.11.Как будет выглядеть фрагмент цепи ДНК, на котором за­кодирован следующий порядок аминокислот: три-мет-тир-цис?

Для решения задачи воспользуемся таблицей генетического кода, из которой находим указанные в цепи белка аминокислоты и соответствующие им триплеты ДНК:

АЦЦ ТАЦ АТА (или АТГ) АЦА (или АЦГ).

3.12.Водоросли и инфузории живут вместе в замкнутом сосуде, стоящем на свету. Инфузории потребляют 0,11 моль глюкозы в не­делю, водоросли — 0,12 моль глюкозы в неделю. Суммарная недель­ная продукция глюкозы составляет 0,25 моль. Как изменится со­держание кислорода в этом сосуде через неделю?

Решение

Воспользуемся суммарным уравнением фотосинтеза: 6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂.

За неделю создается 0,25 моль глюкозы, значит, выделяется 6 • 0,25 = 1,5 (моль О₂).

За это время потребляется (0,12 + 0,13) 0,25 моль глюкозы и расходуется 6 • 0,23 = 1,38 моль О₂ (по уравнению окисления глю­козы вычисляем расход О₂):

С₆Н₁₂0₆ + 60₂→6С0₂ + 6Н₂0.

Получается, что за неделю синтезируется 1,5 моль О₂, а расхо­дуется 1,38 моль, значит, остается в сосуде 0,12 моль О₂ в неделю.