Генетичний код

.

Перше положення (5′ – кінець)	Друге положення U C A G	Третє положення (3′- кінець)
U	Phe Ser Tyr Cys Phe Ser Tyr Cys Leu Ser Term Term Leu Ser Term Trp	U C A G
C	Leu Pro His Arg Leu Pro His Arg Leu Pro Gln Arg Leu Pro Gln Arg	U C A G
A	Ile Thr Asn Ser Ile Thr Asn Ser Ile Thr Lys Arg * Met Thr Lys Arg	U C A G
G	Val Ala Asp Gly Val Ala Asp Gly Val Ala Glu Gly *Val Ala Glu Gly	U C A G

Таблиця 2

Двадцять амінокислот, які входять в склад білків

Назва	Позначення	Назва	Позначення
Гліцин	Gly	Лізин	Lys
Аланін	Ala	Аргінін	Arg
Валін	Val	Аспарагін	Asn
Ізолейцин	Ile	Глутамін	Gln
Лейцин	Leu	Цистеїн	Cys
Серин	Ser	Метіонін	Met
Треонін	Thr	Триптофан	Trp
Пролін	Pro	Фенілаланін	Phe
Аспарагінова кислота	Asp	Тирозин	Tyr
Глутамінова кислота	Glu	Гістидин	His

Приклади задач

1. Ділянка молекули ДНК має таку будову :

3′ GGA – ACC – ATA – GTC – CAA 5′

Визначте послідовність амінокислот в поліпептидному ланцюгу.

Розв’язання: спочатку визначаємо структуру м-РНК:

CCU – UGG – UAU – CAG – GUU

За допомогою генетичного коду встановлюємо будову відповідного поліпептидного ланцюга:

пролін – триптофан –тирозин – глютамін – валін

2. Ділянка поліпептидного ланцюга має таку будову :

Аланін – лізин – валін – серин

Визначте послідовність нуклеотидів у ділянці ДНК, яка кодує цю частину ланцюга, вкажіть 5′ і 3′ кінці.

Розв’язання: спочатку визначаємо відповідну ділянку м-РНК:

5′ GCU – AAA – GUU – UCU 3′

тому ДНК,

3′ CGA – TTT – CAA – AGA 5′

5′ GCT – AAA – GTT – TCT 3′

3. Скільки нуклеотидів входить до складу гена (обидва ланцюги ДНК), який містить інформацію про білок інсулін з 51 амінокислоти?

Розв’язання: одна амінокислота кодується триплетом нуклеотидів. Ділянка одного ланцюга ДНК, що містить інформацію про білок з 51 амінокислоти, складається з 51 х 3 = 153 нуклеотидів. Оскільки до гену входять два ланцюги ДНК, то кількість нуклеотидів у ньому – 306.

4. На одному з ланцюгів ДНК синтезована м-РНК, в якій А –14%, G –20%, U –40%, C –26%. Визначте відсотковий вміст нуклеотидів у молекулі ДНК.

Розв’язання: визначаємо структуру ділянки ДНК, за матрицею якої синтезована м-РНК:

А (14%), G (20%), U (40%), C (26%),

тоді ДНК:

T (14%), C (20%), A (40%), G (26%),

А (14%), G (20%), T (40%), C (26%),

А = Т =	( 40 + 14 )	= 27 %
	2
G = C =	( 20 + 26 )	= 23 %
	2

Таким чином, відсотковий вміст нуклеотидів у молекулі ДНК становить:

А – 27%, G – 23%, Т – 27%, С – 23%.

5. Визначте послідовність амінокислот у поліпептиді, закодованому геном із таким складом нуклеотидів:

5′ GTC – ACC – TGT – ATG – AAA 3′

3′ CAG – TGG – ACA – TAC – TTT 5′

Розв’язання: спочатку визначимо структуру м-РНК:

5′ GUC – ACC – UGU – AUG – AAA 3′

За допомогою таблиці генетичного коду встановлюємо будову полімерного ланцюга:

Val – Thr – Cys – Met – Lys

6. Ділянка молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів:

5′ ТТТ – ТGG – TTT – TAТ – GAA – TАТ – GTG 3′

Під час реплікації третій зліва аденіловий нуклеотид випав із даної ділянки. Визначте структуру поліпептидного ланцюга в нормі та після мутації.

Розв’язання: спочатку визначимо структуру м-РНК:

5′ ААА – АCC – ААА – АТА – CТТ – АТА – CАC 3′

використовуючи генетичний код визначимо склад поліпептидного ланцюга до мутації:

Lys – Thr – Lys – Ile – Phe – Leu ,

тепер визначимо структуру м-РНК після мутації:

5′ AAA – CCA – AAA – UAC – UUA – UA 3′ ;

поліпептидний ланцюг вкоротився на одну амінокислоту і має такий склад:

Lys – Pro – Lys – Tur – Leu

7. Гормон гіпофіза окситоцин має таку структуру:

Cys – Tyr – Ile – Glu – Asp – Cys – Pro – Leu - Gly

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Напишіть нуклеотидну послідовність м-ДНК, кодуючу цей білок, вкажіть 5′ і 3′ кінці, термінуючий та ініціюючий кодони.

Розв’язання: спочатку визначимо структуру м-РНК, за якою транслюється цей білок:

5′ UGU – UAU – AUU – GAA – GAU – UGU – CCU – CUU – GGU 3′

1 2 3 4 5 6 7 8 9

додаємо ініціюючий кодон AUG і термінуючий кодон (наприклад UAA):

5′ AUG –UGU –UAU –AUU –GAA –GAU –UGU – CCU – CUU – GGU – UAA 3′

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Відповідна ділянка ДНК, що кодує цей білок має таку структуру:

5′ ATG – TGT – TAT – ATT – GAA – GAT – TGT – CCT – CTT – GGT – TAA 3′

8. Нуклеотидна послідовність ДНК віруса G4 має вигляд:

5′ GAA – AAT – GAG – GAA 3′

Вірус містить 3 гени, що перекриваються (К, С, А). Вкажіть амінокислотний склад білків, що кодуються генами К, С, А.

Розв’язання: перша рамка зчитування м-РНК: ( білок кодується геном К)

5′ GAA	– AAU	– GAG	– GAA	3′
Glu	– Asn	– Glu	– Glu

Друга рамка зчитування м-РНК: ( білок кодується геном С)

5′ G	–AAA	– AUG	– AGG	– AA 3′
	Lys	Met	- Arg
		(ініц)

Зчитування почнеться з ініціюючого кодону, тому, хоча послідовність AAA і кодує лізин, експресії цієї послідовності відбуватися не буде.

Третя рамка зчитування м-РНК: ( білок кодується геном А)

5′ GA	–AAА	– UGA	– GGA	– A 3′
	Lys	(терм)	Gly

Послідовність після ініціюючого кодону хоча і має зміст, але зчитуватись не буде.

Задачі для самостійного розв’язання

1. До складу білка входять 400 амінокислот. Визначте, яку довжину має ген, що його кодує, якщо довжина однієї пари нуклеотидів 0,34 нм.

2. П оліпептидний ланцюг складається з таких амінокислот:

Валін – лейцин – гістидин – серин – ізолейцин

Яка послідовність нуклеотидів у ланцюзі ДНК, що кодує даний білок?

3. До складу білка входять 800 амінокислот. Яка довжина гена, що кодує даний білок?

4. Яким буде нуклеотидний склад ділянки дволанцюгової ДНК, якщо м-РНК містить аденіну 21%, цитозину 25%, гуаніну 24%, урацилу 30%.

5. Хімічний аналіз показав, що м-РНК містить аденіну 30%, гуаніну 18%, урацилу 20%. Який нуклеотидний склад відповідної ділянки ДНК?

6. Як зміниться структура білка, якщо в кодуючій його ДНК під впливом мутагенного фактора випадає одинадцятий нуклеотид?

5′ ТАТ – ТCТ – ТТТ – ТGТ – GGА – CGА 3′

Покажіть склад білка до і після мутації.

7. Альбумін сироватки крові людини має молекулярну масу 68 400. Визначте:

а) кількість нуклеотидів ДНК, які кодують цей білок;

б) довжину гена, якщо молекулярна маса однієї амінокислоти – 100, а довжина однієї пари нуклеотидів 0,34 нм.

8. Скільки аденілових, тримідилових, гуанілових нуклеотидів міститься у фрагменті ДНК, якщо в ньому знайдено 950 цитидилових нуклеотидів, що становлять 20% загальної кількості нуклеотидів у цьому фрагменті ДНК?

9. Ділянка молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів:

5′ ААА – АCC – ААА – АТА – CТТ – АТА – CАC 3′

Під час реплікації третій зліва аденіловий нуклеотид випав із даної ділянки. Визначте структуру поліпептидного ланцюга в нормі та після мутації.

10. Один з ланцюгів ДНК має молекулярну масу 72 450. Визначте кількість мономерів білка, закодованого в цій ДНК, якщо молекулярна маса одного нуклеотида – 345.

11. Молекулярна маса білка 9 000. Визначте довжину гена, який кодує цей білок, якщо молекулярна маса амінокислоти – 100, а довжина однієї пари нуклеотидів 0,34 нм.

12. Кініновий гормон калідин складається з десяти амінокислот в такій послідовності:

Lys – Arg – Pro – Pro – Gly – Phe – Ser – Pro – Phe – Arg

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Напишіть, з яких нуклеотидів складається м-РНК, за якою транслюється цей білок, вкажіть ініціатор та термінатор, позначте 5′ і 3′ кінці.

13. Гормон ізотоцин складається з дев’яти амінокислот такої послідовності:

Cys – Tyr – Ile – Ser – Asp – Cys – Pro – Іle – Gly

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Напишіть послідовність нуклеотидів, що кодують цей поліпептид, вкажіть можливий ініціатор та термінатор, позначте 5′ і 3′ кінці.

14. Гормон вазопресин складається з такої послідовності амінокислот:

Cys – Tyr – Phe – Glu – Asp – Cys – Pro –Arg – Gly

Напишіть можливі коди матричної ДНК, покажіть 5′ і 3′ кінці, ініціатор та термінатор.

15. Б удова адренокортикотропіну бика має такий склад:

Ser – Tyr – Ser – Met – Glu – His – Phe – Arg – Tуr – Gly – Lys – Pro – Val –

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Glu – Lys – ... – Phe

14 15 39

Напишіть можливу послідовність нуклеотидів м-РНК, за якою відбувається синтез пептиду.

16. Яка різниця в будові матричної ДНК, за якими побудовані молекули адренокортикотропіну різних видів?

Ser - ... – Asp – Gly – Glu - Ala – Glu – Asp – Ser – Ala – Glu – … - Phe

1 25 26 27 28 29 30 31 32 33 39

Ser - ... – Ala – Gly – Glu – Asp – Asp – Glu – Ala – Ser – Glu – … - Phe

1 25 26 27 28 29 30 31 32 33 39

Вкажіть 5′ і 3′ кінці.

17. У систему для штучного синтезу білка ввели т-РНК, які мають такі антикодони: CGА , UUА , АCА , CCА. Визначте, які амінокислоти можуть приєднуватись до цих т-РНК?

18. Гормон кишкової секреції гастрин має будову:

Gly – Gly – Pro – Tуr – Met – Glu – Glu – Glu – Glu – Glu – Ala – Tyr –

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Gly – Trр – Met – Asp – Phe

13 14 15 16 17

Напишіть будову м-РНК, за якою транслюється пептид, додаючи ініціюючі та стоп кодони, вкажіть 5′ і 3′ кінці.

19. Судинорозширюючий засіб еледозин складається з таких амінокислот

Glu – Pro – Ser – Lys – Asp – Ala – Phe – Ile – Gly – Leu – Met

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Напишіть послідовність нуклеотидів в ланцюгу м-РНК, за якою транслюється поліпептид, вкажіть 5′ і 3′ кінці, ініціюючі та термінуючі кодони.

20. Гормон плазми крові ангіотензин складається з таких амінокислот:

Asp – Arg – Val – Tur – Val – His – Pro – Phe

1 2 3 4 5 6 7 8

Напишіть послідовність нуклеотидів в ланцюгу м-РНК, за якою транслюється полі пептид, позначте ініціюючі та термінуючі кодони.

21. Нуклеотидна послідовність вірусу має вигляд:

5′ UCA – UGU – UUG – AAA 3′

Вірус містить 3 гени, які перекриваються (А, В, С). Визначте амінокислотний склад білків, що кодуються генами А, В, С.

22. Захворювання на серповидно-клітинну анемію виникає внаслідок заміни Glu на Val в шостому положенні  -ланцюга гемоглобіну людини.

Визначте, який кодон змінюється в результаті місенс-мутації? Заміною якої основи це викликано?

23. -глобіновий ген складається з 5-ти послідовних ділянок ДНК:

екзон (90 пар нуклеотидів), інтрон (116 пар нуклеотидів), екзон (222 пари нуклеотидів), інтрон (646 пар нуклеотидів), екзон (126 пар нуклеотидів).

Вкажіть довжину м-РНК після сплайсингу, та визначте, з якої кількості амінокислот складається -глобін.

24. Геном віруса SV40 містить гени, що перекриваються, VP1 та VP2 і розміщені на ланцюгу ДНК таким чином:

5′ 3′

545 1488 1601 2574

Визначте загальну кількість амінокислот з яких складаються білки, що кодуються генами VP1 та VP2. З якої кількості амінокислот міг би складатися білок, якщо би він транскрибувався звичайним геном?

25. Ділянка віруса SV40 від 2677 до 5146 пари нуклеотидів є геном, що переривається. Ділянка містить інтрон від 4555 до 4900 пари нуклеотидів. Яку кількість амінокислот кодує цей ген?

Відповіді

1. 3,78нм

2. CAA – AAT – GTA – TCA – TAA

GTT – TTA – CAT – AGT – ATT

3. 816нм

4. A – 25,5%; C – 24,5%; T – 25,5%; G – 24,5%

5. A – 25%; C – 25%; T – 25%; G – 25%

6. До мутації: Tyr – Ser – Phe – Cys – Gly – Arg ;

після мутації: Tyr – Ser – Phe – Leu – Asp

7. а) 2052; б) 697,68нм

8. А – 1425; G – 950; Т – 1425

9. В нормі: Lys – Thr – Lys – Ile – Leu – Ile – His

після мутації: Lys – Pro – Lys – Tyr – Leu – Tyr

10. 70

11. 91,8нм

12. 5′ AUG – AAA – CGU – CCU – CCU – GGU – UUU – UCU – CCU – UUU – CGU – UUA 3′

13. 5′ ATG – TGT – TAT – TTC – TTG – GAT – TGT – CCT – ATT – GGT – TAA 3′

14. 5′ ATG – TGT – TAT – TTT – GAT – TGT – CCT – CGT – GGT – TAA 3′

15. 5′ UCU – UAU – UCU – AUG – GAA – CAU – UUU – CGU – UAU – GGU

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

– ААА – CCU – GUU – GAA – AAA – … - UUU 3′

11 12 13 14 15 39

16. У першого виду:

5′ … – GAT – GGT – GAA – GCT – GAA – GAT – TCT – GCT – GAA 3′

25 26 27 28 29 30 31 32 33

У другого виду:

5′ … – GCT – GGT – GAA – GAT – GAT – GAA – GCT – TCT – GAA 3′

25 26 27 28 29 30 31 32 33

17. Аланін, аспарагін, цистеін, гліцин

18. 5′ AUG – GGU – GGU – CCU – UAU – AUG – GAA – GAA – GAA – GAA – GAA – GCU – UAU – GGU – UGG – AUG – GAU – UUU – UAU 3′

19. 5′ AUG – GAA – CCU – UCU – AAA – GAU – GCU – UUU – AUU – GGU – CUU – AUG – UAA 3′

20. 5′ AUG – GAU – CGU – GUU – UAU – GUC – CAU – CCU – UUC – UAA 3′

21. а) Ser – Cys – Leu – Lys; б) His – Val; в) Met – Phe – Glu

22. GАА на GUA; A на U

23. 438 п.н.

24. 714; 676

25. 708