Решение задач с использованием знаний основ молекулярной биологии

Задача 1.

Начальный участок цепи А инсулина представлен следующими пятью аминокислотами:

Глицин-изолейцин-валин-глутамин (глн или глу NН₂)-глутамин (глн или глу NН₂)

Определите участок ДНК, кодирующей эту часть цепи инсулина.

Решение. Устанавливаем строение и-РНК, являющейся матрицей для синтеза цепи А инсулина. По таблице генетического кода находим стуктуру триплетов для глицина, изолейцина и т.д.

Таблица генетического кода дана как рабочий материал у студентов вместе с текстом задач.

1. Находим структуру триплета для глицина (ГГУ), зате для изолейцина (ААУ), валина (ГУУ), глутамина (ЦАА), глутамина (ЦАА).

2. Подобрав кодирующие триплеты, составляем и-РНК для данного полипептида.

ГГУ АУУ ГУУ ЦАА ЦАА

3. По цепочке и-РНК можно восстановить участок нити ДНК, с которой она транскрибировалась.

ЦЦА ТАА ЦАА ГТТ ГТТ,

но ДНК состоит из 2-х нитей. Зная строение одной нити, по принципу комплементарности достраиваем вторую. Целиком участок ДНК, кодирующий часть цепи А инсулина, будет иметь следующее строение:

ЦАА ТАА ЦАА ГТТ ГТТ

ГГТ АТТ ГТТ ЦАА ЦАА

Задача 2.

Участок молекулы ДНК, кодирующий часть полипептида, имеет следующее строение: АЦЦ АТТ ГАЦ ЦАТ ГАА .

Определите последовательность аминокислот в полипептиде.

Решение.

Строим и-РНК по условию задачи:

УГГ УАА ЦУГ ГУА ЦУУ

По таблице кода последовательно находим для каждого триплета соответствующую аминокислоту и строим участок искомого полипептида.

триптофан - нонсенс - лейцин - валин - лейцин - этого полипептида не будет, так как на нонсенс триплете транскрипция прекратится.

Задача 3.

При синдроме Фанкони (нарушение образования костной ткани) у больного с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты и-РНК:

УЦУ УГУ ГЦУ ГГУ ЦАГ ЦГУ ААА

Определите, выделение каких аминокислот с мочой характерно длясиндрома Фанкони.

Решение.

Серин - цистеин - аланин - глицин - глутамин - аргинин - лизин.

Задача 4.

У человека, больного цистинурией (содержание в моче больного большего, чем в норме, числа аминокислот), с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты и-РНК:

УЦУ УГУ ГЦУ ГГУ ЦАГ ЦГУ ААА.

У здорового человека в моче обнаруживается аланин, серин, глутамин и глицин.

а) Выделение каких аминокислот с мочой характерно для больных цистинурией?

б) Напишите триплеты, соответствующие аминокислотам, имеющимся в моче здорового человека.

Решение. а) пользуясь кодовой таблицей, узнаем состав выделяющихся аминокислот у больного: серин, цистеин, аланин, глицин, глутамин (глу NH₂), аргинин, лизин.

Аминокислоты, выделяющиеся у здорового человека, в задаче указаны. Исключаем их из списка, полученного нами, узнаем ответ на поставленный вопрос:

цистеин, аргинин, лизин.

Данные аминокислоты выделяются с мочой только больных цистинурией.

б) ГЦУ УЦУ ЦАА ГГУ.

Задача 5.

Четвертый пептид в нормальном гемоглобине (гемоглобин А) состоит из следующих аминокислот: валин - гистидин - лейцин - треонин - пролин - глутаминовая кислота - глутаминовая кислота - лизин.

а) У больного с симптомом спленомегалии (собирательный термин, обозначающий преимущественно хроническое увеличение селезенки) при умеренной анемии обнаружили следующий состав четвертого пептида: валин - лейцин - треонин - пролин - лизин - глутаминовая кислота - лизин. Определите изменения, произошедшие в ДНК, кодирующем четвертый пептид гемоглобина, после мутации.

б) У больного серповидноклеточной анемией состав аминокислот четвертого пептида гемоглобина следующий: валин - гистидин - лейцин - треонин - пролин - валин - глутаминовая кислота - лизин. Определите изменения в участке ДНК, кодирующем четвертый пептид гемоглобина, приведшие к заболеванию.

Решение. а) Так как у больного спленомегалией четвертый пептид укоротился на 1 аминокислоту (гистидин) и первая глутаминовая кислота (глу) заменена на лизин, то следовательно, действие мутагенного фактора привело к потере второго триплета - ГТА (и-РНК - ЦАУ), а в шестом триплете произошла мутация - замена оснований - транзиция.

Глутаминовая кислота - и-РНК - ГАА

ДНК - ЦТТ

лизин - и-РНК - ААА

ДНК - ТТТ

б) У больного серповидноклеточной анемией в шестом триплете произошла генная мутация: две трансверсии.

Глутаминовая кислота (глу) - валин

и-РНК - ГАА - ГУУ

ДНК - УТТ - ЦАА.

Задача 6.

Начальный участок цепи В инсулина представлен следующими 10 аминокислотами: фенилаланин - валин - аспарагиновая кислота - глутамин (глу NH₂ или глн) - гистидин - лейцин - цистеин - глицин - серин - гистидин.

Определите количественные соотношения аденин + тимин и гуанин + цитозин в цепи ДНК, кодирующей этот участок инсулина.

Решение.

По известному аминокислотнрму составу строим и-РНК:

УУУ ГУУ ГАУ ГАА ЦАУ УУА УГУ ГГУ УЦУ ЦАУ

Затем строим сначала одну нить, а потом вторую нить ДНК:

ААА ЦАА ЦТА ЦТА ГТА ААТ АЦА ЦЦА АГА ГТА

ТТТ ГТТ ГАТ ГАА ЦАТ ТТА ТГТ ГГТ ТЦТ ЦАТ

Подсчитываем все количество адениновых оснований (21), тиминовых (21), гуаниновых (9), цитозиновых (9). Затем высчитываем требуемое в условиях задачи

( А + Т ) ₌ ( 21 + 21 ) ₌ 42 _{= 2.3}

( Г + Ц ) ( 9 + 9 ) 18

Задача 7.

В одной молекуле ДНК тиминовый нуклеотид (Т) составляет 16 % от общего количества нуклеотидов.

Определите количество (в %) каждого из остальных нуклеотидов.

Решение. При решении задачи нужно исходить из того, что на основе принципа комплементарности количество А равно количеству Т, а Г - количеству Ц. Следовательно если Т - 16 %, то и А - 16 %. Тогда Г + Ц = 100 - 32 = 68, следовательно Г = Ц = 34 %.

Задача 8.

Допустим во фрагменте молекулы ДНК:

ТГТ ТАТ ТТТ ГАА ГАТ ТГТ

АЦА АТА ААА ЦТТ ЦТА АЦА (ген вазопрессина)

тимин на 5-м месте нижней цепочки замещен гуанином.

Определить: а) как отразится это замещение на первичной структуре синтезируемого в клетке белка;

б) может ли повлиять это замещение на наследственность организма.

Решение.

а) Так как последовательность триплетов в и-РНК следующая:

УГУ УАУ УУУ ГАА ГАУ УГУ,

то последовательность аминокислот в белке соответственно:

цистеин - тирозин - фенилаланин - глутаминовая кислота - аспаргин - цистеин.

При замене тимина на 5-м месте гуанином, в молекуле и-РНК 5-е положение изменяется:

УГУ - УЦУ - поэтому мономером в белке станет вместо тирозина - серин, что, конечно, приведет к изменению первичной структуры белка.

б) Да, если организм одноклеточный; у многоклеточного организма, в том случае, если это генеративная мутация, она скажется на наследственности гибрида.

При решении всех задач из таблицы берется первое упоминание аминокислоты и ее триплета.

1. Менделирующие признаки.

ЗАДАЧА №1

Галактоземия (неспособность усваивать молочный сахар) наследуется как аутосомный рецессивный признак. Успехи современной медицины позволяют предупредить развитие болезни и избежать тяжелых последствий нарушения обмена.

Какова вероятность рождения больных детей в семье, где один из супругов гомозиготен по гену галактоземии, но развитие болезни у него было предотвращено диетой, а второй гетерозиготен по галактоземии?

РЕШЕНИЕ.

с - галактоземия, Р сс х Сс

С -N. с С, с

F Сс, сс

50 %

ЗАДАЧА №2

У человека ген карих глаз доминирует над голубыми глазами, а умение владеть преимущественно правой рукой над леворукостью. Обе пары генов расположены в разных хромосомах.

а) Какие могут быть дети, если их родители гетерозиготны?

б) Какими могут быть дети, если отец левша, но гетерозиготен по цвету глаз, а мать голубоглазая, но гетерозиготна в отношении умения владеть руками?

РЕШЕНИЕ.

А - карие глаза,

а - голубые,

В - праворукость,

в - леворукость.

а) Р АаВв х АаВв

	АВ	Ав	аВ	ав
АВ	ААВВ	ААВв	АаВВ	АаВв
Ав	ААВв	ААвв	АаВв	Аавв
аВ	АаВВ	АаВв	ааВВ	ааВв
ав	АаВв	Аавв	ааВв	аавв

F 9/16 кареглазых правшей - 56,3 %

3/16 кареглазых левши - 18,7 %

3/16 голубоглазых правши - 18,7 %

1/16 голубоглазый левша - 6,3 %

б) Р Аавв х ааВв

G Ав, аВ

ав ав

F АаВв, Аавв, ааВв, аавв.

Равновероятны четыре фенотипа (25%)

ЗАДАЧА № 3.

У человека некоторые формы близорукости доминируют над нормальным зрением, а цвет карих глаз над голубыми. Гены обоих пар не сцеплены. Какое потомство можно ожидать от брака гетерозиготного мужчины с женщиной, имеющей голубые глаза и нормальное зрение?

РЕШЕНИЕ.

А -близорукость, Р АаВв х аавв

а - нормальное зрение. АВ ав

В - карие глаза, Ав

в - голубые глаза. аВ

ав

F АаВв, Аавв, ааВв, аавв

равновероятны (25%) четыре фенотипа.

ЗАДАЧА № 4.

У человека имеется две формы глухонемоты, которые определяются рецессивными аутосомными несцепленными генами.

а) Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где оба родителя страдают одной и той же формой глухонемоты, а по другой форме гетерозиготны?

б) Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где оба родителя страдают различными формами глухонемоты, а по второй паре генов глухонемоты каждый из них гетерозиготен?

РЕШЕНИЕ.

а - глухонемота 1, а) Р ааВв х ааВв

А - норма. аВ, ав аВ, ав

в - глухонемота 2, F ааВВ, ааВв, ааВв, аавв.

В - норма. Никакой - 0 %

б) Р ааВв х Аавв

аВ, ав Ав, ав

F АаВв, ааВв, Аавв, аавв

25 %

ЗАДАЧА № 5.

Некоторые формы катаракты и глухонемоты у человека передаются как аутосомные рецессивные несцепленные между собой признаки. Отсутствие резцов и клыков верхней челюсти также может передаваться как рецессивный признак.

а) Какова вероятность рождения детей со всеми тремя аномалиями в семье, где родители гетерозиготны по всем трем парам генов?

б) Какова вероятность рождения детей со всеми тремя аномалиями в семье, где один из родителей страдает катарактой и глухонемотой, но гетерозиготен по третьему признаку, а второй супруг гетерозиготен по катаракте и глухонемоте, но страдает отсутствием резцов и клыков на верхней челюсти?

РЕШЕНИЕ.

а - катаракта, а) Р АаВвСс х АаВвСс

А - N. АВС

в - глухонемота, АвС

В - нормальный слух. АВс

С - наличие резцов и клыков, Авс --- // ---

с - отсутствие. аВС

аВс

авС

авс авс

F ааввсс - 1/64 - 1,6 %.

б) Р ааввСс х АаВвсс

авС, авс АВс, Авс, аВс, авс

F ааввсс - 1/8 - 12,5 %