Банк задач по молекулярной биологии

ЗАДАЧИ

Задача 1.

В одной из цепей фрагмента ДНК нуклеотиды расположены в следующей последовательности:

5'…CCCGCCACCTGCGGA…3’.

Напишите последовательность нуклеотидов в комплементарной цепи ДНК. Укажите направление синтеза новой цепи.

Задача 2.

Участок ДНК имеет следующий состав нуклеотидов:

3'…AGTACGGCATGTAGC…5’

| | | | | | | | | | | | | | |

5’…TCATGCCGTACATCG…3’

Напишите нуклеотидный состав дочерних ДНК, отметьте старую и новую полинуклеотидные цепи, их 5'- и 3'-концы. Какие химические группы стоят на 5'- и 3'-концах ДНК?

Задача 3.

Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

3'…AGTACCGATACTCGA…5’

Напишите цепь иРНК, матрицей для которой служит данный фрагмент ДНК. Как называется синтез иРНК на матрице ДНК?

Задача 4.

Кодирующая зона участка иРНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

5'…UCAAGGCUAAGCUUU…3’

Напишите первичную структуру полипептида, закодированного в данном фрагменте иРНК. Как называется синтез первичной структуры полипептида на матрице иРНК?

Задача 5.

Гемоглобин взрослого человека – HbA – белок-тетрамер (состоит из двух α- и двух β-полипептидных цепей). В α-цепи 141 аминокислотный остаток, в β-цепи – 146. Сколько пар нуклеотидов входит в состав кодирующей зоны α- и β-цепей гемоглобина А?

Задача 6.

Первичная структура белков эукариот начинается с метионина, который впоследствии, как правило, отщепляется. Как называется кодон, стоящий в начале 1-го экзона структурного гена и кодирующего метионин? Напишите нуклеотидный состав кодонов ДНК и иРНК, кодирующих метионин.

Задача 7.

Кодирующий участок ДНК состоит из следующих нуклеотидов:

…TACCGACAAGAAACA…

Напишите состав кодонов иРНК, транскрибируемой с этой цепи. Определите состав соответствующих антикодонов тРНК, участвующих в трансляции. Напишите, какие аминокислоты переносят соответствующие тРНК.

Задача 8.

Напишите последовательность нуклеотидов участка ДНК, кодирующего следующую аминокислотную последовательность:

Лей-мет-три-фен-вал

Задача 9.

Участок молекулы ДНК состоит из следующих нуклеотидов:

…AGCAAAGGCATATTT…

Напишите последовательность нуклеотидов иРНК, переписанной с данной ДНК.

Задача 10.

Составьте схему репликации молекулы ДНК, имеющей следующий нуклеотидный состав:

…GATCTAAGCTACGAT…

…CTAGATTCGATGCTA…

Задача 11.

Кодирующий участок гена имеет следующий нуклеотидный состав:

…AACGTATACATAGTCTCCCGTTGC…

Сколько аминокислот закодировано в данном участке? При облучении лучами Рентгена выпал 7-й нуклеотид. Как изменится последовательность аминокислот в молекуле белка?

Задача 12.

В гене нуклеотиды располагаются в следующей последовательности:

…AAAGAACAC…

Как изменится последовательность аминокислот в полипептидной цепи, синтез которой контролируется данным геном, если в первом кодоне третий нуклеотид заменить на G, во втором кодоне третий нуклеотид заменить на Т, а в третьем кодоне третий нуклеотид заменить на Т?

Задача 13.

Дан участок полипептида, состоящий из следующих аминокислот:

Мет-вал-цис-лей-асп

Напишите нуклеотидный состав антикодонов тРНК, доставляющих эти аминокислоты к рибосоме.

Задача 14.

Участок молекулы иРНК имеет следующую нуклеотидную последовательность:

…CCAAGAUUUGUUAGUGAG…

Напишите антикодоны тРНК, комплементарные данной цепи. Какие аминокислоты транспортируют тРНК, имеющие соответствующие антикодоны?

Задача 15.

Участок одной из цепей ДНК имеет следующий состав нуклеотидов:

…ACGTAGCGTAACTGA…

Напишите последовательность нуклеотидов комплементарной цепи ДНК.

Задача 16.

Один из фрагментов ДНК имеет следующий состав нуклеотидов:

…ACGTGCGAA…

…TGCACGCTT…

Напишите дочерние ДНК, образовавшиеся в процессе репликации данного фрагмента ДНК.

Задача 17.

Одна из цепей ДНК имеет следующий состав нуклеотидов:

…TAGCGTAACTTTAAA…

Напишите нуклеотидный состав молекулы иРНК, синтезированной с данного участка ДНК.

Задача 18.

Дан участок полипептида, состоящий из 5 аминокислот:

Мет-асп-вал-лей-цис

Закодируйте этот участок в кодонах ДНК. Сколько нуклеотидов в кодирующем участке ДНК?

Задача 19.

Нуклеотиды в одном из генов располагаются в следующей последовательности:

…AAAGAACAC…

Как изменится последовательность аминокислот в полипептидной цепочке, кодируемой данным участком гена, если во всех кодонах заменить первые нуклеотиды: в первом кодоне А на G, во втором – G на А, в третьем – С на Т?

Задача 20.

В молекуле ДНК одной из водорослей содержание тимина составляет 20% от общего числа азотистых оснований. Сколько (в %) в этой молекуле ДНК содержится аденина, цитозина и гуанина? Напишите полные названия нуклеотидов ДНК и РНК, содержащие одинаковые азотистые основания – аденин и цитозин. Где в пространственной структуре ДНК располагаются азотистые основания?

Задача 21.

Участок одной из цепей ДНК имеет следующий состав нуклеотидов:

…ACCGTAGCGTAACCG…

Напишите последовательность нуклеотидов в комплементарной цепи данного фрагмента ДНК. Укажите количество водородных связей между комплементарными парами азотистых оснований. Сколько в данном фрагменте ДНК пуриновых и пиримидиновых оснований?

Задача 22.

Фрагмент ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов. Сколько полных витков спирали в этом фрагменте ДНК? Какова длина (в нм) этого фрагмента ДНК? Какие функции выполняет ДНК?

Задача 23.

Ген эукариот, кодирующий белок М, состоит из трех экзонов (по 120 пар нуклеотидов) и двух интронов (по 600 пар нуклеотидов). Сколько всего нуклеотидов содержится в незрелой про- иРНК и в зрелой иРНК? Объясните.

Задача 24.

Белок А состоит из 141 аминокислоты. Сколько пар кодирующих нуклеотидов содержится в гене, в котором закодирована первичная структура данного белка? Сколько кодонов кодирует данный белок?

Задача 25.

Фрагмент белка инсулина содержит следующие аминокислоты:

…фен-вал-асп-глу-гис-…

Напишите последовательность нуклеотидов иРНК и кодирующей зоны гена, контролирующего синтез данного фрагмента белка.

Задача 26.

В гене α-глобиновой цепи гемоглобина человека содержится около 16000 пар нуклеотидов. Сколько полных оборотов спирали в этом гене? Чему равна длина (в нм) гена α-глобиновой цепи гемоглобина? Что называют геном? В чем заключается основное отличие структуры гена про- и эукариот?

Задача 27.

В одном из участков ДНК имеется 37 нуклеотидов, содержащих аденин, и 13 нуклеотидов, содержащих гуанин. Сколько в этом участке ДНК нуклеотидов, содержащих цитозин, и сколько нуклеотидов, содержащих тимин? Напишите полные названия нуклеотидов ДНК, в состав которых входит аденин, гуанин, тимин, цитозин.

Задача 28.

Белок ЕSМ состоит из 300 аминокислот. Ген этого белка состоит из двух интронов (по 10 тысяч пар нуклеотидов в каждом) и трех экзонов (в каждом одинаковое количество пар нуклеотидов). Сколько пар нуклеотидов во всех экзонах и в одном экзоне? Сколько пар нуклеотидов во всех интронах? Сколько всего пар нуклеотидов в гене данного белка? Сколько кодонов во всех экзонах гена, кодирующего этот белок?

Задача 29.

Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

…CACGTAAATTGAGGCTTCCTCATTACT…

Сколько кодонов в данной цепи ДНК? Какие аминокислоты кодируют 1-й, 5-й и 6-й кодоны? Напишите нуклеотиды антикодонов тРНК, транспортирующих эти аминокислоты. Напишите полинуклеотидную цепь иРНК, комплементарную данной ДНК. Напишите кодоны-синонимы иРНК, кодирующие валин и пролин.

Задача 30.

Одноцепочечная ДНК одного из вирусов имеет молекулярную массу 9600000 дальтон. Сколько белков закодировано в ДНК этого вируса, если типичный белок его состоит в среднем из 400 мономеров, а средняя молекулярная масса одного нуклеотида ДНК – более 500 дальтон?

Задача 31.

Дан фрагмент ДНК:

5'…CCACGATGA…3’ направление движения геликазы

3’…GGTGCTACT…5’

Нарисуйте схему репликации данного фрагмента ДНК.

Обозначьте на дочерних ДНК 5'- и 3'-концы, старые и новые полинуклеотидные цепи, укажите направление их синтеза. Какая из них синтезируется непрерывно, какая – прерывисто (фрагментами)? Обозначьте количество водородных связей между комплементарными основаниями в дочерних ДНК?

Задача 32.

Длина хромосомной ДНК E.coli – 1100-1400 мкм, состоит из 3х10⁶ п.н. Скорость ее репликации – 10⁵ п.н./мин. Сколько времени длится репликация всей кольцевой молекулы ДНК E.coli?

Задача 33.

Геном человека (46 хромосом) содержит 6х10⁹ п.н. Средняя хромосома, состоящая их одной молекулы ДНК, содержит около 150 млн. п.н. Сколько времени потребовалось бы для репликации такой молекулы за счет только одной репликационной вилки, движущейся со скоростью 50 нукл./сек.?

Чем можно объяснить более медленную скорость репликации у эукариот, по сравнению с прокариотами? Сколько времени длится репликация всего генома в клетках млекопитающих (см. приложение)?

Задача 34.

В норме начальный фрагмент β-цепи гемоглобина взрослого человека имеет следующую последовательность аминокислотных остатков:

…вал-гис-лей-тре-про-глу…

Благодаря повторным мутациям гена β-цепей возникли множественные молекулярные формы гемоглобинов, некоторые из них проявляются в фенотипе в виде анемии. Например, если в β-глобиновой цепи в 6-м положении произойдет замена Глу на Вал, то будет синтезироваться гемоглобин S (фенотип – тяжелая анемия). Если Глу заменится на Лиз, то будет синтезироваться гемоглобин С (фенотип – слабовыраженная анемия).

Напишите последовательность кодирующих кодонов фрагмента гена β-глобина, в котором зашифрован данный участок β-цепи гемоглобина человека в норме и при заменах Глу на Вал и Лиз.

Задача 35.

У больных одной из форм β-талассумии (основной симптом – анемия) в гене β-глобиновой цепи гемоглобина человека в 41-м триплете обнаружена микроделеция цитозина:

…AGG TTC TTT GAG TGG TTT…

40 41 42 43 44 45

Напишите последовательность нуклеотидов иРНК и аминокислот в β-глобине в норме и при сдвиге рамки считывания в результате выпадения цитозина в триплете 41.

Задача 36.

Дан фрагмент кодирующей зоны гена инсулина человека:

3'…CCATAACCACTT…5’ ← цепь А

5’…GGTATTGGTGAA…3’ ← цепь Б

Предположим, в Б-цепи находится промотор. На каком конце (5'- или 3'-) Б-цепи должен находиться промотор? Какая из цепей ДНК является матрицей для иРНК? Напишите нуклеотидный состав иРНК, образовавшейся в результате транскрипции с данного фрагмента ДНК. Обозначьте на иРНК 5'- и 3'-концы. Укажите направление синтеза иРНК и направление транскрипции на матрице ДНК.

Задача 37.

На фрагменте одной нити ДНК нуклеотиды расположены в последовательности:

…AAGTCTACGTAT…

Определите процентное содержание всех нуклеотидов в этом гене и его длину.

Задача 38.

В молекуле ДНК на долю цитидиловых нуклеотидов приходится 18%. Определите процентное содержание других нуклеотидов в этой ДНК.

Задача 39.

В молекуле ДНК обнаружено 880 гуаниловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего числа нуклеотидов в этой ДНК.

Определите: а) сколько других нуклеотидов в этой ДНК? б) какова длина этого фрагмента?

Задача 40.

Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69000, из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК. Определите длину этого фрагмента.

Задача 41.

Вирусом табачной мозаики (РНК-овый вирус) синтезируется участок белка с аминокислотной последовательностью:

…ала–тре–сер–глу–мет…

Под действием азотистой кислоты (мутагенный фактор) цитозин в результате дезаминирования превращается в урацил. Какое строение будет иметь участок белка вируса табачной мозаики, если все цитидиловые нуклеотиды подвергнутся указанному химическому превращению?

Задача 42.

Какие нуклеотиды и в каком соотношении необходимо использовать для синтеза иРНК с помощью микрококковой РНК-полимеразы, чтобы транслируемый с нее полипептид включал аминокислоты Гис и Лиз в соотношении 1:1 и не содержал аминокислоту Цис?

Задача 43.

Составьте таблицу по представленному образцу (табл.), заполните ее и укажите правильно 5' и 3'-концы для молекулы ДНК, иРНК и тРНК.

Строение участка ДНК и соответствующие ему иРНК, тРНК и белок

C

Двухнитчатая ДНК

Т

G

А

U

иРНК

G

C

А

Антикодон тРНК

Триптофан

Аминокислота, включающаяся в белок

Задача 44.

Одноцепочечный олигонуклеотид состава …TTACGGTTC… был использован в качестве затравки в ДНК-полимеразной реакции. Определите отношение А/Т, G/C, (А+Т)/(G+C) во вновь синтезированном полинуклеотидном фрагменте после однократной репликации.

Задача 45.

Укажите, какие основные соединения получатся при воздействии трипсина на пептид сер-тир-глу-фен-арг-три-гли-лиз-вал. Напишите нуклеотидную последовательность двуцепочечной молекулы ДНК, кодирующей данный пептид? Каково процентное содержание каждого из 4х видов нуклеотидов?

Задача 46.

Укажите, какие основные соединения получатся при воздействии химотрипсина на пептид асп-тре-гис-три-фен-ала-мет-гли-арг. Напишите нуклеотидную последовательность двуцепочечной молекулы ДНК, кодирующей данный пептид? Каково процентное содержание каждого из 4х видов нуклеотидов?

Задача 47.

Рассмотрите и рассчитайте количественные характеристики синтеза белка. В ретикулоцитах (предшественник эритроцитов), синтезирующих главным образом гемоглобин, - 105 рибосом. За минуту образуется 40 000 субъединиц гемоглобина. За какое время на рибосоме образуется одна субъединица гемоглобина? За какое время пептидная цепь гемоглобина удлиняется на одну аминокислоту? Учитывать, что ретикулоциты не содержат ядер и, следовательно, новые РНК (и новые рибосомы) в них не образуются. Сколько пептидных цепей гемоглобина должно в таком случае синтезироваться на одной рибосоме ретикулоцита?

При решении следует исходить из содержания гемоглобина в эритроците. Данные для его вычисления: в 100 мл крови - 5х1011 эритроцитов и 15 г гемоглобина; 1 моль гемоглобина имеет массу 75 000 г и содержит 6х1023 молекул.

Задача 48.

В молекуле ДНК содержится 320 тысяч содержащих аденин нуклеотидов и 245 тысяч нуклеотидов, содержащих гуанин. Сколько нуклеотидов каждого из четырех видов потребуется для редупликации ДНК? Вычислить ФС (фактор специфичности).

Задача 49.

В молекуле ДНК обнаружено 480 тысяч содержащих гуанин нуклеотидов, которые составляют 33% от общего количества нуклеотидов этой ДНК. Сколько содержится по отдельности нуклеотидов других видов в этой ДНК?

Задача 50.

В иРНК содержание аденина, цитозина, гуанина и урацила составляет 22, 27, 23 и 28% соответственно. Рассчитайте нуклеотидный состав участка двуцепочечной ДНК, на котором был осуществлен синтез данной иРНК.

Вопросы для самоконтроля:

1. Перечислите основные пуриновые и пиримидиновые азотистые основания в ДНК и РНК. Какая пентоза входит в состав ДНК и РНК?

2. Как называются необычные редкие азотистые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот? Приведите примеры. В какой нуклеиновой кислоте их много?

3. Сколько в генетическом коде всего кодонов, сколько из них кодируют аминокислоты?

4. Назовите и охарактеризуйте свойства генетического кода.

5. Какова структурная организация гена эукариот?

6. Что такое «структурный ген»?

7. В каких хромосомах человека локализованы гены рРНК?

8. В чем биологический смысл повторности генов гистонов, рибосомальных белков, тРНК, рРНК?

9. Как изменится функция гена, неработающего в данный период онтогенеза, если перед ним встроится мигрирующий генетический элемент с промотором? К каким последствиям это может привести?

10. Перечислите основные активаторы генов. Какие из этапов экспрессии генов относятся к реакциям матричного синтеза? Какие из этапов отсуствуют у большинства прокариот?

11. Назовите уровни организации двухцепочечной молекулы ДНК. За счет каких связей формируются первичный и вторичный уровни организации ДНК? К какому концу (5'- или 3'-) нуклеотида присоединяется новый нуклеотид? В каком направлении растет полинуклеотидная цепь?

12. Чему равен диаметр и шаг (полный виток) двойной спирали? Сколько нуклеотидов в одном витке спирали ДНК? Сколько полных витков в гене муковисцидоза, состоящего из 250 тыс. пар нуклеотидов (п.н.)? Чему равна длина (в нм) этого участка ДНК?

13. Как называются новые полинуклеотидные цепи, синтезирующиеся прерывисто и непрерывно? Какой фермент «сшивает» фрагменты Оказаки?

14. Назовите ферменты и белки, обеспечивающие репликацию ДНК, охарактеризуйте функции каждого из них.

15. Как называется синтез ДНК на матрице иРНК?

16. Какие свойства ДНК обеспечивают стабильность и лабильность генов?

17. Благодаря какому свойству генетического кода одна аминокислота может быть закодирована несколькими кодонами? Какое это имеет значение?

18. Назовите этапы экспрессии генов.

19. Как называется синтез про- иРНК и иРНК, где он происходит в клетках? Какой фермент обеспечивает синтез про- иРНК?

20. Как называется цепь ДНК, которая служит матрицей для синтеза иРНК? В каком направлении растет цепь иРНК? Нуклеотиды какой зоны гена транскрибируются первыми?

21. Назовите ферменты и белки, участвующие в транскрипции, охарактеризуйте их функции.

22. Что называют прямой транскрипцией? Где в эукариотической клетке происходит транскрипция? Какие функциональные зоны гена эукариот транскрибируются, какие – не транскрибируются?

23. В чем биологический смысл встречной транскрипции? Для каких генов характерна встречная транскрипция?

24. Что такое амплификация генов?

25. Каким концом присоединяется иРНК к рибосоме?

26. Какие два функциональных участка имеются в большой субъединице рибосомы? В каком функциональном участке рибосомы происходит элонгация?

27. Сколько тРНК в клетке? Какие кодоны иРНК не имеют тРНК? Какой этап экспрессии генов отсутствует при синтезе тРНК?

28. Почему репликацию относят к реакциям матричного синтеза? Какие еще реакции относят к реакциям матричного синтеза? В чем их преимущество?

29. Какие химические группы образуют остов спирали ДНК? Где они располагаются в пространственной структуре ДНК?

30. Как называется синтез полипептида на матрице иРНК? Где он происходит?

31. Что тяжелее белок или его ген? Поясните.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1. Генетический код

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

Таблица 2. Двадцать аминокислот, входящих в состав белков

Сокращ. назв.	Аминокислота	Сокращ. назв.	Аминокислота
Ала Арг Асн Асп Вал Гис Гли Глн Глу Иле	Аланин Аргинин Аспарагин Аспарагиновая к. Валин Гистидин Глицин Глутамин Глутаминовая к. Изолейцин	Лей Лиз Мет Про Сер Тир Тре Три Фен Цис	Лейцин Лизин Метионин Пролин Серин Тирозин Треонин Триптофан Фенилаланин Цистеин

Таблица 3. Репликация у про- и эукариот.