Правила решения и критерии оценивания задач по молекулярной биологии
Для решения задач данного типа необходимы знания о строении и свойствах ДНК и РНК, принципе комплементарности, коде ДНК и его свойствах, механизме биосинтеза белка, этапах диссимиляции глюкозы, роли АТФ в клеточном метаболизме.
Основные биологические понятия:
ген – участок ДНК, в матричной цепи которого зашифрована информация о первичной структуре одной полипептидной цепи; матрица для синтеза всех видов РНК;
генетический код – система записи информации о порядке аминокислот в белковой молекуле в виде последовательности нуклеотидов ДНК или РНК;
триплет (кодон) – три последовательно соединенных нуклеотида ДНК или РНК, несущих информацию об определенной аминокислоте;
антикодон – кодовый триплет т-РНК, комплементарный кодону и-РНК и определяющий аминокислоту, которую переносит данная т-РНК;
комплементарность – свойство азотистых оснований избирательно соединяться друг с другом (А-Т (У), Ц-Г);
репликация – процесс удвоения ДНК в соответствии с принципом комплементарности;
транскрипция («переписывание») – процесс синтеза и-РНК на кодирующей цепи гена в соответствии с принципом комплементарности;
трансляция – процесс синтеза белковой молекулы на рибосоме в соответствии с последовательностью кодонов и-РНК;
правило Чаргаффа – правило соответствия количества пуриновых (А+Г) нуклеотидов в молекуле ДНК количеству пиримидиновых (Т+Ц) нуклеотидов. Следствие: в любой двуцепочной структуре нуклеиновых кислот количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых (уридиловых), а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству цитидиловых, т. е. А = Т(У); Г = Ц;
экзон – фрагмент гена эукариот, несущий информацию о структуре белковой молекулы;
интрон – фрагмент гена эукариот, не несущий информации о структуре белковой молекулы;
зрелая и-РНК (матричная) – и-РНК эукариот, образовавшаяся в результате рестрикции и сплайсинга и состоящая только из экзонов;
диссимиляция глюкозы – процесс ферментативного расщепления и окисления глюкозы;
фосфорилирование – процесс образования АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты;
гликолиз – процесс ферментативного расщепления глюкозы без участия кислорода до c образованием 2 молекул АТФ;
аэробный гликолиз – процесс ферментативного расщепления и окисления органических веществ (в том числе, глюкозы) до конечных продуктов с участием кислорода как акцептора электронов в ходе окислительного фосфорилирования;
дыхание – процесс окисления сложных органических веществ до более простых с целью аккумуляции энергии в АТФ.
Задачи по теме «Принцип комплементарности, правило Чаргаффа»
Для решения задач этого типа необходимо знание принципа комплементарности, строения и свойств ДНК и РНК, правило Чаргаффа.
Задача 1. Достроить вторую цепочку молекулы ДНК, имеющую следующую последовательность нуклеотидов в одной цепи: АТТЦГАЦГГЦТАТАГ. Определить ее длину, если один нуклеотид имеет длину 0,34 нм по длине цепи ДНК.
Решение:
1. Вторая цепочка ДНК строится по принципу комплементарности (А-Т, Г-Ц):
1-ая цепь ДНК – А Т Т Ц Г А Ц Г Г Ц Т А Т А Г
2-ая цепь ДНК – Т А А Г Ц Т Г Ц Ц Г А Т А Т Ц
2. L ДНК = L НУКЛ × n НУКЛ.
в одной цепи ДНК = 0,34нм × 15 = 5,1 нм
Ответ: вторая цепь ДНК имеет состав нуклеотидов
ТААГЦТГЦЦГАТАТЦ, длина ДНК составляет 5,1 нм.
При оформлении задач такого типа краткую запись того, что в задаче дано можно не записывать. При написании нуклеотидов в комплементарных цепях следует аккуратно комплементарные нуклеотиды размещать друг напротив друга.
Задача 2. В молекуле ДНК тимидиловых нуклеотидов 30, что составляет 15% от общего количества нуклеотидов. Определите количество других видов нуклеотидов в данной молекуле ДНК.
Решение:
1. По правилу Чаргаффа количество Т в ДНК = А; следовательно А будет 15%.
2. В сумме А+Т = 30%, что составляет 60 нуклеотидов.
3.Находим общее количество нуклеотидов в молекуле ДНК: х=3000/20=150
4. Г + Ц = 100%-30%=70%, значит Г=35%,Ц=35%
Г+Ц=90, значит Г=45, Ц=45.
Ответ: А=30(15%), Т=30(15%), Г=45(35%), Ц=45(35%).
При решении задач такого типа строгих регламентирующих правил оформления нет. Однако учитывайте, что в записи решения задачи по молекулярной биологии должен прослеживаться ход рассуждений и должна быть записана четкая последовательность действий.
Задача 3. Химический анализ показал, что 28% от общего числа нуклеотидов данной и-РНК приходится на адениловые, 6% - на гуаниловые, 40% - на урациловые нуклеотиды. Каков должен быть нуклеотидный состав соответствующего участка одной цепи гена, информация с которого «переписана» на данную и-РНК?
Решение:
1. Подсчитываем процентное содержание цитидиловых нуклеотидов в молекуле и-РНК: Ц = 100% -28% - 6% - 40% = 26%.
2. Зная, что и-РНК синтезируется с кодирующей цепи гена по принципу комплементарности (причем Т заменяется на У), подсчитываем процентный состав
нуклеотидов в одной цепочке гена:
Ц и-РНК = Г гена = 26%,
Г и-РНК = Ц гена = 6%,
А и-РНК = Т гена = 28%,
У и-РНК = А гена = 40%.
Ответ: нуклеотидный состав одной из цепей гена следующий: гуаниловых нуклеотидов – 26%, цитидиловых- 6%, тимидиловых - 28%, адениловых - 40%.
Задача 4. Химический анализ показал, что в составе и-РНК 20% адениловых нуклеотидов, 16% урациловых, 30% цитидиловых. Определите качественный состав нуклеотидов в ДНК, с которой была считана информация на и-РНК.
Решение:
1.Определяем в процентах содержание гуаниловых нуклеотидов в и-РНК:
Г (и-РНК)= 100%-(А+У+Ц)= 100%-(20%+16%+30%)= 34%
2.Определяем качественный состав цепи РНК и ДНК, с которой проходила транскрипция:
| и-РНК | А(20%) | У(16%) | Ц(30%) | Г(34%) |
| ДНК(1 цепь) | Т(20%) | А(16%) | Г(30%) | Ц(34%) |
| ДНК(2 цепь) | А(20%) | Т(16%) | Ц(30%) | Г(34%) |
3.Состав ДНК:
А=(20%+16%):2=18%
Т=(20%+16%):2=18%
Ц=(34%+30%):2=32%
Г=(34%+30%):2=32%
Ответ: А,Т=18%; Ц,Г =32%.
Раздел 2. Задачи по теме «Свойства генетического кода»
Для решения этих задач необходимо знание свойств кода ДНК, умение пользоваться таблицей генетического кода.
Задача 5. В белке содержится 51 аминокислота. Сколько нуклеотидов будет в цепи гена, кодирующей этот белок, и сколько - в соответствующем фрагменте молекулы ДНК?
Решение:
1)Поскольку генетический код триплетен, т. е. одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, то количество нуклеотидов в кодирующей цепи гена будет 51
51× 3 = 153.
2) а в двухцепочечной ДНК количество нуклеотидов будет вдвое больше, т. е. 153 × 2 = 306.
Ответ: в кодирующей цепи гена будет содержаться 153 нуклеотида, во фрагменте ДНК-306.
Обратите внимание, что транскрипция проходит только на одной цепи ДНК!
Задача 6. В кодирующей цепи гена содержится 600 нуклеотидов. Сколько аминокислот содержится в молекуле белка, информация о которой закодирована в этом гене,
если в конце гена имеются два стоп - кодона?
Решение:
1. Поскольку в конце гена имеются два стоп -кодона, то 6 нуклеотидов (2×3) не несут информации о структуре белка. Значит, информация о данном белке закодирована в цепочке из 594 (600 – 6) нуклеотидов.
2. Основываясь на триплетности кода, подсчитаем количество аминокислот: 594: 3 = 198.
Ответ: в молекуле белка содержится 198 аминокислот.