Решение задач
Молекулярная биология изучает механизмы хранения и передачи наследственной информации.
Задачи по молекулярной биологии встречаются в двух основных темах: нуклеиновые кислоты, генетический код. Задачи можно условно разделить на несколько видов:
1. Установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов тРНК, используя принцип комплементарности.
2. Вычисление количества нуклеотидов, их процентное соотношение в цепи ДНК, иРНК.
3. Вычисление количества водородных связей.
4. Определение дины, массы ДНК, иРНК.
5. Определение последовательности аминокислот по таблице генетического кода.
6. Определение массы ДНК, гена, белка, количества аминокислот, нуклеотидов.
Ход и запись первой типовой задачи я показываю на доске, другие задачи учащиеся решают самостоятельно на уроках, дома, на факультативе, соблюдая следующие требования:
1. ход решения должен соответствовать последовательности процессов, протекающих в клетке
2. решать задачи осознано, обосновывать каждое действие теоретически
3. запись решения оформлять аккуратно, цепи ДНК, иРНК,тРНК прямые, символы нуклеотидов четкие, расположены на одной линии по горизонтали
4. цепи ДНК, иРНК,тРНК размещать на одной строке без переноса
5. ответы на все вопросы выписывать в конце решения
При изучении темы «Нуклеиновые кислоты»
Опорный конспект:
Нуклеиновые кислоты
| ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) две цепи в спирали | РНК (рибонуклеиновая кислота) одна цепь |
| состоят из нуклеотидов Строение нуклеотида | |
| 1 дезоксирибоза | 1 рибоза |
| 2 остаток фосфорной кислоты | 2 остаток фосфорной кислоты |
| 3 азотистое основание: | 3 азотистое основание: |
| А- аденин | А- аденин |
| Г – гуанин | Г – гуанин |
| Ц – цитозин | Ц – цитозин |
| Т - тимин | У - урацил |
| Принцип комплементарности | |
| А-Т, Г-Ц | А-У, Г-Ц |
| Между азотистыми основаниями водородные связи А = Т двойная, Г ≡ Ц тройная | |
| Правила Чаргаффа 1. А=Т, Г=Ц 2. А+Г = Т+Ц | |
| Функция: хранение наследственной информации *Спираль ДНК: 1. Ширина 2 нм 2. Шаг спирали 10 пар нуклеотидов 3,4 нм 3. Длина нуклеотида 0, 34 нм 4. Масса ДНК 6·10-12 | Виды РНК и их функции: 1. иРНК или мРНК (информационная или матричная) – 5%, считывает информацию с ДНК и переносит её к рибосоме 2. тРНК (транспортная) – 10%, переносит аминокислоту 3. рРНК (рибосомальная) – 85%, входит в состав рибосом |
*азотистые основания: 1. Пуриновые – А, Г 2. Пиримидиновые – Ц, Т,У Термины: репликация, репарация, транскрипция.
* – обозначен материал, изучаемый в профильных классах, и на факультативах
Первый тип задач - это задачи на установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов тРНК используя принцип комплементарности.
Задачи.
1. Участок правой цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т. Запишите последовательность нуклеотидов левой цепи ДНК.
| Дано: | ДНК | А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т |
| Решение: | ДНК | Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А |
(нуклеотиды левой цепи ДНК подбираем по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц)
Ответ: левая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А
2. Участок цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: Ц-Т-А-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г. Запишите последовательность нуклеотидов иРНК.
Дано: ДНК Ц-Т-А-А- Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т- Г- А- Г
Решение: иРНК Г-А- У-У -Г- Г- У -А- У -Ц-А-А-Ц- У -Ц
(нуклеотиды иРНК подбираем по принципу комплементарности А-У, Г-Ц)
Ответ: иРНК имеет последовательность нуклеотидов Г- А-У-У-Г- Г-У-А-У-Ц-А-А-Ц-У-Ц
3. Определите последовательность нуклеотидов иРНК, антикодоны молекул тРНК, если фрагмент ДНК имеет последовательность нуклеотидов Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-Т-А-А-Г-Т-Ц
Дано: ДНК Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-Т-А-А-Г-Т-Ц
Решение: иРНК Ц-Г-Г-А-У-Г-А-У-У-Ц-А-Г тРНК Г-Ц-Ц У-А-Ц У-А-А Г-У-Ц
(нуклеотиды подбираем по принципу комплементарности А-У, Г-Ц под ДНК сначала иРНК, затем тРНК)
Ответ: иРНК имеет последовательность нуклеотидов Ц-Г-Г-А-У-Г-А-У-У-Ц-А-Г
антикодоны тРНК Г-Ц-Ц, У-А-Ц, У-А-А, Г-У-Ц
Второй тип задач на вычисление количества нуклеотидов, их процентное соотношение в цепи ДНК, иРНК.
1. В одной молекуле ДНК нуклеотидов с тимином Т -22%. Определите количество (в %) нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в этой молекуле ДНК.
Дано: Т -22%
Найти: % А, Г, Ц
Решение 1:
1. согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%. Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.
2. 22+22=44% (А+Т)
3. 100- 44 =56% (Г+Ц)
4. Так как гуанин комплементарен цитозину, то их количество тоже равно, поэтому
56: 2 =28% (Г, Ц)
Решение 2:
1. согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%. Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.
2. А+Г и Т+Ц по 50 % следовательно 50 - 22=28% (Г, Ц)
Ответ: А=22%, Г=28%, Ц=28%
2. Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г, во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 1500 нуклеотидов Ц, что составляет 30% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?
Дано: Ц 30% - 1500нуклеотидов
Найти: нуклеотидов А, Т, Г
Решение1:
1. Так как Ц комплементарен Г и их количество равно, то Г =30%, что составляет 1500 нуклеотидов.
2. согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%
А+Г и Т+Ц по 50 % следовательно 50-30=20% (А, Т) 20х1500:30=1000 нуклеотидов (А, Т)
Решение2:
1. Так как Ц комплементарен Г и их количество равно, то Г =30%, что составляет 1500 нуклеотидов.
2. согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%
А+Г и Т+Ц по 50 % следовательно 50-30=20% (А, Т) 3. 1х1500: 30 =50 нуклеотидов (1%)
4. 20х50:1=1000 нуклеотидов (А, Т)
Ответ: во фрагменте молекулы ДНК содержится нуклеотидов Г=1500 нуклеотидов, А=1000 нуклеотидов, Т=1000 нуклеотидов.
3. * Участок молекулы ДНК (одна цепочка) содержит: 150 нуклеотидов - А 50 нуклеотидов – Т, 300 нуклеотидов – Ц, 100 нуклеотидов - Г. Определите: количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
Дано: нуклеотидов в 1-й цепи ДНК: А-150, Т-50, Ц-300, Г-100.
Найти: А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
Решение:
А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны, поэтому во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100
Всего нуклеотидов: 150х2+50х2+300х2+100х2=1200
Ответ: нуклеотидов во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100 1200 нуклеотидов в двух цепях
4. * В состав иРНК входят нуклеотиды: аденина 28%, гуанина 16%, урацила 24%. Определите процентный состав нуклеотидов в двуцепочечной молекулы ДНК, информация с которой «переписана» на иРНК
Дано: нуклеотидов в иРНК: А-28%, У-24%, Г-16%.
Найти: % А, Т, Ц, Г в ДНК.
Решение:
Определяем процентное содержание цтиозина в иРНК, учитывая, что сумма всех нуклеотидов иРНК составляет 100%:
100 - (24+28+16) = 32% (Ц)
Учитывая принцип комплементарности (А=Т, У=А, Г=Ц, Ц=Г), вычисляем процентный состав нуклеотидов смысловой цепи ДНК, с которой была списана информация на и РНК.
Т=28:2=14%, Г= 32:2=16%, А=24:2=12%, Ц=16:2=8%
Вторая цепочка ДНК является комплементарной первой, следовательно, в ней прцентный состав нуклеотидов следующий: А=14%, Ц=16%, Т=12%, Г=8%
В двуцепочечной ДНК процентное содержание нуклеотидов будет таким:
А = 12+14=26%, Т= 14+12=26%, Г=16+8=24%, Ц= 8+16=24%
Ответ: в двух цепях ДНК % состав нуклеотидов: Т -26%, А-26%, Г-24%, Ц-24%
* Третий тип задач на вычисление количества водородных связей.
1. Две цепи ДНК удерживаются водородными связями. Определите число: двойных и тройных водородных связей в этой цепи ДНК, если известно, что нуклеотидов с аденином 12, с гуанином 20 в обеих цепях.
Дано: А-12, Г-20
Найти: 2-х, 3-х, водородных связей в ДНК
Решение:
1. А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны
2. Между А и Т двойная водородная связь, поэтому 12х2=24 связи
3. Между Г и Ц тройная водородная связь, поэтому 20х3=60 связей
4. 24+60=84 водородных связей всего
Ответ: 24 двойных водородных связей, 60 тройных водородных связей, всего 84 водородных связей.
* Четвертый тип задач определение длины, ДНК, иРНК
1. Участок молекулы ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов. Определите длину этого участка (расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0, 34 нм)
Дано: 60 пар нуклеотидов
Найти: длину участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм
60х0,34= 20,4 нм
Ответ: 20,4 нм
2. Длина участка молекулы ДНК составляет 510нм. Определите число пар нуклеотидов в этом учаске.
Дано: длина участка ДНК 510нм
Найти: Определите число пар нуклеотидов
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм
510:0,34= 1500 нуклеотидов
Ответ: 1500 нуклеотидов
3. Число нуклеотидов в цепи ДНК равно 100. Определите длину этого участка
Дано: 100 нуклеотидов
Найти: длину участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм, ДНК состоит из 2-х цепей значит 50 пар нуклеотидов.
50х0,34=17нм
Ответ: 17нм
4. Число нуклеотидов в цепи и-РНК равно 100. Определите длину этого участка
Дано: 100 нуклеотидов
Найти: длину участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм, и-РНК состоит из одной цепи 100х0,34=34нм
Ответ: 34н
При изучении темы
«Биосинтез белка, генетический код»
я даю опорный конпект
Генетический код - последовательность аминокислот в белке, которая соответствует последовательности нуклеотидов в иРНК, ДНК.
Свойства кода: триплетность, вырожденность, неперекрываемость, универсальность.
Реакции матричного синтеза:
1. Редупликация - удвоение ДНК
2. Транскрипция –синтез иРНК на участке ДНК
3. Трансляция - перевод последовательности нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот в белке.
Триплет – 3 нуклеотида, кодон – триплет иРНК, антикодон - триплет тРНК,
20 аминокислот - 64 триплета (43=64), из них 3 не кодируют аминокислоты.
3 нуклеотида=1 триплет=1 аминокислота= 1тРНК
Константы:
Молярная масса нуклеотида 345\моль Молярная масса аминокислоты 100 г\моль
Пятый тип задач определение последовательности аминокислот по таблице генетического кода.
1. Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТГГАГТГАГТТА. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК
антикодоны тРНК и аминокислотную последовательность фрагмента молекулы белка.
Дано: ДНК Т-Г-Г-А-Г-Т-Г-А-Г-Т-Т-А
Найти: иРНК, тРНК и аминокислотную последовательность белка
Решение: ДНК Т- Г-Г- А-Г-Т- Г-А- Г- Т- Т- А
иРНК А-Ц-Ц- У-Ц-А -Ц-У-Ц- А - А-У
тРНК У- Г-Г- А-Г-У- Г-А-Г- У- У-А
иРНК разделим на тирплеты и по таблице генетического кода определим аминокислотную последовательность белка: тре, сер, лей, асн.
Ответ: иРНК А-Ц-Ц-У-Ц-А-Ц-У-Ц-А- А-У
тРНК У- Г-Г- А-Г-У- Г-А-Г- У- У-А
тре, сер, лей, асн
2. *Участок молекулы ДНК имеет следующее строение: ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА
Определите последовательность нуклеотидов соответствующего участка иРНК. Определите последовательность аминокислот в полипептиде, синтезируемом по иРНК. Как изменится последовательность аминокислот в полипептиде, если в результате мутации пятый нуклеотид в ДНК будет заменён на аденин? Ответ объясните.
Дано: ДНК ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ-ЦАА
Найти: аминокислотную последовательность белка исходного, мутированного
Решение: ДНК ГГА -АЦЦ-АТА-ГТЦ- ЦАА иРНК ЦЦУ- УГГ-УАУ-ЦАГ-ГУУ
По таблице генетического кода определим аминокислотную последовательность белка: про, три, тир, глн, вал
В результате мутации ДНК изменится ДНК ГГА -А А Ц-АТА-ГТЦ- ЦАА иРНК ЦЦУ- У У Г-УАУ-ЦАГ-ГУУ
По таблице генетического кода определим аминокислотную последовательность белка: про, лей, тир, глн, вал,
так как изменился нуклеотид в ДНК, то изменился нуклеотид иРНК, изменилась аминокислота и структура белка.
Ответ: про, три, тир, глн, вал; про, лей, тир, глн, вал.
Шестой тип задач определение массы белка, количества аминокислот, нуклеотидов.
1. Фрагмент молекулы ДНК содержит 1230 нуклеотидных остатков. Сколько аминокислот будет входить в состав белка?
Дано: 1230 нуклеотидов
Найти: количество аминокислот
Решение:
Одной аминокислоте соответствует 3 нуклеотда, поэтому 1230:3= 410 аминокислот.
Ответ: 410 аминокислот.
2. Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий белок из 210 аминокислот?
Дано: 210 аминокислот
Найти: количество нуклеотидов
Решение:
Одной аминокислоте соответствует 3 нуклеотда, поэтому 210х3=630 нуклеотидов
Ответ: 630 нуклеотидов
3. *Определите число аминокислот, входящих в состав белка, число триплетов и число нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок, если в процессе трансляции участвовало 30 молекул тРНК.
Дано: 30тРНК
Найти: число аминокислот, триплетов, нуклеотидов в гене
Решение:
1тРНК=1 аминокислоте, поэтому аминокислот 30
1 аминокислоте = 1 триплету, поэтому триплетов 30
1 триплет= 3 нуклеотида, поэтому 30х3=90 нуклеотидов.
Ответ: аминокислот 30, триплетов 30, 90 нуклеотидов
4. * Молекулярная масса полипептида составляет 40000. Определите длину кодирующего его гена, если молекулярная масса одной аминокислоты в среднем равна 100, а расстояние между соседними нуклеотидами в цепи ДНК составляет 0, 34 нм.
Дано: масса белка - 40000 масса аминокислоты - 100
расстояние между нуклеотидами 0,34нм
Найти: длину гена
Решение:
1. Найдем количество аминокислот 40000:100=400
2. 1 аминокислота=3 нуклеотида, 400х3=1200 нуклеотидов
3. Длина гена 1200х0,34=408нм
Ответ: длина гена 408нм