Исследования показали что нуклеотидный состав мрнк следующий 30 приходится на гуанин

Алгоритм решения задачи № 26

Алгоритм решения задачи № 25

Алгоритм решения задачи №14

Как изменится соотношение нуклеотидов в ДНК, копией которой является следующая м-РНК – УУГГАЦЦГГУУА, если произошли следующие изменения: после 1-го триплета был вставлен тимин, после второго и третьего добавлен аденин.

ДАНО:

· Мутации по типу вставки нуклеотидов

ОПРЕДЕЛИТЬ:

· Соотношение нуклеотидов в ДНК

РЕШЕНИЕ:

I1. Определим структуру ДНК.

м-РНК У У Г Г А Ц Ц Т Г У У А

ДНК А А Ц Ц Т Г Г А Ц А А Т

Т Т Г Г А Ц Ц Т Г Т Т А

2. Определим количество нуклеотидов А и Т

Всего нуклеотидов 24 – 100% Т = А = 25%

3. Определим количество нуклеотидов Г и Ц

Всего нуклеотидов 24 – 100% Ц = Г = 25%

ОТВЕТ:

Соотношение нуклеотидов А + Т/ Г + Ц = 1

II 1. определим структуру ДНК после мутаций

ДНК А А Ц Т Ц Т Г А Г АЦ А А А Т

Т Т Г А Г А Ц Т Ц Т Г Т Т Т А

2. Определим количество нуклеотидов А и Т в ДНК

Всего нуклеотидов 30 – 100% Т = А = 33,3%

3. Определим количество Г и Ц

4. Соотношение А+Т/Г+Ц = 1,99

ОТВЕТ:

Соотношение нуклеотидов в исходной ДНК и мутированной изменилось с 1 до 1,99.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Данная задача на молекулярную генетику. Для ее решения используем свойство обратной транскрипции и принципа комплементарности.

ДАНО:

ОПРЕДЕЛИТЬ:

· Процентный состав нуклеотидов в ДНК

РЕШЕНИЕ:

и-РНК 1) ДНК 2) ДНК 3) ДНК

ОТВЕТ:

Если в и-РНК процентный состав нуклеотидов: Г – 30%, Ц – 10%, А – 16%, У – 44%, то в ДНК он представлен следующим образом: Г и Ц – по 20%, А и Т – по 30%.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Для определения структуры одной цепи ДНК используем свойство обратной транскрипции. Вторую цепь получаем по принципу комплементарности (А-Т; Г-Ц). Для вычисления процентного состава нуклеотидов в ДНК, повторяющиеся нуклеотиды суммируем.

ДАНО:

· Количество аминокислот в гемоглобине – 287

ОПРЕДЕЛИТЬ:

РЕШЕНИЕ:
1. Определим количество триплетов в м-РНК

287 аминокислот = 287 триплетов в м-РНК

2. Определим количество триплетов в ДНК

287 триплетов м-РНК = 287 триплетов ДНК

3. Определим количество нуклеотидов в ДНК

4. Определим длину структурного гена, кодирующего молекулу гемоглобина

ОТВЕТ:

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Для решения данной задачи используем явление обратной трансляции, что позволяет определить количество триплетов в м-РНК по количеству аминокислот. Путем обратной транскрипции определяем количество триплетов в ДНК. Зная, что код триплетен, определяем общее количество нуклеотидов в цепи ДНК. Длину структурного гена вычисляем, используя расстояние между нуклеотидами.

Г л а в а III

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Алгоритм решения типовых задач

Алгоритм решения задачи № 1

Какая последовательность аминокислот зашифрована в следующем участке ДНК: ГЦАТТТАГАТГАААТЦАА?

ДАНО:

· Структура участка ДНК

ОПРЕДЕЛИТЬ:

· Последовательность аминокислот в полипептиде.

РЕШЕНИЕ:

ДНК: ГЦА Т Т Т АГА ТГА ААТ ЦАА

И-РНК: ЦГУ ААА УЦУ АЦУ УУА ГУУ

ПОЛИП.: АЛА-ГЛИ- ЦИС-ФЕН-ТРИ- АСП

ОТВЕТ:

Если участок ДНК представлен следующей последовательностью нуклеотидов ГЦАТТТАГАТГАААТЦАА, то полипептид будет состоять из аминокислот: аланина, глицина, цистеина, фенилаланина, триптофана и аспарагина.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Задача на этапы реализации генетической информации: транскрипцию-матричный синтез и-РНК, трансляцию- передачу этой информации в рибосому путем генетического кода.

Алгоритм решения задачи № 4

ДАНО:

ОПРЕДЕЛИТЬ:

· Структуру участка ДНК

РЕШЕНИЕ:

ДНК: ТТТ- ЦАА- АЦЦ-ААА-ЦАА-ТГЦ-ГЦА-ТЦГ

ААА- ГТТ- ТГГ- ТТТ- ГТТ-АЦГ-ЦГТ-АГЦ

ОТВЕТ:

Если полипептид представлен следующей последовательностью аминокислот валин – аланин – глицин – лизин – триптофан – валин – серин – глутаминовая кислота, то структура участка ДНК, кодирующего данный полипептид, следующая:

ТТТ- ЦАА- АЦЦ-ААА-ЦАА-ТГЦ-ГЦА-ТЦГ

ААА- ГТТ- ТГГ- ТТТ- ГТТ-АЦГ-ЦГТ-АГЦ

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Для решения данной задачи следует использовать явление обратной трансляции, что позволяет получить структуру и-РНК. Первую цепь ДНК получаем, используя обратную транскрипцию, вторую цепь строим по принципу комплементарности.

Алгоритм решения задачи №13

Известно, что определенный ген эукариотической клетки содержит 4 интрона (два по 24 нуклеотида и два по 36 нуклеотидов) и 3 экзона (два по 120 нуклеотидов и один 96 нуклеотидов). Определите: количество нуклеотидов в м-РНК; количество кодонов в м-РНК; количество аминокислот в полипептидной цепи; количество т-РНК, участвующих в трансляции.

ДАНО:

· 3 экзона (2 по 120 и 1 по 96)

· 4 интрона (2 по 24 и 2 по 36)

ОПРЕДЕЛИТЬ:

· Количество нуклеотидов в м-РНК

· Количество кодонов в м-РНК

· Количество аминокислот в полипептидной цепи

· Количество т-РНК, участвующих в трансляции

РЕШЕНИЕ:

· Определим количество нуклеотидов в проматричной РНК, так как она является слепком с гена, который ген состоит из суммы экзонной и интронной частей.

2×120 + 1× 96 + 2 × 24 + 2 × 36 = 456

· определим количество нуклеотидов в м-РНК, удалив интроны

456 – (2 × 24 + 2 × 36) = 336

· определим количество кодонов в м-РНК, используя свойство триплетности генетического кода

· определим количество аминокислот в полипептидной цепи, используя принцип коллинеарности

112 кодонов = 112 аминокислот

· определим количество т-РНК, участвующих в трансляции, учитывая что одна молекуоа т-РНК доставляет в рибосому одну молекулу аминокислоты

ОТВЕТ:

Если ген состоит из 4 интрона (2 по 24 нуклеотида и 2 по 36 нуклеотидов) и 3 экзона (2 по 120 нуклеотидов и 1 по 96 нуклеотидов), то:

— количество нуклеотидов в м-РНК – 336;

— количество кодонов в м-РНК – 112;

— количество аминокислот в полипептидной цепи – 112;

— количество т-РНК, участвущих в трансляции – 112.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Данная задача на этапы реализации генетической информации. Первым этапом является транскрипция, в результате проведения которой мы получаем про-м-РНК. Вторым этапом реализации является процессинг – вырезание несмысловой части про-м-РНК и получение цепи матричной РНК. Третьим этапом является трансляция в рибосомах и получение полипептидной цепи. Для определения количества аминокислот в цепи используем такие свойства генетического кода, как коллинеарность и триплетность.

Алгоритм решения задачи №14

Как изменится соотношение нуклеотидов в ДНК, копией которой является следующая м-РНК – УУГГАЦЦГГУУА, если произошли следующие изменения: после 1-го триплета был вставлен тимин, после второго и третьего добавлен аденин.

ДАНО:

· Мутации по типу вставки нуклеотидов

ОПРЕДЕЛИТЬ:

· Соотношение нуклеотидов в ДНК

РЕШЕНИЕ:

I 1. Определим структуру ДНК.

м-РНК У У Г Г А Ц Ц Т Г У У А

ДНК А А Ц Ц Т Г Г А Ц А А Т

Т Т Г Г А Ц Ц Т Г Т Т А

2. Определим количество нуклеотидов А и Т

Всего нуклеотидов 24 – 100% Т = А = 25%

3. Определим количество нуклеотидов Г и Ц

Всего нуклеотидов 24 – 100% Ц = Г = 25%

ОТВЕТ:

Соотношение нуклеотидов А + Т/ Г + Ц = 1

II 1. определим структуру ДНК после мутаций

ДНК А А Ц Т Ц Т Г А Г АЦ А А А Т

Т Т Г А Г А Ц Т Ц Т Г Т Т Т А

2. Определим количество нуклеотидов А и Т в ДНК

Всего нуклеотидов 30 – 100% Т = А = 33,3%

3. Определим количество Г и Ц

4. Соотношение А+Т/Г+Ц = 1,99

ОТВЕТ:

Соотношение нуклеотидов в исходной ДНК и мутированной изменилось с 1 до 1,99.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Данная задача на молекулярную генетику. Для ее решения используем свойство обратной транскрипции и принципа комплементарности.

Алгоритм решения задачи № 25

ДАНО:

ОПРЕДЕЛИТЬ:

· Процентный состав нуклеотидов в ДНК

РЕШЕНИЕ:

и-РНК 1) ДНК 2) ДНК 3) ДНК

ОТВЕТ:

Если в и-РНК процентный состав нуклеотидов: Г – 30%, Ц – 10%, А – 16%, У – 44%, то в ДНК он представлен следующим образом: Г и Ц – по 20%, А и Т – по 30%.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Для определения структуры одной цепи ДНК используем свойство обратной транскрипции. Вторую цепь получаем по принципу комплементарности (А-Т; Г-Ц). Для вычисления процентного состава нуклеотидов в ДНК, повторяющиеся нуклеотиды суммируем.

Алгоритм решения задачи № 26

ДАНО:

· Количество аминокислот в гемоглобине – 287

ОПРЕДЕЛИТЬ:

РЕШЕНИЕ:
1. Определим количество триплетов в м-РНК

287 аминокислот = 287 триплетов в м-РНК

2. Определим количество триплетов в ДНК

287 триплетов м-РНК = 287 триплетов ДНК

3. Определим количество нуклеотидов в ДНК

4. Определим длину структурного гена, кодирующего молекулу гемоглобина

ОТВЕТ:

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:

Для решения данной задачи используем явление обратной трансляции, что позволяет определить количество триплетов в м-РНК по количеству аминокислот. Путем обратной транскрипции определяем количество триплетов в ДНК. Зная, что код триплетен, определяем общее количество нуклеотидов в цепи ДНК. Длину структурного гена вычисляем, используя расстояние между нуклеотидами.

Г л а в а III

Дата добавления: 2018-11-24 ; просмотров: 1545 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Репарационные процессы ДНК

Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — это восстановление поврежденной структуры молекулы ДНК. Она осуществляется специфическими ферментами клетки и имеет несколько разновидностей.

Фоторепарация.Под действием ультрафиолетового облучения между двумя пиримидиновыми основаниями одной нити ДНК (чаще Т—Т) образуются химические связи (возникают димеры), препятствующие считывании информации (рис. 5). Эти дополнительные связи расщепляет фермент (дезоксипиримидинфотолиаза), активируемый видимым светом. Этот процесс называется фоторепарацией.

Рис. 5 Образование тиминового димера в результате воз­никновения ковалентных связей между смежными основа­ниями

Темновая, или эксцизионная (вырезающая) репарация.Она происходит последовательно: а) фермент (эндонуклеаза) «узнает» поврежденный участок нити ДНК; б) фермент (экзонуклеаза) «вырезает» поврежденный участок; в) с помощью фермента (ДНК-полимеразы) синтезируется фрагмент ДНК по принципу комплементарности по принципу комплементарное™; г) фермент (лигаза) «сшивает» концы вновь синтезированного участка с основной нитью ДНК.

По времени осуществления репарации различают дорепликативную, пострепликативную и репликативную (рис. 6).

Дорепликативная репарация. Представляет собой восстановление поврежденной нити ДНК до ее удвоения. В простейших случаях разрывы могут быть воссоединены лигазой. В других случаях используется полная фермен­тативная система репарации (приведена выше).

Пострепликативная репарация. Ее механизм точно не изучен, предполагают различные варианты синтеза ДНК на поврежденной матрице. При пострепликативной репарации происходит лишь вырезание поврежденного участка и сшивание концов, изменяя, таким образом, ген. При этом клетка может сохранять жизнеспособность и передавать дефектную ДНК дочерним клеткам.

Репликативнаярепарация. Представляет собой восстановление ДНК в процессе репликации. Этот тип репарации осуществляется удалением поврежденного участка в ходе репликации в зоне роста цепи либо элонгацией Цепи в обход повреждения. Как и при пострепликативной репарации, по­следовательность нуклеотидов в данном участке изменяется.

Существуют мутации, которые нарушают восстановление поврежденных Участков молекулы ДНК (нарушают репарацию). Примерами таких мутаций являются пигментная ксеродерма, анемия Фанкони, атаксия-телеангиэктазия. При пигментной ксеродерме в клетках больных отсутствует фермент дезоксипиримидинфотолиаза, необходимый для репарации ДНК, поврежденной Ультрафиолетовыми лучами. Под действием солнечного света появляются веснушки, расширение капилляров, ороговение эпидермиса, поражение глаз, развитие раковых опухолей кожи, которые приводят к преждевременной смерти.

Если мутация произошла в половой клетке и не была устранена в результате репарации, то она будет передана потомкам.

Рис. 6 Схема репарации участка ДНК

Мутации, которые определяют появление менее приспособленных особей, но сохраняются в популяции, называются генетическим грузом. Источниками генетического груза служат мутационные и сегрегационные (отпозднелат. segregatio — отделение, выщепление) процессы. Сегрегационный груз возникает в результате выщепления гетерозиготными родителями менее приспособленных гомозиготных потомков.

Изучение генетического груза че­ловека, наследования заболеваний важно для решения практических вопросов медицинской генетики. Ряд авторов выделяют общий генетический груз, обусловленный вредными мутациями, присутствующими в геноме человека, и выявляемый генетический груз (ту часть мутаций, которую удается обнаружить).

При отсутствии точных знании природы большинства генетических систем, лежащих в основе распространенных заболеваний, невозможно предсказать эффект повышения частоты мутаций. Необходимы обстоя тельные исследования, чтобы выяснить конкретный вклад генетических факторов в эти заболевания.

К таким факторам, повышающий частоту мутаций, можно отнести промышленные отходы, выбросы и выхлопы транспорта, электромагнитные излучения, ионизирующие излучения, лекарственные препараты, токсические вещества, накапливающиеся в пищевых продуктах при их неправильном хранении и обработке, и др. В целях снижения мутагенной нагрузки на человека необходимо внедрять технологии, которые не дают мутагенного загрязнения окружающей среды. Для снижения действия мутагенов рекомендуется диета, богатая естественными антимутагенами: витаминами (Е, С, А, В₅, К) и провитаминами. Некоторые пищевые продукты содержат эти вещества в значительном количестве (экстракт капусты, яблок, мятного листа, зеленого перца, ананаса, баклажана и др.). Сбалансированность пищи по незаменимым аминокислотам также снижает спонтанный уровень мутагенеза и придает организму устойчивость к мутагенам.

В связи с возрастающим загрязнением окружающей среды потенциаль­ными мутагенами перед органами здравоохранения поставлена задача пре­дотвращения рождения детей с наследственной патологией. Особое внимание должно уделяться пренатальной диагностике и методам, на которых она основана.

2.7 Задачи по молекулярной генетики:

№ 1. Какая последовательность аминокислот зашифрована в следующем участке ДНК: ГЦАТТТАГАТГАААТЦАА?

№ 2. Смысловая нить ДНК, соответствующая гену вазопрессина (гормона гипофиза, повышающего кровяное давление), содержит следующую последовательность нуклеотидов:

Определите последовательность нуклеотидов во второй нити ДНК; последовательность нуклеотидов в и-РНК, число аминокислот, входящих в состав вазопрессина.

№ 3. Участок гена имеет такую последовательность нуклеотидов: ТТТ-ТАЦ-АЦА-ТГТ-ЦАГ. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и последовательность аминокислот в белковой молекуле, которая синтезируется под контролем этого гена.

№ 4. Полипептид состоит из следующих аминокислот: валин – аланин – глицин – лизин – триптофан – валин – серин – глутаминовая кислота. Определите структуру участка ДНК, кодирующего указанный полипептид.

№ 5. Полипептид состоит из следующих аминокислот: аланин – цистеин – гистидин – лейцин – метионин – тирозин. Определите структуру участка ДНК, кодирующего эту полипептидную цепь.

№ 6. Как изменится структура белка, если из кодирующего его ДНК ААТАЦАТТТАААГТЦ удалить 5-й и 13-й слева нуклеотиды.

№ 7. Какие изменения произойдут в строении белка, если в кодирующем его участке ДНК – ТААЦАААГААЦАААА между 10-м и 11-м нуклеотидами включить цитозин, между 13-м и 14-м – тимин, а на конце прибавить еще один аденин?

№ 8. Участок ДНК, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий порядок азотистых оснований: ААААЦЦААААТАЦТТАТАЦАА. Во время репликации третий слева аденин выпал из цепи. Определите структуру полипептидной цепи, кодируемой данным участком ДНК, в норме и после выпадения аденина.

№ 12. Ген состоит из 3 одинаковых смысловых и 4 одинаковых несмысловых участков, причем интроны состоят из 120 нуклеотидов каждый, а весь ген имеет 1470 нуклеотидов. Сколько кодонов будет иметь про-м-РНК, каждый экзон, м-РНК и аминокислот в белке, закодированного в этом гене.

№ 13. Известно, что определенный ген эукариотической клетки содержит 4 интрона (два по 24 нуклеотида и два по 36 нуклеотидов) и 3 экзона (два по 120 нкулеотидов и один 96 нуклеотидов). Определите: количество нуклеотидов в м-РНК; количество кодонов в м-РНК; количество аминокислот в полипептидной цепи; количество т-РНК, участвующих в трансляции.

№ 14. Как изменится соотношение нуклеотидов в ДНК, копией которой является следующая м-РНК – УУГГАЦЦГГУУА. Если произошли следующие изменения: после 1-го триплета был вставлен тимин, после второго и третьего добавлен аденин.

№ 15. Фрагмент и-РНК имеет следующий состав: УУУ-ГУУ-ГАУ-ЦАА-ЦАЦ-УУА-УГУ-ГГГ-УЦА-ЦАЦ. Определите соотношение (А+Т)/(Г+Ц) во фрагменте названного гена.

№ 16 Определенный белок содержит 400 аминокислот. Какую длину имеет ген, под контролем которого этот белок синтезируется, если расстояние между нуклеотидами составляет 0,34 нм.

№ 17. Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК), в которых запрограммированы белки из 500 аминокислот, 25 аминокислот, 48 аминокислот.

№ 18. На фрагменте одной цепи ДНК: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т нарисуйте схему структуры двухцепочечной молекулы ДНК. Каким свойством вы руководствовались? Какова длина в нм этого фрагмента? Сколько (в %) содержится нуклеотидов в отдельности в этой цепи ДНК?

№ 20. Ген состоит из 540 нуклеотидов. Белок, кодируемый данным геном, состоит из 120 аминокислот. Определить длину и-РНК и количество интронов в про-и-РНК. (Учесть расстояние между соседними нуклеотидами 3,4 А).

№ 21. Ген имеет длину 2040А. Белок состоит из 150 аминокислот. Какова длина интронов? Сколько нуклеотидов на них приходится?

№ 22. В гене на интроны приходится 40%. Определите количество аминокислот в белке и длину про-и-РНК, если на интроны приходится 180 триплетов?

№ 23. Определить, что опаснее с точки зрения последствий выпадения первого, среднего или последнего нуклеотида в цепи ДНК. Показать на примере структурного гена.

№ 24. Представлена часть белка: глицин-глутамин-метионин-треонин-тирозин. Подсчитайте соотношение аденин+тимин и гуанин+цитозин в участке ДНК, кодирующем данную последовательность аминокислот.

№ 27. Узнайте структуру молекулы ДНК, в которой зашифрована информация о следующем пептиде: треонин-цистеин-цистеин-изолейцин-гистидин-валин-глутаминовая кислота.

№ 28. Как изменится белок, если в гене, его кодирующем – ТААААТАЦААЦЦЦАААТА, произошли мутации по типу выпадения 1, 12 и 17 нуклеотидов?

№ 29. Исследования показали, что в м-РНК процентное соотношение азотистых соединений следующее: аденинов 8%; гуанинов 22%; цитозинов 26%; урацилов 44%. Определите процентное соотношение нуклеотидов в соответствующей этой мРНК, ДНК.

№ 31. Подсчитайте соотношение аденин+тимин и гуанин+цитозин в ДНК, которая определяет следующую последовательность аминокислот: лизин-валин-триптофан-фенилаланин-валин-метионин.

№ 32. Известно, что в состав определенного гена входит 3 интрона (27, 24 и 36 нуклеотидов) и 4 экзона (по 66 нуклеотидов каждый). Определите количество аминокислот в белке, закодированном в этом гене, и число кодонов в про-мРНК.

№ 33. Определить антикодоны т-РНК, участвующие в синтезе белка, начальный участок которой имеет следующее строение: аланин – серин – треонин – цистеин – тирозин – валин – аргинин.

№ 34. При биосинтезе белка к рибосоме последовательно доставлены аминокислоты т-РНК: УУУ ; ГЦА ; УУУ ; УЦУ ; УГА ; ЦАА. Какой полипептид получился?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Уроки биологии в классах естественно-научного профиля

Расширенное планирование, 10 класс

Нуклеотиды соединяются между собой в ходе реакции конденсации. При этом между 3′-атомом углерода остатка сахара одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает сложная эфирная связь. В результате образуются неразветвленные полинуклеотидные цепи. Один конец полинуклеотидной цепи (его называют 5′-концом) заканчивается молекулой фосфорной кислоты, присоединенной к 5′-атому углерода, другой (его называют 3′-концом) – ионом водорода, присоединенным 3′-атому углерода. Цепь последовательно расположенных нуклеотидов составляет первичную структуру ДНК.

Образование первичной структуры ДНК

Таким образом, скелет полинуклеотидной цепочки углеводно-фосфатный, т.к. нуклеотиды соединяются друг с другом путем образования ковалентных связей (фосфодиэфирных мостиков), в которых фосфатная группа образует мостик между С₃-атомом одной молекулы сахара и С₅-атомом следующей. Прочные ковалентные связи между нуклеотидами уменьшают риск «поломок» нуклеиновых кислот.

Если в составе полинуклеотида, образованного четырьмя типами нуклеотидов, 1000 звеньев, то количество возможных вариантов его состава 4 1000 (это цифра с 6 тыс. нулей). Поэтому всего четыре типа нуклеотидов могут обеспечить огромное разнообразие нуклеиновых кислот и той информации, которая содержится в них.

В 1950 г. английский физик Морис Уилкинс получил рентгенограмму ДНК. Она показала, что молекула ДНК имеет определенную структуру, расшифровка которой помогла бы понять механизм ее функционирования. Рентгенограммы, полученные на высокоочищенной ДНК, позволили Розалинд Франклин увидеть четкий крестообразный рисунок – опознавательный знак двойной спирали. Стало известно, что нуклеотиды расположены друг от друга на расстоянии 0,34 нм, а на один виток спирали их приходится 10.

Двойная спираль ДНК

Диаметр молекулы ДНК составляет около 2 нм. Из рентгенографических данных, однако, было не ясно, каким образом две цепи удерживаются вместе.

Картина полностью прояснилась в 1953 г., когда американский биохимик Джеймс Уотсон и английский физик Фрэнсис Крик, рассмотрев совокупность известных данных о строении ДНК, пришли к выводу, что сахарофосфатный остов находится на периферии молекулы ДНК, а пуриновые и пиримидиновые основания – в середине.

Сахарофосфатный остов ДНК

Д.Уотсон и Ф.Крик установили, что две полинуклеотидные цепи ДНК закручены вокруг друг друга и вокруг общей оси. Цепи ДНК – антипараллельны (разнонаправлены), т.е. против 3′-конца одной цепи находится 5′-конец другой (представьте себе двух змей скрутившихся в спираль, – голова одной к хвосту другой). Спираль обычно закручена вправо, но есть случаи образования и левой спирали.

Еще до открытия Уотсона и Крика, в 1950 г. австралийский биохимик Эдвин Чаргафф установил, что в ДНК любого организма количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых, а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству цитозиловых нуклеотидов (А=Т, Г=Ц), или суммарное количество пуриновых азотистых оснований равно суммарному количеству пиримидиновых азотистых оснований (А+Г=Ц+Т). Эти закономерности получили название «правила Чаргаффа».

Дело в том, что при образовании двойной спирали всегда напротив азотистого основания аденин в одной цепи устанавливается азотистое основание тимин в другой цепи, а напротив гуанина – цитозин, то есть цепи ДНК как бы дополняют друг друга. А эти парные нуклеотиды комплементарны друг другу (от лат. complementum – дополнение). Мы уже несколько раз сталкивались с проявлением комплементарности (комплиментарны друг другу активный центр фермента и молекула субстрата; комплементарны друг другу антиген и антитело).

Почему же этот принцип соблюдается? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить о химической природе азотистых гетероциклических оснований. Аденин и гуанин относятся к пуринам, а цитозин и тимин – к пиримидинам, то есть между азотистыми основаниями одной природы связи не устанавливаются. К тому же комплементарные основания соответствуют друг другу геометрически, т.е. по размерам и форме.

Таким образом, комплементарность нуклеотидов – это химическое и геометрическое соответствие структур их молекул друг другу.

В азотистых основаниях имеются сильноэлектроотрицательные атомы кислорода и азота, которые несут частичный отрицательный заряд, а также атомы водорода, на которых возникает частичный положительный заряд. За счет этих частичных зарядов возникают водородные связи между азотистыми основаниями антипараллельных последовательностей молекулы ДНК.

Образование водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями

Между аденином и тимином возникают две водородные связи (А=Т), а между гуанином и цитозином – три (Г=Ц). Подобное соединение нуклеотидов обеспечивает, во-первых, образование максимального числа водородных связей, а во-вторых, одинаковое по всей длине спирали расстояние между цепями.

Из всего выше сказанного вытекает, что, зная последовательность нуклеотидов в одной спирали, можно выяснить порядок следования нуклеотидов на другой спирали.

Двойная комплементарная цепь составляет вторичную структуру ДНК. Спиральная форма ДНК является ее третичной структурой.

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала; решение задач.

Задача 1. В лаборатории исследован участок одной из цепочек молекулы ДНК. Оказалось, что он состоит из 20 мономеров, которые расположены в такой последовательности: Г-Т-Г-Т-А-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-Г-А-Т-А-Ц-Т-Г-Т-А.
Что можно сказать о строении соответствующего участка второй цепочки той же молекулы ДНК?

Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определим последовательность нуклеотидов второй цепи той же молекулы ДНК: Ц-А-Ц-А-Т-Т-Г-Ц-Т-Г-Г-Ц-Т-А-Т-Г-А-Ц-А-Т.

Задача 2. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т.

1. Нарисуйте схему структуры второй цепи данной молекулы ДНК.
2. Какова длина в нм этого фрагмента ДНК, если один нуклеотид занимает около 0,34 нм?
3. Сколько (в %) содержится нуклеотидов в этом фрагменте молекулы ДНК?

1. Достраиваем вторую цепь данного фрагмента молекулы ДНК, пользуясь правилом комплементарности: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А.
2. Определяем длину данного фрагмента ДНК: 12х0,34=4,08 нм.
3. Рассчитываем процентное содержание нуклеотидов в этом фрагменте ДНК.

24 нуклеотида – 100%
8А – х%, отсюда х=33,3%(А);
т.к. по правилу Чаргаффа А=Т, значит содержание Т=33,3%;
24 нуклеотида – 100%
4Г – х%, отсюда х=16,7%(Г);
т.к. по правилу Чаргаффа Г=Ц, значит содержание Ц=16,6%.

Ответ: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А; 4,08 нм; А=Т=33, 3%; Г=Ц=16,7%

Задача 3. Каков будет состав второй цепочки ДНК, если первая содержит 18% гуанина, 30% аденина и 20% тимина?

1. Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определяем содержание нуклеотидов (в %) во второй цепи:

т.к. в первой цепи Г=18%, значит во второй цепи Ц=18%;
т.к. в первой цепи А=30%, значит во второй цепи Т=30%;
т.к. в первой цепи Т=20%, значит во второй цепи А=20%;

2. Определяем содержание в первой цепи цитозина (в %).

суммируем содержание трех других типов нуклеотидов в первой цепи ДНК: 18% + 30% + 20% = 68% (Г+А+Т);

определяем долю цитозина в первой цепи ДНК: 100% – 68% = 32% (Ц);

если в первой цепи Ц=32%, тогда во второй цепи Г=32%.

Ответ: Ц=18%; Т=30%; A=20%; Г=32%

Задача 4. В молекуле ДНК насчитывается 23% адениловых нуклеотидов от общего числа нуклеотидов. Определите количество тимидиловых и цитозиловых нуклеотидов.

1. По правилу Чаргаффа находим содержание тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: А=Т=23%.
2. Находим сумму (в %) содержания адениловых и тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 23% + 23% = 46%.
3. Находим сумму (в %) содержания гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 100% – 46% = 54%.
4. По правилу Чаргаффа, в молекуле ДНК Г=Ц, в сумме на их долю приходится 54%, а по отдельности: 54% : 2 = 27%.

Задача 5. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 тыс., из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Относительная молекулярная масса одного нуклеотида в среднем 345. Сколько содержится нуклеотидов по отдельности в данной ДНК? Какова длина ее молекулы?

1. Определяем, сколько адениловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 8625 : 345 = 25.
2. По правилу Чаргаффа, А=Г, т.е. в данной молекуле ДНК А=Т=25.
3. Определяем, сколько приходится от общей молекулярной массы данной ДНК на долю гуаниловых нуклеотидов: 69 000 – (8625х2) = 51 750.
4. Определяем суммарное количество гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной ДНК: 51 750:345=150.
5. Определяем содержание гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов по отдельности: 150:2 = 75;
6. Определяем длину данной молекулы ДНК: (25 + 75) х 0,34 = 34 нм.

Ответ: А=Т=25; Г=Ц=75; 34 нм.

Задача 6. По мнению некоторых ученых общая длина всех молекул ДНК в ядре одной половой клетки человека составляет около 102 см. Сколько всего пар нуклеотидов содержится в ДНК одной клетки (1 нм = 10–6 мм)?

1. Переводим сантиметры в миллиметры и нанометры: 102 см = 1020 мм = 1 020 000 000 нм.
2. Зная длину одного нуклеотида (0,34 нм), определяем количество пар нуклеотидов, содержащихся в молекулах ДНК гаметы человека: (10 2 х 10 7 ) : 0,34 = 3 х 10 9 пар.

Изучить параграф учебника и записи, сделанные в классе (содержание, молекулярная масса нуклеиновых кислот, строение нуклеотида, правило Чаргаффа, принцип комплементарности, образование двухцепочечной молекулы ДНК), решить задачи после текста параграфа.

Оборудование: таблицы по общей биологии; схема строения нуклеотида; модель строения ДНК; схемы и рисунки, иллюстрирующие строение РНК, процессы репликации и транскрипции.

Работа по карточкам

Карточка 1. Укажите принципиальные отличия строения молекулы ДНК от молекул других биополимеров (белков, углеводов).

Карточка 2. На чем основана огромная информационная емкость ДНК? Например, в ДНК млекопитающих содержится 4–6 млрд бит информации, что соответствует библиотеке в 1,5–2 тыс. томов. Как эта функция отражена в строении?

Карточка 3. При нагревании ДНК, как и белки, денатурирует. Как вы думаете, что при этом происходит с двойной спиралью?

1. Нуклеиновые кислоты, их содержание в живом веществе, молекулярная масса.
2. НК – непериодические полимеры. Строение нуклеотида, типы нуклеотидов.
3. Соединение нуклеотидов в цепь.
4. Образование двухцепочечной молекулы ДНК.
5. Правила Чаргаффа. Сущность принципа комплементарности.

Проверка правильности решения задач, приведенных в учебнике.

Основу жизни образуют белки. Функции их в клетке очень разнообразны. Однако белки «не умеют» размножаться. А вся информация о строении белков содержится в генах (ДНК).

У высших организмов белки синтезируются в цитоплазме клетки, а ДНК сокрыта за оболочкой ядра. Поэтому ДНК непосредственно не может быть матрицей для синтеза белка. Эту роль выполняет другая нуклеиновая кислота – РНК.

Молекула РНК представляет собой неразветвленный полинуклеотид, обладающий третичной структурой. Она образована одной полинуклеотидной цепочкой, и, хотя входящие в ее состав комплементарные нуклеотиды также способны образовывать между собой водородные связи, эти связи возникают между нуклеотидами одной цепочки. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. Если содержание ДНК в клетке относительно постоянно, то содержание РНК сильно колеблется. Наибольшее количество РНК в клетках наблюдается во время синтеза белка.

Сахарофосфатный остов РНК

РНК принадлежит главная роль в передаче и реализации наследственной информации. В соответствии с функцией и структурными особенностями различают несколько классов клеточных РНК.

Источник