суботу, 9 листопада 2013 р.


Теоретичні відомості під час розв’язання елементарних вправ з молекулярної біології:
               Приклади розв'язування задач.


• довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм;

• середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць;

• середня молекулярна маса однієї амінокислоти дорівнює 100 умовних одиниць;

• молекула білка в середньому складається з 200 амінокислот;

• кожну амінокислоту в білковій молекулі кодує триплет нуклеотидів і-РНК (під час трансляції);

• для визначення довжини гена (l) враховують кількість нуклеотидів, яка міститься в одному ланцюзі ДНК;

• для визначення молекулярної маси гена (Mr) враховують кількість нуклеотидів, що міститься у двох ланцюгах ДНК;

• трансляція здійснюється згідно з генетичним кодом;

• для всіх ДНК виконується правило Чаргаффа: А=Т; Г=Ц;

• А+Г = Т+Ц (вміст пуринових азотистих основ – аденіну і гуаніну – дорівнює вмісту піримідинових азотистих основ – тиміну і цитозину);

• сума всіх нуклеотидів в молекулі ДНК або РНК (А+Т+Г+Ц чи А+У+Г+Ц) становить 100%.

^ Приклади розв’язування задач з молекулярної біології

Задача 1.

На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в послідовності, показаній нижче.

… АГТАЦГГЦАТГТАГЦ …


  1. Намалюйте схему структури дволанцюгової молекули ДНК.

  2. Якою є довжина в нанометрах цього фрагмента?

  3. Якою є маса дволанцюгового фрагмента?

Розв’язання

  1. Керуючись властивістю ДНК, здатністю до самовідтворення (реплікації), в основі якого лежить комплементарність, запишемо схему дволанцюгової ДНК:






ДНК:







А

Г

Т

-




А

Ц

Г

-




Г

Ц

А

-




Т

Г

Ц

-




А

Г

Ц




-










|

|

|




|

|

|




|

|

|




|

|

|




|

|

|










Т

Ц

А

-

Т

Г

Ц

-

Ц

Г

Т

-

А

Ц

Г

-

Т

Ц

Г

-

  1. Довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм. Довжина дволанцюгового фрагмента дорівнює довжині одного ланцюга.

l = 15 х 0,34 = 5,1 (нм) (15 - кількість нуклеотидів в одному ланцюгу).

  1. Середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць, молекулярна маса фрагмента ДНК:

Мr = 345 х 15 = 5175 (а.о.м) (30 – кількість нуклеотидів у двох ланцюгах).

Відповідь. Другий ланцюг фрагмента ДНК має таку структуру: ТЦА – ТГЦ – ЦГТ – АЦГ – ТЦГ ; довжина фрагмента ДНК – 5,1 нм; молекулярна маса фрагмента ДНК – 5175 а.о.м.


Задача 2. У молекулі ДНК 120 гуанілових нуклеотидів, що становить 15% від загальної кількості. Визначіть кількість інших нуклеотидів, довжину і масу цієї молекули ДНК.

Розв’язання:

1. Г=Ц, тому Г+Ц=120 х 2= 240, або 30%, тоді зможемо знайти загальну кількість нуклеотидів, склавши пропорцію:

240 – 30%

x – 100%

x =240 x 100/30=800

Знаходимо Т+А=800-240=560, а Т=А=560:2=280.

2. Загальна кількість 800 нуклеотидів, кількість пар 400, тому

L(ДНК) = 400 x 0,34=136 нм.

3. M (ДНК) =345x 800=276000 а.о.м .

Відповідь. Загальна кількість нуклеотидів = 800; довжина фрагмента ДНК – 136 нм; молекулярна маса фрагмента ДНК – 276000 а.о.м.

Задача 3.

Біохімічний аналіз показав, що іРНК має 30% аденіну, 18% гуаніну та 20% урацилу. Визначте частку (у %) кожного нуклеотида у відповідному фрагменті дволанцюгової ДНК?

Розв’язання

Дано:



= 30%;

= 18%;

= 20%.


- ?- ?

- ?

Визначаємо відсоток цитозинових нуклеотидів у даній іРНК:

=100% - ( + + ) =

= 100% - (30% +20% + 18%) = 32%.

Визначаємо відсоток аденінових і тимінових нуклеотидів (окремо) у фрагменті ДНК:

= = ( + ) : 2 = (30% + 20%) : 2 = 25%.

Визначаємо відсоток гуанінового і цитозиновог нуклеотидів (окремо) у фрагменті ДНК:

= ( + ) : 2 = (18% + 32%) : 2 = 25%.

Відповідь. Частка кожного нуклеотида у відповідному фрагменті дволанцюгової ДНК становить 25%.


Задача 4.

Білок складається зі 124 аміноліслот. Порівняйте відносні молекулярні маси білка та гена, який його кодує.

Розв’язання

Дано:

Склад білка – 124 амінокислоти;

Мr(амінокислоти) = 100;

Мr(нуклеотида) = 345.

Мr(гена) - ? Мr(білка) - ?

1). Визначаємо відносну молекулярну масу білка:

124 х 100 = 12400.

2). Визначаємо кількість нуклеотидів у складі гена, що кодує даний білок: 124 х 3 х 2 = 744 (нуклеотиди).

3). Визначаємо відносну молекулярну масу гена:

744 х 345 = 256 680.

4). Визначаємо, у скільки разів ген важчий за білок:

256 680 : 12400 = 20,7 (рази).


Відповідь. Відносна молекулярна маса гена у 20,7 рази більша, ніж кодованого білка.







^ Екзон-інтронна організація генома

Більшість структурних генів еукаріот (ділянки ДНК) внутрішньо неоднородні. Вони складаються з екзонних (інформативних) та інтронних (безінформаційних) фрагментів.

Під час транскрипції в ядрі спочатку синтезується про-іРНК (незріла), яка має в собі як екзони, так і інтрони. Далі за допомогою комплекса ферментів безінформаційні ділянки вирізаються та руйнуються, а інформативні з’єднюються в новий полинуклеотидний ланцюг – зрілу іРНК. Механізм дозрівання іРНК в ядрі називається сплайсингом.


^ Приклади розв’язання задач

Задача 1.

Фрагмент ланцюга молекули ДНК містить 1100 нуклеотидів , з них 100, 120, і 130 нуклеотидів утворюють інтронні ділянки. Визначте, скільки амінокислот кодує цей фрагмент ДНК:


Дано:

N (ДНК-нуклеотидів) - 1100;

N (інтронних нуклеотидів) – 100,

120, 130.


N(амінокислот) -?

Розв’язання:

1). 100 + 120 + 130 = 350 ( кількість нуклеотидів, які утворюють інтронні ділянки);

2). 1100 – 350 = 750 ( кількість нуклеотидів, які утворюють екзонні ділянки);

3). 750 : 3 = 250 (амінокислотних залишків).

Відповідь. Цей фрагмент ДНК кодує 250 амінокислот.

Задача 2.

Структурний ген (фрагмент молекули ДНК) містить 384 цитозинових нуклеотидів, що становить 20% від їх загальної кількості. В екзонних ділянках цього гена закодовано білок, який складається із 120 амінокислотних залишків.

  1. Який нуклеотидний склад гена?

  2. Яка відносна молекулярна маса інтронних ділянок гена?

  3. Наскільки зріла іРНК коротша за про-іРНК?

Дано:

N(Ц-нуклеотидів) – 384 (20%);

N(амінокислот у білку) – 120;

L(нуклеотида) – 0,34 нм;

Мr(нуклеотида) – 345.


  1. Нуклеотидний склад гена -?

  2. Мr(інтронних ділянок гена) - ?

  3. Наскільки зріла іРНК коротша за про-іРНК -?

Розв’язання

  1. Визначаємо загальну кількість нуклеотидів у фрагменті ДНК. Оскільки на цитозинові нуклеотиди припадає 20% від їх кількості, то загальна кількість нуклеотидів становить:

384 нуклеотидів – 20%;

Х нуклеотидів – 100%;

Х = = 1920 (нуклеотидів);

За принципом компліментарності:

Г = Ц = 384 нуклеотиди = 20%. Звідси: А = Т = = 30%.

384 нуклеотиди – 20%;

Х нуклеотидів – 30%; х = = 576 9нуклеотидів);

А = Т 576 нуклеотидів.

  1. Знаходимо кількість нуклеотидів у екзонних ділянках гена:

  1. 3 х 2 = 720 (нуклеотидів).

Знаходимо кількість нуклеотидів у інтронних ділянках гена:

1920 – 720 = 1200 (нуклеотидів).

Знаходимо відносну молекулярну масу інтронних ділянок гена:

Mr(інтр. ділянок гена) = 1200 х 345 = 414 000.

  1. Довжина молекули про-іРНК дорівнює довжині структурного гена:

l(про-іРНК) = (384 + 576) х 0,34 = 326,4 (нм).

Зріла іРНК складається лише з інформативної частини. Її довжина становить:

l(зрілої РНК) = 120 х 3 х 0,34 = 122,4 (нм).

Різниця в довжині про-іРНК та зрілої іРНК складає:

326,4 нм – 122,4 нм = 204 нм.

Відповідь. 1. Ген містить по 576 аденінових і тимінових нуклеотидів, і по 384 гуанінових і цитозинових нуклеотиди. 2. Відносна молекулярна маса інтронних ділянок гена – 414 000. 3. Різниця в довжині між про-іРНК та зрілою іРНК – 204 нм.

Немає коментарів:

Дописати коментар