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%.
^
Задача 1.
На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в послідовності, показаній нижче.
… АГТАЦГГЦАТГТАГЦ …
Намалюйте схему структури дволанцюгової молекули ДНК.
Якою є довжина в нанометрах цього фрагмента?
Якою є маса дволанцюгового фрагмента?
Розв’язання
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
-
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).
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. |
^
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.
^
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.
Який нуклеотидний склад гена?
Яка відносна молекулярна маса інтронних ділянок гена?
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.
| Розв’язання
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.
Знаходимо кількість нуклеотидів у екзонних ділянках гена:
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.
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