Определение последовательности нуклеотидов, длины и массы фрагмента ДНК

Определение аминокислотной последовательности в пептиде

Задача 559.
Фрагмент цепи днк имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАЦЦЦТЦГГЦТГ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода. 
Решение:
По принципу комплементарности (Г = Ц, А = У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция):

мДНК: ТАЦЦЦТЦГГЦТГ
иРНК: АУГГГАГЦЦГАЦ.

К кодонам иРНК подбираются комплементарные антикодоны-триплеты нуклеотидов тРНК, и соединяются водородными связями (кодон=антикодон) тоже по принципу комплементарности, получим:

иРНК: АУГГГАГЦЦГАЦ
тРНК: УАЦЦЦУЦГГЦУГ.

Для удобства разобъм цепь иРНК на триплеты:

иРНК: АУГ ГГА ГЦЦ ГАЦ.

Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами: 
метионин-глицин-аланин-аспарагиновая кислота.
Следовательно, при решении данной задачи необходимо записать:

мДНК: ТАЦЦЦТЦГГЦТГ
иРНК: АУГГГАГЦЦГАЦ
тРНК: УАЦЦЦУЦГГЦУГ
Белок (аминокислоты): Мет-Гли-Ала-Асп.
 

Задача 560. 
Участок молекулы ДНК имеет следующий состав: Г-А-Т-Г-А-А-Т-А-Г-Т-Г-Ц-Т-Т-Ц. Перечислите не менее 3-х последствий, к которым может привести случайная замена седьмого нуклеотида тимина (Т) на цитозин (Ц).
Решение:.
а) Фрагмент молекулы белка до изменения последовательности ДНК.

По принципу комплементарности (Г = Ц, А = У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды иРНК (транскрибция):
 
мДНК: Г-А-Т-Г-А-А-Т-А-Г-Т-Г-Ц-Т-Т-Ц
иРНК: Ц-У-А-Ц-У-У-А-У-Ц-А-Ц-Г-А-А-Г. 

Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами: 
лейцин-лейцин-изолейцин-треонин-аргинин.

б) Фрагмент молекулы белка после изменения последовательности ДНК

Г-А-Т-Г-А-А-Ц-А-Г-Т-Г-Ц-Т-Т-Ц
Ц-У-А-Ц-У-У-Г-У-Ц-А-Ц-Г-А-А-Г.

Используя таблицу «Генетический код», можно построить белковую молекулу с соответствующими аминокислотами: 
лейцин-лейцин-валин-треонин-аргинин.
Таким Образом, сравнивая цепочки аминокислот, можно сделать вывод, что случайная замена седьмого нуклеотида тимина (Т) на цитозин (Ц) полностью изменяет генетический код, цепочку аминокислот, а следовательно приводит к потере биохимических свойств белка-фермента. В живом организме не идет химическая реакция, что приводит к генной болезни (ферментопатии).
 

Задача 561.
Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК.
Решение:
1) По принципу комплементарности (Г= Ц, А = У) с генетического кода ДНК выстраиваются нуклеотиды тРНК, получим:

мДНК: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ
тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ

2) Так как третий триплет (УГЦ) соответствует антикодону тРНК, то по принципу комплементарности устанавливаем, что кодон иРНК имел следующую последовательность: (АЦГ).
3) По таблице генетического кода устанавливаем аминокислоту, которую кодирует кодон иРНК (АЦГ), получим - треонин. Таким образом, тРНК переносит аминокислоту треонин (Тре).

Можно и так:

По принципу комплементарности построим на участке ДНК тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Находим третий триплет – УГЦ – это есть антикодон, теперь, чтобы узнать аминокислоту, надо по данному антикодону построить соответствующий кодон в иРНК - АЦГ, и затем по таблице «Генетический код» определить кодируемую аминокислоту. В данном случае это аминокислота треонин.

Ответ: тРНК будет переносить аминокислоту Серин.
 

Опрделение длины и массы фрагмента ДНК

Задача 562.
Фрагмент молекулы ДНК содержит 2348 нуклеотидов на долю адениновых приходится 420. Сколько содержится других нуклеотидов? Найдите массу и длину фрагмента ДНК.
Решение:
1. Определим процент адениновых нуклеотидов, содержащихся в молекуле ДНК

Для расчета количества адениловых нуклеотиидов используем пропорцию:

2348 : 100% = 420 : х%; 
х = (420 ^. 100%)/2348 = 17,9%.

2. Определим процентное содержание других нуклеотидов в молекуле ДНК

Согласно принципу комплементарности аденин всегда стоит в паре с тимином, значит их количество одинаково, т.е. А = Т = 19,9%, а вместе они составляют 35,8%. Точно также гуанин в паре с цитозином, т.е. Г = Ц, а вместе они составляют:
Ц + Г = 100% - 35,8% = 64,2%. 

Тогда 

Г = Ц = 64,2%/2 = 32,1%.

3. Определим содержание других нуклеотидов в молекуле ДНК

Количество тиминовых нуклеотидов равно 420, так как А = Т = 420.
Количество цитозиновых и адениловых нуклеотидов равно
1508 [2348 - (420 + 420) = 1508].

Тогда

Ц = Г = (Ц + Г)/2 = 1508/2 = 754;
А = Т = 420.

4. Определим массу фрагмента молекулы ДНК

С учетом того, что средняя молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 а.е.м., рассчитаем массу фрагмента молекулы ДНК, получим:

m(ДНК) = 2348 ^. 345 = 810060 а.е.м.

5. Определим длину фрагмента молекулы ДНК

Так как молекула ДНК состоит из двух цепей, то одна цепь ДНК содержит половинный набор нуклеотидов от общего числа, получим:

2348/2 = 1174 нуклеотида.

Зная, что средняя длина одного нуклеотида равна 0,34 нм, определим длину фрагмента молекулы ДНК, получим:

L_(ДНК) = 1174 ^. 0,34 = 399,16 нм.
 

Задача 563.
Молекула ДНК на 24% состоит из тимидиловых нуклеотидов,ещё известно, что в ней содержится 78 гуаниловых нуклеотидов. Определите длину молекулы, если средняя длина одного нуклеотида равна 0,34 нм. 
Решение:
1. Определим процент гуаниловых нуклеотидов, содержащихся в молекуле ДНК
Согласно принципу комплементарности тимин всегда стоит в паре с аденином, значит их количество одинаково, т.е. Т = А = 24%, а вместе они составляют 48%. Точно также гуанин в паре с цитозином, т.е. Г = Ц, а вместе они составляют Ц + Г = 100% - 48% = 52%.
Тогда Г = Ц = 52%/2 = 26%. Значит, Г = 26%.

2. Определим общее число нуклеотидов в молекуле ДНК
Для расчета количества нуклеотиидов используем пропорцию:

26% : 78 = 100% : х;
х = (100% ^. 78)/26% = 300 нуклеотидов.

3. Так как молекула ДНК состоит из двух цепей, то одна цепь ДНК содержит половинный набор нуклеотидов от общего числа, получим:

300/2 = 150 нуклеотидов.

4. Зная, что средняя длина одного нуклеотида равна 0,34 нм, определим длину молекулы ДНК, получим:

L_(ДНК) = 150 ^. 0,34 = 51 нм.

Ответ: 51 нм.
 

Задача 564.
4.1. Фрагмент и-РНК: ГАА УУУ УАУ ГУУ. Определите с какого участка ДНК синтезирован этот фрагмент. 
4.2.Фрагмент ДНК имеет следующий состав: ТТТ ЦАЦ ТГА ГАЦ АТГ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепи ДНК, длину и массу этого участка. 
4.3. В молекуле ДНК обнаружено 900 Г нуклеотидов, которые составляют 30% от общего числа нуклеотидов в этой ДНК. Определите: а) сколько других нуклеотидов в этой ДНК? б) какова длина этого фрагмента? 
4.4. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 86250, из них 6900 приходится на долю Т нуклеотидов. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК и длину этого фрагмента.
Решение:
4.1.  По принципу комплементарности (Г = Ц, А = Т, У = А) фрагмент и-РНК: ГАА УУУ УАУ ГУУ синтезирован с участка ДНК состава:
 
ЦТТ ААА АТА ЦАА.

Можно записать так:

и-РНК: ГАА УУУ УАУ ГУУ
м-ДНК: ЦТТ ААА АТА ЦАА.

4.2.  а) По принципу комплементарности (Г = Ц, А = Т) определим последовательность нуклеотидов во второй цепи ДНК, получим:

1-я цепь ДНК: ТТТ ЦАЦ ТГА ГАЦ АТГ
2-я цепь ДНК: ААА ГТГ АЦТ ЦТГ ТАЦ.

б) Так как линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте равна 0,34 нм или 3,4 ангстрем, то, учитывая, что в одной цепи данного фрагмента ДНК содержится 15 нуклеотидов, получим:

L_(ДНК) = 15 ^. 0,34 = 5,1 нм.

в) Так как средняя молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 а.е.м. [Mr(н) = 345 а.е.м. (Da)] то, учитывая, что в двух цепях данного фрагмента ДНК содержится 30 (15 ^. 2 = 30) нуклеотидов, получим:

 Mr_(ДНК) = 345 ^. 30 = 1350 а.е.м.

4.3. а) Согласно принципу комплементарности гуанин всегда стоит в паре с цитозином, значит их количество одинаково, т.е. Г = Ц = 30%, а вместе они составляют 60%. Точно также аденин в паре с тимином, т.е. А = Т, а вместе они составляют А + Т = 100% - 60% = 40%. 

Тогда 

А = Т = 40%/2 = 20%.

Так как Г = Ц = 900, а вместе они составляют Г + Ц = 900 + 900 = 1800. 
Общее число нуклеотидов в молекуле ДНК находим из пропорции:

60% : 1800 = 100% : х;
х = (1800 ^. 100)/60 = 3000 н.

Отсюда

А + Т = 3000 - 1800 = 1200 н.

Тогда

А = Т = 1200/2 = 600.

Ответ: А = Т = 600.

б) Так ка линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте равна 0,34 нм или 3,4 ангстрем, то, учитывая, что в одной цепи данного фрагмента ДНК содержится
1500 (3000/ 2 = 1500) нуклеотидов, получим:

L_(ДНК) = 1500 ^. 0,34 = 510 нм.

Ответ: 510 нм.

4.4. а) Так как средняя молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 а.е.м. [Mr(н) = 345 а.е.м. (Da)] то, рассчитаем количество нуклеотидов в молекуле ДНК с относительной молекулярной массой 86250, получим:

 N(н) = Mr(ДНК)/Mr(н) =  86250/345 = 250 н.

Точно также рассчитаем количество тиминов (Т), получим:

N(Т) = Mr(Т)/Mr(н) =  6900/345 = 20 Т.

Процентное содержание тиминов рассчитаем из пропорции:

250 : 100% = 20 : х;
х = (20 ^. 100%)/250 = 8%.

Согласно принципу комплементарности тимин всегда стоит в паре с аденином, значит их количество одинаково, т.е.
Т = А = 8% или 20 н, а вместе они составляют 16% или 40 н. Точно также гуанин в паре с цитозином, т.е. Г = Ц, а вместе они составляют Г + Ц = 100% - 160% = 84% или 250 - 40 = 210. 

Тогда 

Г = Ц = 84%/2 = 42% или 210/2 = 105.

Ответ: Т + А = 20, Г = Ц = 105; N(н) = 250.

б) Так как линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте равна 0,34 нм или 3,4 ангстрем, то, учитывая, что в одной цепи данного фрагмента ДНК содержится половинное число нуклеотидов из 200, получим:

L_(ДНК) = (250/2) ^. 0,34 = 42,5 нм.

Ответ: 42,5.