Молекулы егэ биология

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Пройти тестирование по этим заданиям

Химический состав живых организмов

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах — атомном и молекулярном.

Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы.
Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

Элементарный состав

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, делят на три группы.

Группы элементов по их содержанию в живых организмах

Группа элементов	Элементы	Суммарное содержание в клетке, %
Макроэлементы	O, C, H, N (основные, или органогены) Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe	98–99 1–2
Микроэлементы	Mn, Co, Zn, Cu, B, I, F, Mo и др.	0,1
Ультрамикроэлементы	Se, U, Hg, Ra, Au, Ag и др. менее	0,01

Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов.

Содержание некоторых химических элементов в природных объектах

Элемент	В живых организмах, % от сырой массы	В земной коре, %	В морской воде, %
Кислород	65–75	49,2	85,8
Углерод	15–18	0,4	0,0035
Водород	8–10	1,0	10,67
Азот	1,5–3,0	0,04	0,37
Фосфор	0,20–1,0	0,1	0,003
Сера	0,15–0,2	0,15	0,09
Калий	0,15–0,4	2,35	0,04
Хлор	0,05–0,1	0,2	0,06
Кальций	0,04–2,0	3,25	0,05
Магний	0,02–0,03	2,35	0,14
Натрий	0,02–0,03	2,4	1,14
Железо	0,01–0,015	4,2	0,00015
Цинк	0,0003	< 0,01	0,00015
Медь	0,0002	< 0,01	< 0,00001
Йод	0,0001	< 0,01	0,000015
Фтор	0,0001	0,1	2,07

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни. В основном это макро- и микроэлементы. Физиологическая роль большинства микроэлементов не раскрыта.

Роль биогенных элементов в живых организмах

Название элемента	Символ элемента	Роль в живых организмах
Углерод	С	Входит в состав органических веществ, в форме карбонатов входит в состав раковин моллюсков, коралловых полипов, покровов тела простейших, бикарбонатной буферной системы (HCO3-, Н2CO3)
Кислород	О	Входит в состав воды и органических веществ
Водород	Н	Входит в состав воды и органических веществ
Азот	N	Входит в состав всех аминокислот, нуклеиновых кислот, АТФ, НАД, НАДФ, ФАД
Фосфор	Р	Входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, НАД, НАДФ, ФАД, фосфолипидов, костной ткани, эмали зубов, фосфатной буферной системы (HPO4, H2PO4-)
Сера	S	Входит в состав серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина, метионина), инсулина, витамина В1, кофермента А, многих ферментов, участвует в формировании третичной структуры белка (образование дисульфидных связей), в бактериальном фотосинтезе (сера входит в состав бактериохлорофилла, H2S является источником водорода), окисление соединений серы — источник энергии в хемосинтезе
Хлор	Cl	Преобладающий отрицательный ион в организме, участвует в создании мембранных потенциалов клеток, осмотического давления для поглощения растениями воды из почвы и тургорного давления для поддержания формы клетки, процессах возбуждения и торможения в нервных клетках, входит в состав соляной кислоты желудочного сока
Натрий	Na	Главный внеклеточный положительный ион, участвует в создании мембранных потенциалов клеток (в результате работы натрий-калиевого насоса), осмотического давления для поглощения растениями воды из почвы и тургорного давления для поддержания формы клетки, в поддержании сердечного ритма (вместе с ионами K+ и Ca2+)
Калий	K	Преобладающий положительный ион внутри клетки, участвует в создании мембранных потенциалов клеток (в результате работы натрий-калиевого насоса), поддержании сердечного ритма (вместе с ионами Na+ и Ca2+), активирует ферменты, участвующие в синтезе белка
Кальций	Ca	Входит в состав костей, зубов, раковин, участвует в регуляции избирательной проницаемости клеточной мембраны, процессах свёртывания крови; поддержании сердечного ритма (вместе с ионами K+ и Na2+), образовании желчи, активирует ферменты при сокращении поперечно-полосатых мышечных волокон
Магний	Mg	Входит в состав хлорофилла, многих ферментов
Железо	Fe	Входит в состав гемоглобина, миоглобина, некоторых ферментов
Медь	Cu	Входит в состав некоторых ферментов
Цинк	Zn	Входит в состав некоторых ферментов
Марганец	Mn	Входит в состав некоторых ферментов
Молибден	Mo	Входит в состав некоторых ферментов
Кобальт	Co	Входит в состав витамина В12
Фтор	F	Входит в состав эмали зубов, костей
Йод	I	Входит в состав гормона щитовидной железы — тироксина
Бром	Br	Входит в состав витамина В1
Бор	В	Влияет на рост растений

Молекулярный состав

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке — вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества — углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Содержание в клетке химических веществ

Вещество	Содержание, % от сырой массы
Вода	75–85
Белки	10–15
Жиры	1–5
Углеводы	0,2–2,0
Нуклеиновые кислоты	1–2
Низкомолекулярные органические соединения	0,1–0,5
Неорганические соединения	1,0–1,5

Неорганические вещества

Вода

Вода — преобладающее вещество всех живых организмов. Она обладает уникальными свойствами благодаря особенностям строения: молекулы воды имеют форму диполя и между ними образуются водородные связи. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95% всей воды клетки) и связанной (4–5% связаны с белками). Функции воды представлены в таблице.

Функции воды

Функция	Характеристика
Вода как растворитель	Вода является лучшим из известных растворителей, в ней растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Многие химические реакции в клетке являются ионными, поэтому протекают только в водной среде. Молекулы воды полярны, поэтому вещества, молекулы которых также полярны, хорошо растворяются в воде, а вещества, молекулы которых не полярны, нерастворяются (плохо растворяются) в воде. Вещества, растворяющиеся в воде, называются гидрофильными (спирты, сахара, альдегиды, аминокислоты), нерастворяющиеся — гидрофобными (жирные кислоты, целлюлоза).
Вода как реагент	Вода участвует во многих химических реакциях: реакциях гидролиза, полимеризации, в процессе фотосинтеза и т. д.
Транспортная	Передвижение по организму вместе с водой растворённых в ней веществ к различным его частям и выведение ненужных продуктов из организма.
Вода как термостабилизатор и терморегулятор	Эта функция обусловлена такими свойствами воды, как высокая теплоёмкость (благодаря наличию водородных связей): смягчает влияние на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде; высокая теплопроводность (вследствие небольших размеров молекул) позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объёме; высокая теплота испарения (благодаря наличию водородных связей): вода используется для охлаждения организма при потоотделении у млекопитающих и транспирации у растений.
Структурная	Цитоплазма клеток содержит обычно от 60 до 95% воды, и именно она придаёт клеткам их нормальную форму. У растений вода поддерживает тургор (упругость эндоплазматической мембраны), у некоторых животных служит гидростатическим скелетом (медузы, круглые черви). Это возможно благодаря такому свойству воды, как полная несжимаемость.

Минеральные соли

Минеральные соли в водном растворе клетки диссоциируют на катионы и анионы.
Наиболее важные катионы — K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, NH₄₊,
Наиболее важные анионы — Cl^—, SO₄^2-, HPO₄^2-, H₂PO_4^—, HCO_3^—, NO_3^—.
Существенным является не только концентрация, но и соотношение отдельных ионов в клетке.
Функции минеральных веществ представлены в таблице.

Функции минеральных веществ

Функция	Характеристика
Поддержание кислотно- щелочного равновесия	Наиболее важные буферные системы млекопитающих — фосфатная и бикарбонатная. Фосфатная буферная система (HPO4 2-, H2PO4—) поддерживает рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9–7,4. Бикарбонатная система (HCO3—, Н2CO3) сохраняет рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7,4.
Участие в создании мембранных потенциалов клеток	В составе наружной клеточной мембраны клетки имеются так называемые ионные насосы. Один из них — натрий-калиевый насос — белок, пронизывающий плазматическую мембрану, накачивает ионы натрия внутрь клетки и выкачивает из неё ионы натрия. При этом на каждые два поглощённых иона калия выводятся три иона натрия. В результате образуется разность зарядов (потенциалов) внешней и внутренней поверхностей мембраны клетки: внутренняя сторона заряжена отрицательно, наружная — положительно. Разность потенциалов необходима для передачи возбуждения по нерву или мышце.
Активация ферментов	Ионы Ca, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Co и других металлов являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов.
Создание осмотического давления в клетке	Более высокая концентрация ионов солей внутри клетки обеспечивает поступление в неё воды и создание тургорного давления.
Строительная (структурная)	Соединения азота, фосфора, серы и другие неорганические вещества служат источником строительного материала для синтеза органических молекул (аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и др.) и входят в состав ряда опорных структур клетки и организма. Соли кальция и фосфора входят в состав костной ткани животных.

Кроме того, соляная кислота входит в состав желудочного сока животных и человека, ускоряя процесс переваривания белков пищи. Остатки серной кислоты способствуют выведению чужеродных веществ из организма. Натриевые и калиевые соли азотистой и фосфорной кислот, кальциевая соль серной кислоты служат важными компонентами минерального питания растений, их вносят в почву в качестве удобрений.

Органические вещества

Полимер — многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество — мономер. Полимеры бывают линейные и разветвленные, гомополимеры (все мономеры одинаковые — остатки глюкозы в крахмале) и гетерополимеры (мономеры разные — остатки аминокислот в белках), регулярные (группа мономеров в полимере периодически повторяется) и нерегулярные (в молекулах нет видимой повторяемости мономерных звеньев).
Биологические полимеры — это полимеры, входящие в состав клеток живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Биополимерами являются белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Свойства биополимеров зависят от числа, состава и порядка расположения составляющих их мономеров. Изменение состава и последовательности мономеров в структуре полимера приводит к значительному числу вариантов биологических макромолекул.

Углеводы

Углеводы — органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1–5 %, а в некоторых клетках растений достигает 70 %.
Выделяют три группы углеводов: моносахариды, олигосахариды (состоят из 2–10 молекул простых сахаров), полисахариды (состоят более чем из 10 молекул сахаров). Соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеины.

Характеристика углеводов

Группа	Строение	Характеристика
Моносахариды (или простые сахара)	Это кетонные или альдегидные производные многоатомных спиртов.	В зависимости от числа атомов углерода различают триозы, тетрозы, пентозы (рибоза, дезоксирибоза), гексозы (глюкоза, фруктоза) и гептозы. В зависимости от функциональной группы сахара разделяют на альдозы, имеющие в составе альдегидную группу (глюкоза, рибоза, дезоксирибоза), и кетозы, имеющие в составе кетонную группу (фруктоза). Моносахариды — бесцветные твёрдые кристаллические вещества, легко растворимые в воде, имеющие, как правило, сладкий вкус. Моносахариды могут существовать в ациклических и циклических формах, которые легко превращаются друг в друга. Олиго- и полисахариды образуются из циклических форм моносахаридов.
Олигосахариды	Состоят из 2–10 молекул простых сахаров. В природе в большей степени представлены дисахаридами, состоящими из двух моносахаридов, связанных друг с другом с помощью гликозидной связи.	Наиболее часто встречаются мальтоза, или солодовый сахар, состоящий из двух молекул глюкозы; лактоза, входящая в состав молока и состоящая из галактозы и глюкозы; сахароза, или свекловичный сахар, включающий глюкозу и фруктозу. Дисахариды, как и моносахариды, растворимы в воде и обладают сладким вкусом.
Полисахариды	Состоят более чем из 10 молекул сахаров. В полисахаридах простые сахара (глюкоза, галактоза и др.) соединены между собой гликозидными связями. Если присутствуют только 1–4, гликозидные связи, то образуется линейный, неразветвлённый полимер (целлюлоза), если присутствуют и 1–4, и 1–6 связи, полимер будет разветвлённым (крахмал, гликоген). Полисахариды утрачивают сладкий вкус и способность растворяться в воде.	Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из молекул β-глюкозы, соединённых 1–4 связями. Целлюлоза является главным компонентом клеточной стенки растений. Она нерастворима в воде и обладает большой прочностью. У жвачных животных целлюлозу расщепляют ферменты бактерий, постоянно обитающих в специальном отделе желудка. Крахмал и гликоген являются основными формами запасания глюкозы у растений и животных соответственно. Остатки α-глюкозы в них связаны 1–4 и 1–6 гликозидными связями. Хитин образует у членистоногих наружный скелет (панцирь), у грибов придаёт прочность клеточной стенке.

Функции углеводов представлены в таблице.

Функции углеводов

Функция	Характеристика
Энергетическая	При окислении простых сахаров (в первую очередь глюкозы) организм получает основную часть необходимой ему энергии. При полном расщеплении 1 г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии.
Запасающая	Крахмал (у растений) и гликоген (у животных, грибов и бактерий) играют роль источника глюкозы, высвобождая её по мере необходимости.
Строительная (структурная)	Целлюлоза (у растений) и хитин (у грибов) придают прочность клеточным стенкам. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Рибоза также входит в состав АТФ, ФАД, НАД, НАДФ.
Рецепторная	Функция узнавания клетками друг друга обеспечивается гликопротеинами, входящими в состав клеточных мембран. Утрата способности узнавать друг друга характерна для клеток злокачественных опухолей.
Защитная	Хитин образует покровы (наружный скелет) тела членистоногих.

Липиды

Липиды — жиры и жироподобные органические соединения, практически нерастворимые в воде. Их содержание в разных клетках сильно варьируется от 2–3 (в клетках семян растений) до 50–90% (в жировой ткани животных). В химическом отношении липиды, как правило, сложные эфиры жирных кислот и ряда спиртов

Они делятся на несколько классов. Наиболее распространены в живой природе нейтральные жиры, воска, фосфолипиды, стероиды. В состав большинства липидов входят жирные кислоты, молекулы которых содержат гидрофобный длинноцепочечный углеводородный «хвост» и гидрофильную карбоксильную группу.
Жиры — сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и трёх молекул жирных кислот. Воска — это сложные эфиры многоатомных спиртов и жирных кислот. Фосфолипиды имеют в молекуле вместо остатка жирной кислоты остаток фосфорной кислоты. Стероиды не содержат жирных кислот и имеют особую структуру. Также для живых организмов характерны липопротеины — соединения липидов с белками без образования ковалентных связей и гликолипиды — липиды, в которых помимо остатка жирной кислоты содержится одна или несколько молекул сахара.
Функции липидов представлены в таблице.

Функции липидов

Функция	Характеристика
Строительная (структурная)	Фосфолипиды вместе с белками являются основой биологических мембран. Стероид холестерин — важный компонент клеточных мембран у животных. Липопротеины и гликолипиды входят в состав мембран клеток некоторых тканей. Воск входит в состав пчелиных сот.
Гормональная (регуляторная)	Многие гормоны по химической природе являются стероидами. Например, тестостерон стимулирует развитие полового аппарата и вторичных половых признаков, характерных для мужчин; прогестерон (гормон беременности) способствует имплантации яйцеклетки в матке, задерживает созревание и овуляцию фолликулов, стимулирует рост молочных желёз; кортизон и кортикостерон влияют на обмен углеводов, белков, жиров, обеспечивая адаптацию организма к большим мышечным нагрузкам.
Энергетическая	При окислении 1 г жирных кислот высвобождается 38,9 кДж энергии и синтезируется в два раза больше АТФ, чем при расщеплении такого же количества глюкозы. У позвоночных половина энергии, потребляемой в состоянии покоя, образуется за счёт окисления жирных кислот.
Запасающая	В виде жиров хранится значительная часть энергетических запасов организма: твёрдые жиры у животных, жидкие жиры (масла) у растений, например, у подсолнечника, сои, клещевины. Кроме того, жиры служат источником воды (при сгорании 1 г жира образуется 1,1 г воды). Это особенно ценно для пустынных и арктических животных, испытывающих дефицит свободной воды.
Защитная	У млекопитающих подкожный жир выступает в качестве термоизолятора (защита от охлаждения) и амортизатора (защита от механических воздействий). Воск покрывает эпидермис растений, кожу, перья, шерсть, волосы животных, предохраняя от смачивания.

Белки

Белки представляют собой самый многочисленный и наиболее разнообразный класс органических соединений клетки. Белки — это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

По химическому составу аминокислоты — это соединения, содержащие одну карбоксильную группу (—СООН) и одну аминную (—NH₂), связанные с одним атомом углерода, к которому присоединена боковая цепь — какой-либо радикал R. Именно радикал придаёт аминокислоте её неповторимые свойства.
В образовании белков участвуют только 20 аминокислот. Они называются фундаментальными, или основными: аланин, метионин, валин, пролин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин, аспарагин, глутамин, серин, глицин, тирозин, треонин, цистеин, аргинин, гистидин, лизин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Некоторые из аминокислот не синтезируются в организмах животных и человека и должны поступать с растительной пищей. Они называются незаменимыми: аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.
Аминокислоты, соединяясь друг с другом ковалентными пептидными связями, образуют различной длины пептиды
Пептидной (амидной) называется ковалентная связь, образованная карбоксильной группой одной аминокислоты и аминной группой другой.
Белки представляют собой высокомолекулярные полипептиды, в состав которых входят от ста до нескольких тысяч аминокислот.
Выделяют 4 уровня организации белков:

Уровни организации белков

Уровень	Характеристика
Первичная структура	Последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Она образуется за счёт ковалентных пептидных связей между аминокислотными остатками. Первичная структура определяется последовательностью нуклеотидов в участке молекулы ДНК, кодирующем данный белок. Первичная структура любого белка уникальна и определяет его форму, свойства и функции. Молекулы белков могут принимать различные пространственные формы (конформации). Существуют вторичная, третичная и четвертичная пространственные структуры белковой молекулы.
Вторичная структура	Образуется укладкой полипептидных цепей в α-спираль или β-структуру. Она поддерживается за счёт водородных связей между атомами водорода групп NH— и атомами кислорода групп СО—. α-спираль формируется в результате скручивания полипептидной цепи в спираль с одинаковыми расстояниями между витками. Она характерна для глобулярных белков, имеющих сферическую форму глобулы. β-структура представляет собой продольную укладку трёх полипептидных цепей. Она характерна для фибриллярных белков, имеющих вытянутую форму фибриллы.
Третичная структура	Образуется при сворачивании спирали в клубок (глобулу, домен). Домены — глобулоподобные образования с гидрофобной сердцевиной и гидрофильным наружным слоем. Третичная структура формируется за счёт связей, образующихся между радикалами (R) аминокислот, за счёт ионных, гидрофобных и дисперсионных взаимодействий, а также за счёт образования дисульфидных (S — S) связей между радикалами цистеина.
Четвертичная структура	Характерна для сложных белков, состоящих из двух и более полипептидных цепей (глобул), не связанных ковалентными связями, а также для белков, содержащих небелковые компоненты (ионы металлов, коферменты). Четвертичная структура поддерживается в основном силами межмолекулярного притяжения и в меньшей степени водородными и ионными связями.

Конфигурация белка зависит от последовательности аминокислот, но на неё могут влиять и конкретные условия, в которых находится белок.
Утрата белковой молекулой своей структурной организации называется денатурацией.

Денатурация может быть обратимой и необратимой. При обратимой денатурации разрушается четвертичная, третичная и вторичная структуры, но благодаря сохранению первичной структуры при возвращении нормальных условий возможна ренатурация белка — восстановление нормальной (нативной) конформации. При необратимой денатурации происходит разрушение первичной структуры белка. Денатурация может быть вызвана высокой температурой (выше 45 °C), обезвоживанием, ионизирующим излучением и другими факторами. Изменение конформации (пространственной структуры) белковой молекулы лежит в основе ряда функций белков (сигнальные, антигенные свойства и др.).
По химическому составу различают простые и сложные белки. Простые белки состоят только из аминокислот (фибриллярные белки, антитела — иммуноглобулины). Сложные белки содержат белковую часть и небелковую — простетические группы. Различают липопротеины (содержат липиды), гликопротеины (углеводы), фосфопротеины (одну или несколько фосфатных групп), металлопротеины (различные металлы), нуклеопротеины (нуклеиновые кислоты). Простетические группы обычно играют важную роль при выполнении белком его биологической функции.
Функции белков представлены в таблице.

Функции белков

Функция	Характеристика
Каталитическая (ферментативная)	Все ферменты являются белками. Белки-ферменты катализируют протекание в организме химических реакций. Например, каталаза разлагает перекись водорода, амилаза гидролизует крахмал, липаза — жиры, трипсин — белки, нуклеаза — нуклеиновые кислоты, ДНК-полимераза катализирует удвоение ДНК.
Строительная (структурная)	Её осуществляют фибриллярные белки. Например, кератин содержится в ногтях, волосах, шерсти, перьях, рогах, копытах; коллаген — в костях, хрящах, сухожилиях; эластин — в связках и стенках кровеносных сосудов.
Транспортная	Ряд белков способен присоединять и переносить различные вещества. Например, гемоглобин переносит кислород и углекислый газ, белки-переносчики осуществляют облегчённую диффузию через плазматическую мембрану клетки.
Гормональная (регуляторная)	Многие гормоны являются белками, пептидами, гликопептидами. Например, соматропин регулирует рост; инсулин и глюкагон регулируют уровень глюкозы в крови: инсулин повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы, что усиливает её расщепление в тканях, отложение гликогена в печени, глюкагон способствует превращению гликогена печени в глюкозу.
Защитная	Например, иммуноглобулины крови являются антителами; интерфероны — универсальные противовирусные белки; фибрин и тромбин участвуют в свёртывании крови.
Сократительная (двигательная)	Например, актин и миозин образуют микрофиламенты и осуществляют сокращение мышц, тубулин образует микротрубочки и обеспечивает работу веретена деления.
Рецепторная (сигнальная)	Например, гликопротеины входят в состав гликокаликса и воспринимают информацию из окружающей среды; опсин — составная часть светочувствительных пигментов родопсина и йодопсина, находящихся в клетках сетчатки глаза.
Запасающая	Например, альбумин запасает воду в яичном желтке, миоглобин содержит запас кислорода в мышцах позвоночных, белки семян растений бобовых — запас питательных веществ для зародыша.
Энергетическая	При расщеплении 1 г белков высвобождается 17,6 кДж энергии.

Ферменты. Белки-ферменты катализируют протекание в организме химических реакций. Эти реакции, в силу энергетических причин, сами по себе либо вообще не протекают в организме, либо протекают слишком медленно.
Ферментативную реакцию можно выразить общим уравнением:
Е+S → [ES] → E+P,
где субстрат (S) обратимо реагирует с ферментом (Е) с образованием фермент-субстратного комплекса (ES), который затем распадается с образованием продукта реакции (Р). Фермент не входит в состав конечных продуктов реакции.
В молекуле фермента имеется активный центр, состоящий из двух участков — сорбционного (отвечает за связывание фермента с молекулой субстрата) и каталитического (отвечает за протекание собственно катализа). В ходе реакции фермент связывает субстрат, последовательно изменяет его конфигурацию, образуя ряд промежуточных молекул, дающих в конечном итоге продукты реакции.
Отличие ферментов от катализаторов неорганической природы:
1. Один фермент катализирует только один тип реакций.
2. Активность ферментов ограничена довольно узкими температурными рамками (обычно 35–45^оС).
3. Ферменты активны при определенных значениях рН (большинство в слабощелочной среде).

Нуклеиновые кислоты

Мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из одного азотистого основания — пуринового (аденин — А, гуанин — Г) или пиримидинового (цитозин — Ц, тимин — Т, урацил — У), сахара-пентозы (рибоза или дезоксирибоза) и 1–3 остатков фосфорной кислоты.
В зависимости от числа фосфатных групп различают моно-, ди- и трифосфаты нуклеотидов, например, аденозинмонофосфат — АМФ, гуанозиндифосфат — ГДФ, уридинтрифосфат — УТФ, тимидинтрифосфат — ТТФ и т. д.
Функции мононуклеотидов представлены в таблице.

Функции мононуклеотидов

Функция	Характеристика
Строительная (структурная)	Наиболее важная роль нуклеотидов состоит в том, что они служат строительными блоками для сборки полинуклеотидов: ДНК и РНК (дезоксирибонуклеиновых и рибонуклеиновых кислот).
Энергетическая	АТФ является универсальным переносчиком и хранителем энергии в клетке, участвует как источник энергии почти во всех внутриклеточных реакциях.
Транспортная	Производные нуклеотидов служат переносчиками некоторых химических групп, например, НАД (никотинамидадениндинуклеотид) и ФАД (флавинадениндинуклеотид) — переносчики атомов водорода.

Полинуклеотиды. Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) — полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).
Нуклеотиды ДНК и РНК состоят из следующих компонентов:

1. Азотистое основание (в ДНК: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК: аденин, гуанин, цитозин и урацил).
2. Сахар-пентоза (в ДНК — дезоксирибоза, в РНК — рибоза).
3. Остаток фосфорной кислоты.

​ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — линейный полимер, состоящий из четырёх типов мономеров: нуклеотидов А, Т, Г и Ц, связанных друг с другом ковалентной связью через остатки фосфорной кислоты.

Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей (двойная спираль). При этом между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином — три. Эти пары азотистых оснований называют комплементарными. В молекуле ДНК они всегда расположены друг напротив друга. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Пространственная структура молекулы ДНК была установлена в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком.

Виды РНК

Вид	Характеристика	Доля в клетке, %
Информационная РНК (иРНК), или матричная РНК (мРНК)	Имеет незамкнутую цепь. Служит в качестве матриц для синтеза белков, перенося информацию об их структуре с молекулы ДНК к рибосомам в цитоплазму.	Около 5
Транспортная РНК (тРНК)	Доставляет аминокислоты к синтезируемой молекуле белка. Молекула тРНК состоит из 70–90 нуклеотидов и благодаря внутрицепочечным комплементарным взаимодействиям приобретает характерную вторичную структуру в виде «клеверного листа». 1 — 4 — участки комплементарного соединения внутри одной цепочки РНК; 5 — участок комплементарного соединения с молекулой мРНК; 6 — участок (активный центр) соединения с аминокислотой	Около 10
Рибосомная РНК (рРНК)	В комплексе с рибосомными белками образует рибосомы — органоиды, на которых происходит синтез белка.	Около 85

Функции РНК: участие в биосинтезе белков.
Самоудвоение ДНК. Молекулы ДНК обладают способностью, не присущей ни одной другой молекуле, — способностью к удвоению. Процесс удвоения молекул ДНК называется репликацией.

В основе репликации лежит принцип комплементарности — образование водородных связей между нуклеотидами А и Т, Г и Ц.
Репликацию осуществляют ферменты ДНК-полимеразы. Под их воздействием цепи молекулы ДНК разделяются на небольшом отрезке молекулы. На цепи материнской молекулы достраиваются дочерние цепи. Затем расплетается новый отрезок, и цикл репликации повторяется.
В результате образуются дочерние молекулы ДНК, ничем не отличающиеся друг от друга и от материнской молекулы. В процессе деления клетки дочерние молекулы ДНК распределяются между образующимися клетками. Так осуществляется передача информации из поколения в поколение.
Под воздействием различных факторов внешней среды (ультрафиолетового излучения, различных химических веществ) молекула ДНК может повреждаться. Происходят разрывы цепей, ошибочные замены азотистых оснований нуклеотидов и др. Кроме того, изменения в ДНК могут происходить самопроизвольно, например, в результате рекомбинации — обмена фрагментами ДНК. Произошедшие изменения в наследственной информации также передаются потомству.
В некоторых случаях молекулы ДНК способны «исправлять» возникающие в её цепях изменения. Эта способность называется репарацией. В восстановлении исходной структуры ДНК участвуют белки, которые узнают изменённые участки ДНК и удаляют их из цепи, тем самым восстанавливая правильную последовательность нуклеотидов, сшивая восстановленный фрагмент с остальной молекулой ДНК.
Сравнительная характеристика ДНК и РНК представлена в таблице.

Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Признаки	ДНК	РНК
Местонахождение в клетке	Ядро, митохондрии, пластиды. Цитоплазма у прокариот	Ядро, рибосомы, цитоплазма, митохондрии, хлоропласты
Местонахождение в ядре	Хромосомы	Кариоплазма, ядрышко (рРНК)
Строение макромолекулы	Двуцепочечный (как правило) линейный полинуклеотид, свёрнутый правозакрученной спиралью, с водородными связями между двумя цепями	Одноцепочечный (как правило) полинуклеотид. Некоторые вирусы имеют двуцепочечную РНК
Мономеры	Дезоксирибонуклеотиды	Рибонуклеотиды
Состав нуклеотида	Азотистое основание (пуриновое — аденин, гуанин, пиримидиновое — тимин, цитозин); углевод (дезоксирибоза); остаток фосфорной кислоты	Азотистое основание (пуриновое — аденин, гуанин, пиримидиновое — урацил, цитозин); углевод (рибоза); остаток фосфорной кислоты
Типы нуклеотидов	Адениловый (А), гуаниловый (Г), тимидиловый (Т), цитидиловый (Ц)	Адениловый (А), гуаниловый (Г), уридиловый (У), цитидиловый (Ц)
Свойства	Способна к самоудвоению (репликации) по принципу комплементарности: А=Т, Т=А, Г=Ц, Ц=Г. Стабильна	Не способна к самоудвоению. Лабильна. Генетическая РНК вирусов способна к репликации
Функции	Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК; синтез РНК; информация о структуре белков	Информационная (иРНК) — переносит информацию о структуре белка с молекулы ДНК к рибосомам в цитоплазму; транспортная (тРНК) — переносит аминокислоты к рибосомам; рибосомальная (рРНК) — входит в состав рибосом; митохондриальная и пластидная — входят в состав рибосом этих органелл

Строение клетки
Клеточная теория

Становление клеточной теории:

• Роберт Гук в 1665 году обнаружил клетки в срезе пробки и впервые применил термин клетка.
• Антони ван Левенгук открыл одноклеточные организмы.
• Маттиас Шлейден в 1838 году и Томас Шванн в 1839 году сформулировали основные положения клеточной теории. Однако они ошибочно считали, что клетки возникают из первичного неклеточного вещества.
• Рудольф Вирхов в 1858 году доказал, что все клетки образуются из других клеток путём клеточного деления.

Основные положения клеточной теории:

1. Клетка является структурной единицей всего живого. Все живые организмы состоят из клеток (исключение составляют вирусы).
2. Клетка является функциональной единицей всего живого. Клетка проявляет весь комплекс жизненных функций.
3. Клетка является единицей развития всего живого. Новые клетки образуются только в результате деления исходной (материнской) клетки.
4. Клетка является генетической единицей всего живого. В хромосомах клетки содержится информация о развитии всего организма.
5. Клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению и функциям.

Типы клеточной организации

Среди живых организмов только вирусы не имеют клеточного строения. Все остальные организмы представлены клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии (сине-зелёные), к эукариотам — растения, грибы и животные.

Прокариотические клетки устроены сравнительно просто. Они не имеют ядра, область расположения ДНК в цитоплазме называется нуклеоид, единственная молекула ДНК кольцевая и не связана с белками, клетки меньше эукариотических, в состав клеточной стенки входит гликопептид — муреин, мембранные органоиды отсутствуют, их функции выполняют впячивания плазматической мембраны (мезосомы), рибосомы мелкие, микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру.

Эукариотические клетки имеют ядро, в котором находятся хромосомы — линейные молекулы ДНК, связанные с белками, в цитоплазме расположены различные мембранные органоиды.
Растительные клетки отличаются наличием толстой целлюлозной клеточной стенки, пластид, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии. Клеточный центр высших растений не содержит центриоли. Запасным углеводом является крахмал.
Клетки грибов имеют клеточную стенку, содержащую хитин, в цитоплазме имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Главным резервным углеводом является гликоген.
Животные клетки не имеют клеточной стенки, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерна центриоль. Запасным углеводом является гликоген.
В зависимости от количества клеток, из которых состоят организмы, их делят на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной-единственной клетки, выполняющей функции целостного организма. Одноклеточными являются все прокариоты, а также простейшие, некоторые зелёные водоросли и грибы. Тело многоклеточных организмов состоит из множества клеток, объединённых в ткани, органы и системы органов. Клетки многоклеточного организма специализированы для выполнения определённой функции и могут существовать вне организма лишь в микросреде, близкой к физиологической (например, в условиях культуры тканей). Клетки в составе многоклеточного организма различаются по размерам, форме, структуре и выполняемым функциям. Несмотря на индивидуальные особенности, все клетки построены по единому плану и имеют много общих черт.

Характеристика структур эукариотической клетки

Название	Строение	Функции
I. Поверхностный аппарат клетки	Плазматическая мембрана, надмембранный комплекс, субмембранный комплекс	Взаимодействие с внешней средой; обеспечение клеточных контактов; транспорт: а) пассивный (диффузия, осмос, облегченная диффузия через поры); б) активный; в) экзоцитоз и эндоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз)
1. Плазматическая мембрана	Два слоя липидных молекул, в которые встроены молекулы белка (интегральные, полуинтегральные и периферические)	Структурная
2. Надмембранный комплекс:
а) гликокаликс	Гликолипиды и гликопротеины	Рецепторная
б) клеточная стенка у растений и грибов	Целлюлоза у растений, хитин у грибов	Структурная; защитная; обеспечение тургора клетки
3. Субмембранный комплекс	Микротрубочки и микрофиламенты	Обеспечивает механическую устойчивость плазматической мембраны
II. Цитоплазма
1. Гиалоплазма	Коллоидный раствор неорганических и органических веществ	Протекание ферментативных реакций; синтез аминокислот, жирных кислот; формирование цитоскелета; обеспечение движения цитоплазмы (циклоза)
2. Одномембранные органеллы:
а) эндоплазматический ретикулум:	Система мембран, образующих цистерны, канальцы	Транспорт веществ внутри и вне клетки; разграничение ферментных систем; место образования одномембранных органелл: комплекса Гольджи, лизосом, вакуолей
гладкий	Рибосом нет	Синтез липидов и углеводов
шероховатый	Рибосомы есть	Синтез белков
б) аппарат Гольджи	Плоские цистерны, крупные цистерны, микровакуоли	Образование лизосом; секреторная; накопительная; укрупнение белковых молекул; синтез сложных углеводов
в) первичные лизосомы	Пузырьки, ограниченные мембраной, содержащие ферменты	Участие во внутриклеточном пищеварении; защитная
г) вторичные лизосомы:
пищеварительные вакуоли	Первичная лизосома + фагосома	Эндогенное питание
остаточные тельца	Вторичная лизосома, содержащая непереваренный материал	Накопление нерасщеплённых веществ
аутолизосомы	Первичная лизосома + разрушенные органеллы клеток	Аутолиз органелл
д) вакуоли	В клетках растений мелкие пузырьки, отделённые от цитоплазмы мембраной; полость заполнена клеточным соком	Поддержание тургора клетки; запасающая
е) пероксисомы	Мелкие пузырьки, содержащие ферменты, нейтрализующие перекись водорода	Участие в реакциях обмена; защитная
3. Двумембранные органеллы:
а) митохондрии	Внешняя мембрана, внутренняя мембрана с кристами, матрикс, содержащий ДНК, РНК, ферменты, рибосомы	Клеточное дыхание; синтез АТФ; синтез белков митохондрий
б) пластиды:	Внешняя и внутренняя мембраны, строма
хлоропласты	В строме мембранные структуры — ламеллы, образующие диски — тилакоиды, собранные в стопки — граны, содержащие пигмент хлорофилл. В строме — ДНК, РНК, рибосомы, ферменты	Фотосинтез; определение окраски листьев, плодов
хромопласты	Содержат жёлтые, красные, оранжевые пигменты	Определение окраски листьев, плодов, цветов
лейкопласты	Не содержат пигментов	Накопление запасных питательных веществ
4. Немембранные органеллы:
а) рибосомы	Имеют большую и малую субъединицы	Синтез белка
б) микротрубочки	Трубочки диаметром 24 нм, стенки образованы тубулином	Участие в образовании цитоскелета, делении ядра
в) микрофиламенты	Нити диаметром 6 нм из актина и миозина	Участие в образовании цитоскелета; образование кортикального слоя под плазматической мембраной
г) клеточный центр	Участок цитоплазмы и две центриоли, перпендикулярные друг другу, каждая образована девятью триплетами микротрубочек	Участие в делении клетки
д) реснички и жгутики	Выросты цитоплазмы; в основании находятся базальные тельца. На поперечном срезе ресничек и жгутиков по периметру расположено девять пар микротрубочек и одна пара в центре	Участие в передвижении
5. Включения	Капли жира, гранулы гликогена, гемоглобин эритроцитов	Запасающая; секреторная; специфическая
III. Ядро	Имеет двумембранную оболочку, кариоплазму, ядрышко, хроматин	Регуляция активности клетки; хранение наследственной информации; передача наследственной информации
1. Ядерная оболочка	Состоит из двух мембран. Имеет поры. Связана с эндоплазматическим ретикулумом	Отделяет ядро от цитоплазмы; регулирует транспорт веществ в цитоплазму
2. Кариоплазма	Раствор белков, нуклеотидов и других веществ	Обеспечивает нормальное функционирование генетического материала
3. Ядрышки	Мелкие тельца округлой формы, содержат рРНК	Синтез рРНК
4. Хроматин	Неспирализованная молекула ДНК, связанная с белками (мелкозернистые гранулы)	Образуют хромосомы при делении клетки
5. Хромосомы	Спирализованная молекула ДНК, связанная с белками. Плечи хромосомы соединены центромерой, может быть вторичная перетяжка, отделяющая спутник, плечи оканчивают стеломерами	Передача наследственной информации

Основные различия клеток прокариот и эукариот

Признак	Прокариоты	Эукариоты
Организмы	Бактерии и цианобактерии (сине-зелёные водоросли)	Грибы, растения, животные
Ядро	Имеется нуклеоид — часть цитоплазмы, где содержится ДНК, не окружённая мембраной	Ядро имеет оболочку из двух мембран, содержит одно или несколько ядрышек
Генетический материал	Кольцевая молекула ДНК, не связанная с белками	Линейные молекулы ДНК, связанные с белками, организованы в хромосомы
Ядрышко (и)	Нет	Есть
Плазмиды (нехромосомные кольцевые молекулы ДНК)	Есть	В составе митохондрий и пластид
Организация генома	До 1,5 тыс. генов. Большинство представлены в единственной копии	От 5 до 200 тыс. генов. До 45% генов представлены несколькими копиями
Клеточная стенка	Есть (у бактерий прочность придает муреин, у цианобактерий — целлюлоза, пектиновые вещества, муреин)	Есть у растений (целлюлоза) и грибов (хитин), у животных нет
Мембранные органоиды: эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, вакуоли, лизосомы, митохондрии и др.	Нет	Есть
Мезосома (впячивание плазматической мембраны в цитоплазму)	Есть	Нет
Рибосомы	Мельче, чем у эукариот	Крупнее, чем у прокариот
Жгутики	если есть, то не имеют микротрубочек и не окружены плазматической мембраной	если есть, то имеют микротрубочки, окружены плазматической мембраной
Размеры	диаметр в среднем 0,5–5 мкм	диаметр обычно до 40 мкм

Основные различия животной и растительной клеток

Признак	Растительная клетка	Животная клетка
Клеточная стенка	Есть	Нет
Пластиды	Есть	Нет
Вакуоли	Есть крупные, занимают до 70–95% объёма клетки, оттесняя остальные органоиды к периферии клетки, поддерживают тургорное давление	Есть небольшие пищеварительные и сократительные вакуоли, не аналогичные вакуолям растительных клеток
Гликокаликс	Нет	Есть
Микроворсинки	Нет	Есть
Клеточный центр	Есть только у низших растений	Есть
Гранулы гликогена	Нет	Есть
Гранулы крахмала	Есть	Нет

Сборник задачпо молекулярной биологииУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Учебное пособие предназначено для учеников старших классов и призвано оказывать помощь при подготовке к ЕГЭ по биологии. Также может использоваться учителями средних общеобразовательных школ в процессе преподавания соответствующих разделов биологии.

Предисловие

Раздел «Молекулярная биология» является одним из сложных для понимания в школьном курсе общей биологии. Облегчению усвоения этих разделов может способствовать решение задач по молекулярной биологии разных уровней сложности.

Использование таких задач развивает у школьников логическое мышление и позволяет им глубже понять учебный материал по этой теме, дает возможность преподавателям осуществлять эффективный контроль уровня усвоенных учащимися знаний. Задачи составлены в соответствии с программой по биологии для общеобразовательных и профильных классов, а также с программой для поступающих в высшие учебные заведения.

В пособие включены задачи, взятые из имеющихся пособий, тестов ЕГЭ, а также задачи, разработанные учителем. Заимствованные из других пособий задачи представлены или без изменений, или – в незначительной модификации.

В предлагаемом пособии рассматриваются общие принципы решения и оформления задач, включает более 100 задач всех типов разных уровней сложности. Для типовых задач и задач повышенной сложности приводятся решения. Значительную часть занимают задачи, которые чаще всего встречаются на экзаменах по биологии. 

Пособие рассчитано на тех, кто уже обладает знаниями молекулярной биологии в объеме курса средней школы и предназначено старшеклассникам для подготовки к ЕГЭ по биологии. Также может быть использовано учителями средней школы в процессе преподавания соответствующих разделов биологии.

^ Задачи по молекулярной биологииМолекулярная масса, состав белков инуклеиновых кислот.

Как биополимеры, белки характеризуются высокой молекулярной массой (от 6000 до 1000000 и выше). Такие белки содержат в своем составе от 50 до 8000 и более аминокислотных остатков. Приблизительное количество аминокислотных остатков в белке можно определить путем деления молекулярной массы белка на среднюю 

молекулярную массу одного аминокислотного остатка, принимаемую за 100 атомных единиц массы Задача №1. Альбумин сыворотки крови человека имеет молекулярную массу 68400. Определите количество аминокислотных остатков в молекуле этого белка?Решение: определяем общее количество аминокислотных остатков, принимая среднюю молекулярную массу одного аминокислотного остатка за 100 (а.е.м.)

68400 : 100 = 684 аминокислот

Ответ: 684 аминокислот в молекуле альбумина.^ Задача №2. Известна молекулярная масса трех видов белков: а) 3600; б) 4800; в) 72000. Определите количество аминокислотных остатков в молекуле этого белка?

Молекулярную массу можно определить по содержанию того или иного компонента. Многие сложные белки содержат в своем составе один или несколько атомов металла (Fe, Zn, Си и др.). Молекулярную массу низкомолекулярных белков можно вычислить по данным аминокислотного состава. В этом случае выбирают ту аминокислоту, содержание которой в белке минимально. По данным элементарного и аминокислотного состава вначале вычисляют минимальную молекулярную массу по формуле:

^ М.м = А : В × 100%, где М.м — минимальная молекулярная масса белка, А — атомная или молекулярная масса компонента, В- процентное содержание компонента.

Зная число атомов металла или аминокислотных остатков в молекуле, можно рассчитать истинную молекулярную массу данного белка, умножив минимальную молекулярную массу на число компонентов.

^ Задача №3. Гемоглобин крови человека содержит 0,34% железа. Вычислите минимальную молекулярную массу гемоглобина. Решение: Атомная масса железа 56. Поскольку в гемоглобине содержится один атом железа, то минимальную молекулярную массу белка можно рассчитать, составив пропорцию:

0,34 части Fe — 100 части гемоглобина 

56 частей- Х

М.м = ( 56 × 100) : 0,34 или сразу по формуле М.м = 56 : 0,34 × 100%

Ответ: 16470 молекулярная масса гемоглобина^ Задача №4. Белок содержит 0,5% глицина. Чему равна минимальная молекулярная масса этого белка, если М.м глицина = 75? Сколько аминокислотных остатков в этом белке?Решение:

М.м = 75 : 0,5 × 100% = 15000

15000 : 100 = 150

Ответ: 150 аминокислот в этом белке.

Молекула ДНК состоит из двух правильно закрученных спиральных цепей (полинуклеотидов).Цепи между собой комплементарны, т. е. дополняют друг друга. Комплементарность выражается в следующем: водородные связи идут от аденина и гуанина одной цепи соответственно к тимину и цитозину другой цепи, и наоборот. Принцип комплементарности имеет большое значение для понимания самоудвоения ДНК и транскрипции РНК. 

^ Важное значение имеют закономерности в количественном соотношении нуклеотидов в молекуле ДНК, которые известны в виде правил Чаргаффа:1) А = Т; 2) Г = Ц; отсюда следует, что А : Т = 1 и Г : Ц = 1 ^ Задача №5. В молекуле ДНК на долю нуклеотидов с гуанином приходится 20%. Определите процентное соотношение других нуклеотидов в этой ДНК.Решение: Используем правила Чаргаффа: Г = Ц = 20% 

А + Т = 100 – (20 + 20)

А + Т = 60%, А = Т = 30%

^ Ответ: Ц =Г=20%, А=Т=30%.Задача №6. Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность ЦЦАТАГЦ. Определите нуклеотидную последовательность второй цепи и общее число водородных связей, которые образуются между двумя цепями ДНК. Объясните полученные результаты. Решение:

1) 1 цепь ДНК: ЦЦАТАГЦ

2 цепь ДНК: ГГТАТЦГ

2) между нуклеотидами А и Т образуются 2 водородные связи, всего связей 3 х 2 =6

3) между нуклеотидами Г и Ц образуются 3 водородные связи, число связей 4 х 3 = 12.

4) общее число связей между двумя цепями 12 + 6 = 18.

Ответ: 18 водородных связей.Задача №7. Сколько и каких видов свободных нуклеотидов потребуется при редупликации молекулы ДНК, в которой количество А = 600 тыс., Г = 2400 тыс.?Ответ: Столько же нуклеотидов, сколько их содержится в редуплицирующейся ДНК: 

А = 600тыс, то Т = 600тыс. Г = 2400 тыс,, то Ц = 2400 тыс., всего 6 млн.

^ Задача №8. В молекуле ДНК содержится 70 нуклеотидов с тимином (Т). Определите, сколько нуклеотидов с аденином содержат дочерние молекулы ДНК, образующиеся в процессе редупликации, и объясните полученные результаты.Примечание. Расстояние между парами нуклеотидов равно 0,34 нм. Относительная молекулярная масса одного нуклеотида принимается за 345 атомных единиц массы.Задача №9. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: ААГТЦТАЦГТАТ. Определите процентное содержание всех нуклеотидов в этом фрагменте ДНК и длину гена.Решение: 

1) 1 цепь ДНК: ААГТЦТАЦГТАТ.

2 цепь ДНК: ТТЦАГАТГЦАТА

) Ц = Г = 4; А = Т = 8.(А + Т) + (Г + Ц) = 24

3) 24 – 100% 

4 — Х

Х = 33,4% (Ц = Г )

4) 100 – (33,4 +33,4) = 33,2 (А + Т), то А = Т = 16,6

5) молекула ДНК состоит из двух цепей, поэтому длина гена равна одной цепи 

12 х 0,34 = 4,08 нм.

Ответ: А =Т = 16,6%, Г = Ц = 33,4. Длина гена – 4,08 нм.^ Задача №10. В молекуле белка содержится 950 нуклеотидов с цитозином, составляющих 20% от общего количества нуклеотидов в этой ДНК. Определите процентное содержание других нуклеотидов, входящих в молекулу ДНК. Какова длина этого фрагмента?Решение: Используем правила Чаргаффа.

1) Ц = Г = 20% 

2) (А + Т) = 100 – (20 +20) = 60%, значит А = Т = 30%

3)Для вычисления количества этих нуклеотидов составляем пропорцию:

20% — 950

30% — Х 

Х = 1425

4)для определения длины ДНК нужно узнать, сколько всего нуклеотидов содержится в одной цепи: 

(950 + 950 + 1425 + 1425) : 2 = 2375, то 2375 х 0,34 = 808 (нм).

Ответ: А = Т = 30%, Г = Ц = 20%, длина фрагмента – 808 нм.^ Задача №11. В молекуле ДНК содержится 1400 нуклеотидов с тимином, составляющих 5% от общего количества нуклеотидов в этой ДНК. Определите процентное содержание других нуклеотидов, входящих в молекулу ДНК. Какова длина этого фрагмента?Решение: 

1) Т = А = 5% = 1400 нуклеотидов, их сумма А + Т = 2800 нуклеотидов.

2) (А + Т) = 10%, то (Г + Ц) = 90%, Г = Ц = 45%

3) 5% — 1400

45% — Х

Х= 12600 нуклеотидов Ц и Г

4) (2800 + 25200) : 2 = 14000, то 14000 х 0,34 = 4760 нм.

Ответ: Г = Ц = 45% = 12600 нуклеотидов; А =Т = 5% = 1400 нуклеотидов; длина фрагмента – 4760 нм.^ Задача №12. В молекуле ДНК содержится 1100 нуклеотидов с аденином, что составляет 10% от общего количества нуклеотидов в этой ДНК. Определите, сколько нуклеотидов с тимином, гуанином, цитозином содержится в отдельности в молекуле ДНК, и объясните полученный результат.^ Задача №13. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69000, из них 8625 приходится на долю нуклеотида с аденином. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК. Определите длину этого фрагмента.Решение: 

1) определяем количество нуклеотидов в ДНК, зная, что относительная молекулярная масса одного нуклеотида принимается за 345 а.е.м. 

69000 : 345 = 200 (нуклеотидов в ДНК)

2) 200 нуклеотидов в двух цепях, значит в одной –100, то100 х 0,34 = 34 (нм)

3) определяем количество адениловых нуклеотидов 8625 : 345 = 25 (А), 

значит А = Т = 25 нуклеотидов, Г = Ц = (200 – 50): 2= 75 нуклеотидов.

Ответ: А = Т = 25 нуклеотидов, Г = Ц = 75 нуклеотидов Длина фрагмента 34 нм.^ Задача №14. Одна из цепей ДНК имеет молекулярную массу 34155. Определите количество мономеров белка, запрограммированного в этой ДНК.Решение:

34155 : 345 (молекулярная масса одного нуклеотида) = 99 нуклеотидов содержится в ДНК.

99 : 3 = 33 триплета в ДНК кодируют 33 аминокислоты белка.

Ответ: 33 аминокислоты^ Обмен веществ и превращение энергии. Энергетический обмен.Задача №15. Какие продукты образуются и сколько молекул АТФ запасается в клетках дрожжей при спиртовом брожении в результате расщепления 15 молекул глюкозы?. Ответ поясните.Решение: 

1) Расщепление глюкозы в клетках дрожжей происходит по пути спиртового брожения, продуктами которого являются этиловый спирт и углекислый газ

2) одна молекула глюкозы расщепляется с образованием 2-х молекул АТФ, следовательно из 15 молекул глюкозы образуется 30 молекул АТФ.

Ответ: этиловый спирт и углекислый газ, 30 молекул АТФ^ Задача №16. В процессе гликолиза образовалось 42 молекулы пировиноградной кислоты. Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении?Решение:

1) При гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется с образованием 2-х молекул пировиноградной кислоты (ПВК), следовательно, гликолизу подверглось 42 : 2= 21 молекул глюкозы;

2) При полном окислении одной молекулы глюкозы (бескислородный и кислородный этапы) образуется 38 молекул АТФ;

3) При окислении 21 молекулы образуется 21 х 38 = 798 молекул АТФ.

Ответ: 21 молекул глюкозы; 798 молекул АТФ^ Задача №17. Сколько молекул АТФ будет синтезироваться в клетках эукариот при полном окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 70 остатков глюкозы? Ответ поясните.Решение:

1) Крахмал под действием гидролитических ферментов расщепляется в лизосоме до менее сложных органических веществ (мономеров) – глюкозы. В данном случае образуется 70 молекул ;

2) При полном окислении одной молекулы глюкозы (в митохондрии) синтезируется 38 молекул АТФ;

3) При окислении 70 молекул глюкозы синтезируется 

70 х 38 = 2660 молекул АТФ

Ответ: 2660 молекул АТФ^ Задача № 18. В процессе энергетического обмена произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному расщеплению подверглось только 2. Определите:

а) сколько моль пировиноградной кислоты и СО2 при этом образовалось;
б) сколько АТФ при этом синтезировано;
в) сколько энергии запасено в этих молекулах АТФ;
г) сколько израсходовано моль О2?

Решение:

1) из 7 моль глюкозы 2 подверглись полному расщеплению, 5- неполному. 

2) 5 С

6Н12О6 → 5 × 2 С3Н4О3 + 5 × 2 АТФ (неполное расщепление 5 моль глюкозы) = 10 моль АТФ

3) 2 С

6Н12О6 + 2 × 6 О2 → 2 × 6 СО2 + 2 × 6 Н2О + 2 × 38 АТФ (полное расщепление = 76 моль АТФ 
4) суммируем количество АТФ: 10 + 76 = 86 моль АТФ

5) определяем количество энергии в молекуле АТФ:

86 х 40 кДж = 3440 кДж.

Ответ а) 10 моль С3Н4О3 и 12 моль СО2; б) 86 молекул АТФ; в) 3440 кДж энергии; г) 12 моль О2^ Задача №19. В результате энергетического обмена в клетке образовалось 5 моль пировиноградной кислоты и 27 моль углекислого газа. Определите:

а) сколько всего моль глюкозы израсходовано;
б) сколько из них подверглось полному расщеплению, а сколько гликолизу;
в) сколько энергии запасено;
г) сколько моль кислорода пошло на окисление?

Решение:

С

6Н12О6 → 2 С3Н4О3 + 2 АТФ 

2,5 С

6Н12О6 → 2,5 × 2 С3Н4О3 + 2,5 × 2 АТФ

С

6Н12О6 + 6 О2 → 6 СО2 + 6 Н2О + 38 АТФ 

4,5 С

6Н12О6 + 4,5 × 6 О2 → 4,5 × 6 СО2 + 4,5 × 6 Н2О + 4,5 × 38 АТФ Ответ: 

а) 7 моль С

6Н12О6;
б) 4,5 моль – полному расщеплению, 2,5 – гликолизу;
в) (2,5 × 2 + 4,5 × 38) × 40 = 7040 (кДж);
г) 27 моль О2.Задача № 20. В процессе диссимиляции произошло расщепление 17 моль глюкозы, из которых кислородному расщеплению подверглись 3 моль. Определите:

а) сколько молей пировиноградной кислоты и СО2 при этом образовано;
б) сколько АТФ при этом синтезировано;
в) сколько энергии запасено в этих молекулах АТФ;
г) сколько израсходовано моль О2?

Ответ: а) 28 моль ПВК, 18 моль СО2; б) 142; в) 5680 кДж; г)18.Задача № 21. Мышцы ног при беге со средней скоростью расходуют за 1 мин 24 кДж энергии. Определите:

а) сколько всего граммов глюкозы израсходуют мышцы ног за 25 мин бега, если кислород доставляется кровью к мышцам в достаточном количестве;
б) накопится ли в мышцах молочная кислота?

Решение:

Х = 600 × 180 : 1520 = 71 (г)

Ответ: 

а) 71 г;
б) нет, т.к. кислорода достаточно.

^ Задача № 22. Бегун расходует за 1 мин 24 кДж энергии. Сколько глюкозы потребуется для бега с такими затратами, если 50 мин в его организме идет полное окисление глюкозы, а 10 мин – гликолиз?Решение:

Х = 240 × 180 : 80 = 540 (г)

У = 25 × 50 × 180 : 1520= 142 (г)

3) 540 + 142 = 682 (г)

Ответ: 682 г^ Пластический обмен. Биосинтез белка.

Информация о структуре белков записана и хранится в ДНК в виде определенной последовательности нуклеотидов. Участок молекулы ДНК, кодирующий синтез белковой молекулы определенной структуры, называется геном. Система зашифровки наследственной информации, а точнее, аминокислотной последовательности индивидуальных белков в молекуле ДНК называется генетическим кодом. При решении задач по синтезу белка надо использовать таблицу генетического кода и учитывать свойства генетического кода. 

Примечание: Молекулярная масса одной аминокислоты в среднем 100, одного нуклеотида – 35а.е.м.Таблица генетического кода.Задача № 23. Что тяжелее: белок или его ген?Решение:

Пусть х – количество аминокислот в белке, тогда масса этого белка – 100х; молекулярная масса одного аминокислотного остатка -100.

Код триплетен — количество нуклеотидов в гене, кодирующем этот белок – 3х, масса этого гена – 345 × 3х. (Относительная молекулярная масса одного нуклеотида – 345 а.е.м.). 

100х < 345 × 3х

Ответ: ген тяжелее белка^ Задача №24. Какова молекулярная масса гена (двух цепей ДНК), если в одной цепи его запрограммирован белок с молекулярной массой 2400?Решение:

1. 
   2400 : 100 (молекулярная масса одной аминокислоты) = 24 аминокислоты в белке
2. 
   24 х 3 = 72 нуклеотида в одной цепи ДНК
3. 
   72 х 345 = 24840 – молекулярная масса одной цепи гена, то двух цепей гена 24840 х 2 = 49680

Ответ: 49680 а.е.мЗадача №25. Одна из цепей ДНК имеет молекулярную массу 34155.Определите количество мономеров белка, запрограммированного в этой ДНК Решение:

1.34155 : 345 (молекулярная масса одного нуклеотида) = 99 нуклеотидов содержится в ДНК

2. 99 : 3 = 33 триплета в ДНК кодируют 33 аминокислоты (мономера) белка.

Ответ: 33.Задача №26. Молекулярная масса белка 48000. Определите длину соответствующего гена. Решение:

1. Белок состоит из 48000 : 100 = 480 аминокислот;

2. Одна из цепей гена, несущая программу белка, должна состоять из 480 триплетов, или 480 х 3 = 1 440 нуклеотидов

3. Длина этой цепи ДНК – 1 440 х 0,34 нм = 489,6нм, такова же длина гена (двухцепочечного участка ДНК).

Ответ: длина гена – 489,6нм. ^ Задача №27. Участок одной из цепей ДНК имеет следующую последовательность:

ТГАТТУГГААГЦАГГЦЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепи.

Решение:

Согласно принципу комплементарности последовательность нуклеотидов во второй цепи ДНК будет следующей:

1 цепь ДНК: ТГАТТАГГААГЦАГГЦЦ

2 цепь ДНК: АЦТААТЦЦТТЦГТЦЦГГ

^ Задача №28. Одна из цепей ДНК с последовательностью нуклеотидов ЦТТГЦАТАААА используется в качестве матрицы для синтеза и-РНК. Какую последовательность нуклеотидов будет иметь и-РНК?Решение:

Цепь ДНК: ЦТТГЦАЦААА

Цепь и-РНК: ГААЦГУГУУУ

^ Задача №29.Содержание нуклеотидов в цепи и-РНК следующее: 34% гуанина, 18% урацила, 28% цитозина, 20% аденина. Определите процентный состав азотистых оснований в участке ДНК, являющегося матрицей для данной и-РНК.Решение:

Очевидно, что 34% гуанина в и-РНК в считаемой цепи ДНК будет составлять 34% цитозина, соответственно 18% урацила — 18 % аденина, 28% цитозина — 28% гуанина, 20% аденина – 20% тимина ( по принципу комплементарности оснований нуклеотидов). Суммарно А + Т и Г + Ц в считаемой цепи будет составлять :

А +Т = 18% + 20% = 38%; Г + Ц = 28% + 34% = 62%.

В некодируемой цепи (ДНК – двухцепочечная молекула) суммарные показатели будут такими же, только процент отдельных оснований будет обратный:

А +Т = 20% + 18% = 38%; Г + Ц = 34% + 28% = 62%.

В обеих же цепях в парах комплементарных оснований будет поровну, т.е. аденина и тимина – по 19%, гуанина и цитозина по 31%. 

Задача №30. Содержание нуклеотидов в цепи и-РНК следующее: аденилового – 27%, гуанилового – 35%, цитидилового – 18%, урацилового – 20%. Определите процентный состав нуклеотидов участка молекулы ДНК (гена), являющегося матрицей для этой и-РНК.^ Задача № 31. Последовательность нуклеотидов в начале гена, хранящего информацию о белке инсулине, начинается так: А–А–А–Ц–А–Ц–Ц–Т–Г–Ц–Т–Т–Г–Т–А–Г–А–Ц

Напишите последовательности аминокислот, которой начинается цепь инсулина.

Решение:

Задание выполняется с помощью таблицы, в которой нуклеотиды в и-РНК соответствуют аминокислотным остаткам.

Ответ: фен– вал – асп – глу – гис – лей^ Задача № 32. Молекула ДНК распалась на две цепочки. Одна из них имеет строение:

ТАГ АЦТ ГГТ АЦА ЦГТ ГГТ. Какое строение будет иметь вторая молекула ДНК, когда указанная цепочка достроится до полной двухцепочечной молекулы?

^ Задача №33. Последовательность нуклеотидов в фрагменте и-РНК следующая: УУЦУУАЦЦЦЦАУЦГЦААЦГГУ. Определите аминокислоты, информация о последовательности которых записана в и-РНК, антикодоны т-РНК, фрагмент гена, кодирующего данный участок молекулы белка.Решение:

1) Указанные триплеты нуклеотидов кодируют и определяют последовательность следующих аминокислот: Фен –Лей – Про – Гис – Арг – Асн – Гли

2) Антикодоны т-РНК: ААГ, ААУ, ГГГ, ГУА, ГЦГ, УУГ, ЦЦА.

3) Последовательность триплетов в фрагменте гена, т.е. ДНК: ААГААТГГГГТАГЦГТТГЦЦА

Задача №34. Определите первичную структуру синтезируемого белка, если участок цепи ДНК имеет следующую структуру: АЦА АТА ААА ГТТ ЦГТ….^ Задача №35. Фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность: ЦГТТГГГЦТАГГЦТТ. Установите нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Ответ поясните.Решение:

1. Нуклеотидная последовательность участка и-РНК — ГЦААЦЦЦГАУЦЦГАА

2. Нуклеотидная последовательность антикодона ЦГА (третий триплет) соответствует кодону на и_РНК ГЦУ;

3. По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота АЛАНИН, которую будет переносить данная т-РНК. 

^ Задача №36. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК – матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов –АТАГЦТГААЦГТАЦТ-. Установите нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Ответ поясните.^ Задача №37 В биосинтезе полипептида участвуют молекулы т-РНК с антикодонами УАЦ, УУУ, ГЦЦ, ЦАА в данной последовательности. Определите последовательность нуклеотидов на и-РНК, ДНК и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка, используя таблицу генетического кода.Решение:

Последовательность на и-РНК: АУГАААЦГГГУУ

Фрагмент цепи ДНК: ТАЦТТТГЦЦЦАА

аминокислотная последовательность: мет-лиз-арг-вал.

Задача № 38. В биосинтезе полипептида участвовали молекулы т-РНК с антикодонами УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц) в двуцепочечной молекуле ДНК.Решение:

1.Антикодоны т-РНК комплементарны кодонам и-РНК, а последовательность нуклеотидов и-РНК комплементарна одной из цепей ДНК

2. Участок одной цепи ДНК – ТТАГГЦЦГЦАТТЦГТ, 

состав второй цепи ДНК – ААТЦЦГГЦГТААГЦА

3.Число нуклеотидов: А – 7, Т – 7, Г – 5, Ц – 8.

Задача № 39. Начало цепи одной из фракций гистона, выделенного из тимуса быка, имеет следующую аминокислотную последовательность: Ала — Apr — Тре — Лиз -. Какова возможная структура начальных фрагментов и-РНК и двухцепочечной ДНК?Решение: По таблице генетического кода находим, что указанные аминокислоты гистона кодируются триплетами: ГЦЦ-ЦГЦ-АЦЦ-ААГ. По принципу комплементарности устанавливаем строение соответствующего участка молекулы ДНК.

Цепь и-РНК: ГЦЦ –ЦГЦ- АЦЦ- ААГ

1 цепь ДНК: ЦГГ — ГЦГ – ТГГ- ТТЦ

2 цепь ДНК: ГЦЦ- ЦГЦ — АЦЦ -ААГ 

^ Задача № 40. Фрагмент молекулы адренокортикотропного гормона человека, вырабатываемого передней долей гипофиза, имеет структуру: — Сер — Тир — Сер – Мет-. Определите перечень антикодонов в т-РНК, участвующих в биосинтезе фрагмента АКТГ.^ Задача № 41. У больных серповидной анемией в молекуле гемоглобина глютаминовая кислота замещена на валин. Чем отличается ДНК человека, больного серповидной анемией, от ДНК здорового человека?Решение.

Находим триплеты на и-РНК, кодирующие глютаминовую кислоту и валин, а по ним — нуклеотидный состав ДНК:

Здоровый человек Больной человек
аминокислоты Глу Вал

кодоны и-РНК ГАА ГУУ

ЦТТ ЦАА

состав ДНК : : : : : :

ГАА ГТТ

Задача № 42 Участок молекулы ДНК имеет следующий состав: ГАТГААТАГТГЦТТЦ. Перечислите не менее 3-х последствий, к которым может привести случайная замена 6-го нуклеотида аденина (А) на цитозин (Ц). .Решение:

1) Произойдет генная мутация – изменится кодон второй аминокислоты.

2) В белке может произойти замена одной аминокислоты на другую, в результате изменится первичная структура белка.

3) Могут измениться все остальные структуры белка, что повлечет за собой появление у организма нового признака.

^ Задача №43.Участок гена имеет следующее строение, состоящее из последовательности нуклеотидов : ЦГГ ЦГЦ ТЦА ААА ТЦГ. Укажите строение соответствующего участка белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка удаление из гена четвертого нуклеотида?^ Задача №44. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК: -ААТГЦАГГТЦАЦТЦАТГ-.В результате мутации одновременно выпадают второй и пятый нуклеотиды. Запишите новую последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. Определите по ней последовательность нуклеотидов в и-РНК и последовательность аминокислот в полипептиде. ^ Задача №45. Какое изменение молекулы ДНК сильнее повлияет на строение белка: выпадение одного нуклеотида из триплета или целого триплета?Решение. В качестве примера возьмем какой-либо участок цепи ДНК, несущий информацию о строении определенного пептида, и проанализируем его строение при возможных ситуациях.

а) При нормальном строении цепи ДНК:

Цепь ДНК: АГГ- ТГГ- ЦТЦ-ЦТГ -Г…

Цепь и-РНК: УЦЦ-АЦЦ-ГАГ-ГАЦ-Ц…
Пептид: Сер –Тре-Глу-Асп-

б) При выпадении из цепи ДНК одного нуклеотида. Допустим, выбит первый нуклеотид второго триплета (Т).

Цепь ДНК: -АГГ-ГГЦ-ТЦЦ-ТГГ …

Цепь и-РНК: .УЦЦ-ЦЦГ-АГГ-АЦЦ…

Пептид: — Сер – Про — Apr — Тре —

в) При выпадении целого триплета из цепи ДНК. Допустим, выбит второй триплет 

(-ТГГ-).

Цепь ДНК: -АГГ – ЦТЦ – ЦТГ — Г …

Цепь и-РНК: -УЦЦ – ГАГ – ГАЦ — Ц …

Пептид: — Сер — Глу — Асп —

Таким образом, при выпадении одного нуклеотида из цепи ДНК изменяется полностью аминокислотный состав белковой молекулы. Исключение целого триплета приводит к выпадению лишь одной аминокислоты. При этом последовательность всех остальных аминокислот в белковой цепи сохраняется.

^ Задача №46. Фрагмент одной из цепей ДНК последовательность нуклеотидов: -АТААГТАТГЦЦТ-. Определите последовательность нуклеотидов в и-РНК и аминокислот в полипептидной цепи.. Что произойдет в полипептиде, если в результате мутации во фрагменте гена выпадет второй триплет нуклеотидов? ^ Задача №47. В процессе трансляции участвовало 30 молекул т-РНК. Определите число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.Решение:

1) Из выше сказанного следует что каждая аминокислота транспортируется к месту синтеза одной т-РНК, нам известно, что т-РНК было 30, следовательно и аминокислот тоже 30.
2) Каждая аминокислота кодируется одним триплетом, а так как аминокислот 30, следовательно и триплетов 30.

3) Если один триплет состоит из трех нуклеотидов, значит необходимо произвести расчет: 30 х 3 = 90 нуклеотидов. 

Ответ: :Белок состоит из 30 аминокислот, ген, который его кодирует включает в себя 30 триплетов или 90 нуклеотидов.Задача № 48. Гормон окситоцин имеет белковую природу. В процессе трансляции его молекулы участвовало 9 молекул т-РНК. Определите число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов, которые кодирует этот белок. Ответ поясните.Решение:

1. Одна т-РНК транспортирует одну аминокислоту, следовательно 9 т-РНК. 

2. Число триплетов ДНК равно 9, так как один триплет кодирует одну аминокислоту.

3. Число нуклеотидов – 27, так как код триплетен (9х3).

Задача № 49. Какую длину имеет участок ДНК, в котором закодирована первичная структура инсулина, если молекула инсулина содержит 51 аминокислоту, а один нуклеотид занимает 0,34 нм в цепи ДНК? Какое число молекул т-РНК необходимо для переноса этого количества аминокислот к месту синтеза? (Следует учитывать, что одна т-РНК доставляет к рибосоме одну аминокислоту). Ответ поясните.Решение:

1. Для кодирования одной аминокислоты необходимо 3 нуклеотида, соответственно для 51 аминокислоты – 153 нуклеотида;

2. Участок ДНК из 153 нуклеотидов имеет 52 нм (0,34 х 153);

3. В синтезе участвует 51 молекула т-РНК, одна т-РНК переносит одну аминокислоту.

Задача №50. Какую длину имеет участок молекулы ДНК, кодирующий миоглобин современных животных, если миоглобин содержит одну цепь со 155 аминокислотами, а один нуклеотид занимает 0,34 нм в цепи ДНК ^ Задача №51. Информационная часть и-РНК содержит 120 нуклеотидов. Определите число аминокислот, входящих в кодируемый ею белок, число молекул т-РНК, участвующих в процессе биосинтеза этого белка, число триплетов в участке гена, кодирующих первичную структуру этого белка ( следует учитывать, что одна т-РНК доставляет к рибосоме одну аминокислоту). Объясните полученные результаты.Решение:

1. Аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, следовательно, белок содержит 

120 : 3 = 40 аминокислот;

2. Поскольку т-РНК транспортирует одну аминокислоту, для трансляции понадобилось 40 т-РНК.

3. и-РНК является копией гена, кодирующего данный белок, поэтому ген содержит 120 : 3 = 40 триплетов.

Задача №52.Участок цепи ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, состоит из 15 нуклеотидов. Определите число нуклеотидов на и-РНК, кодирующих аминокислоты, число аминокислот в полипептиде и количество т-РНК, необходимых для переноса этих аминокислот к месту синтеза. Ответ поясните. ^ Задача №53 Полипептид состоит из 20 аминокислот. Определите число нуклеотидов на участке гена, который кодирует первичную структуру этого полипептида, число кодонов на и-РНК, соответствующее этим аминокислотам, и число молекул т-РНК, участвующих в биосинтезе этого полипептида (следует учесть, что одна т-РНК доставляет к рибосоме одну аминокислоту). Ответ поясните.Решение:

1.Генетический код триплетен, поэтому участок гена ДНК, кодирующий полипептид из 20 аминокислот, содержит 

20 х 3 = 60 нуклеотидов

2. информационная часть и-РНК содержит 20 кодонов 

3. для биосинтеза данного полипептида понадобится 20 молекул т-РНК.

^ Задача №54. Определите число молекул и-РНК и т-РНК, участвующих в синтезе молекулы белка, которая состоит из 900 аминокислот. Сколько нуклеотидов и-РНК определяет первичную структуру молекулы этого белка?Решение:

1. В синтезе одной молекулы белка участвует одна молекула и-РНК;

2. Одна молекула т-РНК доставляет одну молекулу аминокислоты к рибосоме, следовательно, 900 аминокислот доставляют 900 молекул т-РНК;

3. Каждой аминокислоте соответствует один триплет – 3 нуклеотида, а 900 аминокислотам соответствует 2700 нуклеотидов.

^ Задача №55 Белок состоит из 100 аминокислот, установите, во сколько раз молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка, если средняя молекулярная масса аминокислоты – 100, а нуклеотида- 345 а.е.м. Ответ поясните.Решение:

1. Генетический код триплетен, следовательно, белок, состоящий из 100 аминокислот, кодирует 300 нуклеотидов.

2. Молекулярная масса белка 100 х 100 =10000; молекулярная масса гена 300 х 345 = 103500

3. Участок ДНК тяжелее, чем кодируемый им белок, в 10 раз ( 103500 : 10000) = 10,35

Задача № 56. В трансляции участвовало 50 молекул т-РНК. Определите, во сколько раз молекула белка легче молекулы и-РНК, на которой он синтезируется. Средняя молекулярная масса аминокислоты 100, нуклеотида – 3 45. Ответ поясните.^ Задача № 57. Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300 нуклеотидов с аденином (А), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г) и 200 нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое число нуклеотидов с А, Т, Г, Ц содержится в двухцепочечной молекуле ДНК? Сколько аминокислот должен содержать белок, кодируемый этим участком молекулы ДНК? Решение:

1. Согласно принципу комплементарности во второй цепи ДНК содержится нуклеотидов: Т – 300, А – 100, Ц- 150, Г – 200.

2. В двух цепях ДНК содержится нуклеотидов: А – 400, Т – 400, Ц – 350, Г – 350.

3. Информацию о структуре белка несет одна из двух цепей, число нуклеотидов в одной цепи ДНК: 300 + 100 + 150 + 200 = 750, одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, поэтому в белке должно содержаться 750 : 3 = 250 аминокислот.

^ Задача №58. Длина участка молекулы ДНК составляет 850 нм. Определите количество нуклеотидов в одной цепи ДНК.Задача №59. В гене С содержится 21000 пар нуклеотидов. Определить число полных оборотов спирали в этом гене и количество закодированных в нем аминокислот.Решение:

1. Каждый полный виток спирали ДНК включает 10 пар нуклеотидов. Следовательно, количество полных оборотов спирали в гене равна 21000 : 10 = 2100 витков

2. Одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Следовательно, количество закодированных в гене аминокислот равно 21000 : 3 = 7000 аминокислот.

Задача №60. Молекула ДНК состоит из 1200 пар нуклеотидов. Определите число полных спиральных витков в данной молекуле, количество закодированных в нем аминокислот и вес гена.^ Задача №61. Ген эукариот, кодирующий белок А, включает пять экзонов (по 140 пар нуклеотидов) и три интрона (по 720 пар нуклеотидов).Определить содержание нуклеотидов в незрелой про-и–НК и в зрелой и- РНК.Решение: 

Экзоны несут информацию о структуре белка. Интроны – некодирующие участки.

1. Незрелая про-и-РНК содержит всю информацию, переписанную с данного участка ДНК, т.е. с пяти экзонов и трех интронов. Следовательно, количество нуклеотидов в незрелой про-и-РНК равно: 5 х 140 +3 х 720 = 2860 нуклеотидов.

2. При созревании про-и-РНК интроны из нее вырезаются, поэтому зрелая про-и-РНК будеи состоять только из 5 экзонов, значит , количество нуклеотидов в зрелой про-и-РНК – 5 х 140 = 700 нуклеотидов.

Задача №62. Фрагмент кодирующей цепи ДНК содержит 3000 нуклеотидов, интроны в ней составляют 50%. Определите количество нуклеотидов в зрелой молекуле и-РНК. 

Ответ: 1500 нуклеотидов.

^ Задача №63. Фрагмент кодирующей цепи ДНК содержит 4800 нуклеотидов, на долю интронов в ней приходится 30%. Определите количество нуклеотидов в зрелой молекуле и-РНК и аминокислот в белковой молекуле закодированной в данной цепи ДНК.Решение:

1. Количество интронов составляет 30%, 1440 нуклеотидов от общего количества.

2. В зрелой молекуле и-РНК интроны (1440 нуклеотидов) выпадают, следовательно, количество нуклеотидов 4800 – 1440 = 3360.

3. Код триплетен: 3360 : 3 = 1120 аминокислот.

Задача № 64. Длина незрелой и-РНК (про-РНК) 102000 нм, экзоны в ней составляют 45%. Определите длину зрелой и-РНК, количество в ней нуклеотидов и сколько аминокислот закодировано в ней.

Ответ: 1) 165000 нуклеотидов

2) 55000 аминокислот

Задачи для повторения.1. Нуклеиновые кислоты

1. Фрагмент молекулы ДНК состоит из 6000 нуклеотидов. Определите длину данного фрагмента ДНК 

2. Фрагмент молекулы ДНК состоит из 5760 нуклеотидов, из них тимидиловых нуклеотидов 1125. Определите длину данного фрагмента и количество адениловых, гуаниловых и цитидиловых нуклеотидов.

3. Фрагмент молекулы ДНК состоит из 950 пар нуклеотидов, из них адениловых нуклеотидов 340. Определите длину данного фрагмента и количество гуаниловых, тимидиловых и цитидиловых нуклеотидов.

4. Определите количество водородных связей во фрагменте ДНК -ГТЦАТГГАТАГТЦЦТАТ.

5. Молекула ДНК состоит из 4000 нуклеотидов. Определите число полных спиральных витков в данной молекуле.

6. Длина участка молекулы ДНК составляет 850 нм. Определите количество нуклеотидов в одной цепи ДНК.

7. В молекуле ДНК 28 % тимидиловых нуклеотидов. Определите количество адениловых нуклеотидов.

8. В молекуле ДНК 17 % цитидиловых нуклеотидов. Определите количество гуаниловых нуклеотидов.

9. Фрагмент молекулы ДНК состоит из 1000 нуклеотидов, из них адениловых нуклеотидов 23%. Определите количество гуаниловых, тимидиловых и цитидиловых нуклеотидов.

10.Определите  молекулярную  массу фрагмента ДНК если он состоит из 900 нуклеотидов

11.Фрагмент молекулы ДНК содержит 350 цитидиловых нуклеотидов, что составляет 28% от общего количества нуклеотидов. Определить сколько в данном фрагменте адениловых, гуаниловых, тимидиловых, нуклеотидов и его  молекулярную  массу

12.Длина участка молекулы ДНК составляет 544 нм. Определите количество нуклеотидов в ДНК и его  молекулярную  массу.

13.Длина участка молекулы ДНК составляет 272 нм, адениловых нуклеотидов в молекуле 31%. Определить  молекулярную  массу молекулы, процентное содержание других нуклеотидов. 

14. Молекулярная  масса молекулы ДНК составляет 17250 г/моль Определите количество нуклеотидов в молекуле и её длину.

15. Молекулярная  масса молекулы ДНК составляет 27600 г/моль, в ней цитидиловый нуклеотид составляет 15%. Определите количество других нуклеотидов в молекуле и её длину.

16.Фрагмент кодирующей цепи ДНК имеет следующую последовательность ТГААЦТГАГГТЦГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК транскрибируемой с данного фрагмента 

17.Фрагмент и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов УГАГЦАУЦАГАЦУГУ. Определите последовательность нуклеотидов фрагмента молекулы ДНК с которой транскрибирован данный фрагмент и-РНК

18.Фрагмент и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов УАУЦГАГУЦАЦГЦ. Определите последовательность нуклеотидов и число водородных связей во фрагменте молекулы ДНК с которой транскрибирован данный фрагмент и-РНК

19.Фрагмент и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов УАУГАЦУАГЦАГ. Определите последовательность антикодонов т-РНК соответствующие кодонам и-РНК

20.Последовательность антикодонов т-РНК АУГ ГЦГ УАУ ГУЦ. Определите последовательность нуклеотидов фрагмента ДНК, которая соответствует т-РНК

21.Участок молекулы и-РНК состоит из 300 нуклеотидов, Определите его длину.

22.Участок молекулы и-РНК состоит из 480 нуклеотидов, Определите его длину. и  молекулярную  массу.

23.Длина участка молекулы и-РНК составляет 510 нм.. Определите количество нуклеотидов, содержащихся в этом участке молекулы

24.Молекула и-РНК содержит 19% урациловых нуклеотидов, сколько адениловых нуклеотидов содержится в кодирующей цепи участка ДНК ?

25.Если в цепи молекулы ДНК, с которой транскрибирована генетическая информация, содержалось 11% адениловых нуклеотидов, сколько урациловых нуклеотидов будет содержаться в соответствующем ему отрезке и-РНК?

26.Правая цепь ДНК имеет следующую структуру АТГГТЦАТЦ. Определите структуру и-РНК транскрипция, которой произошла с левой цепи ДНК.

27.В молекуле и-РНК содержится 13% адениловых, 27% гуаниловых и 39% урациловых нуклеотидов. Определите соотношение всех видов нуклеотидов в ДНК, с которой была транскрибирована данная и-РНК

28. Молекулярная  масса гена ДНК составляет 103500 г/моль. Определите число нуклеотидов в транскрибируемой с данного гена и-РНК.

2. Биосинтез белка

29.Фрагмент гена ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТЦГГТЦААЦТТАГЦТ. Определите последовательность нуклеотидов и-РНК и аминокислот в полипептидной цепи белка.

30.Участок молекулы белка имеет следующую последовательность аминокислот: аспаргин-изолейцин-пролин-триптофан-лизин. Определите одну из возможных последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК.

31.Участок молекулы белка имеет следующую последовательность аминокислот: серин-глутамин-аспаригин-триптофан. Определите возможные последовательности нуклеотидов в молекуле и-РНК.

32.Фрагмент молекулы и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: УГЦААГЦУГУУУАУА. Определите последовательность аминокислот в молекуле белка

33.Фрагмент молекулы и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГЦАУГУАГЦААГЦГЦ. Определите последовательность аминокислот в молекуле белка и её  молекулярную  массу.

34.Ген ДНК включает 450 пар нуклеотидов. Какова длина,  молекулярная  масса гена и сколько аминокислот закодировано в нём?

35.Фрагмент ДНК имеет  молекулярную  массу 414000 г/моль. Определите длину фрагмента ДНК и число аминокислот закодированных в нём.

36.Участок кодирующей цепи ДНК имеет  молекулярную  массу 182160г/моль. Определите количество аминокислот закодированных в нем.

37.Участок кодирующей цепи ДНК имеет  молекулярную  массу 238050 г/моль. Определите количество аминокислот закодированных в нем и  молекулярную  массу белка.

38.Правая цепь ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦТАТАГТААЦАА. Определите структуру фрагмента белка, синтезированного по левой цепи ДНК.

39.Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующую структуру: ГГТАЦГАТГТЦААГА. Определите первичную структуру белка, закодированного в этой цепи, количество (%) различных видов нуклеотидов в двух цепях фрагмента и его длину.

40.Сколько нуклеотидов содержит ген ДНК, если в нем закодировано 135 аминокислот. Какова  молекулярная  масса данного гена и его длина?

41.Какова  молекулярная  масса гена и его длина, если в нем закодирован белок с  молекулярной  массой 1500 г/моль?

42.В состав белковой молекулы входит 125 аминокислот. Определите количество нуклеотидов в и-РНК и гене ДНК, а также количества молекул т-РНК принявших участие в синтезе данного белка.

43.В синтезе белковой молекулы приняли участие 145 молекул т-РНК. Определите число нуклеотидов в и-РНК, гене ДНК и количество аминокислот в синтезированной молекуле белка.

44.Фрагмент цепи и-РНК имеет следующую последовательность: ГГГУГГУАУЦЦЦААЦУГУ. Определите, последовательность нуклеотидов на ДНК, антикодоны т-РНК, и последовательность аминокислот соответствующая фрагменту гена ДНК.

45.В синтезе белка приняли участие молекулы т-РНК с антикодонами: ГУЦ, ЦГУ, УУЦ, ГАУ, АУГ. Определите нуклеотидную последовательность во фрагменте гена ДНК и последовательность аминокислот в участке синтезируемого белка.

3.Генные мутации.

46.Кодирующая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ТАГЦГТТТЦТЦГГТА. Как изменится структура молекулы белка, если произойдет удвоение шестого нуклеотида в цепи ДНК. Объясните результаты.

47.Кодирующая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов: АГАТАГГТАЦГТТЦГ. Как изменится структура молекулы белка, если произойдёт выпадение десятого нуклеотида в цепи ДНК. Объясните результаты.

48.Под воздействием мутагенных факторов во фрагменте гена: ГАЦЦАГТТТЦАГТТГ произошла замена девятого нуклеотида на цитозин. Объясните, как изменится структура молекулы белка.

4. Энергетический обмен

49.Гликолизу подверглось две молекулы глюкозы, окислению только одна. Определите количество образованных молекул АТФ и выделившихся молекул углекислого газа при этом

50.Гликолизу подверглось четыре молекулы глюкозы, окислению только две. Определите количество затраченных молекул кислорода и количество молекул пировиноградной кислоты накопившейся в клетке.

51.Окислению подверглось три молекулы глюкозы. Определите, сколько молекул пировиноградной кислоты накопилось в клетке, молекул воды, углекислого газа и АТФ образовалось, молекул кислорода расходовалось в клетке.

52.В процессе энергетического обмена в клетке накопилось 4 молекулы пировиноградной кислоты и выделилось 12 молекул углекислого газа. Определите количество молекул глюкозы подвергшихся гликолизу и сколько из них окислению до конечных продуктов.

53.В процессе энергетического обмена в клетке образовалось 40 молекул АТФ. Определите количество молекул глюкозы подвергшихся гликолизу и сколько из них окислению до конечных продуктов.

54.В процессе энергетического обмена в клетке образовалось 78 молекул АТФ и 12 молекул углекислого газа. Определите количество молекул глюкозы подвергшихся гликолизу и сколько из них окислению до конечных продуктов.

55.В процессе энергетического обмена в клетке образовалось 116 молекул АТФ и затрачено 18 молекул кислорода. Определите количество молекул глюкозы подвергшихся гликолизу и сколько из них окислению до конечных продуктов.

56.Расщеплению и окислению подверглось 6 молекул глюкозы, на это расходовалось 24 молекулы кислорода. Определите, сколько молекул воды и углекислого газа выделилось при этом.

Ответы и решения

1. 1020 нм.

2. А-1125, Г-1755, Ц-1755, длина ДНК -892,2 нм.

3. 1) длина ДНК-323 нм 2)Г-520, Т-430, Ц-520 нуклеотидов

4. 

Решение: Цепи ДНК комплементарны , значит суммы А+Т и Г+Ц равны суммам второй цепи. Между А и Т образуется 2 водородные связи, между Г и Ц – 3 связи. А+Т=10∙2=20, Г+Ц=7∙3=21, 20+21= 41 водородных связей ^ Ответ: во фрагменте ДНК 41 водородных связей

5. 

Решение: Полный виток или один шаг в молекуле ДНК составляют 10 пар нуклеотидов. В данной молекуле 4000 нуклеотидов, что составляет 2000 пар, следовательно: 2000:10=200 полных витков.Ответ: 200 полных спиральных витков в молекуле ДНК6. 2500 нуклеотидов в участке молекулы ДНК7. А-28%8. Г-17%9. Решение:1000 нуклеотидов это 100%, определим, сколько нуклеотидов составляет 23% адениловых: 23∙1000:100=230 нуклеотидов, А=Т=230, 1000-460(А+Т)=540(Г+Ц); Г=Ц=270(540:2) Ответ: Г-270, Т-230, Ц-270 нуклеотидов в фрагменте ДНК10. Решение: Молекулярная  масса одного нуклеотида составляет 345 г/моль, следовательно  молекулярная  масса фрагмента ДНК: 900∙345=310500 г/мольОтвет:  молекулярная  масса фрагмента ДНК-310500 г/моль11.1) А-275, Г-350,Т-275 нуклеотидов2)  молекулярная  масса фрагмента ДНК-431250 г/моль12. 1) в участке молекулы ДНК -3200 нуклеотидов 2)  молекулярная  масса участка ДНК-1104000 г/моль13. 1)  молекулярная  масса участка ДНК-552000 г/моль 2) Т-31%, Г-19%, Ц-19%14. 1) количество нуклеотидов в молекуле ДНК -50 2) длина молекулы ДНК -8,5 нм.15. 1) Г-12, Ц-12, А-28, Т-28 2) 13,616. и-РНК – АЦУУГАЦУЦЦАГЦУГ17. ДНК – АААЦТГЦЦТАГГТАТ и-РНК – АААЦУГЦЦУАГГУАУ^ 18. ДНК – АЦТЦГТАГТЦТГАЦА19. 1) ДНК – АТАГЦТЦАГТГЦ 2) 30 водородных связей20. т-РНК — АУА, ЦУГ, АУЦ, ГУЦ.21. ДНК – АТГГЦГТАТГТЦ22. длина ДНК – 102 нм.23. длина ДНК – 163,2 нм. молек. масса – 165600 г/моль24. 1500 нуклеотидов 25. А – 19%26.. У – 11%27. и-РНК – АУГГУЦАУЦ28. Решение:100-(13(А)+27(Г)+39(У))=21(Ц) А+Т=52%; Г+Ц=48%Ответ: А-26%; Т-26%; Г-24%; Ц-24%.29. и-РНК – 150 нуклеотидов30 1) и-РНК – АГЦЦАГУУГААУЦГ 2) сер-глн-лей-асп-арг31. ДНК – ТТАТААГГГАЦЦТТЦ (возможны другие варианты)32. Сер – УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГГлн – ЦАА, ЦАГАсн – ААУ, ААЦТри – УГГ33. цис-лиз-лей-фен-иле.34. ала-цис-сер-лиз-арг.35. 1) 53 нм 2) 310500 г/моль 3) 150 аминокислот36. 1) 204 нм 2) 200 аминокислот37. 176 аминокислот38.230 аминокислот; 23000 г/моль39. 1) про-цис-тир-сер-сер 2) Г-7(23%); Ц-7(23%); А(22%); Т-(22%) 3) 5,1 нм40 1) 279450 г/моль 2) 137,2 нм41 1) 319500 г/моль 2) 153 нм42. 1) и-РНК-375 нуклеотидов 2) ДНК-750 нуклеотидов 3) т-РНК-125 43. 1) и-РНК-435 нуклеотидов 2) ДНК-870 нуклеотидов 3) т-РНК-145 44.ДНК: ЦЦЦ АЦЦ АТА ГГГ ТТТ АЦАт-РНК: ЦЦЦ, АЦЦ, АУА, ГГГ,УУУ, АЦАбелок: гли – три – тир – про – лиз – цис45.ДНК: ГТЦ ЦГТ ТТЦ ГАТ АТГБелок : глн – ала – лиз – лей – тир46. нормальный белок – иле-ала-лиз-сер-глн изменённый белок – иле-ала-лиз-сер—про47. нормальный белок – сер-иле-гис-ала-сер изменённый белок – сер-иле-гис-глн и уменьшится на одну аминокислоту48. структура молекулы белка не изменится, так как исходный и изменённый триплет кодируют одну и ту же аминокислоту49. Решение:Для решения используем уравнения 2 этапа (гликолиза) и 3 этапа (кислородного) энергетического обмена.При гликолизе одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ, а при окислении 36 АТФ. По условию задачи гликолизу подверглось 2 молекулы глюкозы: 2∙2=4 ,а окислению только одна. 4+36=40 АТФ.Углекислый газ образуется только на 3 этапе, при полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 6 СО2Ответ: 40 АТФ; СО2.- 650. О2 — 12 молекул; С3 Н6 О3 – 4 молекулы51. С3 Н6 О3 – 0; Н2О – 132; СО2.- 18; АТФ – 11452. гликолизу подверглось 4 молекулы глюкозы, а окислению только 2.53. гликолизу подверглось 2 молекулы глюкозы, а окислению только 1.54. гликолизу подверглось 3 молекулы глюкозы, а окислению только 2.55. гликолизу подверглось 4 молекулы глюкозы, а окислению только 3.56. Н2О –180; СО2.- 24Литература.1. Болгова И.В. Сборник задач по общей биологии. М., ОНИКС Мир и образование.2008.2. Адельшина Г.А. Генетика в задачах. Москва. Глобус. 2009.3. Кочергин Б.Н., Кочергина Н.А.Задачи по молекулярной биологии и генетике. Москва. Народная АСВЕТА .19824. Муртазин Г.М. Задачи и упражнения по общей биологии. М.:Просвещение. 1981.5. http://www.scro.ru/pic/195.doc

Задачи по цитологии на ЕГЭ по биологии

Автор статьи — Д. А. Соловков, кандидат биологических наук

к оглавлению ▴

Типы задач по цитологии

Задачи по цитологии, которые встречаются в ЕГЭ, можно разбить на семь основных типов. Первый тип связан с определением процентного содержания нуклеотидов в ДНК и чаще всего встречается в части А экзамена. Ко второму относятся расчетные задачи, посвященные определению количества аминокислот в белке, а также количеству нуклеотидов и триплетов в ДНК или РНК. Этот тип задач может встретиться как в части А, так в части С.

Задачи по цитологии типов 3, 4 и 5 посвящены работе с таблицей генетического кода, а также требуют от абитуриента знаний по процессам транскрипции и трансляции. Такие задачи составляют большинство вопросов С5 в ЕГЭ.

Задачи типов 6 и 7 появились в ЕГЭ относительно недавно, и они также могут встретиться абитуриенту в части С. Шестой тип основан на знаниях об изменениях генетического набора клетки во время митоза и мейоза, а седьмой тип проверяет у учащегося усвоения материала по диссимиляции в клетке эукариот.

Ниже предложены решения задач всех типов и приведены примеры для самостоятельной работы. В приложении дана таблица генетического кода, используемая при решении.

к оглавлению ▴

Решение задач первого типа

Основная информация:

• В ДНК существует 4 разновидности нуклеотидов: А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин).
• В 1953 г Дж.Уотсон и Ф.Крик открыли, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль.
• Цепи комплементарны друг другу: напротив аденина в одной цепи всегда находится тимин в другой и наоборот (А-Т и Т-А); напротив цитозина — гуанин (Ц-Г и Г-Ц).
• В ДНК количество аденина и гуанина равно числу цитозина и тимина, а также А=Т и Ц=Г (правило Чаргаффа).

Задача: в молекуле ДНК содержится  аденина. Определите, сколько (в ) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.

Решение: количество аденина равно количеству тимина, следовательно, тимина в этой молекуле содержится . На гуанин и цитозин приходится . Т.к. их количества равны, то Ц=Г=.

к оглавлению ▴

Решение задач второго типа

Основная информация:

• Аминокислоты, необходимые для синтеза белка, доставляются в рибосомы с помощью т-РНК. Каждая молекула т-РНК переносит только одну аминокислоту.
• Информация о первичной структуре молекулы белка зашифрована в молекуле ДНК.
• Каждая аминокислота зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов. Эта последовательность называется триплетом или кодоном.

Задача: в трансляции участвовало  молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

Решение: если в синтезе участвовало  т-РНК, то они перенесли  аминокислот. Поскольку одна аминокислота кодируется одним триплетом, то в гене будет  триплетов или  нуклеотидов.

к оглавлению ▴

Решение задач третьего типа

Основная информация:

• Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК по матрице ДНК.
• Транскрипция осуществляется по правилу комплементарности.
• В состав РНК вместо тимина входит урацил

Задача: фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ААГГЦТАЦГТТГ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка.

Решение: по правилу комплементарности определяем фрагмент и-РНК и разбиваем его на триплеты: УУЦ-ЦГА-УГЦ-ААУ. По таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот: фен-арг-цис-асн.

к оглавлению ▴

Решение задач четвертого типа

Основная информация:

• Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов в т-РНК, комплементарных нуклеотидам кодона и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.
• Молекула и-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.
• В состав ДНК вместо урацила входит тимин.

Задача: фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГАУГАГУАЦУУЦААА. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК.

Решение: разбиваем и-РНК на триплеты ГАУ-ГАГ-УАЦ-УУЦ-ААА и определяем последовательность аминокислот, используя таблицу генетического кода: асп-глу-тир-фен-лиз. В данном фрагменте содержится  триплетов, поэтому в синтезе будет участвовать  т-РНК. Их антикодоны определяем по правилу комплементарности: ЦУА, ЦУЦ, АУГ, ААГ, УУУ. Также по правилу комплементарности определяем фрагмент ДНК (по и-РНК!!!): ЦТАЦТЦАТГААГТТТ.

к оглавлению ▴

Решение задач пятого типа

Основная информация:

• Молекула т-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.
• Не забудьте, что в состав РНК вместо тимина входит урацил.
• Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.

Задача: фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТТАГЦЦГАТЦЦГ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Решение: определяем состав молекулы т-РНК: ААУЦГГЦУАГГЦ и находим третий триплет — это ЦУА. Это антикодону комплементарен триплет и-РНК — ГАУ. Он кодирует аминокислоту асп, которую и переносит данная т-РНК.

к оглавлению ▴

Решение задач шестого типа

Основная информация:

• Два основных способа деления клеток — митоз и мейоз.
• Изменение генетического набора в клетке во время митоза и мейоза.

Задача: в клетке животного диплоидный набор хромосом равен . Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.

Решение: По условию, . Генетический набор:

к оглавлению ▴

Решение задач седьмого типа

Основная информация:

• Что такое обмен веществ, диссимиляция и ассимиляция.
• Диссимиляция у аэробных и анаэробных организмов, ее особенности.
• Сколько этапов в диссимиляции, где они проходят, какие химические реакции проходят во время каждого этапа.

Задача: в диссимиляцию вступило  молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.

Решение: запишем уравнение гликолиза: = 2ПВК + 4Н + 2АТФ. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется  молекулы ПВК и 2АТФ, следовательно, синтезируется 20 АТФ. После энергетического этапа диссимиляции образуется  молекул АТФ (при распаде  молекулы глюкозы), следовательно, синтезируется  АТФ. Суммарный эффект диссимиляции равен  АТФ.

к оглавлению ▴

Примеры задач для самостоятельного решения

1. В молекуле ДНК содержится  аденина. Определите, сколько (в ) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.
2. В трансляции участвовало  молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.
3. Фрагмент ДНК состоит из  нуклеотидов. Определите число триплетов и нуклеотидов в иРНК, а также количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка.
4. Фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ГГЦТЦТАГЦТТЦ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка (для этого используйте таблицу генетического кода).
5. Фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГЦУААУГУУЦУУУАЦ. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК (для этого используйте таблицу генетического кода).
6. Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов АГЦЦГАЦТТГЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
7. В клетке животного диплоидный набор хромосом равен . Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.
8. В диссимиляцию вступило  молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.
9. В цикл Кребса вступило  молекул ПВК. Определите количество АТФ после энергетического этапа, суммарный эффект диссимиляции и количество молекул глюкозы, вступившей в диссимиляцию.

Ответы:

1. Т=, Г=Ц= по .
2.  аминокислот,  триплетов,  нуклеотидов.
3.  триплета,  аминокислоты,  молекулы т-РНК.
4. и-РНК: ЦЦГ-АГА-УЦГ-ААГ. Аминокислотная последовательность: про-арг-сер-лиз.
5. Фрагмент ДНК: ЦГАТТАЦААГАААТГ. Антикодоны т-РНК: ЦГА, УУА, ЦАА, ГАА, АУГ. Аминокислотная последовательность: ала-асн-вал-лей-тир.
6. т-РНК: УЦГ-ГЦУ-ГАА-ЦГГ. Антикодон ГАА, кодон и-РНК — ЦУУ, переносимая аминокислота — лей.
7. . Генетический набор:
   1. перед митозом  молекул ДНК;
   2. после митоза  молекулы ДНК;
   3. после первого деления мейоза  молекул ДНК;
   4. после второго деления мейоза  молекул ДНК.
8. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется  молекулы ПВК и 2АТФ, следовательно, синтезируется  АТФ. После энергетического этапа диссимиляции образуется  молекул АТФ (при распаде  молекулы глюкозы), следовательно, синтезируется  АТФ. Суммарный эффект диссимиляции равен  АТФ.
9. В цикл Кребса вступило  молекул ПВК, следовательно, распалось  молекулы глюкозы. Количество АТФ после гликолиза — молекул, после энергетического этапа —  молекул, суммарный эффект диссимиляции молекул АТФ.

Итак, в этой статье приведены основные типы задач по цитологии, которые могут встретиться абитуриенту в ЕГЭ по биологии. Надеемся, что варианты задач и их решение будет полезно всем при подготовке к экзамену. Удачи!

Смотри также: Подборка заданий по цитологии на ЕГЭ по биологии с решениями и ответами.

к оглавлению ▴

Приложение I Генетический код (и-РНК)

Первое основание	Второе основание				Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен	Сер	Тир	Цис	У
	Фен	Сер	Тир	Цис	Ц
	Лей	Сер	—	—	А
	Лей	Сер	—	Три	Г
Ц	Лей	Про	Гис	Арг	У
	Лей	Про	Гис	Арг	Ц
	Лей	Про	Глн	Арг	А
	Лей	Про	Глн	Арг	Г
А	Иле	Тре	Асн	Сер	У
	Иле	Тре	Асн	Сер	Ц
	Иле	Тре	Лиз	Арг	А
	Мет	Тре	Лиз	Арг	Г
Г	Вал	Ала	Асп	Гли	У
	Вал	Ала	Асп	Гли	Ц
	Вал	Ала	Глу	Гли	А
	Вал	Ала	Глу	Гли	Г

Если вам понравился наш разбор задач по цитологии — записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по биологии онлайн