Генетический аппарат вируса представлен молекулой РНК, фрагмент которой имеет следующую нуклеотидную
последовательность: 5’ − ГУГАААГАУЦАУГЦГУГГ −3′.
Определите нуклеотидную последовательность двуцепочной молекулы ДНК, которая синтезируется в результате обратной транскрипции на РНК вируса.
Установите последовательность нуклеотидов в иРНК и аминокислот во фрагменте белка вируса, которая закодирована в найденном фрагменте молекулы ДНК. Матрицей для синтеза иРНК, на которой идёт синтез вирусного белка, является вторая цепь двуцепочной ДНК.
Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.
Генетический код (иРНК)
Первое
основание |
Второе основание | Третье
основание |
|||
У | Ц | А | Г | ||
У |
Фен Фен Лей Лей |
Сер Сер Сер Сер |
Тир Тир — — |
Цис Цис — Три |
У Ц А Г |
Ц |
Лей Лей Лей Лей |
Про Про Про Про |
Гис Гис Глн Глн |
Арг Арг Арг Арг |
У Ц А Г |
А |
Иле Иле Иле Мет |
Тре Тре Тре Тре |
Асн Асн Лиз Лиз |
Сер Сер Арг Арг |
У Ц А Г |
Г |
Вал Вал Вал Вал |
Ала Ала Ала Ала |
Асп Асп Глу Глу |
Гли Гли Гли Гли |
У Ц А Г |
Слайд 1
Решение задания ЕГЭ № 27 (биосинтез белка)
Слайд 2
Пример 1 Участок молекулы ДНК , кодирующий часть полипептида, имеет следующее строение: АЦЦАТАГТЦЦААГГА. Определите последовательность аминокислот в полипептиде. Объясните последовательность действий
Слайд 3
Решение: 1. Последовательность нуклеотидов иРНК комплементарна нуклеотидной последовательности матрицы ДНК. Фрагмент иРНК : УГГ УАУ Ц АГ ГУУ Ц Ц У 2 Используя таблицу генетического кода, определяем последовательность аминокислот в полипептиде. Фрагмент полипептида: три– тир– глу – вал – про
Слайд 4
Пример 2 В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы тРНК с антикодонами АГЦ, ГЦЦ, УЦА, ЦГА, АГА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК , в которой закодирована информация о первичной структуре молекулы белка. Объясните последовательность действий . Для решения используйте таблицу генетического кода
Слайд 5
Решение: 1. Антикодоны тРНК комлементарны кодонам иРНК . Находим нуклеотидную последовательность участка иРНК . Фрагмент иРНК : УЦГ ЦГГ АГУ ГЦУ УЦУ 2. По кодонам иРНК , пользуясь таблицей генетического кода, найдем последовательность аминокислот в фрагменте белка: Фрагмент белка: сер-арг-сер-ала-сер 3. По фрагменту иРНК найдем участок матричной (первой) цепи ДНК по принципу комплементарности . А по первой цепи найдем комплементарную ей вторую цепь ДНК. Фрагмент ДНК (1 цепь): АГЦ ГЦЦ ТЦА ЦГА АГА Фрагмент ДНК (2 цепь): ТЦГ ЦГГ АГТ ГЦТ ТЦТ
Слайд 6
Пример 3: Последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка следующая: ФЕН-ГЛУ-АСП. Определите, пользуясь таблицей генетического кода, возможные триплеты ДНК , которые кодируют этот фрагмент белка. Ответ поясните , используя свои знания о свойствах генетического кода.
Слайд 7
1. По таблице генетического кода находим кодоны иРНК соответствующих аминокислот. 2. По принципу комплементарности находим триплеты матричной цепи ДНК, соответствующие триплетам-кодонам иРНК Аминокислота — кодоны иРНК – триплеты ДНК Фен УУУ или УУЦ ААА или ААГ Глу ГАА или ГАГ ЦТТ или ЦТЦ Асп ГАУ или ГАЦ ЦТА или ЦТГ
Слайд 8
Задачи на замену нуклеотидоа : (БЕЗ изменения структуры белка) Пример 4: Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов ТТТАГЦТГТЦГГААГ. В результате произошедшей мутации в третьем триплете третий нуклеотид был заменен на нуклеотид А. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК по исходному фрагменту цепи ДНК и измененному. Что произойдет с фрагментом полипептида и его свойствами после возникшей мутации ДНК? Дайте объяснение , используя свои знания о свойствах генетического кода.
Слайд 9
Решение: Найдем последовательности нуклеотидов иРНК по исходному, а также по измененному фрагменту ДНК по принципу комплементарности 1. Исходный фрагмент ДНК: ТТТ АГЦ ТГ Т ЦГГ ААГ иРНК (по исходной ДНК): ААА УЦГ АЦА ГЦЦ УУЦ 2. Фрагмент ДНК после мутации: ТТТ АГЦ ТГ А ЦГГ ААГ иРНК (по измененной ДНК) : ААА УЦГ АЦ У ГЦЦ УУЦ 3. Фрагмент полипептида и его свойства не изменятся , т.к. триплеты АЦА и АЦУ кодируют одну аминокислоту ТРЕ – генетический код вырожден (избыточен).
Слайд 10
На замену нуклеотида с изменением структуры белка (задание прошлых лет) Пример 5: Фрагмент цепи ДНК — ГАТ ГААТАГТГЦТТЦ. Перечислите не менее трех последствий , к которым может привести случайная замена седьмого нуклеотида тимина на цитозин . (моё прим. — таблица генетического кода НЕ прилагается)
Слайд 11
Решение: Исходная ДНК: ГАТ ГАА Т АГ ТГЦ ТТЦ ДНК после мутации: ГАТ ГАА Ц АГ ТГЦ ТТЦ 1. произойдет генная мутации: изменится кодон третьей аминокислоты (вместо АУЦ станет ГУЦ ) 2. В белке произойдет замена одной аминокислоты на другую, в результате изменится первичная структура белка. 3. Могут измениться все остальные структуры белка, что повлечет появление у организма нового признака. Если изменяется первый или второй нуклеотид в триплете – аминокислота ИЗМЕНИТСЯ. А если изменяется третий нуклеотид, то НЕ ВСЕГДА изменяется аминокислота, т.к. генетический код вырожден (избыточен).
Слайд 12
На сдвиг рамки считывания Пример 6: Участок молекулы ДНК имеет следующий состав АТАЦТТАТЦАЦГАА. Перечислите не менее трех последствий, к которым может привести случайный повтор пятого нуклеотида.(таблица НЕ прилагается)
Слайд 13
Решение: Исходный фрагмент ДНК: АТА Ц Т Т АТЦ АЦГ АА Фрагмент ДНК после мутации: АТА Ц ТТ ТАТ ЦАЦ ГАА 1) произойдет сдвиг рамки считывания. 2) в белке может произойти замена одной аминокислоты на другую, что приведет к изменению первичной структуры белка. 3) изменение первичной структуры повлечет за собой изменение других структур, а значит и свойств и функций белка, следовательно у организма может появиться новый признак.
Слайд 14
Изменение последовательности триплетов Пример 7: Фрагмент одной из цепей ДНК имеет последовательность ТЦАГГАТГЦАТГАЦЦ. Определите последовательность нуклеотидов иРНК и порядок расположения аминокислот в соответствующем полипептиде . Как изменится последовательность аминокислот, если второй и четвертый триплеты поменять местами?
Слайд 15
Решение: 1) Фрагмент цепи ДНК: ТЦА ГГА ТГЦ АТГ АЦЦ Последовательность нуклеотидов иРНК : АГУ ЦЦУ АЦГ УАЦ УГГ 2) Последовательность аминокислот в полипептиде: сер- про -тре- тир -три 3)изменение поледовательности триплетов приведет к изменению последовательности аминокислот в белке, она станет такой: сер- тир -тре- про -три (на втором место будет стоять –тир-, а на четвертом –про-)
Слайд 16
На центральную петлю тРНК Пример 8: Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК , на которой синтезируется участок центральной петли тРНК , имеет следующую последовательность нуклеотидов: АЦГЦЦГЦТААТТЦАТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК , который иснтезируется на данном фрагменте, третий триплет которого соответствует антикодону тРНК . Какие аминокислоты будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка? Дайте объяснение, используя свои знания о свойствах генетического кода. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Слайд 17
Решение: 1) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка тРНК . Фрагмент ДНК: АЦГ ЦЦГ ЦТА АТТ ЦАТ Участок тРНК : УГЦ ГГЦ ГАУ УАА ГУА 2 антикодон ГАУ (третий триплет) по принципу комплементарности соответствует кодону ЦУА на иРНК . 3) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота Лей; 4) код однозначен – каждый кодон соответствует только одной аминокислоте, следовательно, данная тРНК с антикодоном ГАУ будет переносить только одну аминокислоту Лей.
Слайд 18
На РНК вируса Пример 9: Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности: ЦГААГЦГУУГЦГ. Определите, какова будет последовательность вирусного белка , если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК . Ответ поясните. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.
Слайд 19
Решение: 1) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка ДНК, служащего матрицей для синтеза иРНК : ГЦТ ТЦГ ЦАА ЦГЦ 2) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность иРНК : ЦГА АГЦ ГУУ ГЦГ 3) по таблице генетического кода определяем последовательность вирусного белка: арг-сер-вал-ала
Слайд 20
Обратная транскрипция Транскрипция ДНК → РНК → белок Обратная транскрипция иРНК Белок
Слайд 21
Пример 10 Генетический аппарат вируса представлен молекулой РНК , фрагмент которой имеет следующую нуклеотидную последовательность: ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ. Определите нуклеотидную последовательность двухцепочной молекулы ДНК , которая синтезируется в результате обратной транскрипции на РНК вируса. Установите последовательность нуклеотидов в иРНК , и аминокислот во фрагменте белка вируса, которая закодирована в найденном фрагменте молекулы. . Матрицей для синтеза иРНК , на которой идет синтез вирусного белка, является вторая цепь двухцепочной ДНК. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.
Слайд 22
Решение: РНК вируса: ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ Обратная транскрипция: ДНК (1 цепь): ЦАЦ ТТТ ЦТА ГТА ЦГЦ АЦЦ ДНК (2 цепь): ГТГ ААА ГАТ ЦАТ ГЦГ ТГГ иРНК : ЦАЦ УУУ ЦУА ГУА ЦГЦ АЦЦ Фрагмент белка: гис-фен-лей-вал-арг-тре 1. С молекулы вирусной РНК в процессе обратной транскрипции синтезируется первая цепь ДНК по принципу комлементарности . 2. С первой цепи ДНК по принципу комплементарности находми вторую цепь ДНК. 3. Со второй молекулы ДНК по принципу комлементарности строим иРНК . 4. Пользуясь таблицей генетического кода, по кодонам иРНК находим последовательность аминокислот. !!! ВАЖНО: обратить внимание, с какой молекулы идет синтез иРНК : с первой, или со второй.
5278. Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности:
5’ -А-А-Г-А-А-У-Ц-У-Г-Г-Г-Г- 3’
Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК. Напишите последовательность двуцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5’ и 3’ концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
1) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка ДНК:
5’ -А-А-Г-А-А-Т-Ц-Т-Г-Г-Г-Г- 3’
3’ -Т-Т-Ц-Т-Т-А-Г-А-Ц-Ц-Ц-Ц- 5’
2) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность иРНК:
5’ -А-А-Г-А-А-У-Ц-У-Г-Г-Г-Г- 3’
3) по таблице генетического кода определяем последовательность вирусного белка:
Лиз-Асн-Лей-Гли
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке
При обращении указывайте id этого вопроса — 5278.
Некоторые РНК-содержащие вирусы (вирус саркомы Рауса, ВИЧ) обладают уникальным ферментом – РНК-зависимой ДНК-полимеразой, часто называемой обратной транскриптазой или ревертазой. Этот фермент обладает время активностями. Первая из них – РНК-зависимая ДНК-полимеразная. Она обеспечивает синтез одноцепочечной комплементарной ДНК на матрице РНК. Вторая – рибонуклеазная активность, обеспечивающая удаление цепи РНК. Третья активность – ДНК-зависимая ДНК-полимеразная, обеспечивающая синтез второй цепи ДНК.
В результате образуется ДНК которая содержит гены, обуславливающие развитие рака (онкогены). Эта ДНК встраивается в геном эукариотической клетки, где может в течение многих поколений оставаться в скрытом состоянии. При определенных условиях такие гены могут активироваться и вызвать репликацию вируса, при других же условиях они могут способствовать перерождению такой клетки в раковую. Вирусы с таким механизмом размножения индуцируют развитие опухолей у животных и человека, поэтому их еще называют онкогенными вирусами (Рис. 6.5.).
Рис. 6.5. Обратная транскипция
ГЛАВА 7
БИОСИНТЕЗ БЕЛКА
Завершающий этап реализации генетической информации, заключающийся в синтезе полипептидных цепей на матрице мРНК, называется трансляцией. В результате этого процесса генетическая информация с языка последовательности нуклеотидов в мРНК переводится (транслируется) на язык последовательности аминокислот в молекуле белка. Роль своеобразного «словаря» при этом переводе выполняет генетический код. Это свойственная всем живым организмам единая система записи наследственной информации в виде нуклеотидной последовательности, которая определяет порядок включения аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь. Для генетического кода характерны следующие свойства:
· триплетность – каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами;
· универсальность – код одинаков для всех организмов;
· однозначность (специфичность) – каждому кодону соответствует только одна определенная аминокислота;
· вырожденность – возможность кодирования одной и той же аминокислоты несколькими кодонами;
· неперекрываемость – кодоны считываются последовательно, один за другим, не перекрываясь;
· однонаправленность — декодирование мРНК осуществляется в направлении 5¢®3¢;
· колинеарность – соответствие последовательности аминокислот в белке последовательности нуклеотидов в зрелой мРНК;
· существование нескольких типов кодонов – инициирующего (АУГ), смысловых и терминирующих (УАА, УАГ, УГА).
Для осуществления синтеза белка необходимо согласованное взаимодействие большого числа компонентов (Табл. 7.1.).
Таблица 7.1.
Компоненты белок-синтезирующей системы
Компоненты | Функции |
1. Аминокислоты | Субстраты для синтеза |
2. тРНК | Адапторы, обеспечивающие доставку и включение нужной аминокислоты в белок |
3. Аминоацил-тРНК-синтетазы | Обеспечение специфического связывания аминокислоты с соответствующей тРНК |
4. мРНК | Матрица для синтеза |
5. Рибосомы | Место синтеза белка |
6. АТФ, ГТФ | Источники энергии |
7. Факторы инициации, элонгации, терминации | Внерибосомные белки, необходимые для соответствующих этапов трансляции |
8. Mg2+ | Кофактор, стабилизирующий структуру рибосом. |
Синтез белка происходит в несколько стадий:
· подготовка к синтезу, заключающаяся в активации аминокислот и образовании аминоацил-тРНК;
· собственно трансляция, состоящая из этапов инициации, элонгации и терминации;
· посттрансляционная модификация белка.
ОБРАТНАЯ
ТРАНСКРИПЦИЯ — это метод получения копии
РНК в виде двунитевой ДНК из вируса.
Методика часто используется в ГЕННОЙ
ИНЖЕНЕРИИ для получения копий
ИНФОРМАЦИОННОЙ РНК в виде ДНК. Достигается
путем использования ФЕРМЕНТА ревертаза,
который встречается в РЕТРОВИРУСАХ.
Вирусы,
использующие обратную транскрипцию,
содержат одноцепочечную РНК или
двухцепочечную ДНК. РНК-содержащие
вирусы, способные к обратной транскрипции
(ретровирусы, например, ВИЧ), используют
ДНК-копию генома как промежуточную
молекулу при репликации, а содержащие
ДНК (параретровирусы, например, вирус
гепатита B) — РНК. В обоих случаях
используется обратная транскриптаза,
или РНК-зависимая-ДНК-полимераза.
Ретровирусы
встраивают ДНК, образующуюся в процессе
обратной транскрипции, в геном хозяина,
такое состояние вируса называется
провирусом. Вирусы, использующие
обратную транскрипцию, восприимчивы
к противововирусным препаратам.
67. Опишите строение генов эукариот. Чем гены эукариот отличаются от прокариот?
Ген
– участок ДНК, с которого копируется
РНК.
Строение
генов у эукариот: общепринятая модель
строения гена – экзон – интронная
структура.
Экзон
– последовательность ДНК, которая
представлена в зрелой РНК. В состав гена
должен входить как минимум один экзон.
В среднем в гене содержится 8 экзонов.
Факторы инициации и терминации
транскрипции входят в состав первого
и последнего экзона соответственно.
Интрон
– последовательность ДНК, включенная
между экзонами, не входит в состав зрелой
РНК. Интроны имеют определенные
нуклеотидные последовательности,
определяющие их границы с экзонами: на
5 конце – GU, на 3 – AG. Могут кодировать
регуляторные РНК.
Сигнал
полиаденилирования 5 – AATAAA -3 входит в
состав последнего экзона. Поли сайты
защищают мРНК от деградации.
5
и 3 фланкирующие последовательности –
копирование гена происходит в направлении
5 – 3 , на флангах находятся специфические
сайты, ограничивающие ген и содержащие
регуляторные элементы его транскрипции.
Регуляторные
элементы – промотор, энхансеры,
сайленсеры, инсуляторы.
Гены
эукариот по строению и характеру
транскрипции значительно отличаются
от прокариотических генов. Их отличительной
особенностью является прерывность, т.
е. чередование в них последовательностей
нуклеотидов, которые представлены
(экзоны) или не представлены (интроны)
в мРНК . Гены эукариот не группируются
в опероны, поэтому каждый из них имеет
собственные промотор и терминатор
транскрипции. ( из инета)
68. Назовите основные типы регуляции экспрессии генов. Опишите тип регуляции транскрипции генов на примере лактозного оперона e coli.
Активность
генов определяется объемом генопродуктов
(РНК и белков). Степень активности генов
называется их экспрессией. Регуляцию
активности генов осуществляют
молекулярно-генетические системы
управления (хрень какая та)
69.В чем заключается процесс метилирования днк? Каковы возможные последствия для молекулы днк, если она метилирована по определенному гену?
Метилирование
ДНК — это модификация молекулы ДНК без
изменения самой нуклеотидной
последовательности ДНК. Метилирование
ДНК заключается в присоединении метильной
группы к цитозину в составе CpG-динуклеотида
в позиции С5 цитозинового кольца.
Метилированный цитозин может затем
окисляться особыми ферментами, что в
конечном итоге приводит к его
деметилированию обратно в цитозин. (
ебанется если будет метилирован по
определ гену… сука не попадайтесь на
экзамене..)))
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
(±)-
РНК-содержащие вирусы
Наконец,
реовирусы содержат в качестве генома
около 10 различных двухцепочечных молекул
РНК, которые можно обозначить как (±)-РНК.
Принцип
репродукции этих вирусов такой
же, как если бы геномом явялялась
двухцепочечная ДНК. Только ключевым ферментом
является РНК-синтетаза.
Неоднократно
транскрибируя (-)-цепи (±)-РНК, данный
фермент образует (+)-цепи, выступающие
в качестве мРНК. А для накопления новых
двухцепочечных молекул (±)-РНК, очевидно,
необходимо использование в качестве
матрицы обеих цепей вирусной РНК.
3.
Применение обратной
транскрипции в
молекулярной биологии
вирусов
Значение
для вирусов
Обратная
транскрипция необходима, в частности,
для осуществления жизненного цикла ретровирусов, например, вирусов иммунодефицита человека и T-клеточной
лимфомы человека типов 1 и 2. После попадания вирусной
РНК в клетку обратная транскриптаза,
содержащаяся в вирусных частицах, синтезирует
комплементарную ей ДНК, а затем на этой
цепи ДНК, как на матрице, достраивает
вторую цепь.
Значение
для эукариот
Ретротранспозоны эукариот кодируют
обратную транскриптазу, которая используется
ими для встраивания в геном хозяина подобно
тому, как это происходит у вирусов.
Роль
в генетической инженерии
и молекулярной биологии
В генетической инженерии обратную транскриптазу
используют для получения кДНК
— копии эукариотического гена, не содержащей интронов. Для этого из организма
выделяют зрелую мРНК, кодирующую соответствующий
генный продукт (белок, РНК) и проводят с ней
в качестве матрицы обратную транскрипцию.
Полученную кДНК можно трансформировать в клетки бактерий для
получения трансгенного продукта.
Обратная
транскриптаза (ревертаза) является
РНК-зависимой ДНК полимеразой и используется
для синтеза первой цепи комплиментарной
ДНК с одноцепочечной РНКматрицы. Для
инициации реакции необходим олигодезоксинуклеотид
(специфический или случайный праймер).
Особенностью ревертазы является ее способность
после завершения синтеза молекулы кДНК
нематрично присоединять к 3′-концу первой
цепи кДНК несколько дезоксинуклеотидов
(преимущественно G или C), что позволяет
использовать первую цепь для синтеза
полноразмерных библиотек кДНК и клонирования
5′-концов кДНК (5′-RACE).
ПЦР
с обратной транскрипцией (для
получения кДНК)
Исходным
материалом для ПЦР служит геномная ДНК
или мРНК. В последнем случае из мРНК путем
обратной транскрипции получают кДНК,
которую затем используют в ПЦР. Такое
исследование получило название метода
ПЦР с обратной транскрипцией.
За
создание метода ПЦР (полимеразная цепная
реакция) Керри Мюллису в 1993 году
была присуждена Нобелевская премия.
ПЦР
позволяет найти в исследуемом
клиническом материале небольшой
участок генетической информации (несколько
десятков пар нуклеотидов ДНК или
РНК) любого организма, содержащийся в
следовых количествах среди огромного
количества нуклеотидных последовательностей
иной природы, и быстро размножить его.
По сути дела метод ПЦР имитирует в пробирке
естественную репликацию ДНК, только повторяющуюся
с огромной скоростью и столько раз, сколько
это необходимо исследователю.
Метод
включает несколько этапов: расплетание
двойной спирали ДНК, расхождение
нитей ДНК и последующее комплементарное
дополнение (достройку) обеих с помощью
специального фермента. Репликация ДНК
может начаться не в любой точке, а только
в определенных стартовых блоках — коротких
двунитевых участках.
Для
проведения такого процесса используют
две генетические пробы (праймеры),
которые служат в качестве затравки
для синтеза второй цепи на однонитевой
ДНК. Праймеры — это искусственно синтезированные
короткие нуклеотидные последовательности
(15-30 нуклеотидов), комплементарные концам
размножаемых (амплифицируемых) участков
нитей ДНК. Понятно, что, чтобы иметь нужные
праймеры, необходимо знать нуклеотидную
последовательность того участка ДНК,
который требуется размножить. Суть метода
ПЦР отображена на рисунке 5.
Рисунок
5. Схема полимеразной цепной реакции
Сначала
двунитевую ДНК нагревают до температуры
около 100 град. С. При этом комплементарные
нити ДНК расходятся между собой (ДНК денатурирует).
Затем к обеим нитям ДНК по принципу комплементарности
присоединяют искусственно синтезированные
праймеры, в результате чего образуются
короткие двунитевые «стартовые»
участки. Далее в действие вступает специфический
бактериальный фермент — Taq-полимераза,
устойчивая к высоким температурам, при
которых другие белки теряют свои свойства.
Термоустойчивая полимераза осуществляет
in vitro синтез вторых цепей ДНК на каждой
из двух денатурированных цепей. После
нового прогрева до 100град.С уже вновь
синтезированные фрагменты ДНК служат
в качестве матрицы для синтеза новых
нитей в следующем цикле амплификации
— это и есть цепная реакция ПЦР.
В
результате такого «тиражирования»
за 2-3 часа количество копий фрагмента
ДНК увеличивается в геометрической
прогрессии, и через 25 циклов амплификации
синтезируется 106 копий фрагмента.
Такого количества ДНК достаточно, чтобы
визуально регистрировать с помощью простых
приемов, которые давно используются молекулярными
биологами.
Метод
амплификации ДНК с помощью ПЦР
(полимеразной цепной реакции) оказал
революционное влияние на генодиагностику.
Для использования метода необходимо
знать последовательность нуклеотидов
на исследуемом участке ДНК.
Поскольку ДНК-полимераза не способна сама начать
репликацию и может только достраивать
комплементарную цепь к уже имеющемуся
двухцепочечному участку, то сначала синтезируют
два олигонуклеотида (так называемых праймера),
комплементарных участкам противоположных
цепей ДНК, обычно отстоящих друг от друга
на несколько сотен пар нуклеотидов. Праймеры
инкубируют с ДНК, намеченной для амплификации,
и ДНК-полимеразой, которая, как известно,
синтезирует комплементарные цепи в направлении
5′-3′. Специфичность реакции зависит от
правильного выбора праймеров.
В
ходе реакции последовательно меняют
температуру: при температуре 90-95 градусов
по С происходит разделение цепей ДНК,
при температуре 40-60 градусов по С — присоединение
праймера (отжиг), при температуре 72 градуса
по С — синтез цепей ДНК.
В
реакции используют термостойкую ДНК-полимеразу,
которая не теряет активности в течение
всей процедуры.
После
ряда таких циклов, обычно 20-30 и более,
образуются сотни тысяч копий исходной
последовательности, расположенной между
праймерами. Метод настолько чувствителен,
что его можно использовать, например,
для амплификации и анализа единственного
участка ДНК из одного сперматозоида человека.
Для
ПЦР пригоден минимально обработанный
исходный биологический материал, даже
частично разрушенный, что позволяет
исследовать цельную кровь, пятна
высохшей крови, смывы из ротовой
полости, старые срезы ткани и
другие образцы. Исходным материалом для
ПЦР служит геномная ДНК или мРНК. В последнем
случае из мРНК путем обратной транскрипции
получают кДНК , которую затем используют
в ПЦР, — так называемый метод ПЦР с обратной транскрипцией .
Метод
ПЦР служит основой для дальнейших
исследований амплифицированной последовательности:
—
расщепления рестриктазами;
—
гибридизации с аллель-специфическими
олигонуклеотидными зондами;
—
определения нуклеотидной последовательности;
—
исследования экспрессии in vitro с
целью поиска мутаций, укорачивающих
молекулу белка.
Различные
модификации метода применяются
для:
—
синтеза одноцепочечной ДНК путем
изменения соотношения олигонуклеотидных
праймеров;
—
создания рекомбинантных ДНК;
—
исследования мутагенеза клонированной
ДНК;
—
сравнения экспрессии разных
аллелей;
—
выявления редких нуклеотидных
последовательностей или ДНК
возбудителей инфекции.
ПЦР
можно провести всего за один день,
ее легко автоматизировать, реакция сравнительно
недорога и чрезвычайно специфична.
Принцип
ПЦР заключается в чередовании
циклов гибридизации одноцепочечных ДНК
или РНК с мечеными олигонуклеотидными
зондами (праймерами), синтеза комплементарной
нуклеотидной последовательности с помощью
термостабильной ДНК-полимеразы и денатурации
образовавшихся двухцепочечных структур
путем нагревания. За 20-30 циклов количество
копий нужного фрагмента нуклеиновой
кислоты достигает нескольких миллионов.
Для
определения продукта реакции, как
правило, используют хемилюминесценцию.
Заключение
В
заключении хотелось бы отметить, что
открытие фермента ревертазы и процесса
обратной транскрипции – большое событие
не только в генетике, но и молекулярной
биологии вообще. Прежде всего оно внесло
изменение в формулировку основного постулата
в молекулярной биологии: ДНК®РНК®белок. В связи с тем,
что первый этап процесса передачи наследственной
информации оказался в некоторых случаях
обратимым, теперь эта формулировка приняла
такой вид: ДНК«РНК®белок.
Открытие
процесса обратной транскрипции не поколебало
основного генетического постулата
матричной теории наследственности, а
лишь уточнило его. Оказалось, что в редких,
особых случаях РНК может служить матрицей
для ДНК. Но генетическая информация всегда
сначала переписывается на РНК, а затем
переводится (транслируется) на аминокислотную
последовательность белков. С белков в
нуклеиновые кислоты
Список
терминов и определении
ДНК
(дезоксирибонуклеиновая
кислота) – молекула наследственности,
которая содержит весь набор генов организма;
РНК
(Рибонуклеиновая кислота) — молекула,
аналогичная по структуре ДНК, переносящая
генетическую информацию от ДНК в другие
части клетки и контролирующая некоторые
внутриклеточные химические процессы;
Белок (протеин)
— крупная молекула, состоящая из одной
или более цепочек более мелких молекул,
называемых аминокислотами. Белки необходимы
для построения, функционирования и регулировки
клеточной структуры, тканей и органов.
Примеры белков — гормоны, энзимы и антитела;
37. Какова особенность строения оперона? Для каких организмов характерен оперон? Каково его значение? Ответ поясните.
1. Оперон — это система структурных генов у прокариот, кодирующих ферменты, преобразующие субстрат.
2. В состав оперона входят несколько структурных генов, промотор — место прикрепления РНК-полимеразы, оператор — участок расположения белка- репрессора.
3. Значение оперона — экономия АТФ бактерией, так как ферменты начинают синтезироваться строго после добавления сахара в среду.
37. Почему лактобактерии перестают синтезировать фермент при отсутствии лактозы? Ответ поясните.
1. Синтез фермента идет на опероне лактобактерий.
2. При отсутствии лактозы белок-репрессор не дает РНК-полимеразе начать синтез и-РНК.
3. Если есть лактоза, молекула субстрата связывается с белком-репрессором, который отходит от оператора, освобождая дорогу РНК-полимеразе. Она синтезирует и-РНК, на базе которой будут транслироваться все необходимые ферменты.
4. Освобожденный репрессор возвратится на оператор и закроет путь полимеразе после того, как лактоза закончится.
34. Какое значение для прокариот имеют белки-репрессоры? На основе чего они синтезируются? Ответ поясните.
1. Значение репрессоров в том, что они обеспечивают торможение процесса считывания информации со структурных генов.
2. Белок-репрессор связывается с оператором, что препятствует движению РНК-полимеразы с промотора и началу производства фермента.
3. Белок-репрессор синтезируется на основе гена-регулятора, который может быть расположен в другой части ДНК.
37. Каковы особенности регуляции транскрипции и трансляции у эукариот? Приведите не менее 4 положений. Ответ поясните.
1. Для эукариот не характерна оперонная организация генов.
2. Существует система регуляции организма с помощью гормонов, которые регулируют синтез иРНК и белков строго в клетках-мишенях.
3. Для эукариот характерно комбинационная регуляция — активность каждого гена регулируется большим спектром генов-регуляторов.
4. Регуляция осуществляется с помощью трех разных РНК-полимераз, причем для активации каждой РНК-полимеразы нужен целый комплекс регуляторных белков.
34. Докажите, что в геноме структурные гены находятся под управлением регуляторных генов.
1. Регуляторные гены ответственны за синтез специальных регуляторных белков (репрессоров, активаторов), определяющих активность того или иного структурного гена.
2. Структурные гены определяют структуру ферментов или других белков с различной функцией.
Смотреть еще: подготовка к ОГЭ класс биология, репетитор по биологии в Москве ЕГЭ, видео уроки по биологии для подготовки.
ЗАДАЧИ ИЗ СБОРНИКА ЕГЭ 2020
1. Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – А Ц А Т Г Г Г А Т Ц Ц Т А Т А Т Ц Г Ц Г – 3‘
3′ – Т Г Т А Ц Ц Ц Т А Г Г А Т А Т А Г Ц Г Ц – 5′
Ген содержит информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена начинается с триплета, кодирующего аминокислоту Мет. С какого нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
Ответ 1.
1) по принципу комплементарности находим цепь иРНК:
5′ – А Ц А У Г Г Г А У Ц Ц У А У А У Ц Г Ц Г – 3′
2) информативная часть гена начинается с третьего нуклеотида Т на ДНК, так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет
3) последовательность аминокислот находим по кодонам иРНК в таблице генетического кода:
Мет – Гли – Сер – Тир – Иле — Ала.
2. Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – Ц Т А Т Г А А Т А Ц Т Г А Т Ц Т Т А Г Т– 3′
3′ –Г А Т А Ц Т Т А Т Г А Ц Т А Г А А Т Ц А — 5′
Ген содержит информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена начинается с триплета, кодирующего аминокислоту Мет. С какого нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
3. Исходный фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – Г Ц Г Г Г Ц Т А Т Г А Т Ц Т Г– 3′
3′ –Ц Г Ц Ц Ц Г А Т А Ц Т А Г А Ц – 5′
В результате замены одного нуклеотида в ДНК четвертая аминокислота во фрагменте полипептида заменилась на аминокислоту Вал. Определите аминокислоту, которая кодировалась до мутации. Какие изменения произошли в ДНК, иРНК в результате замены одного нуклеотида? Благодаря какому свойству генетического кода одна и та же аминокислота у разных организмов кодируется одним и тем же триплетом? Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
Ответ 3.
1) четвертый триплет исходного фрагмента смысловой цепи ДНК – ГАТ (транскрибируемой цепи ДНК – ЦТА), определяем кодон иРНК: ГАУ, по таблице генетического кода определяем, что он кодирует аминокислоту Асп
2) во фрагменте ДНК в четвертом триплете смысловой цепи ГАТ нуклеотид А заменился на Т( в транскрибируемой цепи в триплете ЦТА нуклеотид Т заменился на А), а в иРНК в четвертом кодоне (ГАУ) нуклеотид А заменился на У (ГУУ)
3) свойство генетического кода – универсальность.
Наличие в ответе множества триплетов считается ошибкой, так как в задании указано, что произошла замена одного нуклеотида.
3. 1Исходный фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – Г Ц Г Г Г Ц Т А Т Г А Т Ц Т Г– 3′
3′ –Ц Г Ц Ц Ц Г А Т А Ц Т А Г А Ц – 5′
В результате замены одного нуклеотида в ДНК третья аминокислота во фрагменте полипептида заменилась на аминокислоту Гис. Определите аминокислоту, которая кодировалась до мутации. Какие изменения произошли в ДНК, иРНК в результате замены одного нуклеотида? Благодаря какому свойству генетического кода одна и та же аминокислота у разных организмов кодируется одним и тем же триплетом? Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
4. Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – Г Ц А Т Г Г Г Ц Т Ц Т Г Г А Т Ц Т А Г Г– 3′
3′ –Ц Г Т А Ц Ц Ц Г А Г А Ц Ц Т А Г А Т Ц Ц — 5′
Ген содержит информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена начинается с триплета, кодирующего аминокислоту Мет. С какого нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
5. Молекулы тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем порядке: ЦГЦ, ЦЦУ, АЦГ, АГА, АГЦ. Определите последовательность нуклеотидов смысловой и транскрибируемой цепей ДНК, иРНК и аминокислот в молекуле синтезируемого фрагмента белка. . Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При выполнении задания учитывайте, что антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК.
Ответ 5.
1) по принципу комплементарности определяем последовательность иРНК:
5′ – Г Ц Г А Г Г Ц Г У У Ц У Г Ц У – 3′
2) последовательность нуклеотидов транскрибируемой и смысловой цепей ДНК также определяем по принципу комплементарности
5′ – Г Ц Г А Г Г Ц Г Т Т Ц Т Г Ц Т — 3′
3′ – Ц Г Ц Т Ц Ц Г Ц А А Г А Ц Г А – 5′
3) по таблице генетического кода и кодонам иРНК находим последовательность аминокислот в полипептиде: Ала – Арг – Арг – Сер — Ала.
5.1.Молекулы тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем порядке: ГУА, УАЦ, УГЦ, ГЦА. Определите последовательность нуклеотидов смысловой и транскрибируемой цепей ДНК, иРНК и аминокислот в молекуле синтезируемого фрагмента белка. . Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При выполнении задания учитывайте, что антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК.
6. Фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – Г Т Ц А Ц А Г Ц Г А Т Ц А А Т– 3′
3′ –Ц А Г Т Г Т Ц Г Ц Т А Г Т Т А – 5′
Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи и обоснуйте свой ответ. Какие изменения могли произойти в результате генной мутации во фрагменте молекулы ДНК, если вторая аминокислота в полипептиде изменилась на аминокислоту Про? Какое свойство генетического кода определяет возможность существования разных фрагментов мутированной молекулы ДНК? Ответ обоснуйте. . Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Ответ 6.
1) последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи:
Вал – Тре – Ала –Иле – Асн определяется по последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК
5′ – Г У Ц А Ц А Г Ц Г А У Ц А А У – 3′
2) во фрагменте белка вторая аминокислота Тре заменилась на Про, что возможно при замене второго триплета в смысловой цепи ДНК АЦА на триплет ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, или ЦЦГ (второго кодона в иРНК АЦА на кодон ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА или ЦЦГ)
3) свойство генетического кода – избыточность (вырожденность), так как одной аминокислоте (Про) соответствует более одного триплета (четыре триплета).
7. Фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – Т А Т Т Ц Ц Т А Ц Г Г А А А А – 3′
3′ –А ТА А Г Г А Т Г Ц Ц Т Т Т Т – 5′
Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи и обоснуйте свой ответ. Какие изменения могли произойти в результате генной мутации во фрагменте молекулы ДНК, если третья аминокислота в полипептиде изменилась на аминокислоту Цис? Какое свойство генетического кода определяет возможность существования разных фрагментов мутированной молекулы ДНК? Ответ обоснуйте. . Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
8. Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности:
5′ – А У Г Г Ц У У У У Г Ц А – 3′.
Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК. Напишите последовательность двухцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5 и 3 концы цепей. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
Ответ 8.
1) ) по принципу комплементарности определяем последовательность нуклеотидов участка ДНК:
5′ – А Т Г Г Ц Т Т Т Т Г Ц А – 3′
3′ – Т А Ц Ц Г А А А А Ц Г Т — 5′
2) по принципу комплементарности определяем последовательность нуклеотидов иРНК:
5′ – А У Г Г Ц У У У У Г Ц А – 3′
3) по таблице генетического кода и кодонам иРНК находим последовательность аминокислот вирусного белка:
Мет – Ала –Фен –Ала.
Задание 27 № 26822
8. 1. Генетический аппарат вируса представлен молекулой РНК, фрагмент которой имеет следующую нуклеотидную
последовательность: 5′ − ГУГАААГАУЦАУГЦГУГГ −3′.
Определите нуклеотидную последовательность двуцепочной молекулы ДНК, которая синтезируется в результате обратной транскрипции на РНК вируса.
Установите последовательность нуклеотидов в иРНК и аминокислот во фрагменте белка вируса, которая закодирована в найденном фрагменте молекулы ДНК. Матрицей для синтеза иРНК, на которой идёт синтез вирусного белка, является вторая цепь двуцепочной ДНК.
Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.
Генетический код (иРНК)
Первое основание |
Второе основание |
Третье основание |
|||
У |
Ц |
А |
Г |
||
У |
Фен Фен Лей Лей |
Сер Сер Сер Сер |
Тир Тир — — |
Цис Цис — Три |
У Ц А Г |
Ц |
Лей Лей Лей Лей |
Про Про Про Про |
Гис Гис Глн Глн |
Арг Арг Арг Арг |
У Ц А Г |
А |
Иле Иле Иле Мет |
Тре Тре Тре Тре |
Асн Асн Лиз Лиз |
Сер Сер Арг Арг |
У Ц А Г |
Г |
Вал Вал Вал Вал |
Ала Ала Ала Ала |
Асп Асп Глу Глу |
Гли Гли Гли Гли |
У Ц А Г |
Пояснение.
1. Фрагмент двуцепочечной молекулы ДНК определяется по принципу комплементарности по вирусной РНК ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ:
ДНК 1 цепь:5′ − ГТГ ААА ГАТ ЦАТ ГЦГ ТГГ − 3′ (кодирующая)
ДНК 2 цепь: 3′ − ЦАЦ ТТТ ЦТА ГТА ЦГЦ АЦЦ − 5′(матричная)
Примечание
Обратная транскрипция — процесс образования двуцепочечной ДНК на основе одноцепочечной РНК, характерный для РНК-вирусов.
2. Строим участок иРНК 5′ − ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ −3′ по принципу комплементарности на основе второй (матричной) цепи молекулы ДНК.
3. На основе иРНК по таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот во фрагменте РНК вируса: Вал – Лиз – Асп – Гис – Ала – Три.
9. Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК.Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности:
5′ – Г Ц Г Г А А А А Г Ц Г Ц – 3′.
Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК. Напишите последовательность двухцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5 и 3′ концы цепей. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
10. Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК.Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности:
5′ – Г У Г А Г Г А Ц Ц У Ц Г – 3′.
Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК. Напишите последовательность двухцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5′ и 3′ концы цепей. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
11. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь смысловая, нижняя транскрибируемая).
5’-ЦГААГГТГАЦААТГТ-3’
3’-ГЦТТЦЦАЦТГТТАЦА-5’
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5’ и 3’ концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5’ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Ответ 11.
1) нуклеотидная последовательность участка тРНК:
5′ – У Г Ц Г Ц У Г Ц А Ц Ц А Г Ц У – 3′
2) нуклеотидная последовательность антикодона ГЦА (третий триплет) соответствует кодону на иРНК УГЦ
3) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота Цис, которую будет переносить данная тРНК.
(59) Задание 27 № 26968
Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов:
5′ − ААЦЦТТТТТГЦЦТГА − 3′
3′ − ТТГГАААААЦГГАЦТ − 5′
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК который синтезируется на данном фрагменте. Какой кодон иРНК будет соответствовать центральному антикодону этой тРНК? Какая аминокислота будет транспортироваться этой тРНК? Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Генетический код (иРНК)
Первое основание |
Второе основание |
Третье основание |
|||
У |
Ц |
А |
Г |
||
У |
Фен Фен Лей Лей |
Сер Сер Сер Сер |
Тир Тир — — |
Цис Цис — Три |
У Ц А Г |
Ц |
Лей Лей Лей Лей |
Про Про Про Про |
Гис Гис Глн Глн |
Арг Арг Арг Арг |
У Ц А Г |
А |
Иле Иле Иле Мет |
Тре Тре Тре Тре |
Асн Асн Лиз Лиз |
Сер Сер Арг Арг |
У Ц А Г |
Г |
Вал Вал Вал Вал |
Ала Ала Ала Ала |
Асп Асп Глу Глу |
Гли Гли Гли Гли |
У Ц А Г |
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны
(концу в одной цепи соответствует 3ʹ конец другой цепи). Синтез
нуклеиновых кислот начинается с 5ʹ конца. Рибосома движется по иРНК в
направлении от 5ʹ к 3ʹ концу. Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице.
Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной
петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя
цепь – матричная):
5ʹ-ЦГААГГТГАЦААТГТ-3ʹ
3ʹ-ГЦТТЦЦАЦТГТТАЦА-5ʹ
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который
синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5ʹ и 3ʹ концы этого
фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в
процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5ʹ конца соответствует
антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте
таблицу генетического кода.
Генетический код (иРНК от 5ʹ к 3ʹ концу
Ответ.
Схема решения задачи включает:
1. Нуклеотидная последовательность участка тРНК (верхняя цепь по условию смысловая):
ДНК: 3’-ГЦТ-ТЦЦ-АЦТ-ГТТ-АЦА-5’
тРНК: 5’-ЦГА-АГГ-УГА-ЦАА-УГУ-3’
2. Нуклеотидная последовательность антикодона УГА (по условию третий триплет) соответствует кодону на иРНК УЦА;
3. По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота -Сер, которую будет переносить данная тРНК.
Примечание.
1. По фрагменту молекулы ДНК, определяем нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте.
ДНК: 3’-ГЦТ-ТЦЦ-АЦТ-ГТТ-АЦА-5’
тРНК: 5’-ЦГА-АГГ-УГА-ЦАА-УГУ-3’
На ДНК с 3′ конца строится тРНК с 5′ — конца.
2. Определяем кодон иРНК, который будет комплементарен триплету тРНК в процессе биосинтеза белка.
Если третий триплет соответствует антикодону тРНК 5’- УГА-3’ , для нахождения иРНК сначала произведем запись в обратном порядке от 3’ → к 5’ получим 3’-АГУ- 5’, определяем иРНК: 5’–УЦА–3′.
3. По таблице генетического кода кодону -УЦА- соответствует аминокислота -Сер, которую будет переносить данная тРНК.
Пояснение к строению ДНК в условии:
Двойная спираль ДНК. Две антипараллельные ( 5’- конец одной цепи располагается напротив 3’- конца другой) комплементарные цепи полинуклеотидов, соединенной водородными связями в парах А-Т и Г-Ц, образуют двухцепочечную молекулу ДНК. Молекула ДНК спирально закручена вокруг своей оси. На один виток ДНК приходится приблизительно 10 пар оснований.
Смысловая цепь ДНК — Последовательность нуклеотидов в цепи кодирует наследственную информацию.
Транскрибируемая (антисмысловая) цепь по сути является копией смысловой цепи ДНК. Служит матрицей для синтеза иРНК (информацию о первичной структуре белка), тРНК, рРНК, регуляторной РНК.
12. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – Т Г Ц Г Ц Т Г Ц А Ц Ц А Г Ц Т – 3′
3′ – А Ц Г Ц Г А Ц Г Т Г Г Т Ц Г А — 5′
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5′ и 3′ концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5′ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
13. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь – смысловая, нижняя – транскрибируемая):
5′ – Т Г Ц Ц А Т Т Т Т Ц Г А Т А Г – 3′
3′ – А Ц Г Г Т А А А А Г Ц Т А Т Ц — 5′
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5′ и 3′ концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5′ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Задание 27 № 26715
14. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь смысловая, нижняя транскрибируемая).
5’-ТАТЦГАТТЦГЦЦТГА-3’
3’-АТАГЦТААГЦГГАЦТ-5’
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте 5’ и 3’ концы этого фрагмента. Какой кодон иРНК будет соответствовать антикодону этой тРНК, если она переносит к месту синтеза белка аминокислоту ГЛУ. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода:
Генетический код (иРНК)
Первое основание |
Второе основание |
Третье основание |
|||
У |
Ц |
А |
Г |
||
У |
Фен Фен Лей Лей |
Сер Сер Сер Сер |
Тир Тир — — |
Цис Цис — Три |
У Ц А Г |
Ц |
Лей Лей Лей Лей |
Про Про Про Про |
Гис Гис Глн Глн |
Арг Арг Арг Арг |
У Ц А Г |
А |
Иле Иле Иле Мет |
Тре Тре Тре Тре |
Асн Асн Лиз Лиз |
Сер Сер Арг Арг |
У Ц А Г |
Г |
Вал Вал Вал Вал |
Ала Ала Ала Ала |
Асп Асп Глу Глу |
Гли Гли Гли Гли |
У Ц А Г |
Пояснение.
Схема решения задачи включает:
1. Нуклеотидная последовательность участка тРНК (верхняя цепь по условию смысловая):
ДНК: 3’-АТА-ГЦТ-ААГ-ЦГГ-АЦТ-5’
тРНК: 5’-УАУ-ЦГА-УУЦ-ГЦЦ-УГА-3’
2. Кодон иРНК 5’-ГАА-3’ будет соответствовать антикодону этой тРНК, если она переносит к месту синтеза белка аминокислоту ГЛУ
3. Третий триплет тРНК 5’–УУЦ–3′ является антикодоном, если данная тРНК переносит к месту синтеза аминокислоту ГЛУ.
Примечание.
1. По транскрибируемому фрагменту молекулы ДНК, определяем нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте.
ДНК: 3’-АТА-ГЦТ-ААГ-ЦГГ-АЦТ-5’
тРНК: 5’-УАУ-ЦГА-УУЦ-ГЦЦ-УГА-3’
На ДНК с 3′ конца строится тРНК с 5′ — конца.
2. По таблице генетического кода определяем кодон иРНК, который кодирует аминокислоту ГЛУ
иРНК 5’-ГАА-3’ 5’-ГАГ-3’
По принципу комплементарности определим комплементарные триплеты тРНК: 3’-ЦУУ-5’ и 3’-ЦУЦ-5’
Произведем запись в обратном порядке от 5’ → к 3’ получим варианты антикодонов тРНК: 5’–УУЦ–3′; 5’–ЦУЦ–3′
3. Сравниваем найденную цепь тРНК (в первом пункте) и варианты антикодонов.
Третий триплет тРНК 5’–УУЦ–3′ является антикодоном, если данная тРНК переносит к месту синтеза аминокислоту ГЛУ.
Кодон иРНК 5’-ГАА-3’ будет соответствовать антикодону этой тРНК, если она переносит к месту синтеза белка аминокислоту ГЛУ
Пояснение к строению ДНК в условии:
Двойная спираль ДНК. Две антипараллельные ( 5’- конец одной цепи располагается напротив 3’- конца другой) комплементарные цепи полинуклеотидов, соединенной водородными связями в парах А-Т и Г-Ц, образуют двухцепочечную молекулу ДНК.
Смысловая цепь ДНК — Последовательность нуклеотидов в цепи кодирует наследственную информацию.
Транскрибируемая (антисмысловая) цепь по сути является копией смысловой цепи ДНК. Служит матрицей для синтеза иРНК (информацию о первичной структуре белка), тРНК, рРНК, регуляторной РНК.
ОТВЕТЫ.
Ответ 2.
1) по принципу комплементарности находим цепь иРНК:
5′ – Ц У А У Г А А У А Ц У Г А У Ц У У А Г У – 3′
2) информативная часть гена начинается с третьего нуклеотида Т на ДНК, так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет
3) последовательность аминокислот находим по кодонам иРНК в таблице генетического кода:
Мет – Асн – Тре – Асп – Лей — Сер.
Ответ 3.1
1) третий триплет исходного фрагмента смысловой цепи ДНК – ТАТ (транскрибируемой цепи ДНК – АТА), определяем кодон иРНК: УАУ, по таблице генетического кода определяем, что он кодирует аминокислоту Цис
2) во фрагменте ДНК в третьем триплете смысловой цепи ТАТ нуклеотид Т заменился на Ц ( в транскрибируемой цепи в триплете АТА нуклеотид А заменился на Г), а в иРНК в третьем кодоне (УАУ) нуклеотид У заменился на Ц (ЦАУ)
3) свойство генетического кода – универсальность.
Наличие в ответе множества триплетов считается ошибкой, так как в задании указано, что произошла замена одного нуклеотида.
Ответ 4.
1) по принципу комплементарности находим цепь иРНК:
5′ – Г Ц А У Г Г Г Ц У Ц У Г Г А У Ц У А Г Г – 3′
2) информативная часть гена начинается с третьего нуклеотида Т на ДНК, так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет
3) последовательность аминокислот находим по кодонам иРНК в таблице генетического кода:
Мет – Гли – Сер – Гли – Сер -Арг.
Ответ 5.1.
1) по принципу комплементарности определяем последовательность иРНК:
5′ – У А Ц Г У А Г Ц А У Г Ц – 3′
2) последовательность нуклеотидов транскрибируемой и смысловой цепей ДНК также определяем по принципу комплементарности
5′ – Т А Ц Г Т А Г Ц А Т Г Ц — 3′
3′ – А Т Г Ц А Т Ц Г Т А Ц Г – 5′
3) по таблице генетического кода и кодонам иРНК находим последовательность аминокислот в полипептиде: Тир – Вал – Ала – Цис.
Ответ 7.
1) последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи:
Тир – Сер – Тир – Гли – Лиз – определяется по последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК
5′ – У А У УЦ Ц У А Ц Г Г А А А А – 3′
2) во фрагменте белка вторая аминокислота Тир заменилась на Цис, что возможно при замене третьего триплета в смысловой цепи ДНК ТАЦ на триплет ТГТ или ТГЦ (в третьем кодоне иРНК УАЦ на кодон УГУ или УГЦ)
3) свойство генетического кода – избыточность (вырожденность), так как одной аминокислоте (Цис) соответствует более одного триплета (два триплета).
Ответ 9.
1) ) по принципу комплементарности определяем последовательность нуклеотидов участка ДНК:
5′ – Г Ц Г Г А А А А Г Ц Г Ц – 3′
3′ – Ц Г Ц Ц Т Т Т Т Ц Г Ц Г — 5′
2) по принципу комплементарности определяем последовательность нуклеотидов иРНК:
5′ – Г Ц Г Г А А А А Г Ц Г Ц – 3′
3) по таблице генетического кода и кодонам иРНК находим последовательность аминокислот вирусного белка:
Ала –Глу – Лиз – Арг.
Ответ 10.
1) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка ДНК
5′ – Г Т Г А Г Г А Ц Ц ТЦ Г – 3′
3′ – Ц А Ц Т Ц Ц Т Г Г А ГЦ – 5′
2) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность иРНК
5′ – Г У Г А Г Г А Ц Ц У Ц Г – 3′
3) по таблице генетического кода определяем последовательность вирусного белка:
Вал – Арг – Тре – Сер.
Ответ 12.
1) нуклеотидная последовательность участка тРНК:
5′ – У Г Ц Г Ц У Г Ц А Ц Ц А Г Ц У – 3′
2) нуклеотидная последовательность антикодона ГЦА (третий триплет) соответствует кодону на иРНК УГЦ
3) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота Цис, которую будет переносить данная тРНК.
Ответ 13.
1) нуклеотидная последовательность участка тРНК:
5′ – У Г Ц Ц А У У У У Ц Г А У А Г – 3′
2) нуклеотидная последовательность антикодона УУУ (третий триплет) соответствует кодону на иРНК ААА
3) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота Лиз, которую будет переносить данная тРНК.
И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез
биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице — нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.
Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом
«генетическом языке». Скоро вы все поймете — мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК
и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится — перерисуйте его себе
Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) — АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать — УАГ (кодон иРНК).
тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись — АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения
будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.
Репликация ДНК — удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio — удвоение)
Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по
принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) — в Ц (цитозин).
Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них
содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между
дочерними клетками.
Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)
Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит
в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А — У, Т — А, Г — Ц, Ц — Г (загляните в «генетический словарик»
выше).
До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК — промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух
цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.
Транскрипция осуществляется в несколько этапов:
- Инициация (лат. injicere — вызывать)
- Элонгация (лат. elongare — удлинять)
- Терминация (лат. terminalis — заключительный)
Образуется несколько начальных кодонов иРНК.
Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК
быстро растет.
Достигая особого участка цепи ДНК — терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.
Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)
Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень — в процесс трансляции.
Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность
аминокислот.
Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:
- Инициация
- Элонгация
- Терминация
Информационная РНК (иРНК, синоним — мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц.
Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.
Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту,
соответствующую кодону АУГ — метионин.
Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.
Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) — У (урацил), Г (гуанин) — Ц (цитозин).
В основе этого также лежит принцип комплементарности.
Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу
иРНК одновременно — образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.
Синтез белка — полипептидной цепи из аминокислот — в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание
в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция — завершить синтез белка.
Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что
кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй — из верхнего горизонтального,
третий — из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота
Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА — Глн. Попробуйте самостоятельно найти
аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.
Кодону ГЦУ соответствует аминокислота — Ала, ААА — Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк:
это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.
Примеры решения задачи №1
Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК),
приведенной вверху.
«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов
во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны
соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»
Объяснение:
По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити
ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.
Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК:
А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.
Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК:
А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что
тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).
Пример решения задачи №2
«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется
на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону
тРНК»
Обратите свое пристальное внимание на слова «Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК «. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу
синтезировать с ДНК фрагмент тРНК — другой подход здесь будет считаться ошибкой.
Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было
в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой — мы записываем их линейно через тире.
Третий триплет ДНК — АЦГ соответствует антикодону тРНК — УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК,
так что переведем антикодон тРНК — УГЦ в кодон иРНК — АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ — Тре.
Пример решения задачи №3
Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и
аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной
молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.
Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК
соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК — так что их тоже по 50.
По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%.
100% — (20%+20%) = 60% — столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то
на каждый приходится по 30%.
Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы?
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.