Практична робота "Розв'язання елементарних вправ з молекулярної біології"

Практична робота №5

Тема:  Розв'язання елементарних вправ з молекулярної біології.

Теоретичні відомості під час розв’язання елементарних вправ з молекулярної біології:

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

• середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць;

• середня молекулярна маса однієї амінокислоти дорівнює 100 умовних одиниць;

• молекула білка в середньому складається з 200 амінокислот;

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

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

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

• трансляція здійснюється згідно з генетичним кодом;

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

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

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

Приклади розв’язування задач з молекулярної біології

Задача 1.

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

… АГТАЦГГЦАТГТАГЦ …

1. Намалюйте схему структури дволанцюгової молекули ДНК.
2. Якою є довжина в нанометрах цього фрагмента?
3. Якою є маса дволанцюгового фрагмента?

Розв’язання

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

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

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

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

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

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

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

Розв’язання:

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

240 – 30%

 x – 100%

x =240 x 100/30=800

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

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

 L(ДНК) = 400 x 0,34=136 нм.

3. M (ДНК) =345x 800=276000 а.о.м .

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

Задача 3.

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

Розв’язання

Дано:

Задача 4.

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

Розв’язання

Екзон-інтронна  організація генома

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

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

Приклади розв’язання задач

Задача 1.

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

Задача 2.

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

1. Який нуклеотидний склад гена?
2. Яка відносна молекулярна маса інтронних ділянок гена?
3. Наскільки зріла іРНК коротша за про-іРНК?

За принципом компліментарності:

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

384 нуклеотиди – 20%;

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

А = Т 576 нуклеотидів.

2. Знаходимо кількість нуклеотидів у екзонних ділянках гена:

120. 3 х 2 = 720 (нуклеотидів).

      Знаходимо кількість нуклеотидів у інтронних ділянках гена:

 1920 – 720 = 1200 (нуклеотидів).

 Знаходимо відносну молекулярну масу інтронних ділянок гена:

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

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

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

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

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

Різниця в довжині про-іРНК та зрілої іРНК складає:

326,4 нм – 122,4 нм = 204 нм.

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

Практичні завдання

Задача № 1.

Фрагмент ланцюга А білка нормального гемоглобіну складається із 7 амінокислот, розміщених у такій послідовності:

 Вал – лей – лей – тре – про – глн – ліз.

1. Яка будова фрагмента і РНК, що є матрицею для синтезу цього фрагмента молекули гемоглобіну?
2. Яка будова фрагмента ДНК, що кодує дану і РНК ?

Задача № 2.

Фрагмент першого ланцюга ДНК має таку нуклеотидну послідовність: ТАЦАГАТГГАГТЦГЦ. Визначте послідовність мономерів білка, закодованого фрагментом другого ланцюга ДНК.

Задача № 3.

У хворого на синдром Фанконі (порушення утворення кісткової тканини) із сечею виділяються амінокислоти, яким відповідають наступні триплети і-РНК: АУА , ГУЦ, АУГ, УЦА, УУГ, УАУ, ГУУ, АУУ. Визначте, які амінокислоти виділяються із сечею у хворих на синдром Фанконі (див. «Додаток »).

Задача № 4.

У фрагменті ДНК знайдено 1120 аденінових нуклеотидів, що становить 28% загальної кількості нуклеотидів.

 1. Скільки в даному фрагменті міститься гуанінових, цитозинових, ти мінових нуклеотидів?

 2. Визначте довжину і відносну молекулярну масу цього фрагмента ДНК.

         Задача № 5.

До складу білка входить 800 амінокислот. Визначте довжину гена, який кодує синтез цього білка?

Задача № 6.

Встановлено, що і РНК має 30% аденіну, 18% гуаніну та 20% урацилу. Визначте частку (у %) кожного  нуклеотида у відповідному фрагменті дволанцюгової  ДНК?

Задача № 7.

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

Задача № 8. 

Білок В – мономер. Ген, який кодує цей білок, містить 5 інтронів по 10000 пар нуклеотидів і 4 екзони по 270 пар нуклеотидів кожен.