Молекулярные основы наследственности – решение задач: теоретические основы и практическое применение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ГОРОДА ДОНЕЦКА

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ШКОЛА № 78 ГОРОДА ДОНЕЦКА»

Методическое пособие:

«Молекулярные основы наследственности – решение задач: теоретические основы и практическое применение»

Автор работы:

Убейконь Светлана Николаевна ,

учитель биологии, учитель - методист

Донецк -2021

В методической разработке представлены материалы для подготовки к выполнению контрольно-измерительных материалов ЕРЭ с учетом степени трудности заданий по сравнению с предшествующими годами.

Методическая разработка содержит теоретический материал, знание которого и умение его интерпретировать является необходимым для решения задач по молекулярным основам наследственности. Пособие также содержит 20 задач для самостоятельного решения.

В пособии даны ответы на все 20 приведенных задач.

Пособие предназначено учителям для подготовки учащихся к выполнению заданий по выше приведенной теме, а также – учащимся – старшеклассникам – для самоподготовки и самоконтроля.

Генетическая информация о признаках организма сосредоточена в геноме – совокупности генетического материала гаплоидного набора хромосом данного вида. Реализация генетической информации происходит в два этапа(транскрипция и трансляция)следующим образом:

Д

НК ГЕН и-РНК белок

Т-РНК

Аминокислота

Молекула ДНК представляет собой правозакрученную спираль, состоящую из двух цепей нуклеотидов, комплементарно соединенных друг с другом водородными связями А=Т, Г=Ц. По правилу Чаргаффа:1. nА=nТ, nC=nГ; 2.(nА+nГ)=(nТ+nC), где n-количество нуклеотидов.

Молекулы РНК играют главную роль в процессах синтеза полипептидов и белков в клетке. РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи, в которой нуклеотиды, также как в каждой цепи ДНК, соединены фосфодиэфирными связями между моносахаридами.

Относительно нуклеотидов цепи РНК принцип комплементарности применить нельзя, в то же время молекула РНК комплементарна соответствующему фрагменту ДНК, например:

3’ ЦАТТГЦТАГТТТТАА 5’ -фрагмент молекулы ДНК

5’ ГТААЦГАТЦААААТТ3’

3’ ЦАУУГЦУАГУУУУАА5’-фрагмент молекулы и-РНК

Цифрами 3’ и 5’ обозначаются соответствующие атомы углерода в моносахаридах нуклеотидов. Другое название этих точек –ОН-конец и Р-конец соответственно.

Репликация и транскрипция осуществляются в направлении от 3’-конца к 5’-концу старой цепи. Эти процессы происходят в ядре и матрицей для них является одна из цепей ДНК. Трансляция осуществляется на рибосомах в напрвлении от 5’-конца к 3'- концу иРНК.

Последовательность расположения нуклеотидов в ДНК и в иРНК определяет последовательность включения аминокислот в полипептидную цепь. Это соответствие линейного строения одной химической системы строению другой химической системы называется генетическим кодом.

Старт-кодон или инициаторный кодон – первый кодон матричной РНК, с которого начинается трансляция белка в рибосоме. У эукариот и архей старт-кодон всегда кодирует аминокислоту метионин. Старт-кодону предшествует 5’ –нетранслируемая область.

Стоп –кодон или кодон терминации –триплет нуклеотидных остатков в мРНК, кодирующий прекращение (терминацию) синтеза полипептидной цепи (трансляцию). Стандартные стоп –кодоны –УАА, УАГ и УГА (UAA, UAG, UGA).

Кроме того, стоп – кодон, как кодон, при котором не происходит включения аминокислоты в белок, еще называют бессмысленным кодоном или нонсенс –кодоном.

Коллинеарность генетического кода (лат. collinear метить, направлять) – соответствие между последовательностью кодирующих триплетов ДНК и последовательностью аминокислот в полипептидной цепи.

Все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Цепь молекулы ДНК, на которой синтезируется иРНК, называется транскрибируемой, а комплементарная транскрибируемой цепь ДНК называется матричной.

Задачи:

Задача 1. Одна из цепей фрагмента ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов: 3’АГТ АЦЦ ГАР ЦЦТ ЦГА ТТТ АЦГ 5’. Определите последовательность нуклеотидов иРНК, закодированную в данном фрагменте ДНК.

Задача 2. Кодирующая зона фрагмента иРНК имеет такую последовательность нуклеотидов: 5' АУГ УЦА АГГ ЦУА АГЦ УУУ ГЦЦ ААУ УАА 3’. 1. Напишите первичную структуру полипептида, закодированного в данном фрагменте иРНК. 2. Укажите порядок присоединения аминокислотных остатков.

Задача 3. В одной из цепей фрагмента ДНК нуклеотиды расположены в таком порядке: 5' ЦЦЦ ГЦЦ АЦЦ ТГЦ ГГА 3'.1.Определите последовательность нуклеотидов в комплементарной цепи ДНК. 2. Укажите направление синтеза новой цепи направление транскрипции из исходной цепи ДНК.

Задача 4. Фрагмент кодирующей зоны иРНК имеет такой нуклеотидный состав: 5’УАЦ ГАЦ ЦАГ ГАЦ ЦАА УУГ 3’. Определите последовательность нуклеотидов фрагмента цепи ДНК, являющегося матрицей для синтеза данной иРНК.

Задача 5. Начало цепи одной из фракций гистона Н3 , выделенного из тимуса теленка, имеет такую последовательность аминокислот: Ала – Арг –Тре-Лиз. Определите строение кодирующих фрагментов иРНК и двухцепочечной ДНК.

Задача 6. Некодирующая цепь молекулы ДНК имеет такой состав: ГАГ АГГ ЦГТ ТГА ЦГГ. Определите строение соответствующей части молекулы белка, синтезированной при участии кодирующей цепи ДНК.

Задача 7. Определите антикодоны тРНК, принимающие участие в синтезе белка, кодируемого таким фрагментом ДНК: АЦГ ГГТ АТГ АГА ТЦА.

Задача 8. Полипептид состоит из 10 аминокислот, расположенных в такой последовательности: Глн-Про-Ала-Сер-Мет-Три-Асп-Гли-Асн-Гис. Определите структуру иРНК, кодирующей данный полипептид.

Задача 9. Молекула иРНК имеет такую нуклеотидную последовательность: 5’ААУ ГАЦ ЦЦГ УГГ АГУ3'. Какие триплеты ДНК кодируют эту иРНК и в какой последовательности они расположены?

Задача 10. Фрагмент цепи иРНК состоит из последовательно расположенных кодонов: АУЦ ГУГ АУГ УГЦ УУУ АУА ЦАА АУЦ УАА. Какие аминокислоты должны быть перенесены иРНК к месту синтеза белка, закодированного этим фрагментом иРНК, и какие антикодоны должны иметь эти тРНК?

Задача 11. Фрагмент оной из полипептидных цепей фермента поджелудочной железы – рибонуклеазы-состоит из 9 аминокислот: Гли-Асп-Про-Тир-Вал-Про-Вал-Гис-Фен. Определите строение участка иРНК , кодирующей эту полипептидную цепь, и типы тРНК, принимающие участие в синтезе белка.

Задача 12. Фрагмент цепи А нормального гемоглобина состоит из 7 аминокислот, расположенных в такой последовательности: Вал-Лей-Лей-Тре-Про-Глн-Лиз. Каково строение участка иРНК, являющегося матрицей для синтеза этого фрагмента молекулы гемоглобина? Каково строение участка ДНК, кодирующего эту иРНК?

Задача 13. В систему для искусственного синтеза белка внесли тРНК с такими антикодонами: 1)ГЦУ, УУА, АЦА, ЦУА; 2)АЦЦ, УУА, ГЦА, АЦГ; 3)УГУ, ААГ, АГЦ, ГАГ. Какие аминокислоты примут участие в биосинтезе белка?

Задача 14. Фрагмент молекулы адренокортикотропного гормона человека (АКТГ), вырабатываемого передней частью гипофиза, имеет состав: Сер-Тир-Сер- Мет. Определите последовательность антикодонов тРНК, принимающих участие в биосинтезе этого фрагмента АКТГ.

Задача 15. Фрагмент молекулы белка миоглобина содержит аминокислоты в такой последовательности: Ала-Глу-Тир-Сер-Глн. Определите структуру участка ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот.

Задача 16. Определите структуру участка ДНК, кодирующего полипептидную цепь А инсулина, содержащую 21 аминокислотный остаток в такой последовательности: Гли-Иле-Вал-Глу-Глу-Цис-Цис-Ала-Сер-Вал-Цис-Сер-Лей-ир-Глн-Лей-Глу-Асн-Тир-Цис-Асн.

Задача 17. Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в такой последовательности: ГЦГ ААТ АТГ ЦАЦ ТТА АЦТ. Определите состав и последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

Задача 18. Начальный фрагмент первого экзона гена В – полипептидной цепи нормального гемоглобина человека (Hb A –A2B2 ) имеет такую последовательность нуклеотидов: 3' ЦАЦ ГТА ААТ ТГА ГГА ЦТЦ ЦТЦ ТТТ 5’.

1. Какие аминокислоты кодируются 1-, 5-, 6-, 8-ым триплетами? 2. Напишите кодоны – синонимы, кодирующие аминокислоты Вал, Про, Глу, Лиз.

Задача 19. Дан такой фрагмент молекулы ДНК: первая цепь – 5' АЦЦ ГАТ ТАТ ЦЦА АЦЦ ТГЦ 3’, вторая цепь -3' ТГГ ЦТА АТА ГГТ ТГГ АЦГ 5’. Определите последовательность аминокислот, закодированных в этих двух полинуклеотидных цепях данного фрагмента ДНК.

Задача 20.Кодирующая зона иРНК А –полипептидной цепи инсулина имеет такую последовательность нуклеотидов: 5’ГГУ АУУ ГУУ ГАА ГАА УГУ УГУ ГЦУ АГУ ГУУ УГУ АГУ ЦУУ УАУ ЦАА ЦУУ ГГАА ААУ УАУ УГУ ААУ 3'. 1. Запишите последовательность аминокислот А – цепи инсулина, коллинеарной данной иРНК. Укажите направление трансляции. 2. Укажите последовательность нуклеотидов фрагмента гена инсулина, кодирующего первичную структуру А –цепи инсулина. 3. Укажите направление транскрипции для записанного вами фрагмента ДНК.

Ответы:

1.5'УЦА УГГ ЦУА ГГА ГЦУ ААА АГЦ 3'. 2. 1. Мет-Сер-Арг-Лей-Сер-Фен-Ала-Асн-стоп. 2. 1 2 3 4 5 6 7. 3. 1. 3’ ГГГ ЦГГ ТГГ АЦГ ЦЦТ 5'. 2. Новая цепь синтезируется в направлении 5’-3’, старая транскрибируется в направлении 3’-5'. 4. 3’ АТГ ЦТГ ГТЦ ЦТГ ГТТ ААЦ. 5. иРНК: 5' ГЦУ ЦГУ АЦУ ААА 5'. ДНК: 3’ ЦГА ГЦА ТГА ТТТ 5’(кодирующая цепь). 5’ ГЦТ ЦГТ АЦТ ААА 3'(некодирующая цепь). 6. Глу-Арг Арг –стоп. 7. АЦГ, ГГУ, АУГ, АГА, УЦА. 8. 5' ЦАА ЦЦУ ГЦУ УЦУ АУГ УГГ ГАУ ГГГУ ААУ ЦАУ 3’. 9. 3' ТТА ЦТГ ГГЦ АЦЦ ТЦА. 10. Иле (УАГ), Вал (ЦАЦ), Мет (УАЦ), Цис (АЦГ), Фен (ААА), Иле (УАУ), Глн ГУУ), Иле (УАГ), стоп (соответсивующей тРНК не существует). 11. иРНК: 5'ГГУ ГАУ ЦЦУ УАУ ГУУ ЦУУ ГУУ ЦАУ УУУ 3'. тРНК: ЦЦА, ЦУА, ГГА, АУА, ЦАА, ГУА, ААА. 12. иРНК: 5’ ГУУ УУА УУА АЦУ ЦЦУ ЦАА ААА 3’. ДНК: 3’ ЦАА ААТ ААТ ТГА ГГА ГТТ ТТТ 5' (кодирующая цепь). 5' ГТТ ТТА ТТА АЦТ ЦЦТ ЦАА ААА 3’ (некодирующая цепь). 13. 1. Арг. Асн, Цис, Асп. 2. Три, Асн, Арг, Цис. 3. Тре, Фен, Сер, Лей. 14. АГА, АУА, АГА, УАЦ. 15. 3’ ЦГА ЦТТ АТА АГА ГТТ 5’. 16. 3’ ЦЦА ТАА ЦАА ЦТТ ЦТТ АЦА АЦА ЦГА ТЦА ЦАА АЦА ТЦА ГАА АТА ГТТ ГАА ЦТТ ТТА АТА АЦА ТТА 5’. 17. Арг-Лей Тир-Вал-Асн- стоп. 18. 1. 1-й-Вал, 5-й-Про, 6-й-Глу, 8-й-Лиз. 2. Вал-ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ; Про-ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ; Глу-ГАА, ГАГ; Лиз-ААА, ААГ. 19. Первая цепь: Ала-Гли-Три, Иле, Иле, Гли; вторая цепь: Тре-Асп-Тир-Про-Тре-Цис. 20. 1. Гли-Иле-Вал-Глу-Глу-Цис-Цис-Ала-Сер-Вал-Цис-Сер-Лей-Тир-Глн-Лей-Глу-Асн-Тир-Цис-Асн. 2.3. ДНК: 3' ЦЦА ТАА ЦАА ЦТТ ЦТТ АЦА АЦА ЦГА ТЦА ЦАА АЦА ТЦА ГАА АТА ГТТ ГАА ЦТТ ТТА АТА АЦА ТТА 5' (кодирующая цепь).

Использованные источники:

Биология. 10 класс :учеб. для общеобразоват. орнанизаций: [Д.К.Беляев, Д. М.Дымшиц, Л.Н.Кузнецова и др.]; под ред. Д.К.Беляева и Г.М.Дымшица. – 3 – е изд. – М.: Просвещение, 2016.

А.А.Кириленко. Молекулярная биология. Сборник заданий для подготовки к ЕГЭ: уровни А, В, С. Химический состав, строение, метаболизм клетки. Ростов - на –Дону. «Легион», 2013.

А.А.Кириленко, С.И.Колесников. Биология. Подготовка к ЕГЭ. Учебно – методическое пособие. Ростов -на –Дону. «Легион», 2013.

А.А.Кириленко, С.И.Колесников. Биология. Тематические тесты: базовый, повышенный, высокий уровни. Ростов -на –Дону. «Легион», 2013.

Интернет – ресурсы: http://vmede.org/sait/?id=Biologija_ravnovesie&menu=Biologija_ravnovesie&page=64

https://yandex.fr/search/?clid=46144& https://yandex.fr/images/search?text=транскрипция%20в%20биологии%20это&lr=142&pos=6&img_url=https%3A%2F%2Fcf.ppt-online.org%2Ffiles%2Fslide%2Fa%2Fa2uRHtPwKygDZ9xX6EzNsQ7hUSYdFC3JimA0ln%2Fslide-2.jpg&rpt=simage