Информативная и неинформативная части гена

1. Чтобы определить, какая часть гена несет информацию о белке, нужно построить иРНК и увидеть, какие части не кодируют аминокислоту. Синтез любого белка начинается с аминокислоты МЕТ, которая кодируется стартовым кодоном АУГ. В дальнейшем эта аминокислота либо остается в составе белка, либо отсоединяется.

Строим иРНК с учетом принципов комплементарности и антипараллельности по транскрибируемой нити ДНК

иРНК 5’- ГЦ АУГ ГГЦУЦУГГАУЦУАГГ-3’

белок      мет-гли-сер-гли-сер-арг

Неинформативная часть ГЦ, а белок начинает синтезироваться с нуклеотида А (обратите внимание в задаче спрашивается с какого нуклеотида, поэтому неверно будет называть весь триплет АУГ).

Образцы задач

Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь - смысловая, нижняя - транскрибируемая):

5’ -ТААТГАЦЦГЦАТАТАТЦЦАТ -3’

3’ -АТТАЦТГГЦГТАТАТАГГТА - 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.

Решение

1) по принципу комплементарности находим цепь иРНК:

5’ - У-А-А-У-Г-А-Ц-Ц-Г-Ц-А-У-А-У-А-У-Ц-Ц-А-У - 3’

2) информативная часть 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-Тре-Ала-Тир-Иле-Гис.

 

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.

Решение

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.

 

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.

Решение

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) последовательность аминокислот находим по таблице генетического кода:
Мет-Асн-Тре-Асп-Лей-Сер

3) информативная часть гена начинается с третьего нуклеотида Т на ДНК, так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет.

 

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.

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 полипептида находим по таблице генетического кода: Мет-Гли-Сер-Гли-Сер-Арг.

 

Мутации в гене

1. Построим иРНК, которая транскрибировалась на второй цепи ДНК до мутации

5’-ГЦГГГЦУАУ ГАУ ЦУГ-3’

Четвертый триплет иРНК соответствует аминокислоте АСП (исходная аминокислота)

2. Определим по таблице генетического кода, какой триплет кодирует Вал – ГУУ.

Так как, по условию задачи только один нуклеотид изменился, значит остальные варианты кодирования Вал не рассматриваем (ГУЦ, ГУА, ГУК).

3. строим измененную иРНК

5’-ГЦГГГЦУАУ ГУУ ЦУГ-3’

4. Строим измененные цепи ДНК

Транскрибируемая 3’-ЦГЦЦЦГАТАЦААГАЦ-5’

Смысловая         5’-ГЦГГГЦТАТГТТЦТГ-3’

 

Фрагмент начала гена 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 четвёртая 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.

Решение.

1) Четвёртый триплет исходного фрагмента смысловой цепи ДНК - ГАТ (транскрибируемой цепи ДНК - ЦТА), определяем триплет иРНК: ГАУ, по таблице генетического кода определяем, что он кодирует аминокислоту Асп

2) Во фрагменте ДНК в четвёртом триплете смысловой цепи ГАТ нуклеотид А заменился на Т (в транскрибируемой цепи в триплете ЦТА нуклеотид Т заменился на А), а в иРНК в четвёртом 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.

 

Фрагмент начала гена 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 заменилась на аминокислоту Про? Какое свойство генетического кода определяет возможность существования разных фрагментов мутированной молекулы ДНК? Ответ обоснуйте. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

1) Последовательность аминокислот в полипептиде: Вал-Тре-Ала-Иле-Асн - определяется по последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК:

5’ - ГУЦАЦАГЦГАУЦААУ - 3’

2) Во фрагменте белка вторая аминокислота Тре заменилась на Про, что возможно при замене второго триплета в смысловой цепи ДНК АЦА на триплет ЦЦТ, ЦЦЦ, ЦЦА или ЦЦГ; при замене второго триплета в транскрибируемой цепи ДНК ТГТ на ГГА, ГГГ, ГГТ или ГГЦ (второго кодона в РНК 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).

 

Фрагмент начала гена 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-Т-А-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 заменилась на аминокислоту Циc? Какое свойство генетического кода определяет возможность существования разных фрагментов мутированной молекулы ДНК? Ответ обоснуйте. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

1) последовательность аминокислот в полипептиде: Тир-Сер-Тир-Гли-Лиз определяется по последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК:

5’ - У-А-У-У-Ц-Ц-У-А-Ц-Г-Г-А-А-А-А - 3’

2) во фрагменте полипептида третья аминокислота Тир заменилась на Цис, что возможно при замене третьего триплета в смысловой цепи ДНК ТАЦ на триплеты ТГТ либо ТГЦ (в третьем кодоне иРНК триплета УАЦ на триплеты УГУ либо УГЦ)
3) свойство генетического кода - избыточность (вырожденность), так как одной аминокислоте (Цис) соответствует более одного триплета (два триплета).

 

Задачи для самостоятельного решения

4.1. В результате мутации во фрагменте молекулы белка аминокислота треонин (тре) заменилась на глутамин (глн). Определите аминокислотный состав фрагмента молекулы нормального и мутированного белка и фрагмент мутированной иРНК, если в норме иРНК имеет последовательность: 5’-ГУЦАЦАГЦГАУЦААУ-3’. Укажите концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

4.2. В результате мутации во фрагменте молекулы белка аминокислота фенилаланин (фен) заменилась на лизин (лиз). Определите аминокислотный состав фрагмента молекулы нормального и мутированного белка и фрагмент мутированной иРНК, если в норме иРНК имеет последовательность: 5’-ЦУЦГЦААЦГУУЦААУ-3’. Укажите концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

4.3. Фрагмент смысловой цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов 5’-ТТТАГЦТГТЦГГААГ- 3’. В результате произошедшей мутации в третьем триплете третий нук­лео­тид заменён на нуклеотид А. Определите последовательность нуклеоти­дов на и-РНК по исходному фрагменту цепи ДНК и изменённому. Объясните, что произойдёт с фрагмен­том мо­ле­кулы белка после возникшей мутации ДНК. Для решения используйте та­лицу генетического кода.

4.4. Фрагмент смысловой цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов 5’-ТТТАГЦТГТЦГГТАГ-3’. В результате про­изо­шед­шей мутации в пятом триплете первый нук­лео­тид Т был заменён на нук­леотид А. Опре­де­ли­те по­сле­до­ва­тель­ность нук­лео­ти­дов на и-РНК по исходному фрагменту цепи ДНК и по изменённому. Ис­поль­зуя таб­ли­цу ге­не­тического кода, определите аминокислоту, появившуюся в ре­зуль­та­те мутации, и объясните, что может произойти с молекулой белка и его свойствами после возникшей мутации ДНК.

4.5. Фрагмент смысловой цепи молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

5’-ЦГЦЦЦГАТАЦТАГАЦ- 3’

В результате мутации - 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.

4.6. В результате мутации в фрагменте молекулы белка человека произошла замена аминокислоты глицина (Гли) на аспарагиновую кислоту (Асп). Определите аминокислотный состав фрагментов молекулы белка больного человека и здорового человека, возможные фрагменты иРНК больного человека, если в норме этому фрагменту белка соответствует следующий фрагмент иРНК: 5’-УУУУЦУУУАЦААГГУЦАУАЦУ-3’. В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы тРНК с антикодонами ААГ, ААУ, ГГА, УАА, ЦАА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК, в которой закодирована информация о первичной структуре фрагмента белка. Объясните последовательность ваших действий. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.

4.7. Последовательность нуклеотидов фрагмента цепи ДНК: ЦЦАГТАЦГТАГГЦЦА. Определите последовательность нуклеотидов в иРНК, аминокислот в полипептидной цепи. Что произойдет в полипептиде, если в результате мутации во фрагменте гена выпадет первый и третий триплет нуклеотидов? Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Ответ.

1) Последовательность нуклеотидов иРНК: ГГУ-ЦАУ-ГЦА-УЦЦ-ГГУ

2) Последовательность аминокислот в молекуле белка (полипептида): Гли-Гис-Ала-Сер-Гли.

3) В результате выпадения первого и третьего триплетов из ДНК (ЦЦА, ЦГТ) аминокислоты, которые соответствуют им (Гли, Ала) не будут входить в состав белка (полипептида). Данные изменения произойдут в первичной структуре белка, что приведет к изменению свойств данного белка.

 

Участок молекулы ДНК имеет следующий состав: ГАТГААТАГТГЦТТЦ. Перечислите не менее 3 последствий, к которым может привести случайная замена одиннадцатого нуклеотида гуанина (Г) на цитозин (Ц).

1) Замена нуклеотида - генная мутация

2) Изменения в первичной структуре белка могут повлечь изменения аминокислоты, которая входила в состав белка до мутации: она может замениться на другую

3) Изменения первичной структуры белка могут повлечь изменения всех остальных структур: вторичной, третичной и четвертичной, что приведет к изменению свойств белка.

 

Участок молекулы ДНК (ген) имеет следующую последовательность нуклеотидов:

ЦАТГААГГЦТГЦАТЦ. Перечислите не менее трёх последствий, к которым может привести случайная замена всех нуклеотидов А на нуклеотид Ц.

1) Замена нуклеотидов - генная мутация, последовательность нуклеотидов ДНК изменится: ЦЦТ-ГЦЦ-ГГЦ-ТГЦ-ЦТЦ

2) Произойдут изменения последовательности нуклеотидов, кодонов иРНК

3) В результате изменения кодонов изменится и набор кодируемых ими аминокислот, и, следовательно, первичная структура белка.

 

Геном вируса

1. Строим двухцепочечную ДНК по вирусной РНК (обратная транскрипция)

3’-ТАЦЦГААААЦГТ-5’

5’-АТГГЦТТТТГЦА-3’

2. иРНК, которая построится в клетке хозяина вируса будет идентична вирусной РНК

5’-АУГГЦУУУУГЦА-3’

3. Определяем последовательность аминокислот вирусного белка

Мет-ала-фен-ала

 

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 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-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 находим нуклеотидную последовательность иРНК:

5’ - А-У-Г-Г-Ц-У-У-У-У-Г-Ц-А - 3’

3) по таблице генетического кода определяем последовательность вирусного белка:

Мет-Ала-Фен-Ала.

 

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 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’ - 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 находим нуклеотидную последовательность иРНК:

5’- Г-Ц-Г-Г-А-А-А-А-Г-Ц-Г-Ц - 3’

3) по таблице генетического кода определяем последовательность вирусного белка:

Ала-Глу-Лиз-Арг.

 

Задачи для самостоятельного решения

5.1. Вирусная  РНК, фрагмент которой имеет следующую нуклеотидную последовательность: 5’-ГУГАААГАУЦАУГЦГУГГ-3’, проникла в клетку. Определите нуклеотидную последовательность двуцепочечной молекулы ДНК, которая синтезируется в результате обратной транскрипции на РНК вируса. Установите последовательность нуклеотидов в и-РНК и аминокислот во фрагменте белка вируса, которая закодирована в найденном фрагменте молекулы ДНК. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.

5.2. 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’ − ГЦГГААААГЦГЦ − 3’.

Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная в­русной РНК. Напишите последователь­ность двуцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5’ и 3’ концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу ге­не­ти­ческого кода.

5.3. Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки.

5.4. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности 5’−ЦАГАГГГУГУУУ−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.

5.5. РНК вируса имеет последовательность 5'−АЦАГЦЦГГУУУГГГА−3'. Какова будет последовательность нуклеотидов двухцепочечной ДНК, кодируемая этим участком?

Какова последовательность нуклеотидов иРНК при условии, что матрицей является цепь ДНК, комплементарная РНК вируса. Определите белок, который закодирован в РНК вируса.