Структура молекулы ДНК и синтез белка
Кодирующий фрагмент ДНК
Кодирующий фрагмент молекулы ДНК имеет следующую нуклеотидную последовательность: АТГЦЦАТЦЦГГЦ. Давайте определим структуру белковой молекулы.
Центральная догма молекулярной биологии
ДНК – РНК – белок
- ДНК – двухцепная молекула, содержащая кодирующую и некодирующую цепь.
- Некодирующая цепь также известна как матричная, на ней синтезируется матричная РНК.
Шаги для получения белка:
- Из кодирующей цепи ДНК найдем некодирующий (используем правило комплементарности – А=Т, Г=Ц);
- Из некодирующей цепи ДНК найдем мРНК (используем правило комплементарности, но имейте в виду, что в РНК нет Т, а есть У – А=У, Г=Ц);
- Из мРНК получим белок (используем таблицу генетического кода).
Результат
Структура белковой молекулы: Met Pro Ser Gly
Некодирующий фрагмент ДНК
Некодирующий фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность: ГТЦЦАТАГГТГЦ. Давайте определим структуру белковой молекулы и кодирующую ее последовательность.
Шаги для получения белка:
- Из некодирующей цепи ДНК найдем кодирующий (используем правило комплементарности – А=Т, Г=Ц);
Результат
Структура белковой молекулы: Gln Val Ser Ser;
Кодирующая последовательность ДНК: ЦАГГТАТЦЦАЦГ
Антикодоны тРНК для кодирующего фрагмента ДНК
Кодирующий фрагмент молекулы ДНК имеет следующую нуклеотидную последовательность: АТГЦЦАТЦЦГГЦ. Давайте определим антикодоны тРНК, синтезирующие белок, закодированный данным фрагментом.
Шаги:
- Из мРНК получим тРНК (используем правило комплементарности, у РНК нет Т, есть У – А=У, Г=Ц);
Результат
Структура тРНК: УАЦ ГГУ АГГЦЦГ
Кодирование овальбумина куриного яйца
Овальбумин куриного яйца имеет следующую последовательность аминокислот: MetValLys SerGly. Давайте определим цепь ДНК, которая ее кодирует.
Шаги:
- Из аминокислотной последовательности получим мРНК, при этом одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами, выберем любой;
- Из мРНК найдем некодирующую цепь ДНК (используем правило комплементарности, в РНК нет Т, есть В – А=У, Г=Ц);
- Из некодирующей цепи ДНК найдем кодирующий (используем правило комплементарности – А=Т, Г=Ц).
Результат
Кодирующая цепь ДНК: АТГ ГТГ ААА АГТ ГГЦ
Количество водородных связок в ДНК
ДНК с нуклеотидной последовательностью: АТТЦГЦЦЦТТЦА содержит водородных связок.
- Найдем вторую цепь ДНК (используем правило комплементарности – А=Т, Г=Ц);
Подсчет количества водородных связей
Подсчитаем количество водородных связей.
| Нуклеотид | Водородные связи |
|---|---|
| А | 2 |
| Т | 2 |
| Ц | 2 |
| Г | 3 |
Сумма водородных связей: 30.
Основано на отзывах
Редакция не несет ответственности за наполнение блогов, они представляют собой персональное мнение автора.
Задание 1: Генетический код
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5 концу в одной цепи соответствует 3 конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5 конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5 к 3 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):
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК: 5-ЦГААГГУГАЦААУГУ-3. Нуклеотидная последовательность антикодона: 5-УГА-3 (УГА) (третий триплет) соответствует кодону на иРНК 5-УЦА-3 (УЦА). Согласно таблице генетического кода аминокислота Сер (серин) будет переносить данная тРНК.
Генетический код
Пара мейоза
Для соматической клетки животного характерен диплоидный набор хромосом. В метафазе II мейоза хромосомный набор (n) равен диплоидному числу молекул ДНК (2с). В анафазе II мейоза хромосомный набор составляет 2n, и количество молекул ДНК также равно 2с. В процессе редукционного деления в результате мейоза I клетки становятся гаплоидными с одной молекулой ДНК, а хромосомы становятся однохроматидными. В анафазе II мейоза двойные хромосомы расходятся на хромосомы, количество которых остается равным количеству молекул ДНК.
Задание 2: Сфагнум
Клетки листьев сфагнума имеют гаплоидный набор хромосом (n), в то время как клетки спорогона (коробочки на ножке) характеризуются диплоидным набором хромосом (2n). Листья развиваются из спор, клеток гаметофита, путем митоза. Спорогон (коробочка на ножке) образуется из зиготы также путем митоза.
Задание 3
В соматических клетках голубя содержится 80 хромосом. Как это влияет на число хромосом и молекул ДНК при гаметогенезе и в метафазе I мейоза?
Результаты:
- Перед началом редукционного деления:
- Число хромосом: 80
- Число молекул ДНК: 160
- В метафазе I мейоза:
- Число хромосом: 80
- Число молекул ДНК: 160
Объяснение:
- Перед началом деления молекулы ДНК удваиваются, так как каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид.
- В метафазе I мейоза пары гомологичных хромосом располагаются в экваториальной зоне.
Задание 4
Какой хромосомный набор присутствует у клеток пыльцевого зерна и иголки сосны, и как они образуются?
Ответ:
- Клетки пыльцевого зерна: гаплоидный набор (n)
- Клетки иголки сосны: диплоидный набор (2n)
- Клетки пыльцевого зерна развиваются из микроспоры и образуются митозом.
- Клетки иголки сосны развиваются из зиготы и образуются митозом.
Задание 5
Сколько хромосом и молекул ДНК присутствует в соматических клетках дрозофилы при гаметогенезе и в метафазе I мейоза?
Результаты:
- Перед началом редукционного деления:
- Число хромосом: 8
- Число молекул ДНК: 16
- В метафазе I мейоза:
- Число хромосом: 8
- Число молекул ДНК: 16
Объяснение:
- Перед началом деления молекулы ДНК удваиваются, так как каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид.
Задание 6
Рассмотрим последовательность нуклеотидов для синтеза ДНК, начиная со 5 конца. Какую матричную цепь ДНК можно определить, если синтез начинается с аминокислоты мет?
Последовательность:
- Матричная (транскрибируемая) цепь ДНК: 5’-GCTTCAGCTCAGCTGACATTGTC-3’
Фрагменты:
Исходная последовательность:
- 5’-ГЦТЦАГЦТЦАГЦТГАЦАТТГТЦ-3’
- 3’-ЦГАГТЦГАГТЦГАЦТГТААЦАГ-5’
Фрагмент иРНК: 5’-GCUUCAGCUCAGCUGACAUUGUC-3’
Фрагмент полипептида: Ala-Ser-Arg-Leu-Arg-His.
Объяснение:
- Используя таблицу генетического кода, для аминокислоты мет (Met) определяем соответствующий нуклеотидный триплет (AUG), который начинает синтез полипептида.
Генетика: последовательность ДНК, цепи нуклеиновых кислот, и аминокислотные последовательности
Задание 7
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5′ концу одной цепи соответствует 3′ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5′ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5′ к 3′ концу. Ген имеет кодирующую и некодирующую области.
Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь матричная):
5′-ЦАТГТГАТГАГЦТЦАЦГТАГЦ -3′
3′-ГТАЦАЦТАЦТЦГАГТГЦАТЦГ -5′
Решение:
- Последовательность иРНК:
5′-ЦАУГУГАУГАГЦУЦАЦГУАГЦ -3′
Аминокислоте МЕТ соответствует кодон 5′-АУГ-3′ (АУГ);
Такой кодон встречается на иРНК дважды, считывание начинается со второго кодона АУГ (с 7 нуклеотида с 5′-конца)
Поскольку при начале считывания с первого из двух кодонов АУГ фрагмент полипептида имеет длину менее 4-х аминокислот (в рамку считывания попадает стоп-кодон)
Фрагмент полипептида: мет-сер-сер-арг-сер
Задание 8
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5′ концу в одной цепи соответствует 3′ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5′ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5′ к 3′ концу. Ретровирусы в качестве генома содержат молекулу РНК. При заражении клетки он создаёт ДНК-копию своего генома. Фрагмент генома ретровируса имеет следующую последовательность:
3′-АЦГЦЦТЦТЦГАЦЦАТ-5′
5′-ТГЦГГАГАГЦТГГТА-3′
Решение:
- Последовательность ДНК-копии:
3′-АЦГЦЦТЦТЦГАЦЦАТ-5′
5′-ТГЦГГАГАГЦТГГТА-3′
- Последовательность иРНК:
5′-УГЦГГАГАГЦУГГУА-3′
- Последовательность аминокислот в полипептиде: цис-гли-глу-лей-вал.
Задание 9. Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5′ концу одной цепи соответствует 3′ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5′ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5′ к 3′ концу. Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:
Определите, какая из цепей ДНК является матричной (транскрибируемой), если первая аминокислота в синтезируемом фрагменте полипептида — ала. Укажите последовательность фрагмента молекулы иРНК и фрагмента полипептида, состоящего из пяти аминокислот. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
Ответ: 1) аминокислота ала кодируется на иРНК кодоном 5′-ГЦУ-3′; 2) на матричной (транскрибируемой) цепи ДНК этому кодону комплементарным является триплет 3′-ЦГА-5′; 3) на нижней цепи ДНК первый триплет — 3′-ЦГА-5′, следовательно, она является матричной(транскрибируемой); 4) последовательность иРНК: 5′-ГЦУГАГГУГЦГАЦЦУ-3′; 5) последовательность полипептида: ала-глу-вал-арг-про.
Пример №1
Некодирующая цепь ДНК имеет следующее строение:
ТГГ – ТЦГ – ААА – ГАА – ТГЦ
А) аминокислотный состав кодируемого белка этой ДНК
в) длину соответствующего гена
Г) массу гена.
Решение
В задаче четко сказано, что у нас есть некодирующая цепь ДНК, поэтому сначала находим кодирующий (по принципу комплементарности Чаргаффа), с которого информацию будет переписывать иРНК:
ДНК(к): АЦЦ – АГЦ – ТТТ – ЦТТ – АЦГ
иРНК: УГГ – УЦГ – ААА – ГАО – УГЦ
Теперь берем таблицу генетического кода и находим последовательность аминокислот в белке:
белок: три – сэр – лез – глу – цис
Имея иРНК, можем теперь найти антикодоны тРНК:
Б) тРНК: АЦЦ, АГЦ, УУУ, ЦУУ, АЦГ (комы между антикодонами ставим по той причине, что это отдельные молекулы, а не как иРНК – одна)
В) чтобы определить длину гена, считаем количество нуклеотидов ДНК (НО ТОЛЬКО В 1 ЛАНЦЮЗЕ, потому что они идут антипараллельно вместе) и умножаем на 0,34 нм (расстояние между 2 соседними нуклеотидами):
15*0,34 нм = 5,1 нм (длина гена)
Г) для массы гена необходимо знать количество нуклеотидов (в 2 ЦЕПАХ ОБЯЗАТЕЛЬНО) и умножить на массу 1 нуклеотида:
30*345 = 10 345 (масса гена)
Пример №2
Относительная молекулярная масса белка – 68400. Определите длину и массу гена, кодирующего этот белок.
Чтобы знать массу или длину гена, прежде всего, нужно знать количество в нем нуклеотидов. Можно их найти, зная количество аминокислот:
68 400 : 100 = 684 аминокислот (делим на 100, потому что это масса 1 аминокислоты)
Когда мы ищем аминокислоты, то берем для этого таблицу генетического кода и комбинируем 3 нуклеотида иРНК. Поэтому
684*3 = 2052 нуклеотиды (иРНК)
А ДНК, в отличие от иРНК, имеет 2 цепи, поэтому:
2052*2=4104 нуклеотиды (ДНК, 2 цепи)
Теперь, находим массу:
4 104*345 = 1 415 880
И длину (помним, что для длины мы берем только количество нуклеотидов в 1 цепи)^
2052*0,34 нм = 697,68 нм (длина гена)
Пример №3
Фрагмент одной из цепей молекулы ДНК имеет следующий нуклеотидный состав: ГГЦААТГЦАТ. Какое количество водородных связей появляется меж нуклеотидами приведенного фрагмента? Сколько данный фрагмент ДНК имеет фосфодиэфирные связи?
Вспомним, что водородные связи возникают между комплементарными нуклеотидами 2 цепей. Поэтому дописываем 2 цепь ДНК и учитываем, что между аденином и тимином имеются 2 связки, а между гуанином и цитозином – 3:
3 3 32 22 3 3 2 2
Добавляем: 25 водородных связей.
Фосфодиэфирные связи имеются между соседними нуклеотидами в пределах каждой цепи.
1 цепь имеет 10 нуклеотидов, следовательно фосфодиэфирных связей в нем – 9, а поскольку ДНК имеет 2 цепи, поэтому их будет – 18.
Пример №4
Фрагмент молекулы ДНК содержит 23% гуаниловых нуклеотидов. Определите (в процентах) содержание других нуклеотидов в приведенном фрагменте молекулы ДНК.
По правилу комплементарности, можно сказать, что если Г=23%, то и Ц=23%
Итого: Г+Ц = 23% + 23% = 46%
Следовательно, на А и Т приходится: 100% – 46% = 54%
А = Т = 54%: 2 = 27%
Пример №5
Длина фрагмента ДНК – 510 нм. Определить число азотистых оснований и РНК. Сколько времени будет продолжаться синтез белка на рибосоме?
Зная длину гена, можно определить сколько в нем есть нуклеотидов:
510 : 0,34 нм = 1 500 нуклеотидов (ТОЛЬКО в 1 ЦЕПИ)
Следовательно, иРНК тоже имеет 1500 нуклеотидов (у нее есть 1 цепь)
Вспомним, что у каждого нуклеотида 3 компонента (пенотоза, фосфатный остаток и азотистое основание). Следовательно, в 1 нуклеотиде имеется 1 азотистое основание.
Поэтому иРНК имеет 1500 азотистых оснований.
1 Аминокислоту кодирует триплет иРНК. Определяем количество аминокислот (их в 3 раза меньше нуклеотидов в иРНК):
1500 : 3 = 500 аминокислот
Время синтеза белка: 500*0,2 с = 100 секунд
Надеюсь, что эта статья была для вас информативной и полезной.