Основы молекулярной генетики Автор: Немцева Т.В. Ст.преподаватель кафедры ЕМД ГОУ ЯО ИРО

Молекулярная биология – наука о механизмах хранения, передачи и реализации генетической информации Наследственная информация – информация о белках организма, передающихся из поколения в поколение Генетическая информация – наследственная информация о первичной структуре одного белка, записанная в гене Ген – участок молекулы ДНК, определяющий порядок аминокислот в молекуле белка Генетический код- система «записи» информации о последовательности расположения аминокислот в белках через последовательность нуклеотидов в ДНК и РНК Свойства генетического кода: Триплетность – кодирование одной аминокислоты тремя последовательно расположенными нуклеотидами (триплетами или кодонами) Избыточность – кодирование одной аминокислоты несколькими триплетами Однозначность – каждый триплет кодирует одну аминокислоту Универсальность – один и тот же триплет кодирует ту же аминокислоту у всех живых организмов Антикодон – триплет свободных нуклеотидов на верхушке т-РНК, соответствующий определенной аминокислоте

Матричный синтез – процесс, при котором одна молекула полимера определяет порядок мономеров в другой полимерной молекуле Репликация ДНК – удвоение ДНК Редупликация ДНК – самоудвоение ДНК Транскрипция (списывание, считывание) – синтез и-РНК с матрицы ДНК по принципу комплементарности Трансляция - передача, перевод с «языка»нуклеотидов на «язык» аминокислот по принципу комплементарности Кодон-инициатор – АУГ Кодоны-терминаторы – УУА, УАГ, УГА

Задачи по молекулярной генетике 1. Фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: Т-А-Ц-Ц-Т-Ц-А-Ц-Т-Т-Г Определите последовательность нуклеотидов на и-РНК, антикодоны соответствующих Т -РНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка Решение: По принципу комплементарности Т - А - Ц - Ц - Ц - Т - Ц - А - Ц - Т - Т - Г ДНК А - У - Г - Г - Г - А - Г - У - Г - А - А - Ц и-РНК - Гли Арг Асн Ц-Ц-У Ц-А-Ц У –У -Г т-РНК

Задачи по молекулярной генетике 2. Полипептидная цепь состоит из аминокислот валин, аланин, глицин, лизин, серин. Определите структуру участка ДНК, кодирующую указанный полипептид Решение: По таблице генетического кода выбираем триплет, кодирующий аминокислоту (если их несколько, то любой из них) вал ала гли лиз сер Г - У- Г - Г - Ц- А - Г - Г -У - А - А - А - А - Г - У и-РНК Ц -А- Ц -Ц - Г- Т - Ц -Ц -А - Т - Т - Т - Т - Ц – А ДНК

Задачи по молекулярной генетике 3. Участок молекулы ДНК, кодирующий полипептид в норме, имеет следующий порядок нуклеотидов: А - А - А - А - Ц - Г - Т - Г - Т Во время репликации третий слева аденин (А) выпал из цепи. Определите структуру полипептидной цепи, кодируемой данным участком ДНК, в норме и после выпадения аденина. Решение: По принципу комплементарности В норме А - А - А - А - Ц - Г - Т - Г - Т ДНК I I I I I I I I I У - У - У - У - Г - Ц - А - Ц - А и-РНК фен цис тре полипептидная цепь После выпадения аденина А - А - А - Ц - Г - Т - Г - Т ДНК I I I I I I I I I У - У - У - Г - Ц - А -Ц - А -? и-РНК фен ала полипептидная цепь Ответ: В результате выпадения третьего нуклеотида из фрагмента ДНК в нем осталось лишь два полных триплет, поэтому полипептидная цепь стала короче на одну аминокислоту. Кроме того, при считывании кодонов и-РНК изменилась структура генетического кода, поэтому изменился и состав полипептидной цепи.

Задачи по молекулярной генетике 4. В результате мутации на участке гена ТАЦ – ТАТ – ГАЦ – АЦЦ произошла замена нуклеотида в третьем триплете: вместо гуанина обнаружен цитозин Напишите состав аминокислот в полипептиде до и после мутации Решение: До мутации Т - А - Ц - Т- А -Т- Г - А - Ц - А - Ц - Ц ДНК А - У - Г - А - У- А- Ц -У - Г - У - Г - Г и-РНК - иле лей три полипептидная цепь После мутации Т - А - Ц - Т- А -Т- - А - Ц - А - Ц - Ц ДНК А - У - Г -А - У- А- Г - У - Г - У - Г - Г и-РНК - иле вал три полипептидная цепь Ц

Задачи по молекулярной генетике 5. Полипептид состоит из 20 аминокислот. Определите: а) число нуклеотидов в гене,кодирующем полипептид; б) число кодонов на и-РНК, соостветсвующих аминокислотам; в) число молекул т-РНК, необходимых для биосинтеза этого полипептида Решение: а) В гене 60 нуклеотидов, так как одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (триплетом); б) На и-РНК 20 кодонов, так как один кодон (триплет) кодирует одну аминокислоту; в) Для биосинтеза этого полипептида необходимо 20 молекул т-РНК, так как их число всегда равно числу кодонов и и-РНК в гене (количеству аминокислот, составляющих полипептид)

Задачи по молекулярной генетике 6. Одна из двух цепей ДНК содержит А - 200, Т - 100, Г - 150, Ц – Какое количество А, Т, Ц, Г содержится в двуцепочечной молекуле ДНК? 2. Сколько саминокислот должен содержать белок, кодируемый этим участком ДНК? Решение: 1. Так как ДНК –двуцепочечная молекула, построенная по принципу комплементарности, то общее количество нуклеотидов в двуцепочечной А – Т – Г – Ц ДНК будет ( )х2=1500, из них | | | | А= =300, Т= =300, Г= =450, Т А Ц Г Ц= = Так как информация о первичной структуре белка записана на одной из цепей ДНК и код триплетен, то в белке, кодируемом данной ДНК, количество аминокислот составит 250 ( ):3=250) 750

Задачи для самоконтроля 1. Содержание нуклеотидов в цепи и-РНК следующее: аденилового – 20%, гуанилового – 34%, цитидилового – 17%, урацилового- 29%. Определите процентный состав нуклеотидов участка ДНК, являющегося матрицей для этой и-РНК. 2. Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300 нуклеотидов с аденином (А), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г) и 200 нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое число нуклеотидов с А, Т, Г и Ц содержится в двухцепочечной молекуле ДНК? Сколько аминокислот должен содержать белок, кодируемый этим участком молекулы ДНК? Ответ поясните. Проверка

Задачи для самоконтроля 3. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: А-Т-А-Г-Ц-Т-Г-А-А-Ц-Г-Г-А-Ц-Т. Установите нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода. 4. Какой хромосомный набор характерен для клеток зародыша и эндосперма семени, листьев цветкового растения. Объясните результат в каждом случае. Проверка

Зад.1 Решение Содержание нуклеотидов в цепи и-РНК : А – 20%, Г – 34%, Ц – 17%, У- 29% По принципу комплементарности содержание нуклеотидов в ДНК: Т- 20%, Ц – 34%, Г – 17%, А - 29% | | | | А – 20%, Г – 34%, Ц – 17%, Т- 29% Ответ: Участок цепи ДНК, являющийся матрицей для данной и-РНК содержит следующий процентный состав нуклеотидов: аденилового – 29%, гуанилового – 17%, цитидилового – 34%, тиминового- 29%. Зад.2 Решение 1) Согласно принципу комплементарности во второй цепи ДНК содержится нуклеотидов: А – 100, Т – 300, Г – 200, Ц – 150; в двух цепях ДНК содержится нуклеотидов: А – 400, Т – 400, Ц – 350, Г – 350; 2) информацию о структуре белка несет одна из двух цепей, число нуклеотидов в одной цепи ДНК равно = = 750; 3) одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, поэтому в белке должно содержаться 750 : 3 = 250 аминокислот.

Зад.3 Решение: 1) нуклеотидная последовательность участка т-РНК УАУ ЦГА ЦУУ ГЦЦ УГА 2) нуклеотидная последовательность антикодона ЦУУ (третий триплет) соответствует кодону на и-РНК ГАА 3) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота ГЛУ, которую будет переносить данная т-РНК. Зад.4 Решение: 1) так как зародыш развивается из зиготы – оплодотворённой яйцеклетки; 2) в клетках эндосперма семени триплоидный набор хромосом – 3n, так как образуется при слиянии двух ядер центральной клетки семязачатка (2n) и одного спермия (n); 3) клетки листьев цветкового растения имеют диплоидный набор хромосом – 2n, так как взрослое растение развивается из зародыша