Нуклеїнові кислоти Задачі із молекулярної біології

 

Нуклеїнові кислоти (від лат. нуклеус — «ядро») вперше були виявлені у 1868 р в ядрах лейкоцитів швейцарським ученим Фрідріхом Мішером. Пізніше було з'ясовано, що нуклеїнові кислоти містяться у всіх клітинах (у цитоплазмі, ядрі і у всіх органелах клітини).

Первинна структура молекул нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти — найбільші з молекул, що утворюються живими організмами. Вони є біополімерами, що складаються з мономерів — нуклеотидів.
Кожен нуклеотид складається з нітрогеновмісної основи, п'ятикарбонового сахариду (пентози) і ортофосфатної групи (залишку ортофосфатної кислоти).
 

 
Залежно від виду пятикарбонового сахариду (пентози), розрізняють два типи нуклеїнових кислот:

• дезоксирибонуклеїнові кислоти (скорочено ДНК) — молекула ДНК містить п'ятикарбовновий сахарид — дезоксирибозу.
• рибонуклеїнові кислоти (скорочено РНК) — молекула РНК містить п'ятикарбоновий сахарид — рибозу.

Є відмінності і в нітрогеновмісних основах, що входять до складу нуклеотидів ДНК і РНК.
Нуклеотиди ДНК: А — аденін, Г — гуанін, Ц — цитозин, Т — тимін.
Нуклеотиди РНК: А — аденін, Г — гуанін, Ц — цитозин, У — урацил.

 

Вторинна структура молекул ДНК і РНК

Вторинна структура — це форма молекул нуклеїнових кислот.
Просторова структура молекули ДНК була змодельована американськими вченими Джеймсом Уотсоном і Френсісом Криком у 1953 р
Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) — складається з двох спірально закручених ланцюгів, які по всій довжині сполучаються один з одним водневими зв'язками. Таку структуру (властиву тільки молекулам ДНК), називають подвійною спіраллю. Кожен «крок» подвійної спіралі ДНК становить 3,4 нм, і містить 10 пар нуклеотидів.

Рибонуклеїнова кислота (РНК) — лінійний полімер, що складається з одного ланцюга нуклеотидів.

 
Винятком є віруси, у яких зустрічаються одноланцюгові ДНК і дволанцюгові РНК.

 

Зверни увагу!

Довжина одного нуклеотиду становить 0,34 нм.

Середня молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 а.о.м.

джерело-https://miyklas.com.ua/p/biologiya/9-klas/khimichnikh-sklad-klitin-328110/nukleyinovi-kisloti-328864/re-9ced7ab5-ce8e-4193-88dc-bc2b0b16ed44

Задачі із молекулярної біології

Задача 1. Дано ряд нуклеотидів: А (аденін), Т (тимін), У (урацил), Ц (цитозин), Г (гуанін). Визначте, які входять до складу ДНК , які до складу РНК.    Розв'язок.
У нуклеїнових кислотах тільки 4 азотистих основи. До складу ДНК і РНК входять наступні азотисті основи :

ДНК - А (аденін) , Т (тимін) , Г (гуанін) , Ц (цитозин) .

РНК - А (аденін) , У (урацил) , Г (гуанін) , Ц (цитозин) .

Видатний учений Е. Чаргафф визначив, що ці нуклеотиди в нуклеїнових кислотах розташовуються комплементарно, причому загальна кількість пуринів дорівнює загальній кількості піримідинів: (А + Т) + (Г + Ц) = 100% в ДНК ; (А + У) + (Г + Ц) = 100 % в РНК .

    Задача 2. На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в послідовності:

А - А - Г - Т - Ц - Т - А - Ц - Г - А - Т - Г. Запишіть схему структури дволанцюгової молекули ДНК; поясніть, якою властивістю ДНК при цьому ви керувалися; яка довжина даного фрагмента ДНК. Примітка. Кожен нуклеотид займає 0,34 нм за довжиною ланцюга ДНК.

   Розв'язок.

Ділянка одного фрагмента дволанцюгової молекули ДНК виглядає так:
А - А - Г - Т - Ц - Т - А - Ц - Г - А - Т - Г
Т - Т - Ц - А - Г - А - Т - Г - Ц - Т - А - Ц
Дволанцюгова молекула ДНК будується за принципом комплементарності (доповнення). Визначаємо довжину даного фрагмента ДНК.
До фрагменту входить 12 нуклеотидів, довжина кожного - 0,34 нм:
0,34 · 12 = 4,08 нм.

 Задача 3. На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в такій послідовності: А - А - Г - Т - Ц - Т - А - Ц - Г - Т - А - Г.

Визначте схему структури дволанцюгової молекули ДНК, підрахуйте відсотковий склад нуклеотидів в цьому фрагменті.

   Розв'язок.

Структуру дволанцюгової молекули ДНК визначаємо за принципом комплементарності :

А - А - Г - Т - Ц - Т - А - Ц - Г - Т - А - Г

Т - Т - Ц - А - Г - А - Т - Г - Ц - А - Т - Ц

Для визначення відсоткового складу нуклеотидів треба використовувати співвідношення:

(А + Т ) + ( Г + Ц) = 100%

Підрахуємо загальну кількість нуклеотидів:

А = 7 ; Т = 7 ; Г = 5 ; Ц = 5. Всього 24 . Визначимо, скільки відсотків припадає на один нуклеотид :

24/ 100 = 1 / х

х = 100 · 1: 24 = 4, 17

Тепер можна розрахувати і кількість нуклеотидів:

24 / 100 = 7 / х ;

х = 100 · 7 : 24 = 29,17 (А і Т);

24 / 100 = 5 / х ;

х = 100 · 5 : 24 = 20,83 (Г і Ц ) .

Можна визначити й іншим способом:

7 · 4,17 = 29,17 (А і Т);

5 · 4,17 = 20,83 (Г і Ц ).

   

   Задача 4. Довжина фрагмента молекули ДНК дорівнює 20,4 нм. Скільки нуклеотидів в цьому фрагменті ?

   Розв'язок.

У всіх організмів, крім деяких вірусів, молекула ДНК дволанцюгова, а розмір одного нуклеотиду становить 0,34 нм.

Визначаємо кількість нуклеотидів в цьому фрагменті:

20,4 : 0,34 = 60 (нуклеотидів).

   

  Задача 5. Частковий і -РНК гена інсуліну має наступний склад: УУУ - ГУУ - ГАУ - ЦАА - ЦАЦ - УУА - УГУ - ГГГ - УЦА - ЦАЦ. Визначте співвідношення (А + Т) : (Г + Ц) у фрагменті названого гена.

  Розв'язок.

і -РНК - УУУ - ГУУ - ГАУ - ЦАА - ЦАЦ - УУА - УГУ - ГГГ - УЦА - ЦАЦ

ДНКл.ц. - ААА - ЦАА - ЦТА - ГТТ - ГТГ - ААТ - АЦА - ЦЦЦ - АГТ - ГТГ

ДНКп.ц. - ТТТ - ГТТ - ГАТ - ЦАА - ЦАЦ - ТТА - ТГТ - ГГГ - ТЦА - ЦАЦ

Підрахуємо кількість нуклеотидів в ДНК:

А = 18 ; Т = 18 ; Г = 12 ; Ц = 12 .

(А + Т ) : ( Г + Ц) = (18 + 18 ) : ( 12 + 12) = 36:24.

   Задача 6. У молекулі ДНК виявлено 880 гуанілова нуклеотидів, які складають 22 % від загального числа нуклеотидів в цій ДНК.

Визначте: а ) скільки інших нуклеотидів в цій ДНК? б) яка довжина цього фрагмента?

    Розв'язок.

1) І варіант    розв'язоку - Σ (Г) = Σ (Ц) = 880 (це 22%);

На частку інших нуклеотидів припадає: 100 % - (22% + 22%) = 56 % , тобто по 28 %;

Для обчислення кількості цих нуклеотидів складаємо пропорцію:

22% - 880

28% - х , звідси х = 1120 Σ (А ) = Σ (Т);

 ІІ варіант    розв'язоку 
880 - 22%

 х - 100%

х = ( 880 · 100) : 22;

х = 4000;

(А + Т) = 4000 - (Г + Ц) ;

(А + Т) = 4000 - (880 · 2) ;

(А + Т) = 2240 (нуклеотидів) ;

А = Т = 2240 : 2 = 1120 (нуклеотидів) .

2) для визначення довжини ДНК потрібно дізнатися, скільки всього нуклеотидів міститься в 1 ланцюзі:

(880 + 880 + 1120 + 1120) : 2 = 2000

2000 · 0,34 = 680 (нм).

   Задача 7. Дана молекула ДНК з відносною молекулярною масою 69 000, з них 8625 припадає на частку аденілових нуклеотидів. Знайдіть кількість всіх нуклеотидів в цій ДНК. Визначте довжину цього фрагмента .

  Розв'язок.

1) 69000 : 345 = 200 ( нуклеотидів в ДНК) ,

8625 : 345 = 25 ( аденілових нуклеотидів в цій ДНК) ,

Σ ( Г + Ц) = 200 - ( 25 +25 ) = 150 , тобто їх по 75;

2) 200 нуклеотидів у двох ланцюгах , значить в одній - 100.

100 · 0,34 = 34 (нм).

   Задача 8. Ділянка гена має таку послідовність нуклеотидів: ТТТ - ТАЦ - АЦА - ТГТ - ЦАГ. Визначте послідовність нуклеотидів і-РНК і послідовність амінокислот у білковій молекулі, яка синтезується під контролем цього гена .

   Розв'язок.

 ДНК - ТТТ - ТАЦ - АЦА - ТГТ - ЦАГ

і -РНК-ААА - АУГ - УГУ - АЦА - ГУЦ

білок -   ліз  -   мет   -  цис  -  тре  -  вал

   Задача 9. Яку довжину має ген, який кодує інсулін, якщо відомо, що молекула інсуліну має 51 амінокислоту, а відстань між нуклеотидами в ДНК складає 0,34 нм?
   Розв'язок.
Ген - ділянка ДНК, яка несе інформацію про інсулін. Одну амінокислоту кодує 3 нуклеотиди (триплет) ДНК.
Визначаємо кількість нуклеотидів ДНК, які кодують інсулін:
51· 3 = 153 (нуклеотиди)
Розраховуємо довжину цього гену:
0,34 · 153 = 52,02 (нм).

   Задача 10. Дослідження показали, що в і-РНК міститься 34% гуаніну, 18% урацилу, 28% цитозину, 20% аденіну. Визначте відсотковий склад азотистих основ на ділянці ДНК, яка є мтрицею для данної і-РНК.
    Розв'язок.
Відомо, що 34% гуаніну в і-РНК, тоді в ДНК ланцюзі  (кодуючій) буде 34% цитозину, відповідно, 18% урацилу - 18% аденіну, 28% цитозину - 28% гуаніну, 20% аденіну - 20% тиміну (за принцепом комплементарності). А + Т та Г + Ц у кодуючій складає:
А + Т = 18% + 20% = 38%, Г + Ц = 28% + 34% = 62%.
У некодуючому ланцюзі ДНК добуткові показники будуть такі ж самі, тільки відсоток окремих основ беде оборотній:
А + Т =  20% + 18% = 38%, Г + Ц = 34% + 28% = 62%.
В обох ланцюгах у парах комплементарних основ буде донакова кількість, тобто А = Т = 19%, Г = Ц = 31%.

Джерело-Блог вчителя біології Сидоренко Вікторії http://biologysolone.blogspot.com/p/blog-page_20.html

практична робота

Задачі із молекулярної біології 

1. Доповніть речення. За принципом комплементарності, у молекулі ДНК навпроти аденілового (А) нуклеотиду розміщується ___________________ (___), 

навпроти ____________________ — гуаніловий (Г).

2. Добудуйте другі ланцюги ДНК за принципом комплементарності.

 А) АЦАТААЦАГЦААЦТ Г ЦТЦАЦТАЦЦААЦТА

 _________________________ _________________________ 

Б) ТААТГТЦГГЦГАТЦ Д ТАТЦГЦТГЦЦГАТЦ

 _________________________ _________________________ 

В) ТАЦАЦГЦТГЦЦАТТ Е ГТАЦТЦТЦТТЦАТТ

 _________________________ _________________________

 3. До складу ДНК не входить нітратна основа:

А      Т        Г   Ц   У

4 Один з ланцюгів фрагмента ДНК має таку послідовність нуклеотидів ТАА-ТЦА-ТАЦ-ЦАЦ-ААТ-ААГ-ГГТ-АТТ. Визначте послідовність нуклеотидів іРНК

5.Виберіть послідовність нітрогеновмісних основ, яка має утворитися в процесі реплікації молекули ДНК на основі ланцюга - АЦТ ТТГ ГАТ  ТТТ АЦТ ГТГ:

·а) ТГА ААЦ ЦТА ААА ТГА ЦАЦ;

·б) ТАА ТАА ТАА ТАА ААА ААА ТАГ;

·в) ТАЦ АЦГ ЦТЦ АТГ ГТА ЦЦТ ТГЦ;

·г) ТТТ ТТТ ТАТ АЦА ЦАЦ ЦГЦ ТАА;

·д) ТГА ТЦГ ГГГ ЦЦГ ЦТА ААА.

·

6. Виберіть послідовність нітрогеновмісних основ іРНК, яка утвориться внаслідок процесу транскрипції з молекули ДНК такої будови - АТГ ТГЦ ГАГ ТАЦ ЦАТ ГГА АЦГ:

·а) УАЦ АЦГ ЦУЦ АУГ ГУА ЦЦУ УГЦ;

·б) УУУ УУУ УАУ АЦА ЦАЦ ЦГЦ УАА;

·в) УГА УЦГ ГГГ ЦЦГ ЦУА ААА УГА;

·г) УГА ААЦ ЦУА ЦУА ААА УГА ЦАЦ;

·д) УАА УАА УАА УАА УАА ААА ААА УАГ.

7 Дано ряд нуклеотидів: А (аденін), Т (тимін), У (урацил), Ц (цитозин), Г (гуанін). Визначте, які входять до складу ДНК , які до складу РНК.

ДНК____________________________________________________________________

РНК__________________________________________________________________   

 8 Довжина фрагмента молекули ДНК дорівнює 20,4 нм. Скільки нуклеотидів в цьому фрагменті ? Примітка. Кожен нуклеотид займає 0,34 нм за довжиною ланцюга ДНК.

_______________________________________________________________________

9 Яку довжину має ген, який кодує інсулін, якщо відомо, що молекула інсуліну має 51 амінокислоту, а відстань між нуклеотидами в ДНК складає 0,34 нм? Примітка Ген - ділянка ДНК, яка несе інформацію про білок. Одну амінокислоту кодує 3 нуклеотиди (триплет) ДНК. 

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10 На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в послідовності:

А - А - Г - Т - Ц - Т - А - Ц - Г - А - Т - Г. Запишіть схему структури дволанцюгової молекули ДНК; поясніть, якою властивістю ДНК при цьому ви керувалися; яка довжина даного фрагмента ДНК. Примітка. Кожен нуклеотид займає 0,34 нм за довжиною ланцюга ДНК.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

11Фрагмент молекули ДНК містить 23% гуанілових нуклеотидів. Визначте (у відсотках) уміст інших нуклеотидів у наведеному фрагменті молекули ДНК. 

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________