4 курс / Неврология, мед.ген. / Медицинская генетика / Sbornik_zadach_po_molekulyarnoy_biologii_i_meditsinskoy_genetike

Решение:

Для решения данной задачи используем явление обратной трансляции, что позволяет определить количество триплетов в мРНК по количеству аминокислот. Путем обратной транскрипции определяем количество триплетов в ДНК. Зная, что код триплетен, определяем общее количество нуклеотидов в цепи ДНК. Длину структурного гена вычисляем, используя расстояние между нуклеотидами.

1.Определяем количество триплетов в мРНК 287 аминокислот = 287 триплетов в мРНК

2.Определим количество триплетов в ДНК 287 триплетов мРНК = 287 триплетов ДНК

3.Определяем количество нуклеотидов в ДНК

287 × 3 = 861

4.Определяем длину структурного гена, кодирующего молекулу ге-

моглобина

(861 – 1) × 34×10-11

Ответ: если в молекуле гемоглобина 287 аминокислот, то длина цистрона, кодирующего гемоглобин, составляет (861 – 1) × 34×10-11м.

Задачи по молекулярной биологии

Задача 1.13

Какая последовательность аминокислот зашифрована в следующем участке ДНК: АЦАТТТАГЦТГГААТЦАА?

Задача 1.14

Смысловая нить ДНК, соответствующая гену вазопрессина (гормона гипофиза, повышающего кровяное давление), содержит следующую последовательность нуклеотидов:

АЦААТААААЦТТЦТААЦАГГАГЦАЦЦА.

Определите последовательность нуклеотидов во второй нити ДНК; последовательность нуклеотидов в иРНК, число аминокислот, входящих в состав вазопрессина.

21

Задача 1.15

В настоящее время известно много редких форм гемоглобина, у которых в результате мутаций произошло замещение той или иной аминокислоты в α-цепи.

1)В α-цепи нормального гемоглобина А пятая и шестая аминокислоты представлены аланином. У гемоглобина Торонто пятая аминокислота аланин замещена аспарагином, у гемоглобина Париж шестая аминокислота аланин заменена аспарагином.

Определите участок ДНК, кодирующий пятую и шестую аминокислоты α-цепи, для нормального гемоглобина А и для гемоглобинов Торонто и Париж.

2)В α-цепи нормального гемоглобина А 15-я аминокислота представлена глицином, 16-я – лейцином. У гемоглобина Интерлакси – Оксфорд 15-я аминокислота глицин заменена аспарагином, у гемоглобина J 16-я аминокислота лейцин заменена глутамином.

Определите участок ДНК, кодирующий 15-ю и 16-ю аминокислоты α-цепи, у нормального гемоглобина и у обоих измененных.

Задача 1.16

Четвертый пептид в нормальном гемоглобине (гемоглобин А) состоит из следующих аминокислот: валин – гистидин – лейцин – треонин – пролин – глутаминовая кислота – лизин.

1)У больного с симптомом спленомегалии при умеренной анемии обнаружили следующий состав четвертого пептида: валин – гистидин – лейцин – треонин – пролин – лизин – глутаминовая кислота – лизин.

Определите изменения, произошедшие в ДНК, кодирующей четвертый пептид гемоглобина, после мутации.

2)У больного серповидноклеточной анемией состав аминокислот четвертого пептида гемоглобина следующий: валин – гистидин – лейцин

–треонин – пролин – валин – глутаминовая кислота – лизин. Определите изменения в участке ДНК, кодирующем четвертый пеп-

тид гемоглобина, приведшие к заболеванию.

Задача 1.17

Как изменится структура белка, если из кодирующего его ДНК ААТАЦАТТТАААГТЦ удалить 5-й и 13-й слева нуклеотиды?

22

Задача 1.18

Начальный участок цепи В инсулина представлен следующими аминокислотами: фенилаланин – валин – аспарагиновая кислота – глутамин

– гистидин – лейцин – цистеин – глицин – серин – гистидин. Определите количественные соотношения А+Т и Г+Ц в цепи ДНК,

кодирующей этот участок инсулина.

Задача 1.19

Какие изменения произойдут в строении белка, если в кодирующем его участке ДНК – ТААЦАААГААЦАААА между 10-м и 11-м нуклеотидами включить цитозин, между 13-м и 14-м – тимин, а на конце прибавить еще один аденин?

Задача 1.20

Участок ДНК, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий порядок азотистых оснований: ААААЦЦААААТАЦТТАТАЦАА. Во время репликации третий слева аденин выпал из цепи. Определите структуру полипептидной цепи, кодируемой данным участком ДНК, в норме и после выпадения аденина.

Задача 1.21

Исследования показали, что 34% общего числа нуклеотидов данной и-РНК приходится на гуанин, 18% на урацил, 28% – на цитозин и 20% – на аденин. Определите процентный состав азотнокислых оснований двухцепочечной ДНК, слепком с которой является указанная иРНК.

Задача 1.22

Известно, что расстояние между двумя соседними нуклеотидами в спирализованном состоянии молекулы ДНК, измеренной вдоль оси спирали составляет 34×10-11м. Какую длину имеют структурные гены, определяющие молекулу белка, включающего 112 аминокислот?

Задача 1.23

Какую длину имеет часть молекулы ДНК, кодирующая инсулин быка, если известно, что молекула инсулина белка имеет 51 аминокислоту,

а расстояние между двумя соседними нуклеотидами в ДНК равно

34×1011 м?

23

Задача 1.24

Ген состоит из 3 одинаковых смысловых и 4 одинаковых не смысловых участков, причем интроны состоят из 120 нуклеотидов каждый, а весь ген имеет 1470 нуклеотидов. Сколько кодонов будет иметь промРНК, каждый экзон, мРНК и аминокислот в белке, закодированного в этом гене?

Задача 1.25

Известно, что определенный ген эукариотической клетки содержит 4 интрона (два по 24 нуклеотида и два по 36 нуклеотидов) и 3 экзона (два по 120 нуклеотидов и один 96 нуклеотидов). Определите: количество нуклеотидов в мРНК; количество кодонов в мРНК; количество аминокислот в полипептидной цепи; количество тРНК, участвующих в трансляции.

Задача 1.26

Как изменится соотношение нуклеотидов в ДНК, копией которой является следующая мРНК – УУГГАЦЦГГУУА, если произошли следующие изменения: после 1-го триплета был вставлен тимин, после второго и третьего добавлен аденин?

Задача 1.26

Фрагмент иРНК имеет следующий состав: УУУ-ГУУ-ГАУ-ЦАА- ЦАЦ-УУА-УГУ-ГГГ-УЦА-ЦАЦ. Определите соотношение (А+Т)/(Г+Ц) во фрагменте названного гена.

Задача 1.27

Определенный белок содержит 400 аминокислот. Какую длину имеет ген, под контролем которого этот белок синтезируется, если расстояние между нуклеотидами составляет 0,34 нм?

Задача 1.28

Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК), в которых запрограммированы белки из 500 аминокислот, 25 аминокислот, 48 аминокислот?

24

Задача 1.29

На фрагменте одной цепи ДНК: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т нарисуйте схему структуры двухцепочечной молекулы ДНК. Каким свойством вы руководствовались? Какова длина в нм этого фрагмента? Сколько (в %) содержится нуклеотидов в отдельности в этой цепи ДНК?

Задача 1.30

В эукариотической клетке ген, хранящий информацию о белке, состоит из 648 пар нуклеотидов. Из них три участка по 70 пар нуклеотидов

– не смысловые (интроны). Сколько тРНК участвовало в сборке полипептида? Сколько нуклеотидов в матричной РНК? Какова масса всего белка (масса 1 аминокислоты 100)?

Задача 1.31

Ген состоит из 540 нуклеотидов. Белок, кодируемый данным геном, состоит из 120 аминокислот. Определить длину иРНК и количество интронов в про-иРНК. (Учесть расстояние между соседними нуклеотидами

3,4 Å).

Задача 1.32

Ген имеет длину 2040 Å. Белок состоит из 150 аминокислот. Какова длина интронов? Сколько нуклеотидов на них приходится?

Задача 1.33

В гене на интроны приходится 40%. Определите количество аминокислот в белке и длину про-иРНК, если на интроны приходится 180 триплетов?

Задача 1.34

Определить, что опаснее с точки зрения последствий: выпадение первого, среднего или последнего нуклеотида в цепи ДНК? Показать на примере структурного гена.

25

Задача 1.35

Представлена часть белка: глицин – глутамин – метионин – треонин

– тирозин. Подсчитайте соотношение аденин+тимин и гуанин+цитозин в участке ДНК, кодирующем данную последовательность аминокислот.

Задача 1.36

Исследования показали, что нуклеотидный состав мРНК следующий: 30% приходится на гуанин, 10% – на цитозин, 16% – на аденин и 44% – на урацил. Определите процентный состав по нуклеотидам той части ДНК, слепком которой является изученная мРНК.

Задача 1.37

Известно, что расстояние между нуклеотидами в цепочках ДНК составляет 34×10-11м. Какую длину имеет ген, определяющий гемоглобин, включающий 287 аминокислот?

Задача 1.38

У человека, больного цистинурией (содержание в моче большего, чем в норме, числа аминокислот), с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты иРНК: УЦУ, УГУ, ГЦУ, ГГУ, ЦАГ, ЦГУ, ААА. У здорового человека в моче обнаруживается аланин, серин, глутаминовая кислота и глицин.

1)Выделение каких аминокислот с мочой характерно для больных цистинурией?

2)Напишите триплеты, соответствующие аминокислотам, имеющимся в моче здорового человека.

Задача 1.39

Как изменится белок, если в гене, его кодирующем – ТААААТАЦААЦЦЦАААТА, произошли мутации по типу выпадения 1, 12 и 17 нуклеотидов?

Задача 1.40

Исследования показали, что в мРНК процентное соотношение азотистых соединений следующее: аденинов 8%; гуанинов 22%; цитозинов 26%; урацилов 44%. Определите процентное соотношение нуклеотидов в соответствующей этой мРНК, ДНК.

26

Задача 1.41

Подсчитайте длину гена, кодирующего следующий олигопептид: валин – лейцин – лейцин – глутамин – фенилаланин – триптофан – цистеин – триптофан – валин – глицин – лизин – аргинин – гистидин – метионин – аргинин – тирозин, если расстояние между нуклеотидами в ДНК равняется 34×10-11 м. Известно также, что при процессинге данного белка был вырезан интрон, состоящий из 12 нуклеотидов.

Задача 1.42

Подсчитайте соотношение аденин+тимин и гуанин+цитозин в ДНК, которая определяет следующую последовательность аминокислот: лизин – валин – триптофан – фенилаланин – валин – метионин.

Задача 1.43

Известно, что в состав определенного гена входит 3 интрона (27, 24 и 36 нуклеотидов) и 4 экзона (по 66 нуклеотидов каждый). Определите количество аминокислот в белке, закодированном в этом гене, и число кодонов в про-мРНК.

Задача 1.44

Определить антикодоны тРНК, участвующие в синтезе белка, начальный участок которой имеет следующее строение: аланин – серин – треонин – цистеин – тирозин – валин – аргинин.

Задача 1.45

При биосинтезе белка к рибосоме последовательно доставлены аминокислоты тРНК: УУУ ; ГЦА ; УУУ ; УЦУ ; УГА ; ЦАА. Какой полипептид получился?

27

РАЗДЕЛ II

ЗАДАЧИ ПО МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКЕ

1. Моногибридное скрещивание

1.1. Полное доминирование

Моногибридное скрещивание – скрещивание, при котором рассматривается наследование 1 пары альтернативных признаков, детерменированных (предопределяемых) 1 парой генов.

Для решения данного типа задач применяют 1 и 2 законы Менделя, а также закон чистоты гамет.

1 закон Менделя (закон единообразия гибридов первого поколения):

при скрещивании гомозиготных организмов у их потомков в F1 проявляется только 1 альтернативный признак (доминирующий), а второй находится в скрытом (рецессивном) состоянии. F1 единообразно по фенотипу и генотипу.

Всем эукариотическим организмам присущи открытые Г.Менделем общие закономерности наследования признаков. Главный постулат Менделя, который он доказал в своих известных экспериментах на горохе огородном, состоит в том, что каждый признак определяется парой наследственных задатков, позже получивших название аллельных генов. С развитием хромосомной теории наследственности выяснилось, что аллельные гены находятся в одинаковых локусах гомологичных хромосом и кодируют один и тот же признак. Пара аллельных генов может быть одинакова (АА или aa), тогда говорят, что особь гомозиготна по данному признаку. Если же аллельные гены в паре разные (Aa), то особь по данному признаку гетерозиготна. Совокупность генов данного организма называется генотипом. Однако часто под генотипом понимают одну или несколько пар аллельных генов, которые отвечают за один и тот же признак. Совокупность признаков данного организма называют фенотипом, фенотип формируется в результате взаимодействия генотипа с внешней средой. Г. Мендель ввел понятия

28

доминантных и рецессивных генов. Аллель, который определяет фенотип гетерозиготы, он назвал доминантным. Например, ген А в гетерозиготе Аа. Другой аллель, не проявляющий себя в гетерозиготном состоянии, назван им рецессивным. В нашем случае это ген а.

Г. Мендель определил, что при скрещивании особей, отличающихся одной парой альтернативных признаков, все потомство фенотипически однообразно при скрещивании гомозиготных особей, которые различались фенотипически. Например, при скрещивании гомозиготного желтого гороха (генотип АА) с гомозиготным зеленым (генотип аа) все потомство будет желтым, но гетерозиготным (Аа). Получившиеся гетерозиготные особи называются гибридами, а поскольку они гетерозиготны по одной паре генов, их называют моногибридами (рис. 2).

Р♀ аа × ♂ АА

G а А

F1 Аа единообразие

Рис. 2. Схема анализа поколений при моногибридном скрещивании (1 закон Менделя)

Скрещиваемые особи могут быть не обязательно гомозиготными. Для случаев, когда обе особи гетерозиготны, Г. Менделем установлено: при скрещивании моногибридов во втором поколении происходит расщепление признаков на исходные родительские в отношении 3:1. 3/4 потомков оказывается с признаками, обусловленными доминантным геном, а 1/4 – с признаками рецессивного гена (рис. 3).

2 закон Менделя (закон расщепления гибридов второго поколения): при скрещивании гетерозиготных организмов, в их потомстве F2 наблюдается расщепление по генотипу в соотношении 1:2:1 и по фенотипу 3:1.

29

Р♀ Аа × ♂ Аа

Рис. 3. Схема анализа поколений при моногибридном скрещивании (2 закон Менделя)

В этом случае сформировались генотипы потомства: 1/4 АА, 2/4 Аа, 1/4 аа. Фенотипически первые три будут с проявлением доминантного гена, один из четырех – с проявлением рецессивного гена. Однако, точное расщепление 3:1 можно получить лишь при анализе бесконечно большого числа потомков. В случаях же малого числа их можно говорить только о вероятности появления особей с тем или иным признаком.

При полном доминировании гомозигота АА и гетерозигота Аа имеют одинаковый фенотип.

Основные закономерности наследования признаков по Менделю (законы единообразия гибридов первого поколения, расщепления на фенотипические классы гибридов второго поколения и независимого комбинирования генов) реализуются благодаря существованию закона чистоты гамет.

Закон чистоты гамет: в каждую гамету попадает только 1 ген из каждой пары, определяющей разновидность признака.

Суть этого закона состоит в том, что пара аллельных генов, определяющая тот или иной признак: а) никогда не смешивается; б) в процессе гаметогенеза расходится в разные гаметы, то есть в каждую из них попадает один ген из аллельной пары. Цитологически это обеспечивается мейозом: аллельные гены лежат в гомологичных хромосомах, которые в анафазе мейоза расходятся к разным полюсам и попадают в разные гаметы.

30