Приклади розв`язання задач з молекулярної біології
МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ
Що необхідно знати для розв’язання таких задач:
Носієм генетичної інформації є ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота).
Ділянку ДНК, що несе інформацію про один поліпептидний ланцюг білка, називають геном.
Кожна молекула ДНК містить безліч генів. Сукупність молекул ДНК клітини виконує функцію носія генетичної інформації.
ДНК може її зберігати, передавати, змінювати й брати участь у процесі реалізації генетичної інформації, тобто в процесі синтезу білка.
Нуклеотиди ДНК по азотистій підставі представлені чотирма видами:
Залишок азотистої основи: Залишок пентози Залишок фосфорної кислоти
аденін (А) (дезоксирибоза)
гуанін (Г)
цитозин (Ц)
тимін (Т)
Важливу роль в синтезі білка відіграє РНК (рибонуклеїнова кислота).
Залишок азотистої основи: Залишок пентози Залишок фосфорної кислоти
аденін (А) (рибоза)
гуанін (Г)
цитозин (Ц)
урацил (У)
Розрізняють три типи РНК:
· транспортна РНК (т-РНК). Це найкоротші молекули РНК, які містяться в цитоплазмі клітини. Вони переносять амінокислоти до місця синтезу білка – рибосом;
· рибосомна (р-РНК). Це найбільші молекули РНК, вони входять до складу рибосоми;
· інформаційна РНК (і-РНК), або матрична РНК (м-РНК). Міститься в ядрі та цитоплазмі. Переносить інформацію про структуру білка від ДНК до місця синтезу білка в рибосомах.
Наступність генетичного матеріалу в поколіннях клітин та організмів забезпечується реплікацією молекул ДНК. В результаті реплікації утворюються дві подвійні спіралі ДНК – «дочірні» молекули, які нічим не відрізняються одна від одної й від вихідної «материнської» молекули ДНК.
В основі самовідтворення ДНК лежить принцип компліментарності.
Компліментарність – це відповідність основ у протилежних ланцюгах ДНК. Наприклад, якщо в першому ланцюгу на певному місці стоїть нуклеотид А, то у протилежному, на тому ж місці – нуклеотид Т, і навпаки.
Згідно принципу компліментарності, поєднуються А=Т Г≡Ц.
Дочірня ДНК Фрагмент ДНК Дочірня ДНК
Т А – Т А
Т А – Т А
Ц Г – Ц Г
Г Ц – Г Ц
Г Ц – Г Ц
Т А – Т А
А Т – А Т
Американський вчений Е. Чаргафф встановив, що в молекулі ДНК кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну – кількості цитозину. За правилом Чаргаффа:
А=Т, Г=Ц
Тобто (А+Г)=(Т+Ц), або (А+Г)+(Т+Ц)=100%
Транскрипція – процес перенесення генетичної інформації від ДНК до РНК.
Трансляція – процес декодування тРНК, в результаті якого інформація, закодована в РНК, передається на «мову» амінокислотної послідовності білків.
Послідовність передачі спадкової інформації з ДНК на білок:
ДНК – ТТТ – ТАЦ – ЦЦЦ –
│││ │││ │││
ААА АТ Г Г Г Г –
і-РНК – УУУ – УАЦ – ЦЦЦ –
т-РНК – ААА – АУГ – Г Г Г –
білок – фен – тир – прол –
Щоб визначити амінокислоту кодовану іРНК слід скористатися таблицею генетичного коду.
Таблиця Генетичний код
| Перша основа | Друга основа | Третя основа | |||
| У | Ц | А | Г | ||
| У | ФЕН ФЕН ЛЕЙ ЛЕЙ | СЕР СЕР СЕР СЕР | ТИР ТИР - - | ЦИС ЦИС - ТРИ | У Ц А Г |
| Ц | ЛЕЙ ЛЕЙ ЛЕЙ ЛЕЙ | ПРО ПРО ПРО ПРО | ГІС ГІС ГЛН ГЛН | АРГ АРГ АРГ АРГ | У Ц А Г |
| А | ІЛЕ ІЛЕ ІЛЕ МЕТ | ТРЕ ТРЕ ТРЕ ТРЕ | АСН АСН ЛІЗ ЛІЗ | СЕР СЕР АРГ АРГ | У Ц А Г |
| Г | ВАЛ ВАЛ ВАЛ ВАЛ | АЛА АЛА АЛА АЛА | АСП АСП ГЛУ ГЛУ | ГЛІ ГЛІ ГЛІ ГЛІ | У Ц А Г |
Примітка: У таблиці наведено закодовані назви амінокислот: аланіну (АЛА), аргініну (АРГ), аспарагіну (АСН), аспарагінової кислоти (АСП), валіну (ВАЛ), гістидину (ГІС), гліцину (ГЛІ), глутаміну (ГЛН), глутамінової кислоти (ГЛУ), ізолейцину (ІЛЕ), лейцину (ЛЕЙ), лізину (ЛІЗ), метіоніну (МЕТ), проліну (ПРО), серину (СЕР), тирозину (ТИР), треонін (ТРЕ), триптофану (ТРИ), фенілаланін (ФЕН) та цистеїну (ЦИС).
За допомогою цієї таблиці можна визначити, яку амінокислоту кодує певний триплет. Перший нуклеотид у триплеті беруть із лівого вертикального стовпчика, другий – з верхнього горизонтального і третій – із правого вертикального. В місці перетину ліній знаходиться інформація про амінокислоту, яку слід визначити. Зазначаємо, що в таблиці наведено триплети іРНК.
КРІМ ТОГО ЗАПАМ'ЯТАЄМО:
· довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм;
· середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць;
· середня молекулярна маса однієї амінокислоти дорівнює 100 умовних одиниць;
· молекула білка в середньому складається з 200 амінокислот;
· кожну амінокислоту в білковій молекулі кодує триплет нуклеотидів і-РНК (під час трансляції);
· для визначення довжини гена (l) враховують кількість нуклеотидів, яка міститься в одному ланцюзі ДНК;
· для визначення молекулярної маси гена (Mr) враховують кількість нуклеотидів, що міститься у двох ланцюгах ДНК;
· трансляція здійснюється згідно з генетичним кодом;
· для всіх ДНК виконується правило Чаргаффа: А=Т; Г=Ц;
· А+Г = Т+Ц (вміст пуринових азотистих основ – аденіну і гуаніну – дорівнює вмісту піримідинових азотистих основ – тиміну і цитозину);
· сума всіх нуклеотидів в молекулі ДНК або РНК (А+Т+Г+Ц чи А+У+Г+Ц) становить 100%.