Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя
общеобразовательная школа № 5
городского округа город Мантурово Костромской области
Основы молекулярной биологии
Тетрадь для самоподготовки
ученика______________класса______________________________
________________________________________________________
Ф.И.О.
2017-2018 уч. год.
Содержание
1. Как работать с тетрадью ………………………………………………… 2
2. Молекулярная биология как наука …………………………………….. 3
3. Белки, жиры, углеводы. Строение и функции…………………………..5
4. Строение нуклеиновых кислот……………………………………………8
5. Основа репликации .………………………………………………………12
6. Биосинтез белка ………………………………………………………….. 14
7. Генетический код …………………………………………………………18
8. Цитологические задачи …………………………………………………..21
9. Список использованной литературы …………………………………….27
1
Как работать с тетрадью?
Дорогие старшеклассники!
У вас в руках тетрадь, которая поможет вам полнее освоить некоторые темы курса
« Молекулярная биология». Это один из наиболее сложных разделов школьного курса
общей биологии. В тетради можно найти разного типа задания.
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
ПОДУМАЙ
И РЕШИ
ОТВЕТЬ
НА ВОПРОСЫ
ЗАДАНИЕ
ЕГЭ
ВАМ НЕОБХОДИМО ДАТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПОНЯТИЯМ И ВЫУЧИТЬ ИХ. САМОСТОЯТЕЛЬНО
РАЗОБРАТЬСЯ В КАКОЙ-ТО ТЕМЕ.
ЭТО ЗАДАНИЯ НА РЕШЕНИЕ ЦИТОЛОГИЧЕСКИХ
ЗАДАЧ, А ТАК ЖЕ НА ПОИСК ВЕРНЫХ ОТВЕТОВ
НА ВОПРОСЫ.
В ЭТОМ БЛОКЕ НЕОБХОДИМО ОТВЕТИТЬ НА
ВОПРОСЫ, ВСТАВИТЬ ПРОПУЩЕННЫЕ СЛОВА,
ПОДОБРАТЬ ТЕРМИНЫ.
В
ТЕТРАДИ
ПОД
ЭТИМ
ЗНАКОМ
РАСПОЛОЖЕНЫ ЗАДАНИЯ, КОТОРЫЙ МОГУТ
ВСТРЕТИТЬСЯ НА ЕГЭ
Что бы освоить все предложенные темы необходимо посещать занятия по
дополнительной образовательной программе « Основы молекулярной биологии»,
заниматься самостоятельно, задавать учителю как можно больше вопросов и просто
захотеть во всем этом разобраться.
Надеюсь, что все необходимые материалы: учебник, пособия есть у вас в
распоряжении.
В тетради будут встречаться не большие подсказки, которые помогут лучше
запомнить, лучше решить и быстрее справиться с материалом. Надеюсь, что
предложенные задания будут выполнены в срок и вам понравятся. А самое главное
пригодятся вам при подготовке к экзамену и в дальнейшей профессиональной жизни.
Успехов в освоении программы « Молекулярная биология»!
2
Тема самоподготовки : «Молекулярная биология как наука»
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Молекулярная биология - это наука о механизмах хранения, передачи и
реализации генетической информации. О структуре и функциях нерегулярных
биополимеров - нуклеиновых кислот и белков.
Молекулярная биология исследует основные свойства и проявления жизни
на молекулярном уровне, т.е. объектом изучения данной науки является живое
вещество на молекулярно-клеточном уровне организации. При этом основной
проблемой исследований является выяснение того, каким образом и в какой мере рост
и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации,
преобразование форм движения материи в живых клетках и других биологических
явлениях обусловлены свойствами биологически важных макромолекулярных
структур.
Таким образом, основным содержанием такой учебной дисциплины,
как молекулярная биология, становятся знания особенностей биологической формы
движения материи, принципов самоорганизации, воспроизводства и развития живых
систем, основ методов генетической, клеточной и белковой инженерии создания
высокопродуктивных продуцентов и биопрепаратов, основных способов управления
процессами биосинтеза и биотрансформации на основе применения системного
подхода.
Сам
термин "молекулярная
биология" впервые
был
употреблен У.Уивером в 1938 году, однако, по мнению многих авторов, настоящий
год рождения молекулярной биологии -- 1944-й, когда было выяснено, что можно
изменять бактерии при помощи ДНК (Освальд Эвери).
Настоящие перспективы открылись перед молекулярной биологией после 1953 года,
когда Ф.Крик и Дж.Уотсон предложили структуру двойной спирали ДНК. Это сразу
позволило установить связь между структурой и функцией биополимера, причем
на высочайшем уровне функций копирования и передачи генетической информации.
Уже к середине 60-х годов были достигнуты огромные успехи и выяснены многие,
казавшиеся ранее неразрешимыми вопросы, достаточно упомянуть расшифровку
генетического (белкового) кода. После определенной паузы с начала 70-х годов
началась новая волна открытий и достижений; она связана с огромными успехами
в расшифровке первичной структуры нуклеиновых кислот и разработкой методов
генетической инженерии. В настоящее время темпы развития молекулярнобиологических исследований весьма высоки, поставлены поистине глобальные
задачи (например, осуществление проекта "Геном человека").
3
Основные открытия молекулярной биологии
Год
Открытие
Авторы
1944
Доказательство
роли ДНК
1953
Установление структуры ДНК
Джеймс Уотсон, Френсис Крик
1961
Открытие
генетической
регуляции синтеза ферментов
Оперонный принцип организации
генов у прокариот
Андре Львов, Франсуа Жакоб,
Жак Моно
1962
Расшифровка генетического кода
Маршалл Нирнберг,
Генрих Маттеи, Северо Очоа
1967
Синтез in vitro биологически
активной ДНК
Артур Корнберг(неформальный
лидер молекулярной биологии)
1970
Химический синтез гена
Гобинд Корана
1970
Открытие фермента обратной
транскриптазы и явления обратной
транскрипции
Говард Темин,
Дэвид
Балтимор, Ренато Дульбеко
1974
Открытие рестриктаз
Гамильтон
Смит,
Даниэль Натанс, Вернер Арбер
1978
Открытие сплайсинга
Филипп Шарп, Робертс
1982
Открытие автосплайсинга
Томас Чек
Транспозоны - "прыгающие" гены
Барбара МакКлинток(получила Ноб. премию
за исследования в 1940х)
1983
генетической
Освальд Эйвери,
Колин МакЛеод, Маклин Мак-Карти
Внимательно прочитай текст и выпиши те слова, значение которых ты не
знаешь.
Используя любые источники информации, дай определения этим словам.
Будь готов обсудить эти понятия с товарищами на следующем занятии.
4
Тема самоподготовки: «Белки, жиры, углеводы. Строение и их функции»
ОТВЕТЬ
НА ВОПРОСЫ
1. Какие химические элементы входят в состав клетки?
2. Какие неорганические вещества входят в состав клетки?
3. Какое значение имеет вода для жизнедеятельности клетки?
4. Какие органические вещества входят в состав клетки?
5. В чем разница между органическими и неорганическими веществами?
6. Что такое мономеры и полимеры?
7. Что является мономером белков, жиров, углеводов?
8. Почему белковую молекулу называют полимером?
9. Чем характеризуется первичная, вторичная, третичная структура белка?
10. Что такое денатурация белка?
11. Какие функции белка вам известны?
12. Сколько видов аминокислот входит в состав белков?
13. Каковы функции жиров в клетке и организме?
14. У каких организмов синтезируются углеводы, и в каких органеллах?
15. Какие запасные углеводы имеются в растительных и животных клетка?
16. Какие функции выполняют углеводы?
ПОДУМАЙ
И РЕШИ
Задания с несколькими вариантами ответа (нужное подчеркнуть)
Липиды (жиры.)
1. К каким соединениям по отношению к воде относятся липиды (гидрофильные,
гидрофобные)?
2. В каких растворителях жиры растворимы (вода, спирт, эфир, бензин)?
3. Каков химический состав молекулы жира (аминокислоты, жирные кислоты,
глицерин, глюкоза)?
4. Где в клетках синтезируются жиры ( рибосомы, пластиды, ЭПС)?
5. В каких структурах клетки находятся липиды (мембрана, строма пластиды,
вакуоли)?
5
6. Какова роль липидного слоя в функционировании биологических мембран
( избирательная проницаемость, непроницаемость, полная непроницаемость)?
7. Какие функции в клетке выполняют липиды (структурная, энергетическая,
транспортная, информационная)?
Белки.
1. Какие соединения являются мономерами молекул белка (глюкоза, глицерин, жирные
кислоты, аминокислоты)?
2. Сколько из известных аминокислот участвует в синтезе белков (20, 23, 100)?
3. Какая часть молекулы аминокислот отличает их друг от друга (радикал,
аминогруппа, карбоксильная группа); что является общим для всех аминокислот
(радикал, аминогруппа, карбоксильная группа)?
4. Посредством какой химической связи соединены между собой аминокислоты в
молекуле белка первичной структуры ( дисульфидных, пептидных, водородных)?
5. В каких органоидах синтезируются белки (хлоропласты, рибосомы, митохондрии,
ЭПС)?
6. Где находятся рибосомы (хлоропласты, рибосомы, митохондрии, ЭПС, матрикс
цитоплазмы, ядро)?
7. Для какой структуры белка характерно образование глобулы (первичная, вторичная,
третичная, четвертичная)?
Углеводы.
1. В результате какого процесса органические вещества образуются из
неорганических) биосинтез белка, фотосинтез, синтез АТФ)?
2. Из каких неорганических соединений синтезируются углеводы (углекислый газ,
вода, кислород)?
3. Какие углеводы относятся к моносахаридам (сахароза, глюкоза, фруктоза,
дезоксирибоза, рибоза, целлюлоза)?
4. Какие углеводы относят к полимерам (крахмал, сахароза, фруктоза, гликоген)?
5. В каких структурах растительной клетки накапливается крахмал (митохондриях,
хлоропластах, лейкопластах, вакуолях)?
6. Какова роль углеводов в растительной клетке (строительная, энергетическая,
транспортная, компонент нуклеотидов);
в животной клетке (строительная,
транспортная, энергетическая, компонент нуклеотидов)?
ЗАДАНИЕ
ЕГЭ
Выберите два верных ответа
Молекула жира состоит из остатков:
1. Нуклеотидов
2. Глицерина
6
3. Аминокислот
4. Жирных кислот
5. Моносахаридов
Выберите три верных ответа из шести.
В состав нуклеотидов РНК входят:
1. Пентоза дезоксирибоза;
2. Пентоза рибоза;
3. Остаток фосфорной кислоты;
4. Азотистые основания – цитозин и тимин;
5. Азотистые основания – гуанин и урацил;
6. Белки;
Найдите соответствие между классами органических соединений и выполняемыми
функциями.
А) каталитическая
1) липиды;
Б) двигательная
2) углеводы;
В) теплоизоляционная;
3) белки;
Г) хранение и передача наследственной информации
4) нуклеиновые кислоты;
Д) главный источник энергии
Сравните, что общего и чем отличаются белки и нуклеиновые кислоты.
Сравните, что общего и чем отличаются молекулы ДНК и РНК.
7
Тема самоподготовки : «Строение нуклеиновых кислот»
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
8
Внимательно изучи таблицу и дополнительный материал. Подумай, что можно ещё
добавить к выше изложенному. Поделись на занятии с товарищами своими
наблюдениями.
ОТВЕТЬ
НА ВОПРОСЫ
Что означает название « нуклеиновая кислота»?
Какие кислоты относят к нуклеиновым?
Где в клетке находится ДНК?
Что такое нуклеотид?
Кто и когда создал модель молекулы ДНК и какова общая конфигурация
молекулы ДНК?
6. Как связаны между собой нуклеотиды?
7. Что такое ген?
8. Чем отличается строение ДНК и РНК?
9. Какие виды РНК имеются в клетке?
10. Способна ли РНК к самоудвоению у эукариот?
11. Где происходит сборка молекул РНК?
12. В какие периоды клеточного цикла идет синтез РНК на ДНК?
1.
2.
3.
4.
5.
Вставьте пропущенные слова
Две цепочки ДНК соединяются ………..связями между азотистыми основаниями.
ДНК содержат структуры: ядро, пластиды и ……
Расположение комплементарных цепей в молекуле ДНК в противоположные
стороны называется………………..
Пространственное взаиморасположение иРНК и тРНК обеспечивает …..РНК
В состав мономера РНК входят…..
Заполните таблицу:
Вид РНК
иРНК
Размер молекулы
Разнообразие
Функция
тРНК
рРНК
9
ЗАДАНИЕ
ЕГЭ
Найдите соответствие между строением молекул ДНК и РНК
А) состоит из одной цепочки
Б) состоит из двух цепочек
В) в нуклеотиды входит дезоксирибоза
Г) молекула не способна к репликации
1. ДНК
2. РНК
Установите соответствие между характеристикой РНК и её видом.
Характеристика РНК
А) содержит 3-5 тыс. нуклеотидов
Б) составляет около 10% от всей РНК
клетки
В) составляет менее 1% от всей РНК
клетки
Г) существует несколько десятков её
разновидностей
Д)
переносит
информацию
о
последовательности аминокислот с ДНК на
белок
Е) переносит аминокислоты к рибосомам
Вид РНК
1. р-РНК
2. и-РНК
3. т-РНК
Назовите мономер, представленный на схеме. Какую функцию в клетке выполняет
полимер, образованный данным мономером . И что обозначено буквами А, Б,В
Вариант задания 1
10
Вариант задания 2
Назовите мономер, представленный на схеме. Какую функцию в клетке выполняет
полимер, образованный данным мономером.
Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры,
соответствующие выбранным ответам.
Какие функции выполняет вещество, схема строения
которого представлена на рисунке.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Транспортирует вещества в клетке
Передает наследственную информацию на
рибосомы
Входит в состав клеточной мембраны
Хранит наследственную информацию
Является матрицей для синтеза РНК
Образует хромосомы
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры,
соответствующие выбранным ответам.
Какие структурные компоненты входят в состав молекулы ДНК?
1. Азотистые основания: А,Т, Г, Ц
2. Аминокислоты
3. Остаток фосфорной кислоты
4. Глюкоза
5. Глицерин
11
Тема самоподготовки: «Основа репликации»
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Внимательно прочитайте предложенный текст и затем заполните таблицу.
Репликация ДНК
Процесс самовоспроизведения молекулы ДНК, обеспечивающий точное копирование
наследственной информации и передачу её из поколения в поколение, называется
репликацией. ( от лат. репликацио – повторение) В результате репликации
образуются две абсолютно точные копии материнской молекулы ДНК, каждая из
которых несет по одной копии материнской
Специальный фермент (хеликаза) раскручивает двойную спираль молекулы ДНК и
«разрезает» водородные связи между азотистыми основаниями. В результате
образуются две полинуклеотидные цепочки. По принципу комплементарности к
каждой из этих цепочек с участием фермента полимеразы достраиваются
недостающие нуклеотиды до тех пор, пока не образуется две молекулы ДНК.
Репликация ДНК является полуконсервативной. Так как молекула ДНК расплетается,
и на каждой из её цепей синтезируется новая цепь по принципу комплементарности.
12
Ошибки в результате репликации случаются крайне редко, но если она происходит, то
устраняются ДНК – полимеразами или ферментами репарации.
Заполните таблицу.
Признак
Репликация
Матрица
Синтезируемая молекула
Ключевой фермент или
структура
Используемые мономеры
Принцип подбора мономеров
Локализация процесса
ЗАДАНИЕ
ЕГЭ
Запишите последовательность нуклеотидов в комплементарной цепи ДНК, если
известно, что в имеющейся она будет следующей: ЦГАТГТТЦГААТТТААА.
Фрагмент матричной цепи ДНК имеет следующую последовательность
нуклеотидов: ГЦГАТАЦЦАГТАТГЦ. Какова будет последовательность
нуклеотидов во второй цепи ДНК. И по какому принципу она будет построена.
Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующую последовательность:
АТГТТЦГАГТАЦЦАТГТААЦГ. Какова последовательность нуклеотидов во
второй цепи ДНК? Сколько нуклеотидов с аденином она будет содержать?
Сколько всего нуклеотидов с аденином в указанной молекуле.
Цепь ДНК до репликации содержит 15% нуклеотидов с аденином. Определите
процентное содержание остальных нуклеотидов в этой молекуле ДНК.
ОТВЕТЬ
НА ВОПРОСЫ
Дайте точное определение:
Транскрипция….
Трансляция……
Биосинтез белка….
13
Тема для самоподготовки «Биосинтез белка»
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Генетическая информация у всех организмов хранится в виде определенной
последовательности нуклеотидов ДНК (или РНК у РНК-содержащих вирусов).
Прокариоты содержат генетическую информацию в виде одной молекулы ДНК. В
эукариотических клетках генетический материал распределен в нескольких молекулах
ДНК, организованных в хромосомы.
ДНК состоит из кодирующих и некодирующих участков. Кодирующие участки
кодируют РНК. Некодирующие области ДНК выполняют структурную функцию,
позволяя участкам генетического материала упаковываться определенным образом,
или регуляторную функцию, участвуя во включении генов, направляющих синтез
белка.
Кодирующими участками ДНК являются гены.
Ген — участок молекулы ДНК, кодирующей синтез одной м-РНК или по другому
и-РНК (и соответственно полипептида), р-РНК или т-РНК.
Участок хромосомы, где расположен ген называют локусом. Совокупность генов
клеточного ядра представляет собой генотип, совокупность генов гаплоидного набора
хромосом — геном, совокупность генов внеядерных ДНК (митохондрий, пластид,
цитоплазмы) — плазмон.
Реализация
информации,
записанной
в
генах,
через
синтез
белков
называется экспрессией (проявлением) генов. Генетическая информация хранится в
виде определенной последовательности нуклеотидов ДНК, а реализуется в виде
последовательности аминокислот в белке. Посредниками, переносчиками информации,
выступают РНК, т.е. реализация генетической информации происходит следующим
образом:
ДНК → РНК → белок
Этапы биосинтеза белка
Процесс биосинтеза белка включает два этапа: транскрипцию и трансляцию.
Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — синтез РНК с
использованием ДНК в качестве матрицы. В результате образуются и-РНК, т-РНК и
р-РНК. Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и
осуществляется ферментом РНК-полимеразой.
Одновременно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные ее отрезки.
Такой отрезок (транскриптон) начинается промотором (участок ДНК, куда
присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция) и
заканчивается терминатором (участок ДНК, содержащий сигнал окончания
транскрипции). Транскриптон — это ген с точки зрения молекулярной биологии.
14
Транскрипция, как и репликация, основана на способности азотистых оснований
нуклеотидов к комплементарному связыванию. На время транскрипции двойная цепь
ДНК разрывается, и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК.
В процессе трансляции последовательность нуклеотидов ДНК переписывается на
синтезирующуюся молекулу и-РНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе
биосинтеза белка.
Гены прокариот состоят только из кодирующих нуклеотидных последовательностей.
Гены эукариот состоят из чередующихся кодирующих (экзонов) и не кодирующих
(интронов) участков. После транскрипции участки и-РНК, соответствующие интронам,
удаляются в ходе сплайсинга, являющегося составной частью процессинга.
Процессинг — процесс формирования зрелой и-РНК из ее предшественника пре-и-РНК.
Трансляция (от лат. translatio — перевод)
использованием и-РНК в роли матрицы.
—
синтез
полипептидной
цепи
с
В трансляции участвуют все три типа РНК:
и-РНК служит информационной матрицей;
т-РНК доставляют аминокислоты и узнают кодоны;
р-РНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают и-РНК, т-РНК и
белок и осуществляют синтез полипептидной цепи.
И-РНК транслируется не одной, а одновременно несколькими (до 80) рибосомами.
Такие группы рибосом называются полирибосомами (полисомами). На включение
одной аминокислоты в полипептидную цепь необходима энергия четырех АТФ.
Заполните таблицу.
Признак
Репликация
Трансляция
Транскрипция
Матрица
Синтезируемая
молекула
Ключевой фермент
или структура
Используемые
мономеры
Принцип подбора
мономеров
Локализация
процесса
15
ОТВЕТЬ
НА ВОПРОСЫ
1. Какие условия необходимы для биосинтеза белка?
2. Какова роль ДНК в процессе биосинтеза белка?
3. Каким образом происходит передача ( транскрипция) информации с ДНК на
РНК?
4. Какова роль и-РНК в процессе биосинтеза белка?
5. Как образуется, и какие функции выполняет т-РНК?
6. Чему соответствует разнообразие т-РНК и как это выражено количественно?
7. Что представляет антикодон у т-РНК?
8. Сколько видов аминокислот принимают участие в синтезе белков?
9. Каково строение рибосом, где они образуются и размещаются?
10. Что такое полисомы?
11. Какой процесс происходит в рибосомах и какова роль р-РНК?
12. Какой процесс при синтезе белка называется трансляцией, а какой
транскрипцией?
13. Что представляет собой мономер белковой молекулы?
14. Какая структура белка формируется из полипиптидной цепи?
15. Почему синтез белка в живой клетке называется матричным?
ЗАДАНИЕ
ЕГЭ
Выберите один или несколько ответов из предложенных вариантов.
1. Какие компоненты клетки непосредственно участвуют в биосинтезе
белка ( рибосомы, ядрышко, ядерная оболочка, хромосомы)
2. Какова функция ДНК в синтезе белка ( самоудвоение, транскрипция,
синтез т-РНК и р-РНК)?
3. Чему соответствует информация одного гена молекулы ДНК (белок,
аминокислота, ген)?
4. Какая структура ядра содержит информацию о синтезе одного белка(
молекула ДНК, триплет нуклеотидов, ген)?
5. Какие компоненты составляют тело рибосомы (мембраны, белки,
углеводы, РНК, жиры)?
6. Чему соответствует триплет и-РНК( аминокислота, белок)?
7. Сколько аминокислот участвуют в биосинтезе белков (300, 30, 20)?
8. Что образуется в рибосоме в процессе биосинтеза белка (белок
третичной структуры, белок вторичной структуры, полипептидная
цепь)?
16
Укажите правильную последовательность стадий биосинтеза белка.
И запишите её в бланк ответа в виде цифр.
1. Сборка малой и большой субъединиц рибосомы инициирующим
кодоном.
2. Сборка молекулы и-РНК на кодирующей цепочке ДНК.
3. Перенос аминокислот в аминоациальный центр рибосомы т-РНК.
4. Установление пептидных связей между соседними аминокислотами в
пептидильном центре рибосомы.
5. Присоединение аминокислоты к своей т-РНК.
Выберите правильную последовательность стадий трансляции при биосинтезе
белка.
1. Установление пептидных связей между аминокислотами в
пептидальном центре рибосомы.
2. Активация аминокислот
3. Поступление аминоацил-т-РНК в аминоацильный центр рибосомы.
4. Уход т-РНК из рибосомы.
5. Временное присоединение аминоацил-т-РНК к и-РНК
6. Разрушение связи между аминокислотой и т-РНК
ПОДУМАЙ
И РЕШИ
1. Одна из цепочек молекул ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:
ЦТГАТЦЦАТГЦТ. Определите последовательность аминокислот в полипептиде, если
известно, что кодирующей является комплементарная цепь ДНК.
2. Кодирующая цепочка молекулы ДНК имеет такую последовательность
нуклеотидов: ЦГТТЦГГЦААТГ. Какие т-РНК ( с какими антикодонами) принимают
участие в доставке аминокислот для синтеза соответствующего полипептида?
3. Молекулярная масса одного нуклеотида в молекуле ДНК равна примерно 300.
Определите молекулярную массу гена, кодирующего полипептид, состоящий из 100
аминокислот?
4. Полипептид имеет такую последовательность аминокислот: асп-глу-гли-сер-алализ. Определите один из вариантов последовательности нуклеотидов в кодирующей
цепочке гена, определяющем последовательность аминокислот в этом полипептиде.
17
Тема самоподготовки «Генетический код»
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Каждый живой организм обладает особым набором
белков. Определенные соединения нуклеотидов и их последовательность в молекуле
ДНК образуют генетический код. Он передает информацию о строении белка.
Генетический код – это способ зашифровки последовательности белков аминокислот
с участием нуклеотидной последовательности. Этот метод формирования сведений
характерен для всех живых организмов. Белки – природные органические вещества с
высокой молекулярностью. Эти соединения также присутствуют в живых организмах.
Они состоят из 20 видов аминокислот, которые называются каноническими.
Аминокислоты выстроены в цепочку и соединены в строго установленной
последовательности. Она определяет структуру белка и его биологические свойства.
Встречается также несколько цепочек аминокислот в белке.
Наследственная информация организмов зашифрована в ДНК в виде определенных
сочетаний нуклеотидов и их последовательности – генетического кода.
Свойства генетического кода:
1. Треплетность. Каждая аминокислота закодирована в ДНК тремя нуклеотидами –
«треплетом».
2. Специфичность. Каждый треплет, кодирует только одну аминокислоту и в этом
его однозначность или специфичность.
3. Универсальность. Генетический код универсален для всех живых организмов, то
есть наследственная информация о белках человека может считываться бактериями и
наоборот.
4. Избыточность. Генетический код избыточен или вырожден. Одну аминокислоту
могут кодировать 2- 6 различных триплета и имеется стоп- кодон.
5. Непрерывность. Между кодонами нет промежутков.
6. Неперекрываем. Последний
началом другого.
нуклеотид одного триплета не может служить
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Изучите внимательно таблицу генетического кода и
научитесь находить аминокислоты, используя триплеты и-РНК.
18
В таблице приведен состав триплетов, которыми закодированы все 20 аминокислот.
Так как при синтезе полипептидной цепи информация считывается с иРНК, то и
таблица названа: таблица Генетического кода ( и-РНК)
Правила пользования таблицей.
1.
2.
3.
4.
Первый нуклеотид в триплете берется из левого вертикального ряда.
Второй из верхнего горизонтального ряда.
Третий из правого вертикального.
Там где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится
искомая аминокислота.
ЗАДАНИЕ
ЕГЭ
Свойствами генетического кода являются:
1. Точность и консервативность;
19
2. Вариабильность и избыточность;
3. Специфичность и универсальность;
4. Индивидуальность и неперекрываемость;
5.
Какое число триплетов кодируют 27 аминокислот? В ответ запишите только
соответствующее число.
Выберите
правильное
предложение,
характеризующее
однозначность
генетического кода.
1. Генетический код един для всех живущих на Земле организмов;
2. Ген в цепи ДНК имеет строго фиксированное начало считывания;
3. Каждый треплет соответствует только одной аминокислоте;
4. Одной аминокислоте соответствует несколько триплетов;
Чему равно число нуклеотидов в гене, определяющем структуру белка, состоящего
из 500 аминокислот? В ответ запишите только число.
Какая последовательность правильно отражает путь реализации генетической
информации?
Ген – и-РНК – белок - признак
Признак – белок – и-РНК – ген – ДНК
И-РНК – ген – белок – признак – свойство
ген – признак – и-РНК – белок.
1.
2.
3.
4.
У организмов разных царств аминокислоты кодируются одними и теми же
кодонами, поэтому генетический код
1. Триплетен;
2. Непрерывен;
3. Универсален;
4. Однозначен.
ОТВЕТЬ
НА ВОПРОСЫ
1. Что собой представляет генетический код? Охарактеризуйте его свойства.
2. Как передается генетическая информация в клетке? Какие вещества участвуют
в этом процессе?
20
Тема самоподготовки « Цитологические задачи»
В данной теме вы найдете несколько типов цитологических задач и информацию
помогающую решать такие задачи.
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Задачи на определение нуклеотидного состава
нуклеиновых кислот ( ДНК и РНК) в процентном и количественном соотношении
Еще до открытия Уотсона и Крика, в 1950 г. австралийский биохимик Эдвин Чаргафф
установил, что в ДНК любого организма количество адениловых нуклеотидов равно
количеству тимидиловых, а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству
цитозиловых нуклеотидов (А=Т, Г=Ц), или суммарное количество пуриновых
азотистых оснований равно суммарному количеству пиримидиновых азотистых
оснований (А+Г=Ц+Т). Эти закономерности получили название «правила Чаргаффа».
А так же воспользоваться принципом комплементарности:
Например:
Задача: в молекуле ДНК содержится 17% аденина. Определите, сколько (в %)
в этой молекуле содержится других нуклеотидов.
Решение: количество аденина равно количеству тимина, следовательно, тимина в этой
молекуле содержится 17%. На гуанин и цитозин приходится 100% — 17% — 17% =
66%. Т.к. их количества равны, то Ц=Г=33%.
ПОДУМАЙ
И РЕШИ
1. В молекуле ДНК содержится 31% аденина. Определите, сколько (в %) в этой
молекуле содержится других нуклеотидов.
2. В молекуле ДНК насчитывается 23% адениловых нуклеотидов от общего числа
нуклеотидов. Определите количество тимидиловых и цитозиловых нуклеотидов.
3. В молекуле ДНК содержится 24% гуанина. Определите, сколько (в %) в этой
молекуле содержится других нуклеотидов.
21
Задачи на определение числа нуклеотидов, кодонов, триплетов,
аминокислот, т-РНК.
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Для решения таких задач надо четко знать понятия и
уметь их применять.
1) Каждая аминокислота доставляется к рибосомам одной тРНК, следовательно,
количество аминокислот в белке равно количеству молекул тРНК,
участвовавших в синтезе белка;
1 т-РНК = 1 аминокислоте
2) каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (одним триплетом, или
кодоном), поэтому количество кодирующих нуклеотидов всегда в три раза
больше, а количество триплетов (кодонов) равно количеству аминокислот в
белке;
1 аминокислота = 1 кодон = 3 нуклеотида
3) каждая тРНК имеет антикодон, комплементарный кодону иРНК, поэтому
количество антикодонов, а значит и в целом молекул тРНКравно количеству
кодонов иРНК;
1 Кодон и-РНК = 1 Антикодону т-РНК
4) иРНК комплементарна одной из цепей ДНК, поэтому количество нуклеотидов
иРНК равно количеству нуклеотидов ДНК. Количество триплетов,
разумеется, также будет одинаковым.
Пример:
Задача: в трансляции участвовало 30 молекул т-РНК. Определите количество
аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов
и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.
Дано:
Кол-во т-РНК - 30
Определить:
Кол-во а/к
Число триплетов
Число нуклеотидов
Решение:
1. Если в синтезе участвовало 30 т-РНК, то они
перенесли 30 аминокислот.
2. Одна аминокислота кодируется одним триплетом,
значит число триплетов -30
3. Один триплет – 3 нуклеотида, 3х30=90 нуклеотидов
Ответ: Кол-во а/к – 30. Число триплетов – 30. Число нуклеотидов – 90.
22
ПОДУМАЙ
И РЕШИ
1. В трансляции участвовало 50 молекул т-РНК. Определите количество
аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов
и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.
2. Фрагмент ДНК состоит из 72 нуклеотидов. Определите число триплетов
и нуклеотидов в и-РНК, а также количество аминокислот, входящих в состав
образующегося белка
3. Информационная часть и-РНК содержит 120 нуклеотидов. Определите число
аминокислот, входящих в кодируемый ею белок, число молекут т-РНК.
Участвующих в процессе биосинтеза этого белка, число триплетов в участке гена,
кодирующих первичную структуру этого белка. Объясните полученные
результаты.
4. Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепочки ДНК), в котором
запрограммирован белок из 250 аминокислот. Ответ запишите цифрой.
Задачи на определение длинны и массы гена, массы белка.
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Задача: Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 тыс., из них
8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Относительная молекулярная
масса одного нуклеотида в среднем 345. Сколько содержится нуклеотидов по
отдельности в данной ДНК? Какова длина ее молекулы
Дано:
M(r) ДНК – 69000
Кол-во А – 8625
M(r) нуклеотида –
345
Определить:
Кол-во
нуклеотидов
ДНК
Решение:
1. Определяем, сколько адениловых нуклеотидов в данной
молекуле ДНК: 8625 : 345 = 25.
2. По правилу Чаргаффа, А=Г, т.е. в данной молекуле ДНК
А=Т=25.
3. Определяем, сколько приходится от общей молекулярной
массы данной ДНК на долю гуаниловых нуклеотидов: 69 000 –
(8625х2) = 51 750.
4. Определяем суммарное количество гуаниловых и
цитозиловых нуклеотидов в данной ДНК: 51 750:345=150.
5. Определяем содержание гуаниловых и цитозиловых
нуклеотидов по отдельности: 150:2 = 75;
6. Определяем длину данной молекулы ДНК: (25 + 75) х 0,34 =
34 нм.
Ответ: А=Т=25; Г=Ц=75; 34 нм
23
ПОДУМАЙ
И РЕШИ
1. Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепочки ДНК), в котором
запрограммирован белок из 750 аминокислот? Какую он имеет длину (
расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0,34нм)? Какое время
потребуется для синтеза белка, если скорость передвижения рибосомы по
иРНК составляет 6 триплетов в секунду. Ответ поясните.
2. Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепочки ДНК), в котором
запрограммирован белок из 48 аминокислот? Какую он имеет длину (
расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0,34нм)? Какое время
потребуется для синтеза белка, если скорость передвижения рибосомы по
иРНК составляет 6 триплетов в секунду. Ответ поясните.
3. Белок состоит из 330 аминокислот. Определите, во сколько раз молекулярная
масса участка гена, кодирующего этот полипептид, превышает молекулярную
массу белка (средняя масса молекулы аминокислоты – 110, а нуклеотида -300)
Ответ поясните.
Задачи на определение аминокислотного состава белков, в том числе до и
после мутации в молекуле ДНК.
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Задача: фрагмент одной из цепей ДНК имеет
следующее строение: ААГГЦТАЦГТТА Постройте на ней и-РНК и определите
последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка.
Дано:
Фрагмент
одной
ААГГЦТАЦГТТГ
цепи
ДНК
Определить:
- нуклеотидную последовательность иРНК
- последовательность
аминокислот во фрагменте молекулы
белка.
–
Решение:
1. По правилу
комплементарности
определяем фрагмент и-РНК
УУЦАГАУГЦААУ
2. Разбиваем его на триплеты: УУЦАГА-УГЦ-ААУ.
3. По таблице
генетического
кода
определяем
последовательность
аминокислот: фен -арг-цис-асн.
Ответ: фен-арг-цис-асн.
24
ПОДУМАЙ
И РЕШИ
1. Участок молекулы ДНК, кодирующий последовательность аминокислот в
белке, имеет следующий состав: ГАТГААТАГТГЦТТЦ. Объясните к каким
последствиям может привести случайное добавление нуклеотида гуанина ( Г)
между седьмым и восьмым нуклеотидами. Ответ поясните.
2. В последовательности одной из исходных цепей ДНК – АГЦАГГТАА
произошла мутация – выпадение второго нуклеотида в третьем триплете.
Используя таблицу генетического кода, определите исходную аминокислотную
последовательность. Измениться ли первичная структура исходного
полипептида после мутации? Ответ поясните. К какому виду мутаций
относится данное изменение.
3. Участок гена имеет последовательность нуклеотидов ТТТТАЦАЦАТГТЦАГ.
Определите последовательность нуклеотидов и-РНК, последовательность
аминокислот в белке и количество т-РНК. Ответ поясните. Для решения
используйте таблицу генетического кода.
4. Участок гена имеет последовательность нуклеотидов ЦТГЦЦГЦТТАГТЦТТ.
Определите последовательность нуклеотидов и-РНК, последовательность
аминокислот в белке и количество т-РНК. Ответ поясните. Для решения
используйте таблицу генетического кода.
5. Участок гена имеет последовательность нуклеотидов ЦАЦГАТЦУТТЦТАГГ.
Определите последовательность нуклеотидов и-РНК, последовательность
аминокислот в белке и количество т-РНК. Ответ поясните. Для решения
используйте таблицу генетического кода.
Задачи на определение аминокислоты, которую транспортирует тРНК.
НАЙДИ, ПРОЧИТАЙ
И ЗАПОМНИ!
Известно, что все виды РНК синтезируются на
ДНК-матрице. То есть никаких и-РНК не надо синтезировать, при решении
такого типа задач сразу синтезируем т-РНК по м-ДНК.
Схематически это выглядит так:
ДНК – т-РНК – антикодон.
и-РНК - кодон
аминокислота – таблица генетического кода.
25
Задача: фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов
ТТАГЦЦГАТЦЦГ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая
синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта
т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания
используйте таблицу генетического кода.
Решение: определяем состав молекулы т-РНК: ААУЦГГЦУАГГЦ и находим третий
триплет — это ЦУА. Это антикодону комплементарен триплет и-РНК — ГАУ. Он
кодирует аминокислоту асп, которую и переносит данная т-РНК.
ПОДУМАЙ
И РЕШИ
1. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы
ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов. ГАЦЦТАЦЦЦТГЦЦАГ. Установите
нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на
данном фрагменте, и аминокислоту, которая будет переносить эта т-РНК в процессе
биосинтеза, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК.
2. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы
ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов. ТГЦЦЦАТТЦГТТАЦГ.Установите
нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на
данном фрагменте, и аминокислоту, которая будет переносить эта т-РНК в процессе
биосинтеза, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК
3. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы
ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов.ТАЦЦГАГАГГТААЦЦ..Установите
нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на
данном фрагменте, и аминокислоту, которая будет переносить эта т-РНК в процессе
биосинтеза, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК
4. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы
ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов.ТТТТАЦАЦАТГТЦАГ..Установите
нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на
данном фрагменте, и аминокислоту, которая будет переносить эта т-РНК в процессе
биосинтеза, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК
26
Список использованной литературы.
1. Биология. Весь школьный курс в таблицах/ сост. Л.В. Ёлкина- Минск, 2015 416 с.
2. Богданова Т.Л. Биология: Задания и упражнения. Пособие для поступающих в
вузы – М.: Высш.шк.,1991 – 350с.
3. Кириленко А.А. Молекулярная биология. Тетрадь для подготовки к ЕГЭ. 10-11
классы. Все типы задач/ А.А. Кириленко – Ростов н/Д: Легион, 2015 – 71 с.
4. Садовниченко Ю А. ЕГЭ. Биология. Пошаговая подготовка/Ю.А. Садовниченко. –
Москва: Эксмо, 2015 – 320 с.
27
