Решение типовой задачи. Бета-лактоглобулин – белок коровьего молока имеет генетические варианты А, В и С, различающиеся по аминокислотам в позициях В

Бета-лактоглобулин – белок коровьего молока имеет генетические варианты А, В и С, различающиеся по аминокислотам в позициях В, С. На других участках аминокислоты, входящие в состав белка, одинаковые.

Аминокислотный состав в этих позициях следующий:

Вариант В

ала – глу – про – глу – про – сер – лей – – цис

Вариант С

Позиция: 111 – 112 – 113 – 114 – 115 – 116 – 117 – 118 – 119

1. Определите последовательность нуклеотидов в матричной и комплементарной ей нитях молекулы ДНК в варианте В.

2. Установите длину гена, контролирующего синтез белка, если известно, что он состоит из 350 аминокислот, а расстояние между нуклеотидами ДНК составляет 0,34 нм.

Найдите молекулярную массу гена, если средняя молекулярная масса нуклеотида равна 340 Да.

Пример решения:

1. Решение задачи проводится в обратной последовательности синтезу белка. В задаче указан конечный результат синтеза полипептидной цепи в генетических вариантах бета-лактоглобулина.

В варианте В в позициях 111-118 полипептидная цепь белка состоит из аминокислот: ала – глу – про – глу – про – сер – лей – ала. Условные обозначения аминокислот представлены в приложении 2.

Необходимо изобразить схематично нить ДНК, на одной из которых структурные гены (а), а другая нить комплементарна ей (б). Структурные гены содержат запись о последовательности включения аминокислот в молекулу полипептидной цепочки белка. Затем надо обозначить цепочку иРНК, несущую информацию от ДНК к рибосомам.

Аминокислоты кодируются кодонами, состоящими из трех последовательных нуклеотидов. Таким образом, записывают аминокислоты в позициях 111-118, а вверху по три нуклеотида на иРНК. В приложении 3 найдем нуклеотиды иРНК, кодирующие аминокислоты варианта В бета-лактоглобулина в позициях 111-118.

Каждая из аминокислот кодируется несколькими кодонами, можно взять любой из кодирующих аминокислоту триплетов. Затем записывают последовательность кодирующих триплетов иРНК (ГЦУ, ГАА, ЦЦУ и т.д.).

б

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

ДНК

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

а

иРНК матричная нить

Г Ц У Г А А Ц Ц У Г А А Ц Ц У У Ц У Ц У У Г Ц

в

ала глу про глу про сер лей ала

После этого определяют нуклеотиды структурных генов ДНК и нуклеотиды комплементарной цепи ДНК.

2. В состав белка входят 350 аминокислот. Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Следовательно, белок, состоящий из 350 аминокислот, кодируется 1050 нуклеотидами.

Длина гена равна 1050 нуклеотидов × 0,34 нм = 357 нм.

Масса гена равна 1050 нуклеотидов × 340 Да = 357000 Да.

Задание 3.1 В одной из цепочек молекулы ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: АЦГ ТТА ГЦТ АГТ.... Какова последовательность нуклеотидов в другой цепочке этой же молекулы?

Задание 3.2 Какую длину имеет молекула ДНК, кодирующая фермент рибонуклеазу поджелудочной железы, если известно, что молекула данного фермента имеет в своем составе 124 аминокислоты, а расстояние между двумя соседними нуклеотидами, измеренное вдоль оси спирали, составляет 3,4 Å?

Задание 3.3 В одной из цепочек молекулы ДНК нуклеотиды расположены в следующей последовательности: ГТА ЦЦА ГАТ ГГЦ.... Какова последовательность нуклеотидов в другой цепочке этой же молекулы?

Задание 3.4 В одной из цепочек молекулы ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности:

АЦА ГГТ АЦГ АЦГ ТАГ...;

ТГЦ ААТ ЦГГ АЦТ ГАЦ....

Укажите последовательность нуклеотидов в другой цепочке молекулы.

Задание 3.5 В состав белка входит 658 аминокислот. Какова длина гена, который контролирует его синтез, если расстояние между нуклеотидами в молекуле ДНК равно 3,4 Å

тема 4

Генный контроль первичной структуры белков

В период интерфазы митоза на ДНК образуются молекулы информационной РНК (иРНК), которая служит матрицей для синтеза белков, отсюда ее называют также матричной РНК (мРНК) (рис. 10).

Двойная нить ДНК хромосомы расплетается, образуя одиночные нити, и только одна из них является матрицей для синтеза мРНК

Синтез мРНК осуществляется под действием фермента РНК-полимеразы по принципу комплементарности. У РНК комплементарным аденину вместо тимина является урацил.

Рисунок 10. Схема синтеза мРНК на структурных генах ДНК

Кроме информационной (иРНК), или матричной (мРНК), существуют рибосомная (рРНК) и транспортная (тРНК) РНК.

Информационная (иРНК), или матричная (мРНК), считывает наследственную информацию с участка ДНК (гена) и в форме скопированной последовательности азотистых оснований переносит ее в рибосомы, где происходит синтез определенного белка. Каждый триплет (три нуклеотида) на иРНК называется кодоном. От кодона зависит, какая аминокислота встает в данном месте при синтезе белка.

Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам и участвует в синтезе белка. Каждая аминокислота присоединяется к определенной тРНК.

Аминокислота присоединяется к тРНК под действием фермента аминоацил-тРНК-синтетазы, который «узнает» одновременно и аминокислоту, и тРНК.

В головке средней петли тРНК находится антикодон – триплет, состоящий из трех нуклеотидов. Антикодон комплементарен определенному кодону мРНК (иРНК).

При помощи антикодона тРНК «узнает» соответствующий кодон в иРНК, то есть определяет место, куда должна быть поставлена данная аминокислота в синтезируемой молекуле белка.

Рибосомная РНК (рРНК) накапливается в ядре, в ядрышках. В ядрышки из цитоплазмы транспортируются рибосомные белки, и там происходит спонтанное образование субчастицы рибосом путем объединения белков с соответствующими рРНК.

Рибосомная РНК (рРНК) служит как бы каркасом рибосом и способствует первоначальному связыванию иРНК с рибосомой в процессе биосинтеза белка.

Белки – биологические полимеры, мономерами которых являются 20 аминокислот. Белки различаются друг от друга в своей первичной структуре составом и порядком расположения аминокислот.

Аминокислоты способны образовывать 10²⁴ комбинаций, чем и объясняется многообразие структур белков (ферментов, гормонов, антигенов и др.). Последовательность, или порядок расположения, аминокислотных остатков называют первичной структурой белка.

Последовательность нуклеотидов в молекуле РНК, определяющая последовательность аминокислот в молекуле синтезируемого белка, называется генетическим кодом.

Генетический код

Аминокислоты кодируются тройками оснований нуклеиновых кислот (ААУ, АЦУ, ГУУ и т.д.). Тройка кодирующих оснований, определяющая включение в полипептидную цепь определенной аминокислоты, называется кодоном.

Перенос генетической информации об аминокислотном составе с ДНК (трансляция) проходит путем синтеза иРНК (мРНК) на структурных генах матричной нити ДНК.

Одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими кодонами (вырожденность генетического кода). Каждая из 20 аминокислот, участвующих в синтезе белка, переносится на рибосому своей тРНК. Для этого на более длинном конце нуклеотидной цепи всех тРНК, называемом акцепторным, имеются три нуклеотида – ЦЦА, к которым присоединяется соответствующая аминокислота. Противостоящая акцепторному концу петля содержит три нуклеотида, называемых антикодоном, взаимодействующих при участии рРНК с нуклеотидами иРНК. Нуклеотиды, образующие антикодоны, всегда расположены в середине петли. При комплементарности антикодона тРНК с основаниями иРНК аминокислота включается в полипептидную цепь на рибосомах.

Матрицей для синтеза белка служит иРНК. За счет информации, переносимой иРНК от ДНК определяется последовательность аминокислот во всех белках. Этот процесс называют трансляцией.

Генный контроль биосинтеза белков.

Структурные гены организмов, являющиеся участками молекул ДНК, находятся в хромосомах клеточного ядра.

Гены отличаются друг от друга последовательностью азотистых оснований (А, Г, Ц, Т), в которой заключена генетическая информация о первичной структуре белков, синтезируемых данным организмом.

Генный контроль биосинтеза белка осуществляется через информационную РНК. В процессе синтеза иРНК происходит транскрипция (считывание) последовательности азотистых оснований гена, которая отражается в последовательности оснований синтезируемой молекулы иРНК. Поступая в цитоплазму на рибосомы, иРНК становится матрицейдля синтеза белка. При этом она транслирует (передает) информацию гена синтезируемому белку.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: