VI Всероссийский конкурс «Загадки молекулярной биологии»

VI Всероссийский конкурс
«Загадки молекулярной биологии»
Максимальное количество баллов – 100
Примерные ответы на задания конкурса
Решение задач необходимо оформить в соответствии с существующими правилами!
Приведите аргументы, подтверждающие Ваш ответ, если в этом есть необходимость.
Задание №1 (до 20 баллов)
В результате исследования определили последовательность нуклеотидов и-РНК около
начала кодирующего участка:
УГАУУААЦУГАУГГУЦАГЦАГЦАУАГГУЦГУЦГУГААГУЦУГГУАЦГУЦГГЦАУЦУАГГАГЦ
УЦГА
Определите:
1. Первые 10 аминокислот в последовательности белка, который кодирует полученная в
результате исследования и-РНК;
2. Строение фрагмента двухцепочечной ДНК, кодирующей первые 10 аминокислот в
последовательности белка полученного вами;
3. Коэффициент специфичности молекулы ДНК;
4. Заряд для полученного вами белка из 10 аминокислот при рН 7,0;
5. Количество возможных вариантов кодирования для полученного вами белка из 10
аминокислот.
Примерный ответ на задание
Дано:
Решение:
1. Молекула иРНК, полученная в ходе исследования:
Последовательность
нуклеотидов и-РНК
УГАУУААЦУГАУГГУЦАГЦАГЦАУАГГУЦГУЦГУГААГУЦУГГУАЦГУЦГГЦАУЦУАГГАГЦУЦГА
Найти:
1.
Первые 10 аминокислот в
последовательности белка,
который кодирует
полученная в результате
исследования и-РНК;
Для правильного синтеза белка важно нахождение точки начала.
Такой точкой всегда является триплет АУГ, он всегда стоит первым в
последовательности.
2.
Строение фрагмента
двухцепочечной ДНК,
кодирующей первые 10
аминокислот в
последовательности белка
полученного вами;
УГАУУААЦУГ АУГГУЦАГЦАГЦАУАГГУЦГУЦГУГААГУЦУГГУАЦГУЦГГЦАУЦУАГГАГЦУЦГА
3.
Коэффициент
специфичности молекулы
ДНК;
Метионин – валин – аргинин – аргинин – изолейцин – глицин – аргинин – аргинин - глутаминовая кислота - валин.
4.
Заряд для полученного
вами белка из 10
аминокислот при рН 7,0;
5.
Находим этот триплет и выделяем.
Выделяем триплеты и находим аминокислоты в закодированном белке.
АУГ- ГУЦ-АГЦ-АГЦ-АУА-ГГУ-ЦГУ-ЦГУ-ГАА-ГУЦ-
Заряд молекулы белка = 0 – 0 - +3 – +3 – 0 – 0 – +3 – +3 – -1 – 0 = +11
2. Строение ДНК кодирующей данный фрагмент:
Количество возможных
вариантов кодирования для
полученного вами белка из
10 аминокислот.
АУГ-ГУЦ-АГЦ-АГЦ-АУА-ГГУ-ЦГУ-ЦГУ-ГАА-ГУЦ- - иРНК
ТАЦ-ЦАГ-ТЦГ-ТЦГ-ТАТ-ЦЦА-ГЦА-ГЦА-ЦТТ-ЦАГ - ДНК кодирующая цепь
АТГ- ГТЦ-АГЦ-АГЦ-АТА-ГГТ- ЦГТ-ЦГТ-ГАА-ГТЦ- - ДНК смысловая цепь
Коэффициент специфичности молекулы ДНК = А+Т/Ц+Г=14+14/16=16=0.87
Количество возможных вариантов кодирования для полученного белка из 10 аминокислот:
Метионин – валин – аргинин – аргинин – изолейцин – глицин – аргинин – аргинин - глутаминовая кислота - валин.
Количество возможных вариантов кодирования для аминокислот:
1
-
4
-
6
-
6
-
2
-
4
-
6
Количество возможных вариантов кодирования для полученного белка
-
6
-
2
-
4
= 1*4*6*6*2*4*6*6*2*4 = 331776 вариантов
Ответ:
1.
2.
3.
4.
5.
Метионин – валин – аргинин – аргинин – изолейцин – глицин – аргинин – аргинин - глутаминовая
кислота - валин.
ТАЦ-ЦАГ-ТЦГ-ТЦГ-ТАТ-ЦЦА-ГЦА-ГЦА-ЦТТ-ЦАГ - ДНК кодирующая цепь
АТГ- ГТЦ-АГЦ-АГЦ-АТА-ГГТ- ЦГТ-ЦГТ-ГАА-ГТЦ- - ДНК смысловая цепь
Коэффициент специфичности молекулы ДНК = 0.87
Заряд для полученного вами белка из 10 аминокислот при рН 7,0 = +11(фрагмент белка имеет
щелочные свойства).
Количество возможных вариантов кодирования для полученного белка = 331776 вариантов
Задание №2 (до 20 баллов)
В результате проведённого исследования выяснили, что при синтезе белка приняли
участие молекулы т-РНК с антикодонами:
ГУЦ, ЦГУ, УУЦ, ГАУ, АЦЦ, ЦАГ, УАА, ЦЦА, ГГГ, ЦУА, ЦГУ, УУЦ, ГАУ
Определите:
1. Нуклеотидную последовательность во фрагменте гена ДНК;
2. Последовательность аминокислот в участке синтезируемого белка
3. Число нуклеотидов, содержащих тимин, аденин, гуанин и цитозин во фрагменте ДНК;
4. Длину молекулы ДНК;
5. Примерную относительную массу и длину белкового фрагмента закодированного в
этом фрагменте ДНК.
Примерный ответ на задание
Дано:
Антикодоны т-РНК
участвующие при синтезе
молекулы белка:
Найти:
1.
2.
3.
4.
5.
Нуклеотидную
последовательность
во фрагменте гена
ДНК;
Последовательность
аминокислот в
участке
синтезируемого белка
Число нуклеотидов,
содержащих тимин,
аденин, гуанин и
цитозин во
фрагменте ДНК;
Длину молекулы ДНК;
Примерную
относительную
массу и длину
белкового фрагмента
закодированного в
этом фрагменте ДНК.
Решение:
Антикодоны т-РНК, участвующие при синтезе молекулы белка:
ГУЦ, ЦГУ, УУЦ, ГАУ, АЦЦ, ЦАГ, УАА, ЦЦА, ГГГ, ЦУА, ЦГУ, УУЦ, ГАУ – тРНК
ЦАГ-ГЦА-ААГ- ЦУА- УГГ- ГУЦ–АУУ –ГГУ- ЦЦЦ-ГАУ- ГЦА-ААГ- ЦУА – иРНК
ГТЦ -ЦГТ- ТТЦ- ГАТ- ТЦЦ- ЦТГ- ТАА- ЦЦА- ГГГ- ЦТА- ЦГТ- ТТЦ- ГАТ – ДНК
ЦАГ-ГЦА- ААГ- ЦТА- ТГГ- ГТЦ–АТТ –ГГТ- ЦЦЦ-ГАТ- ГЦА- ААГ- ЦТА
ЦАГ-ГЦА-ААГ- ЦУА- УГГ- ГУЦ–АУУ –ГГУ- ЦЦЦ-ГАУ- ГЦА-ААГ- ЦУА – иРНК
Глутамин-аланин-лизин-лейцин- триптофан-валин-изолейцин-глицин-пролинаспарагиновая кислота- аланин- лизин- лейцин
Количество в ДНК - А=Т=17
Количество в ДНК - Ц=Г=20
LДНК = 0.34*13*3 = 13.26 Нм.
Lбелка = 0.15*13 = 1.95 Нм.
Мбелка = 110*13 = 1430.
Ответ:
ЦАГ-ГЦА-ААГ- ЦУА- УГГ- ГУЦ–АУУ –ГГУ- ЦЦЦ-ГАУ- ГЦА-ААГ- ЦУА – иРНК
Глутамин-аланин-лизин-лейцин-триптофан-валин-изолейцин-глицин-пролин-аспарагиновая кислотааланин- лизин- лейцин
Количество в ДНК - А=Т=17
Количество в ДНК - Ц=Г=20
LДНК = 0.34*13*3 = 13.26 Нм.
Lбелка = 0.15*13 = 1.95 Нм.
Мбелка = 110*13 = 1430.
ГТЦ -ЦГТ- ТТЦ- ГАТ- ТЦЦ- ЦТГ- ТАА- ЦЦА- ГГГ- ЦТА- ЦГТ- ТТЦ- ГАТ – ДНК
ЦАГ-ГЦА- ААГ- ЦТА- ТГГ- ГТЦ–АТТ –ГГТ- ЦЦЦ-ГАТ- ГЦА- ААГ- ЦТА
Задание №3 (до 20 баллов)
Известны последовательности нуклеотидов для двух участков смысловых цепей молекул
ДНК.
1. ...ААГАТААЦАГТАТТТАТАТТЦАЦАЦАГЦГГТГАЦГЦТЦТ….
2. ...АЦАЦАГЦГГТГАЦГЦТЦТЦЦЦАТААЦАГТАТТТАТАТТЦ….
Вопросы:
1. Какой из этих фрагментов нуклеиновых кислот будет наиболее устойчив к
денатурации?
2. Какие фрагменты белковых молекул в них закодированы?
3. Определите количество вариантов кодирования, существующее для фрагментов
белковых молекул закодированных в данных фрагментах молекул ДНК?
Примерный ответ на задание
Дано:
Две последовательности
нуклеотидов для двух
участков смысловых
цепей молекул ДНК.
Найти:
1.
2.
3.
Какой из этих
фрагментов
нуклеиновых кислот
будет наиболее
устойчив к
денатурации?
Какие фрагменты
белковых молекул в
них закодированы?
Определите
количество вариантов
кодирования,
существующее для
фрагментов белковых
молекул,
закодированных в
данных фрагментах
молекул ДНК?
Решение:
1.
Строим двухцепочечную ДНК №1 и определяем количество водородных связей:
ААГ АТА АЦА ГТА ТТТ АТА ТТЦ АЦА ЦАГ ЦГГ ТГА ЦГЦ ТЦТ - смысловая цепь
ТТЦ ТАТ ТГТ ЦАТ ААА ТАТ ААГ ТГТ ГТЦ ГЦЦ АЦТ ГЦГ АГА - кодирующая цепь
223 222 232 322 222 222 223 232 323 333 232 333 232 - количество Н- связей
количество Н- связей = 48 (2*24) + 45 (3*15) = 93
2.
Строим двухцепочечную ДНК №2 и определяем количество водородных связей:
АЦА ЦАГ ЦГГ ТГА ЦГЦ ТЦТ ЦЦЦ АТА АЦА ГТА ТТТ АТА ТТЦ - смысловая цепь
ТГТ ГТЦ ГЦЦ АЦТ ГЦГ АГА ГГГ ТАТ ТГТ ЦАТ ААА ТАТ ААГ - кодирующая цепь
232 323 333 232 333 232 333 222 232 322 222 222 223 - количество Н- связей
количество Н- связей = 44 (2*22) + 51 (3*17) = 95
Первый белок, имеющий 93 - Н- связи будет денатурировать чуть быстрее.
Второй белок, имеющий 95 - Н- связи будет денатурировать чуть медленнее.
3.
Строим иРНК для двух цепочек:
ААГ АТА АЦА ГТА ТТТ АТА ТТЦ АЦА ЦАГ ЦГГ ТГА ЦГЦ ТЦТ - смысловая цепь ДНК
ТТЦ ТАТ ТГТ ЦАТ ААА ТАТ ААГ ТГТ ГТЦ ГЦЦ АЦТ ГЦГ АГА - кодирующая цепь ДНК
ААГ АУА АЦА ГУА УУУ АУА УУЦ АЦА ЦАГ ЦГГ УГА ЦГЦ УЦУ - иРНК
АЦА ЦАГ ЦГГ ТГА ЦГЦ ТЦТ ЦЦЦ АТА АЦА ГТА ТТТ АТА ТТЦ - смысловая цепь ДНК
ТГТ ГТЦ ГЦЦ АЦТ ГЦГ АГА ГГГ ТАТ ТГТ ЦАТ ААА ТАТ ААГ - кодирующая цепь ДНК
АЦА ЦАГ ЦГГ УГА ЦГЦ УЦУ ЦЦЦ АУА АЦА ГУА УУУ АУА УУЦ - иРНК
4. Определяем закодированные белки:
Цепь №1:
ААГ АУА АЦА ГУА УУУ АУА УУЦ АЦА ЦАГ ЦГГ УГА ЦГЦ УЦУ - иРНК №1:
Лизин–изолейцин- треонин- валин-фенилаланин-изолейцин-фенилаланин-треонин-глютамин-аргинин-сто_кодон
2
3
4
- 4 2
3
2
4 2
6
Количество возможных вариантов кодирования для полученного белка = 2*3*4*4*2*3*2*4*2*6 = 55296
Цепь №2:
АЦА ЦАГ ЦГГ УГА ЦГЦ УЦУ ЦЦЦ АУА АЦА ГУА УУУ АУА УУЦ - иРНК №2:
Треонин-глютамин-пролин-стоп_кодон
4
2
- 4
Количество возможных вариантов кодирования для полученного белка = 4*2*4
= 32 варианта кодирования
Ответ:
Цепь №1:
1.
2.
3.
4.
5.
ААГ АТА АЦА ГТА ТТТ АТА ТТЦ АЦА ЦАГ ЦГГ ТГА ЦГЦ ТЦТ - смысловая цепь
ТТЦ ТАТ ТГТ ЦАТ ААА ТАТ ААГ ТГТ ГТЦ ГЦЦ АЦТ ГЦГ АГА - кодирующая цепь
количество Н- связей = 93
ААГ АУА АЦА ГУА УУУ АУА УУЦ АЦА ЦАГ ЦГГ УГА ЦГЦ УЦУ - иРНК №1:
Лизин–изолейцин- треонин- валин-фенилаланин-изолейцин-фенилаланин-треонин-глютамин-аргининсто_кодон
Количество возможных вариантов кодирования для полученного белка = 55296
Цепь №2:
1.
АЦА ЦАГ ЦГГ ТГА ЦГЦ ТЦТ ЦЦЦ АТА АЦА ГТА ТТТ АТА ТТЦ - смысловая цепь
ТГТ ГТЦ ГЦЦ АЦТ ГЦГ АГА ГГГ ТАТ ТГТ ЦАТ ААА ТАТ ААГ - кодирующая цепь
2.
3.
4.
5.
количество Н- связей = 95
АЦА ЦАГ ЦГГ УГА ЦГЦ УЦУ ЦЦЦ АУА АЦА ГУА УУУ АУА УУЦ - иРНК №2:
Треонин-глютамин-пролин-стоп_кодон
Количество возможных вариантов кодирования для полученного белка = 32
Задание №4 (до 20 баллов)
В результате микробиологических исследований обнаружен неизвестный
вирус,
нуклеиновая кислота которого содержала: 24% аденина, 28% гуанина, 22% урацила и 26%
цитозина.
Вопросы:
1. Что Вы можете сказать о природе нуклеиновой кислоты этого вируса?
2. Наличие каких специфических особенностей можно предположить в жизненном
цикле данного вируса? Чем он принципиально отличается от других?
Примерный ответ на задание
Дано:
Нуклеиновая кислота
вируса содержит:
24% аденина,
28% гуанина,
22% урацила,
26% цитозина.
Найти:
1.
2.
Что Вы можете
сказать природе
нуклеиновой
кислоты этого
вируса?
Наличие каких
специфических
особенностей
можно
предположить в
жизненном цикле
данного вируса?
Чем он
принципиально
отличается от
других?
Решение:
Ответ:
1.
Это РНК вирус, носителем генетической информации которого
является молекула РНК, т.к. говорится о процентном содержании
урацила.
2.
Молекула РНК, одноцепочечная, исходя из процентного соотношения
нуклеотидов, образующих нуклеиновую кислоту вируса (не
выполняются правила Чаргаффа).
3.
Этот вирус может содержать (+)РНК, т.е. последовательность
нуклеотидов вируса аналогична и-РНК. При этом происходит
трансляция с вирусной РНК, синтез вирусных белков и новых молекул
(+)РНК, а далее собираются новые вирусные частицы.
4.
Открытый вирус может содержать (-)РНК, с которой не может
происходить непосредственная трансляция. Эти вирусы содержат
фермент РНК-зависимую РНК-полимеразу, который обеспечивают
синтез (+)РНК по матрице (-)РНК. Далее происходит трансляция с
вирусной РНК, синтез вирусных белков и новых молекул (+)РНК, а
далее собираются новые вирусные частицы.
5. Данный вирус может относиться к ретровирусам, содержащим (+)РНК.
К таким вирусам относятся, например, ВИЧ и онковирусы.
Ретровирусы содержат фермент обратная транскриптаза, который
осуществляет синтез вирусных ДНК по матрице (+)РНК вируса. Далее
происходит транскрипция и синтез вирусных и-РНК, трансляция
(синтез вирусных белков и новых (+)РНК) и сборка новых вирусов.
Задание №5 (до 20 баллов)
В результате реализации процессов катаболизма в митохондрии эукариотической клетки
образовалось 116 молекул АТФ и затрачено 18 молекул кислорода.
Определите:
1. Количество молекул глюкозы подвергшихся гликолизу?
2. Количество молекул глюкозы окисленной до конечных продуктов?
Примерный ответ на задание
Дано:
Результат
катаболизма клетки:
1. образовалось 116
молекул АТФ
2. затрачено 18
молекул кислорода.
Найти:
1.
Количество
молекул глюкозы,
подвергшихся
гликолизу?
Решение:
В результате полного окисления одной молекулы глюкозы
образуется 38 молекул АТФ:
С6Н12О6 + О2 + 2Н3РО4 + 2АДФ
–
3СО2 + 2АТФ + Н2О
В результате гликолиза образуется 2 молекулы АТФ:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ
–
2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
2.
Количество
молекул глюкозы,
окисленной до
конечных
продуктов?
Следовательно:
116 – 114 (38*3) = 2 количество не полностью окисленных молекул С6Н12О6 .
Ответ:
Гликолизу подверглось 4 молекулы глюкозы, а окислению до конечных продуктов только 3 из них.