Розв'язування задач з молекулярної біології

Під час розв’язування  задач необхідно пам’ятати, що:

•       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  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%.

                                                             Приклади розвязку задач:

Задача 1.

У фрагменті одного ланцюга молекули ДНК нуклеотиди розташовані у такій послідовності: ТТГ АГЦ АЦГ ГТА ААТ ЦГА. Побудуйте схему дволанцюгової ДНК. Яка довжина у нанометрах цього фрагмента? Яка маса дволанцюгового фрагмента?

Розв'язання

Застосовуючи принцип комплементарності, запишемо схему дволанцюгової ДНК:           
ТТГ   АГЦ  АЦГ  ГТА   ААТ  ЦГА

ААЦ  ТЦГ  ТГЦ   ЦАТ  ТТА   ГЦТ.

Кожен нуклеотид займає 0,34 нм. Довжина дволанцюгового фрагмента дорівнює довжині одного ланцюга. В фрагменті 18 пар нуклеотидів, звідси довжина фрагмента ДНК дорівнює: 0,34 х 18 = 6,12 (нм).

Кожний нуклеотид має молекулярну масу 345 а.о.м., звідси маса фрагмента ДНК: 345 х 36 =  12420 (а.о.м.).

Задача 2

Біохімічний аналіз показав, що до складу і-РНК входить 22 % аденілових нуклеотидів, 12 % уридилових та 26 % гуанілових. Визначте нуклеотидний склад  ДНК, з якої була транскрибована дана і-РНК.

Розв’язання

Відсоток цитидилових нуклеотидів у і-РНК складає:

100 % – (22 % + 12 % + 26 %) = 40 %

Молекула ДНК складається з двох ланцюгів, отже, на один ланцюг припадає 50 %, тобто вдвічі менше нуклеотидів. Визначимо склад кодуючого ланцюга ДНК:

і-РНК

22 % А

12 % У

26 % Г

40 % Ц
ланцюг ДНК

Т = 22 % : 2 = 11 %.

А = 12 % : 2 = 6 %.

Г = 40 % : 2 = 20 %.

Ц = 26 % : 2 = 13 %.

Другий ланцюг ДНК має, згідно принципу компліментарності:

А = 11 %,     Т = 6 %,      Г = 13 %,     Ц = 20 %.

Отже,  в цілому в молекулі ДНК процентний вміст нуклеотидів наступний:

А = 6 % + 11 % = 17 %,                      Т = 11 % + 6 % = 17 %,

Ц = 13 % + 20 % = 33 %,                    Г = 20 % + 13 % = 33 %

Задача 3

Визначте молекулярну масу та довжину гена, якщо у ньому закодований поліпептид, молекулярна маса якого дорівнює 28000 а.о.м. Що має більшу масу – білок чи ген, що його кодує?

Розв’язання

Білок складається із 28000 : 100 = 280 амінокислот.

Цей білок кодується одним із ланцюгів гена, який містить

280 х 3 = 840 нуклеотидів.

Молекулярна маса гена (складається з двох ланцюгів ДНК) дорівнює

345 х 840 х 2 = 597600 а.о.м.

Довжина гена дорівнює довжині одного з його ланцюгів:

0,34 х 840 = 285,6 (нм).

Порівняємо масу гена та масу поліпептиду:

597600: 28000 = 20,7, тобто маса гена приблизно у 21 разів більша ніж маса поліпептиду.