Tematy „Biologia molekularna” i „Genetyka” to najciekawsze i najbardziej złożone tematy na kursie „Biologia ogólna”. Tematy te są studiowane zarówno w klasach 9, jak i 11, ale wyraźnie brakuje czasu na rozwinięcie umiejętności rozwiązywania problemów w programie. Jednak umiejętność rozwiązywania problemów w genetyce i biologii molekularnej zapewnia Standard Edukacji Biologicznej, a takie zadania są również częścią KIM USE.

Do rozwiązywania problemów biologii molekularnej niezbędne jest opanowanie następujących pojęć biologicznych: rodzaje kwasów nukleinowych, budowa DNA, replikacja DNA, funkcje DNA, budowa i funkcje RNA, kod genetyczny, właściwości kodu genetycznego, mutacja.

Typowe zadania wprowadzają w podstawowe metody rozumowania w genetyce, a „fabularne” ujawniają i ilustrują pełniej cechy tej nauki, czyniąc ją interesującą i atrakcyjną dla uczniów. Wybrane zadania charakteryzują genetykę jako naukę ścisłą wykorzystującą matematyczne metody analizy. Rozwiązywanie problemów w biologii wymaga umiejętności analizowania materiału faktograficznego, logicznego myślenia i rozumowania, a także pewnej pomysłowości w rozwiązywaniu szczególnie trudnych i zawiłych problemów.

Aby utrwalić materiał teoretyczny dotyczący metod i technik rozwiązywania problemów, proponuje się zadania do samodzielnego rozwiązania oraz pytania do samokontroli.

Przykłady rozwiązywania problemów

Niezbędne wyjaśnienia:

• Jeden krok to pełny obrót helisy DNA – obrót o 360 stopni
• Jeden krok to 10 par zasad
• Długość jednego kroku wynosi 3,4 nm
• Odległość między dwoma nukleotydami wynosi 0,34 nm
• Masa cząsteczkowa jednego nukleotydu wynosi 345 g/mol
• Masa cząsteczkowa jednego aminokwasu - 120 g/mol
• W cząsteczce DNA: A+G=T+C (Reguła Chargaffa: ∑(A) = ∑(T), ∑(G) = ∑(C), ∑(A+G) =∑(T+C)
• Komplementarność nukleotydów: A=T; G=C
• Łańcuchy DNA są utrzymywane razem przez wiązania wodorowe, które tworzą się między komplementarnymi zasadami azotowymi: adenina i tymina są połączone dwoma wiązaniami wodorowymi, a guanina i cytozyna trzema.
• Średnio jedno białko zawiera 400 aminokwasów;
• obliczanie masy cząsteczkowej białka:

Gdzie M min jest minimalną masą cząsteczkową białka,
a jest masą atomową lub cząsteczkową składnika,
c to procent składnika.

Zadanie numer 1. Jeden z łańcuchów DNA ma sekwencję nukleotydową: AGT ACC GAT ACC CGA TTT ACG ... Jaka jest sekwencja nukleotydowa drugiego łańcucha DNA tej samej cząsteczki. Dla jasności możesz użyć magnetycznego „alfabetu” DNA (odbiór autora artykułu).
Rozwiązanie: zgodnie z zasadą komplementarności uzupełniamy drugi łańcuch (A-T, G-C), który wygląda tak: TCA TGG CTA TGA GCT AAA THC.

Zadanie nr 2. Sekwencja nukleotydów na początku genu przechowującego informacje o białku insuliny zaczyna się tak: AAA CAC CTG CTT GTA GAC. Napisz sekwencję aminokwasową rozpoczynającą łańcuch insuliny.
Rozwiązanie: Zadanie wykonuje się za pomocą tabeli kodu genetycznego, w której nukleotydy w mRNA (w nawiasach – w oryginalnym DNA) odpowiadają resztom aminokwasów.

Zadanie nr 3. Większy z dwóch łańcuchów białkowych insuliny (tzw. łańcuch B) zaczyna się od następujących aminokwasów: fenyloalanina-walina-asparagina-kwas glutaminowy-histydyna-leucyna. Napisz sekwencję nukleotydów na początku sekcji cząsteczki DNA, która przechowuje informacje o tym białku.

dlatego jeden aminokwas może być kodowany przez kilka trypletów, dokładna struktura segmentu i-RNA i DNA nie może być określona, ​​struktura może się różnić. Stosując zasadę komplementarności i tabelę kodu genetycznego otrzymujemy jedną z opcji:

Zadanie nr 4. Region genu ma następującą strukturę, składającą się z sekwencji nukleotydowej: CHG CHC TCA AAA TCG... Wskaż strukturę odpowiedniego regionu białkowego, o którym informacja zawarta jest w tym genie. Jak usunięcie czwartego nukleotydu z genu wpłynie na strukturę białka?

Rozwiązanie (dla wygody korzystamy z tabelarycznej formy rozwiązania):

Po usunięciu czwartego nukleotydu z genu – C, nastąpią zauważalne zmiany – zmniejszy się liczba i skład aminokwasów w białku:

Zadanie nr 5. Wirus mozaiki tytoniu (wirus zawierający RNA) syntetyzuje region białkowy o sekwencji aminokwasowej: Ala - Tre - Ser - Glu - Met-. Pod działaniem kwasu azotawego (czynnika mutagennego) cytozyna jest przekształcana w uracyl w wyniku deaminacji. Jaką strukturę będzie miało miejsce białkowe wirusa mozaiki tytoniu, jeśli wszystkie nukleotydy cytydylowe przejdą wskazaną transformację chemiczną?

Rozwiązanie (dla wygody korzystamy z tabelarycznej formy rozwiązania): Wykorzystując zasadę komplementarności i tabelę kodu genetycznego otrzymujemy:

Zadanie numer 6. W zespole Fancomiego (upośledzone kościotworzenie) pacjent wydala z moczem aminokwasy, które odpowiadają kodonom w i -RNA: AUA GUTs AUG UCA UUG GUU AUU. Określ wydalanie jakich aminokwasów w moczu jest charakterystyczne dla zespołu Fancomiego, jeśli mocz zdrowej osoby zawiera aminokwasy alaninę, serynę, kwas glutaminowy, glicynę.

Rozwiązanie (dla wygody korzystamy z tabelarycznej formy rozwiązania): Wykorzystując zasadę komplementarności i tabelę kodu genetycznego otrzymujemy:

Tak więc w moczu osoby chorej tylko jeden aminokwas (seryna) jest taki sam jak u osoby zdrowej, pozostałe są nowe, a trzy charakterystyczne dla osoby zdrowej nie występują.

Zadanie numer 7. Łańcuch A insuliny bydlęcej zawiera odpowiednio alaninę w ósmym łączu, treoninę u koni oraz serynę i glicynę w dziewiątym łączu. Co można powiedzieć o pochodzeniu insuliny?

Rozwiązanie (dla ułatwienia porównania używamy tabelarycznej formy rozwiązania): Zobaczmy, jakie trojaczki w mRNA kodują aminokwasy wymienione w stanie problemu.

organizm		Koń

Dlatego aminokwasy są kodowane przez różne tryplety, pobierane są tryplety, które minimalnie różnią się od siebie. W tym przypadku aminokwasy w ósmym i dziewiątym ogniwie konia i byka uległy zmianie w wyniku zastąpienia pierwszych nukleotydów w trójkach, a -RNA: guanina została zastąpiona adeniną (lub odwrotnie). W dwuniciowym DNA będzie to równoważne zastąpieniu pary C-G przez T-A (lub odwrotnie).
Dlatego różnice między łańcuchami A insuliny bydlęcej i końskiej wynikają z przejść w regionie cząsteczki DNA kodującej ósme i dziewiąte ogniwo łańcucha A insuliny bydlęcej i końskiej.

Zadanie numer 7. Badania wykazały, że mRNA zawiera 34% guaninę, 18% uracyl, 28% cytozynę i 20% adeninę Określ procent zasad azotowych w regionie DNA, który jest matrycą dla tego mRNA.
Rozwiązanie (dla wygody korzystamy z tabelarycznej formy rozwiązania): Procentową zawartość zasad azotowych oblicza się w oparciu o zasadę komplementarności:

W sumie A + T i G + C w łańcuchu semantycznym wyniosą: A + T \u003d 18% + 20% \u003d 38%; G+C=28%+34%=62%. W łańcuchu antysensownym (niekodowanym) łączne wskaźniki będą takie same, tylko odsetek poszczególnych zasad zostanie odwrócony: A + T \u003d 20% + 18% \u003d 38%; G+C=34%+28%=62%. W obu łańcuchach pary zasad komplementarnych będą równo podzielone, tj. adenina i tymina po 19%, guanina i cytozyna po 31%.

Zadanie numer 8. Na fragmencie jednej nici DNA nukleotydy są ułożone w sekwencji: A–A–G–T–C–T–A–C–G–T–A–T. Określ procent wszystkich nukleotydów w tym fragmencie DNA i długość genu.

Rozwiązanie:

1) kończymy drugi wątek (zgodnie z zasadą komplementarności)

2) ∑(A + T + C + G) = 24, z czego ∑ (A) = 8 = ∑ (T)

24 – 100%	=> x = 33,4%

	=> x = 16,6%

∑(G) = 4 = ∑(C)

3) cząsteczka DNA jest dwuniciowa, więc długość genu jest równa długości jednego łańcucha:

12 × 0,34 = 4,08 nm

Zadanie numer 9. W cząsteczce DNA nukleotydy cytydylowe stanowią 18%. Określ procent innych nukleotydów w tym DNA.

Rozwiązanie:

1) ponieważ C \u003d 18%, następnie G \u003d 18%;
2) udział A + T wynosi 100% - (18% + 18%) = 64%, tj. o 32%

Zadanie numer 10. W cząsteczce DNA znaleziono 880 nukleotydów guanidylowych, które stanowią 22% całkowitej liczby nukleotydów w tym DNA. Określ: a) ile innych nukleotydów znajduje się w tym DNA? b) jaka jest długość tego fragmentu?

Rozwiązanie:

1) ∑(G) = ∑(C)= 880 (to 22%); Udział pozostałych nukleotydów wynosi 100% - (22% + 22%) = 56%, tj. 28% każdy; Aby obliczyć liczbę tych nukleotydów, tworzymy proporcję:

22% – 880
28% - x, stąd x = 1120

2) aby określić długość DNA, musisz dowiedzieć się, ile nukleotydów zawiera 1 łańcuch:

(880 + 880 + 1120 + 1120) : 2 = 2000
2000 × 0,34 = 680 (nm)

Zadanie numer 11. Biorąc pod uwagę cząsteczkę DNA o względnej masie cząsteczkowej 69 000, z czego 8625 to nukleotydy adenylowe. Znajdź liczbę wszystkich nukleotydów w tym DNA. Określ długość tego fragmentu.

Rozwiązanie:

1) 69 000: 345 = 200 (nukleotydy w DNA), 8625: 345 = 25 (nukleotydy adenylowe w tym DNA), (G + C) = 200 - (25 + 25) = 150, tj. jest ich 75;
2) 200 nukleotydów w dwóch łańcuchach, czyli w jednym - 100. 100 × 0,34 = 34 (nm)

Zadanie numer 12. Co jest cięższe: białko czy jego gen?

Rozwiązanie: Niech x będzie liczbą aminokwasów w białku, wtedy masa tego białka to 120x, liczba nukleotydów w genie kodującym to białko to 3x, masa tego genu to 345 × 3x. 120x< 345 × 3х, значит ген тяжелее белка.

Zadanie numer 13. Hemoglobina krwi ludzkiej zawiera 0,34% żelaza. Oblicz minimalną masę cząsteczkową hemoglobiny.

Rozwiązanie: M min \u003d 56: 0,34% 100% \u003d 16471

Zadanie numer 14. Albumina surowicy ludzkiej ma masę cząsteczkową 68400. Określ liczbę reszt aminokwasowych w cząsteczce tego białka.

Rozwiązanie: 68400: 120 = 570 (aminokwasy na cząsteczkę albuminy)

Zadanie numer 15. Białko zawiera 0,5% glicyny. Jaka jest minimalna masa cząsteczkowa tego białka, jeśli M glicyna = 75,1? Ile reszt aminokwasowych znajduje się w tym białku?

Rozwiązanie: M min \u003d 75,1: 0,5% 100% \u003d 15020; 15020: 120 = 125 (aminokwasy w tym białku)

Zadania do samodzielnej pracy

1. Cząsteczka DNA podzieliła się na dwie nici. jeden z nich ma strukturę: TAG ACT GGT ACA CGT GGT GAT TCA... Jaką strukturę będzie miała druga cząsteczka DNA, gdy określony łańcuch zostanie uzupełniony w pełną dwuniciową cząsteczkę?
2. Łańcuch polipeptydowy jednego białka zwierzęcego ma następujący początek: lizyna-glutamina-treonina-alanina-alanina-alanina-lizyna-... Od jakiej sekwencji nukleotydów zaczyna się gen odpowiadający temu białku?
3. Fragment cząsteczki białka ma następującą sekwencję aminokwasową: glutamina-fenyloalanina-leucyna-tyrozyna-arginina. Określ jedną z możliwych sekwencji nukleotydów w cząsteczce DNA.
4. Fragment cząsteczki białka ma następującą sekwencję aminokwasową: glicyna-tyrozyna-arginina-alanina-cysteina. Określ jedną z możliwych sekwencji nukleotydów w cząsteczce DNA.
5. Jeden z łańcuchów rybonukleazy (enzymu trzustkowego) składa się z 16 aminokwasów: Glu-Gly-asp-Pro-Tyr-Val-Pro-Val-Pro-Val-Gis-phen-Phen-Asn-Ala-Ser-Val. Określ strukturę regionu DNA kodującego tę część rybonukleazy.
6. Fragment genu DNA ma następującą sekwencję nukleotydową GTZ CTA ACC GGA TTT. Określ sekwencję nukleotydów i-RNA i aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym białka.
7. Fragment genu DNA ma następującą sekwencję nukleotydową TCG GTC AAC TTA HCC. Określ sekwencję nukleotydów i-RNA i aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym białka.
8. Fragment genu DNA ma następującą sekwencję nukleotydową TGG ACA GGT TTC GTA. Określ sekwencję nukleotydów i-RNA i aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym białka.
9. Określ sekwencję aminokwasów w regionie cząsteczki białka, jeśli wiadomo, że jest ona kodowana przez następującą sekwencję nukleotydów DNA: TGA THC GTT TAT GCH CCC. Jak zmieni się białko, jeśli 9 i 13 nukleotydy zostaną usunięte chemicznie?
10. Kodująca nić DNA ma następującą sekwencję nukleotydową: TAG CGT TTC TCG GTA. Jak zmieni się struktura cząsteczki białka, jeśli szósty nukleotyd w łańcuchu DNA zostanie podwojony. Wyjaśnij wyniki.
11. Kodująca nić DNA ma sekwencję nukleotydową: TAG TTC TCG AGA. Jak zmieni się struktura cząsteczki białka, jeśli ósmy nukleotyd w łańcuchu DNA zostanie podwojony. Wyjaśnij wyniki.
12. Pod wpływem czynników mutagennych we fragmencie genu: CAT TAG GTA CGT TG, drugi triplet został zastąpiony przez triplet ATA. Wyjaśnij, jak zmienia się struktura cząsteczki białka.
13. Pod wpływem czynników mutagennych we fragmencie genu: AGA TAG GTA CGT TCH, czwarta trójka została zastąpiona trójką ACC. Wyjaśnij, jak zmienia się struktura cząsteczki białka.
14. Fragment cząsteczki mRNA ma następującą sekwencję nukleotydową: HCA UGU AGC AAG CGC. Określ sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka i jego masę cząsteczkową.
15. Fragment cząsteczki i-RNA ma następującą sekwencję nukleotydową: GAG CCA AAU ACC UUA. Określ sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka i jego masę cząsteczkową.
16. Gen DNA zawiera 450 par zasad. Jaka jest długość, masa cząsteczkowa genu i ile aminokwasów jest w nim zakodowanych?
17. Ile nukleotydów zawiera gen DNA, jeśli koduje 135 aminokwasów. Jaka jest masa cząsteczkowa tego genu i jego długość?
18. Fragment jednej nici DNA ma następującą budowę: GGT ACG ATG TCA AGA. Określ strukturę pierwszorzędową białka kodowanego w tym łańcuchu, liczbę (%) różnych typów nukleotydów w dwóch łańcuchach fragmentu oraz jego długość.
19. Jaka jest masa cząsteczkowa genu i jego długość, jeśli koduje białko o masie cząsteczkowej 1500 g/mol?
20. Jaka jest masa cząsteczkowa genu i jego długość, jeśli koduje on białko o masie cząsteczkowej 42 000 g/mol?
21. Cząsteczka białka zawiera 125 aminokwasów. Określ liczbę nukleotydów w genie i-RNA i DNA, a także liczbę cząsteczek t-RNA zaangażowanych w syntezę tego białka.
22. Cząsteczka białka zawiera 204 aminokwasy. Określ liczbę nukleotydów w genie i-RNA i DNA, a także liczbę cząsteczek t-RNA zaangażowanych w syntezę tego białka.
23. W syntezie cząsteczki białka wzięło udział 145 cząsteczek tRNA. Określ liczbę nukleotydów w i-RNA, genie DNA oraz liczbę aminokwasów w zsyntetyzowanej cząsteczce białka.
24. W syntezie cząsteczki białka wzięło udział 128 cząsteczek tRNA. Określ liczbę nukleotydów w i-RNA, genie DNA oraz liczbę aminokwasów w zsyntetyzowanej cząsteczce białka.
25. Fragment łańcucha i-RNA ma następującą sekwencję: YYY UGG UAU TsTs AATs UGU. Określ sekwencję nukleotydową na DNA, antykodonach tRNA oraz sekwencję aminokwasową odpowiadającą fragmentowi genu DNA.
26. Fragment łańcucha i-RNA ma następującą sekwencję: GUU GAA CG UAU GCU. Określ sekwencję nukleotydową na DNA, antykodonach tRNA oraz sekwencję aminokwasową odpowiadającą fragmentowi genu DNA.
27. Cząsteczka mRNA zawiera 13% nukleotydów adenylowych, 27% guanylowych i 39% uracylowych. Określ stosunek wszystkich rodzajów nukleotydów w DNA, z którego transkrybowano to mRNA.
28. Cząsteczka mRNA zawiera 21% nukleotydów cytydylowych, 17% guanylowych i 40% nukleotydów uracylowych. Określ stosunek wszystkich rodzajów nukleotydów w DNA, z którego transkrybowano to mRNA
29. Cząsteczka i-RNA zawiera 21% nukleotydów guanylowych, ile nukleotydów cytidylowych znajduje się w nici kodującej segmentu DNA?
30. Gdyby łańcuch cząsteczki DNA, z którego została przepisana informacja genetyczna, zawierał 11% nukleotydów adenylowych, ile nukleotydów uracylowych byłoby zawartych w odpowiednim segmencie i-RNA?

Używane książki.

1. Bolgova I.V. Zbiór problemów z biologii ogólnej z rozwiązaniami dla kandydatów na uniwersytety - M .: LLC "Wydawnictwo Onyx": "Wydawnictwo". Świat i edukacja ", 2008.
2. Worobiow O.V. Zajęcia z biologii z wykorzystaniem technologii informatycznych Klasa 10. Podręcznik metodyczny z aplikacją elektroniczną - M.: Planeta, 2012.
3. Cherrednichenko I.P. Biologia. Interaktywne materiały dydaktyczne.Klasa 6-11. Podręcznik metodyczny z elektroniczną aplikacją interaktywną. - M.: Planeta, 2012.
4. Linki internetowe:

Zadanie:
Całkowita masa wszystkich cząsteczek DNA w 46 chromosomach jednej ludzkiej komórki somatycznej wynosi około 6x10-9 mg. Określ masę wszystkich cząsteczek DNA w jądrze podczas oogenezy przed początkiem mejozy, w profazie mejozy I i mejozy II. Wyjaśnij swoje wyniki.

Odpowiedź:
Przed rozpoczęciem mejozy chromosomy podwajają się, całkowita masa DNA wynosi 12x10-9 mg.

W profazie mejozy I nie wystąpiły jeszcze zmiany w liczbie chromosomów, pozostaje 12x10-9 mg.

Podczas pierwszego podziału mejozy liczba chromosomów zmniejszyła się 2 razy, a więc w profazie mejozy II 6x10-9 mg DNA.

Dyskusja:

Dmitrij Pozdnyakow: Nie rozumiem pierwszego ruchu. Dlaczego „całkowita masa wszystkich cząsteczek DNA” oznacza 46 pojedynczych chromosomów, a nie 46 podwójnych? - Nie jest napisane. Osobiście popełniłem błąd wykonując to zadanie, dostałem 6, 6 i 3.

Anastazja: W interfazie między podziałami każdy chromosom składa się z jednej nici chromatyny, czyli 2n2c (gdzie n to liczba chromosomów, c to liczba nici chromatyny). Bezpośrednio przed mejozą następuje podwojenie - 2n4c, czyli każdy chromosom składa się z dwóch nici chromatyny. W profazie I zachowany jest stosunek - 2n4c, a po pierwszym podziale liczba chromosomów spada i jeden chromosom składa się z dwóch nitek - n2c, po drugim pozostaje nc, czyli jeden chromosom - jedna nić.

1 jeśli w cząsteczce DNA udział adeniny wynosi 10%, to ile % jest cytozyny w komórce 2 określają masę cząsteczkową genu, w którym

Białko gramowane składa się z 400 aminokwasów. średnia masa nukleotydów w cząsteczce DNA

3 W jednej cząsteczce DNA, tymini stanowi 18% określa% stosunek innych nukleotydów w cząsteczce DNA

KTOŚ WIE, POMOCY! :) 1. Jaka jest długość części cząsteczki DNA, która koduje cząsteczkę insuliny, jeśli wiadomo, że

ta cząsteczka zawiera 51 aminokwasów, a długość liniowa jednego nukleotydu w kwasie nukleinowym wynosi 3,4 angstremów?

2. Jaka jest masa części cząsteczki DNA, która koduje cząsteczkę insuliny, jeśli wiadomo, że ta cząsteczka zawiera 51 aminokwasów, a średnia masa cząsteczkowa jednego nukleotydu wynosi 345 a.u. o. m.

Długość fragmentu cząsteczki DNA wynosi 68 nm, co stanowi 10% długości całej cząsteczki. Proporcja nukleotydów adenylowych w danej cząsteczce DNA odpowiada 1

2%. Określ względną masę cząsteczkową fragmentu cząsteczki, biorąc pod uwagę, że względna masa cząsteczkowa jednego nukleotydu wynosi 354, a liczba wszystkich typów nukleotydów w danej cząsteczce DNA.

1. Co jest charakterystyczne dla mutacji (występuje podczas krzyżowania, podczas krzyżowania, pojawia się nagle w DNA lub w chromosomach)?

2. Oznaki jakiej zmienności są przekazywane potomstwu (modyfikacja, mutacja)?
3. Jakie zmiany, gdy pojawiają się mutacje (genotyp, fenotyp)?
4. Czy cechy genotypu lub fenotypu są dziedziczone?
5. Jaką zmienność charakteryzują następujące cechy: pojawiają się nagle, mogą być dominujące lub recesywne, korzystne lub szkodliwe, dziedziczone, powtarzalne (mutacyjne, modyfikujące)?
6. Gdzie występują mutacje (w chromosomach, w cząsteczkach DNA, w jednej parze nukleotydów, w kilku nukleotydach)?
7. W jakim przypadku mutacja objawia się fenotypowo (w jakimkolwiek, w organizmie homozygotycznym, w organizmie heterozygotycznym)?
8. Jaka jest rola mutacji w procesie ewolucyjnym (wzrost zmienności, adaptacja do środowiska, samodoskonalenie organizmu)?
9. Od czego zależy fenotyp (od genotypu, od środowiska, nie zależy od niczego)?
10. Od czego zależy zakres zmienności cech organizmu (środowisko, genotyp)?
11. Oznaki jakiej zmienności są wyrażone w postaci szeregu zmienności i krzywej zmienności (mutacja, modyfikacja)?
12. Jakie znaki mają wąską szybkość reakcji (jakościowe, ilościowe), które są bardziej plastyczne (jakościowe, ilościowe)?
13. Jaka forma doboru naturalnego w populacji prowadzi do powstania nowych gatunków (pędzanie, stabilizacja), które - do zachowania cech gatunkowych (pędzanie, stabilizacja)?

W zależności od tego, który monosacharyd jest zawarty w jednostce strukturalnej polinukleotydu - ryboza lub 2-dezoksyryboza, wyróżnić

• kwasy rybonukleinowe(RNA) i
• kwasy dezoksyrybonukleinowe(DNA).

Główna (cukrofosforanowa) nić RNA zawiera reszty ryboza i w DNA 2-dezoksyryboza.
Jednostki nukleotydowe makrocząsteczek DNA mogą zawierać adenina, guanina, cytozyna I tymina. Skład RNA różni się tym, że zamiast tymina obecny uracyl.

Masa cząsteczkowa DNA sięga dziesiątek milionów amu. To najdłużej znane makrocząsteczki. Masa cząsteczkowa RNA jest znacznie niższa (od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy). DNA znajduje się głównie w jądrach komórkowych, RNA - w rybosomach i protoplazmie komórek.

Opisując strukturę kwasów nukleinowych brane są pod uwagę różne poziomy organizacji makrocząsteczek: podstawowa I wtórny Struktura.

• Podstawowa struktura kwasy nukleinowe to kompozycja nukleotydowa i pewna sekwencja jednostek nukleotydowych w łańcuchu polimerowym.

Na przykład:

W skróconym zapisie jednoliterowym struktura ta jest zapisana jako ...– A – G – C –...

• Pod struktura drugorzędowa kwasy nukleinowe rozumieją przestrzennie uporządkowane formy łańcuchów polinukleotydowych.

Wtórna struktura DNA składa się z dwóch równoległych nierozgałęzionych łańcuchów polinukleotydowych skręconych wokół wspólnej osi w podwójną helisę.

Ta trójwymiarowa struktura jest utrzymywana przez wiele wiązań wodorowych utworzonych przez zasady azotowe skierowane do wewnątrz helisy. Wiązania wodorowe występują między zasadą purynową jednego łańcucha a zasadą pirymidynową drugiego łańcucha. Te zasady tworzą pary komplementarne (od łac. dopełniacz- dodatek). Tworzenie wiązań wodorowych między komplementarnymi parami zasad wynika z ich przestrzennej korespondencji. Zasada pirymidynowa jest komplementarna do zasady purynowej:

Wiązania wodorowe między innymi parami zasad nie pozwalają im dopasować się do struktury podwójnej helisy. W ten sposób,

• THYMIN (T) uzupełnia Adeninę (A),
• CYTOZYNA (C) jest komplementarna do GUANINY (G).

Bazowa komplementarność warunkuje komplementarność łańcucha w cząsteczkach DNA.

Komplementarność łańcuchów polinukleotydowych stanowi podstawę chemiczną dla głównej funkcji DNA - przechowywania i przekazywania cech dziedzicznych.
Zdolność DNA nie tylko do przechowywania, ale także do wykorzystywania informacji genetycznej zależy od jego następujących właściwości:

Cząsteczki DNA są zdolne do replikacji (podwojenia), tj. może umożliwić syntezę innych cząsteczek DNA identycznych z oryginalnymi, ponieważ sekwencja zasad w jednym z łańcuchów podwójnej helisy kontroluje ich położenie w drugim łańcuchu (patrz rysunek lub).

Cząsteczki DNA mogą kierować syntezą białek specyficznych dla organizmów danego gatunku w całkowicie precyzyjny i określony sposób.

Drugorzędowa struktura RNA. W przeciwieństwie do DNA, cząsteczki RNA składają się z pojedynczego łańcucha polinukleotydowego i nie mają ściśle określonego kształtu przestrzennego (struktura drugorzędowa RNA zależy od ich funkcji biologicznych).
Główną rolą RNA jest bezpośredni udział w biosyntezie białek. Znane są trzy typy komórkowego RNA, które różnią się umiejscowieniem w komórce, składem, wielkością oraz właściwościami, które determinują ich specyficzną rolę w tworzeniu makrocząsteczek białkowych:

• informacyjne (macierzowe) RNA przekazują zakodowaną w DNA informację o strukturze białka z jądra komórkowego do rybosomów, gdzie odbywa się synteza białka;
• transferowe RNA gromadzą aminokwasy w cytoplazmie komórki i przenoszą je do rybosomu; Cząsteczki RNA tego typu „uczą się” z odpowiednich odcinków łańcucha informacyjnego RNA, które aminokwasy powinny uczestniczyć w syntezie białek;
• rybosomalny RNA zapewnia syntezę białek o określonej strukturze, odczytując informacje z informacyjnego (macierzy) RNA.

2.3 Masa cząsteczkowa, zawartość i lokalizacja DNA i RNA w komórce; rodzaje DNA i RNA

Masę cząsteczkową DNA określa się głównie metodami hydrodynamicznymi i mikroskopią elektronową, chociaż można to zrobić, mierząc rozpraszanie światła w roztworach DNA i innymi metodami.

Metoda hydrodynamiczna opiera się na liniowej zależności stałej sedymentacji DNA, wyznaczonej przez ultrawirowanie roztworów DNA, od jego masy cząsteczkowej, którą można wyznaczyć z krzywej kalibracyjnej lub obliczyć ze wzoru: 0,445lgM=1,819+lg(s20? w-2.7), gdzie s20?w jest stałą sedymentacji ekstrapolowaną na nieskończone rozcieńczenie (s), standardową temperaturę (20°C) i lepkość wody (w).

Metoda mikroskopii elektronowej do określania masy cząsteczkowej DNA opiera się na pomiarze długości wydłużonych cząsteczek DNA. Wiadomo, że na 0,1 nm długości jego cząsteczki przypada masa równa 197 Da. Mnożąc tę ​​wartość przez znalezioną eksperymentalnie długość, uzyskuje się wartość masy cząsteczkowej. Masa cząsteczkowa eukariotycznego DNA jest wyższa niż prokariotycznego DNA (na przykład w jednym z chromosomów muszki owocowej Drosophila osiąga 7,9 x 10 10). Ponadto w skład mitochondriów i chloroplastów wchodzą koliste cząsteczki DNA o masie cząsteczkowej 106 -10 7 . DNA tych organelli nazywa się cytoplazmatycznym; stanowi około 0,1% całego DNA komórkowego.

W zależności od umiejscowienia DNA w komórce rozróżnia się DNA jądrowe, mitochondrialne, chloroplastowe, centriolowe i episomalne. Jądrowy DNA u eukariontów dramatycznie przeważa nad DNA innych struktur subkomórkowych. Tak więc w mitochondriach znaleziono od 0,5 * 106 do 5 * 10 16 g DNA, w chloroplastach - od 10? 16 do 150*10? 16, aw centriolach - 2*10 16 g, co stanowi kilka procent jądrowego DNA. W tym samym stosunku jest zawartość DNA w chromosomie bakteryjnym i episomach - pozachromosomalnych, samoreplikujących się determinantach dziedziczności w mikroorganizmach, które zapewniają transfer informacji genetycznej, np. o antybiotykooporności (inaczej nazywane są czynnikami R, tj. czynniki odporności). Dyskutowana jest kwestia istnienia pozachromosomalnego DNA, przenośnego lub komunikacyjnego DNA, DNA błony cytoplazmatycznej i cienkiego superskręconego DNA. Zgodnie z celem funkcjonalnym rozróżnia się rybosomalne DNA (rDNA) i satelitarne DNA (stDNA).

Oprócz DNA wewnątrzkomórkowego istnieje również DNA, który jest częścią wirusów i bakteriofagów. Jego ilość w wirusach jest znacznie mniejsza niż w komórkach bakteryjnych (tysięcznych pikogramu).

Masy cząsteczkowe RNA określa się tymi samymi metodami, co DNA, ale dodatkowo stosuje się elektroforezę w żelu poliakrylamidowym, ponieważ zakres RNA w żelu jest odwrotnie proporcjonalny do ich mas cząsteczkowych. Jeśli chodzi o zawartość i lokalizację RNA w komórkach, nie jest ona ani monotonna, ani stabilna: w komórkach, w których biosynteza białek jest intensywna, zawartość RNA jest kilkakrotnie wyższa niż DNA (na przykład w wątrobie szczura RNA jest 4 razy więcej niż DNA ), ale tam, gdzie synteza białek jest niska, stosunek DNA i RNA można odwrócić (na przykład w płucach szczura RNA jest 2 razy mniejsze niż DNA).

W zależności od znaczenia funkcjonalnego i mas cząsteczkowych, a także lokalizacji w zawartości komórki, RNA dzieli się na następujące typy.

1. Transportowe RNA (tRNA) charakteryzują się stosunkowo niską masą cząsteczkową (25-30 tys. daltonów). tRNA stanowią 10% wszystkich RNA. Te RNA są zlokalizowane w hialoplazmie komórki, soku jądrowym, pozbawionej struktury części chloroplastów i mitochondriach i uzyskują specyficzną konfigurację w postaci liścia koniczyny. Kodują aminokwasy i przenoszą je do aparatu rybosomalnego komórki w procesie biosyntezy białek.

2. Rybosomalne RNA (rRNA) charakteryzują się głównie dużymi masami cząsteczkowymi (1-1,5 miliona daltonów), dużymi cząsteczkami, zawierają do 5000 nukleotydów. Są zlokalizowane w rybosomach, stanowiąc ich podstawę strukturalną i pełniąc w nich różne funkcje (tworzenie aktywnego centrum rybosomu; Zapewnienie interakcji rRNA i tRNA).

3. Informacja lub matryca RNA (mRNA) ma bardzo zróżnicowane masy cząsteczkowe (od 300 000 do 4 * 10 6). mRNA są syntetyzowane w jądrze podczas transkrypcji w określonym regionie cząsteczki DNA (genu). Funkcją mRNA jest przekazywanie informacji genetycznej o strukturze białka z DNA do miejsca syntezy białka, do rybosomów.

4. Wirusowe RNA charakteryzują się zróżnicowaną i dużą masą cząsteczkową, która mieści się głównie w zakresie kilku milionów daltonów. Są one składnikami wirusowych i fagowych rybonukleoprotein i zawierają wszystkie informacje niezbędne do reprodukcji wirusa w komórkach gospodarza.

We współczesnej literaturze dyskutowana jest kwestia celowości rozdzielenia kilku innych typów RNA na odrębne kategorie: jądrowe, chromosomalne, mitochondrialne, niskocząsteczkowe regulatorowe, antysensowne.

Azot i jego związki

Większość azotu na Ziemi jest w stanie gazowym i stanowi ponad 3/4 atmosfery (78,09% objętości lub 75,6% masy). Praktycznie na naszej planecie podaż azotu jest niewyczerpana - 3,8 * 10 ^ 15 t. Azot jest raczej pierwiastkiem obojętnym ...

Alkaloidy roślinne

Wiewiórki

Białka to związki wielkocząsteczkowe. Są to polimery składające się z setek i tysięcy reszt aminokwasowych – monomerów. W związku z tym masa cząsteczkowa białek mieści się w zakresie 10 000-1 000 000. Tak więc, jako część rybonukleazy (enzym ...

Bizmut i jego związki w przyrodzie

Bizmut należy do osiadłych migrujących wód, a jego stężenie w wodach gruntowych wynosi około 20 μg/dm3, w wodach morskich 0,02 μg/dm3. W takich stężeniach bizmut nie wpływa negatywnie na jakość wody...

Koksowanie węgla

Masę organiczną węgla tworzą związki na bazie węgla, wodoru, tlenu, siarki i azotu. Węgiel Węgiel jest głównym składnikiem węgli kopalnych...

Oznaczanie zawartości żelaza +2 w próbkach ceramicznych

Glina to koloidalne tworzywo sztuczne pochodzenia wtórnego, powstałe w wyniku rozpadu i rozkładu niektórych rodzajów skał pierwotnych…

Obliczanie upakowanej kolumny destylacyjnej o działaniu okresowym do rozdzielenia mieszaniny binarnej alkohol metylowy - benzen

Masę aparatu oblicza się według wzoru (6.38) gdzie jest masą ciała, kg; - waga dyszy, kg; - masa dna, kg; - waga pokrywki, kg; - masa maksymalnego obciążenia na podporach, kg. Obliczmy składniki sumy. Masa kadłuba wynosi (6...

Struktura i właściwości wytrzymałościowe kauczuku izoprenowego na odkształcenia

Struktura kauczuku izoprenowego jest rozpatrywana na dwóch poziomach: molekularnym i supramolekularnym. Poziom molekularny charakteryzuje się strukturą powtarzających się jednostek, strukturą łańcucha polimerowego...

Ilość Zawartość, kg/h, kmol/h, wag. udział mol. udział 105 26283 250,3 0,169732 0,034593 3,63 18 123477 6859,8 0,797400 0,948062 17,07 34 4067,8 119,6 0,026269 0,016529 0,56 244 244 5 0,25 0,003540 0,000311 0,08 139467,6 3,36 0,003020 0,000464 0,06 16 1,8 0,113 0...

Obliczenia technologiczne absorbera do oczyszczania gazu węglowodorowego z siarkowodoru regenerowanym wodnym roztworem dietanoloaminy

MPa, K, MPa, do 0,75 4,605 ​​190,55 0,0104 3,4538 142,91 0,00780 0,0986 0,4875 30,54 0,0986 0,08 4,248 369,82 0,1524 0,3398 29,59 0,01219 0,06 3,795 425,16 0,210 0,2277 25,51 0,20 0,2277 25,51 0,01206 0,0100 0,03,00 3,00 371,00 37,00

Obliczenia technologiczne absorbera do oczyszczania gazu węglowodorowego z siarkowodoru regenerowanym wodnym roztworem dietanoloaminy

Współczynniki we wzorze na obliczenie entalpii gazu doskonałego Entalpie, kJ/kg А В С D 0,5372 154,15 15,12 0,0519 56,62 650,3 349,3 0,1343 58,65 23,63 0,4139 56,15 445,7 59,9 0,1576 33,65 26,31 0,5380 35,58 390,972 39,6 0,1558 0,53,4, 61,6 3 0,0152 87...

Obliczenia technologiczne absorbera do oczyszczania gazu węglowodorowego z siarkowodoru regenerowanym wodnym roztworem dietanoloaminy

Współczynniki we wzorze na obliczenie entalpii gazu doskonałego Entalpie, kJ/kg А В С D 0,5459 154,15 15,12 0,0519 56,62 650,3 355 0,1365 58,65 23,63 0,4139 56, 15 445,7 60,84 0,1604 33,65 26,31 0,5380 35,58 390,972 39,081 0,53,4 62,2 0...

Toksyczny wpływ talu

Masa atomowa talu wynosi 204...

Charakterystyka procesu adsorpcji

Izotermy adsorpcji rozpuszczonych substancji z roztworu przypominają wyglądem izotermy adsorpcji gazów; dla rozcieńczonych roztworów izotermy te są dobrze opisane równaniami Freundlicha lub Langmuira...

Wiązanie chemiczne i struktura materii

Promienie atomów i cząsteczek są wyrażane w bardzo małych ilościach, w setnych milionowych częściach centymetra i są zwykle mierzone w angstremach, 1A wynosi 10-8 cm Promień cząsteczki CO2 wynosi 1,66 10-8 cm, co jest równe do 1,66 A. Średnica cząsteczki N2 wynosi 3,1 10-8 cm, co jest równe 3,1 A ...