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.