Определение структуры участка ДНК, кодирующего указанный полипептид 

Задача 91.
Полипептид состоит из следующих аминокислот: валин – аланин – глицин – лизин – триптофан – валин – серин – глутаминовая кислота — тирозин. Определите структуру участка ДНК, кодирующего указанный полипептид.
Решение: 
В условиях задачи последовательность аминокислот в полипетиде дана. По этим сведениям нетрудно установить строение иРНК, которая управляла синтезом данного полипептида. По таблице генетического кода находим структуру триплета валина (ГУУ), затем для аланина (ГЦУ), глицина (ЦАА), лизина (ААА), триптофана (УГГ), валина (ГУУ), серина (УЦУ), глутаминовой кислоиы (ГАА) и тирозина (УАУ). Подобрав кодирующие триплеты, составляем иРНК для данного полипептида: ГУУГЦУГГУАААГУУУЦУГААУАУ. По цепочке иРНК можно восстановить участок нити ДНК, с которой она снималась. Урацил вставал против аденина ДНК, гуанин – против цитозина и т.д. Следовательно, участок интересующей нас цепи ДНК будет иметь следующее строение:

участок иРНК: ГУУ ГЦУ ЦАА ААА УГГ ГУУ УЦУ ГАА УАУ
участок ДНК:  ЦАА ЦГА ГТТ ТТТ АЦЦ ЦАА АГА ЦТТ АТА

Но ДНК состоит из двух цепочек. Зная строение одной цепи, по принципу комплементарности достраиваем вторую. Целиком участок двухцепочечной ДНК, кодирующий данный полипептид, будет иметь следующее строение:

1-я цепь ДНК: ЦАА ЦГА ГТТ ТТТ АЦЦ ЦАА АГА ЦТТ АТА 
2-я цепь ДНК: ГТТ ГЦТ ЦАА ААА ТГГ ГТТ ТЦТ ГАА ТАТ.
 

Задача 92.
Фрагмент гена представлен 21 основанием экзона и пятью последующими основаниями интрона: АТАТАТГЦАТГЦГЦГЦАТАТГ ТАЦ. В девятом положении данной последовательности оснований произошла замена А на Ц. Смодулируйте транскрипцию и трансляцию данного фрагмента гена до мутации и после.
Решение:
Экзоны – это кодирующие последовательности ДНК генов эукариот, представленные в зрелой молекуле РНК. Интроны – это некодирующие участки генов эукариот, которые транскрибируются, но затем вырезаются из первичного транскрипта во время сплайсинга и не входят в состав зрелых РНК, т.е. не транслируются.
Транскрипция представляет собой синтез молекулы иРНК на молекуле ДНК. То есть ДНК служит матрицей для синтеза иРНК.
Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой.
Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с ДНК. Этот процесс называется транскрипцией. При этом к цитозину присоединяется гуанин, к гуанину – цитозин, к тимину – аденин, однако к аденину ДНК присоединяется не тимин, а урацил. Таким образом, для решения задачи достаточно произвести замену нуклеотидов по схеме:
Ц → Г, Г → Ц, А →У, Т → А.

1. Транскрипция и трансляция данного фрагмента гена до мутации

а) транскрипция данного фрагмета гена до мутации, получим:

цепочка ДНК –   А Т А Т А Т Г Ц А Т Г Ц Г Ц Г Ц А Т А Т Г Т А Ц,
молекула иРНК – У А У А У А Ц Г У А Ц Г Ц Г Ц Г У А У А Ц А У Г.

б) Трансляция данного фрагмета гена до мутации, получим:

молекула иРНК – УАУ АУА ЦГУ АЦГ ЦГЦ ГУА УАЦ  А У Г

По таблице генетического кода (иРНК) находим порядок аминокислот в белковой молекуле, получим: триплету (УАУ) соответствует аминокислота тирозин, триплету (АУА) — изолейцин, триплету (ЦГУ) — аргинин, триплету (АЦГ) — треонин, триплету (ЦГЦ) — аргинин, триплету (ГУА) — валин, триплету (УАЦ) — тирозин.

Таким образом, порядок аминокислот в участке молекулы белка будет иметь вид:

тирозин — изолейцин — аргинин — треонин — аргинин — валин — тирозин 

2. Транскрипция и трансляция данного фрагмента гена после мутации

а) транскрипция данного фрагмета гена после мутации, получим:

цепочка ДНК –   А Т А Т А Т Г Ц Ц Т Г Ц Г Ц Г Ц А Т А Т Г Т А Ц,
молекула иРНК – У А У А У А Ц Г Г А Ц Г Ц Г Ц Г У А У А Ц А У Г.

б) Трансляция данного фрагмета гена после мутации, получим:

молекула иРНК – УАУ АУА ЦГГ АЦГ ЦГЦ ГУА УАЦ  А У Г

По таблице генетического кода (иРНК) находим порядок аминокислот в белковой молекуле, получим: триплету (УАУ) соответствует аминокислота тирозин, триплету (АУА) — изолейцин, триплету (ЦГГ) — аргинин, триплету (АЦГ) — треонин, триплету (ЦГЦ) — аргинин, триплету (ГУА) — валин, триплету (УАЦ) — тирозин.

Таким образом, порядок аминокислот в участке молекулы белка после мутации будет иметь вид:

тирозин — изолейцин — аргинин — треонин — аргинин — валин — тирозин 

Вывод:
Данная мутация, приведшая к замене в девятом положении данной последовательности А на Ц, не приводит к нарушению первичной структуры полипептида. Структура полипептида как до мутации так и после мутации имеет вид:

тирозин — изолейцин — аргинин — треонин — аргинин — валин — тирозин.
 

Задача 93.
Последовательность нуклеотидов на иРНК ЦГГГГЦУУЦУАГААЦГАУГАГ. Укажите соответствующий этой последовательности участок гена антисмысловой нити ДНК, а также фрагмент белка, соответствующий данному участку ДНК.
Решение:
В соответствии с принципом комплементарности азотистым основаниям кодонов иРНК соответствуют определеные коды ДНК. При этом напротив цитозина иРНК становится гуанин ДНК, напротив гуанина — цитозин, напротив тимина — аденин, напротив урацила — аденин. Таким образом, для решения задачи достаточно произвести замену нуклеотидов по схеме:
Ц → Г, Г → Ц, А→ У, Т → А.

Последовательности участок гена антисмысловой нити ДНК будет иметь вид:
 
молекула иРНК — ЦГГ ГГЦ УУЦ УАГ ААЦ ГАУ ГАГ;
цепочка ДНК –   ГЦЦ ЦЦГ ААГ АТЦ ТТГ ЦТА ЦТЦ.

Определим фрагмент белка, соответствующий данному участку ДНК

По таблице генетического кода (ДНК) находим порядок аминокислот в белковой молекуле, получим: триплету (ГЦЦ) соответствует аминокислота аргинин, триплету (ЦЦГ) — глицин, триплету (ААГ) — фенилаланин, триплету (АТЦ) — тирозин, триплету (ТТГ) — лизин, триплету (ЦТА) — аспарагиновая кислота, триплету (ЦТЦ) — глутаминовая кислота.

Таким образом, порядок аминокислот в участке молекулы белка будет иметь вид:

аргинин — глицин — фенилаланин — тирозин — лизин — аспарагиновая кислота — глутаминовая кислота.