Біосинтез білка

Генетична інформація реалізується через синтез певних білків, характерних для даного організму.

Ділянку молекули ДНК, яка містить інформацію про первинну структуру певного поліпептиду, називають геном. Спадкова інформація зашифрована в молекулах нуклеїнових кислот за допомогою генетичного коду. Сутність коду полягає в тому, що послідовність амінокислот у білку визначається послідовністю нуклеотидів у ДНК.

Генетичний код є триплетним, тобто кожна амінокислота кодується трійкою (триплетом) нуклеотидів. У коді є 64 триплети (кодони), але три з них (УГА, УАГ, УАА) не відповідають жодній амінокислоті. Їх називають нонсенс-кодонами, вони є сигналами про закінчення синтезу. Всі амінокислоти, крім метіоніну і триптофану, кодуються більше, ніж одним триплетом. При розв’язанні задач, як правило, наводять перший кодон генетичного коду.

Приклади задач

Задача 1. Ділянка молекули ДНК має таку будову :

АЦЦ АТА ГТЦ ЦАА ГГА

Визначте послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюгу.

Розв'язання. Спочатку визначаємо структуру іРНК:

УГГ УАУ ЦАГ ГУУ ЦЦУ

За допомогою генетичного коду встановлюємо структуру відповідного поліпептидного ланцюга:

триптофан—тирозин—глутамін— валін—пролін.

Задача 2. Ділянка поліпептидного ланцюга має таку будову:

аланін—лізин—валін—серин.

Визначте послідовність нуклеотидів у ділянці ДНК, яка кодує цю ча­стину ланцюга.

Розв'язання. Спочатку визначаємо структуру відповідної ділянки іРНК. В генетичному коді певній амінокислоті відповідає кілька триплетів іРНК. При розв'язанні задач, як правило, наводиться перший триплет.

Білок: аланін—лізин—валін—серин;

іРНК: ГЦУ—ААА—ГУУ—УЦУ

ДНК: ЦГА—ТТТ—ЦАА—АГА

Задача 3. Скільки нуклеотидів входить до складу гена , що містить інформацію про структуру інсуліну ( 51 амінокислота)?

Розв'язання. Одна аміно­кислота кодується трійкою нуклеотидів. Ділянка одного ланцюга ДНК, що містить інформацію про білок із 51 амінокислоти, складається із 51х3=153 нуклеотидів. Оскільки до гена входять два ланцюги ДНК, то кількість нуклеотидів у ньому — 306.

Задача 4. До складу білка входять 400 амінокислот. Визначте, яку довжину має ген, що його кодує.

Розв'язання. Відповідна ділянка одного ланцюга ДНК складається з 400х3=1200 нуклеотидів, а ген — із 1200 пар нуклеотидів.

Довжина одної пари нуклеотидів - 0,34 нм, звідси довжина даного гена: 1200 Х 0,34 нм = 408 нм.

Задача 5. На одному з ланцюгів ДНК синтезована іРНК, в якій А—14%, Г—20%, У—40%, Ц—26%. Визначте процентний вміст нуклеотидів у молекулі ДНК.

Розв’язання: Визначаємо структуру ділянки ДНК, за матрицею якої синтезована іРНК:

іРНК: А(14%), Г(20%), У(40%), Ц(26%)

ДНК: Т(14%), Ц(20%), А(40%), Г(26%)

А(14%), Г(20%), Т(40%), Ц(26%)

А=Т = = 27%.

Г=Ц= =23%

Процентний вміст нуклеотидів у молекулі ДНК:

А — 27%, Г — 23%, Т — 27%, Ц — 23%.

ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВЯЗАННЯ

1. Якій амінокислоті за генетичним кодом відповідає триплет:

а) ААГ б) ГЦУ в) УЦА?

В і д п о в і д і: а) лізин; б) аланін; в) серин.

2. Які триплети за генетичним кодом відповідають амінокислотам: тирозин, метіонін, валін, аргінін?

В і д п о в і д ь: тирозин — УАУ, УАЦ; метіонін — АУГ; валін — ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ; аргінін – ЦГУ, ЦГЦ, ЦГА, ЦГГ, АГА, АГГ.

3. Яким буде нуклеотидний склад ділянки ДНК, якщо іРНК містить: аденіну - 21 %, цитозину - 25%, гуаніну - 24%, урацилу - 30%?

Відповідь: А — 25,5%, Г — 24,5%, Т - 25,5%, Ц—24,5%.

4. Визначте послідовність амінокислот у поліпептиді, закодованому геном із таким складом нуклеотидів: ЦАГ ТГГ АЦА ТАЦ ТТГ

В і д п о в і д ь: валін—треонін—цистеїн—метіонін—лізин.

5. Фрагмент одного з ланцюгів ДНК має такий нуклеотидний склад:

АТГ ГАЦ АЦГ ТГА.

Визначте: а) послідовність нуклеотидів у другому ланцюзі ДНК;

б) довжину цієї ділянки ДНК.

Відповідь: а) ТАЦ ЦТГ ТГЦ АЦТ; б) 4,08 нм.

6. Поліпептидний ланцюг складається з таких амінокислот: валін—лейцин—гістидин—серин—ізолейцин. Визначте послідовність нуклеотидів у ланцюзі ДНК, що кодує даний білок.

Відповідь: ЦАА ААТ ГТА АГА ТАА.

7. До складу білка входить 800 амінокислот. Яка довжина гена, що кодує даний білок?

Відповідь: 816 нм.

8. Гормон вазопресин складається з дев’яти амінокислот і кодується такими триплетами:

ТГТ — ТАГ — ТТТ — ГАА — ГАТ — ТГТ — ЦЦТ — ЦГТ — ГГТ

Визначте: а) довжину гена, що кодує вазопресин;

б) амінокислотний склад цього гормону.

Відповіді: а) 9,18 нм; б) треонін — ізолейцин — лізин — лейцин —лейцин — треонін — гліцин — аланін —пролін.

9. Гормон окситоцин кодується такою послідовністю нуклеотидів:

ТГТ — ТАТ — ТАТ — ГАА — ГАТ — ТГТ — ЦЦТ — ГАА — ГГТ.

Визначте амінокислотний склад окситоцину.

Відповідь: треонін —ізолейцин — ізолейцин — лейцин — лейцин — треонін — гліцин — лейцин-пролін.

10. Хімічний аналіз іРНК показав, що вона містить 30% аденіну, 18% гуаніну, 20% урацилу. Визначте відсотковий нуклеотидний склад відповідної ділянки ДНК.

Відповідь: усіх нуклеотидів по 25%.

11. У складі молекули іРНК 26% аденілових нуклеотидів, 6% - гуанілових, 40% - уридилових.

Визначте нуклеотидний склад відповідної ділянки ДНК.

Відповідь: А – 33%, Г – 17%, Т – 33%, Ц – 17%.

12. Як зміниться структура білка, якщо у відповідному фрагменті ДНК внаслідок мутації втрачено одинадцятий нуклеотид:

ТАТ—ТЦТ—ТТТ—ТГТ—ГГА— ЦГА

Відповідь: вихідна структу­ра білка: ізолейцин — аргінін — лізин — треонін — пролін — аланін; структура білка після мутації: ізолейцин — аргінін — лізин — аспарагін — лейцин.

13. Молекула РНК вірусу тютюнової мозаїки складається з 6500 нуклеотидів. Одна молекула вірусного білка складається з 158 амінокислот. Визначте:

а) довжину гена, який містить інформацію про структуру цього білка; б) кількість видів білка, закодованих у вірусній РНК.

Відповіді: а) 161,16 нм; б) 13

14. Альбумін сироватки крові людини має молекулярну масу 68 400. Молекулярна маса одної амінокислоти — 100. Визначте: а) кількість нуклеотидів ДНК, які кодують цей білок; б) довжину відповідного гена.

Відповіді : а) 2052; б) 697,68 нм.

15. Скільки аденілових, гуанілових, тимідилових нуклеотидів міститься у фрагменті ДНК, якщо в ньому 950 цитидилових нуклеотидів, що становить 20% загальної кількості нуклеотидів?

Відповідь: А – 1425 Г – 950 Т – 1425

16. У систему для штучного син­тезу білка ввели молекули тРНК, які мають такі антикодони: ЦГА, УУА, АЦА, ЦЦА. Визначте, які амінокислоти можуть приєднуватися до цих тРНК.

Відповідь: аланін, аспарагін, цистеїн, гліцин.

17. Білок рибонуклеаза складається з 124 амінокислот. Що має більшу масу: білок чи ген, який його кодує? Молекулярна маса однієї амінокислоти — 100, нуклеотиду — 345.

Відповідь: маса білка — 12 400, маса гена — 256 680.

18. У здорової людини із сечею виділяються такі амінокислоти: аланін, серин, глутамінова кислота, гліцин. У людини, хворої на цистинурію, виділяються амінокислоти, яким відповідають такі триплети іРНК: УЦУ, УГУ, ГЦУ, ГГУ, ЦАГ, ЦГУ, ААА

Які саме амінокислоти виділя­ються у хворих на цистинурію?

Відповідь: серин, цистеїн, аланін, гліцин, глутамін, аргінін, лізин.

19. Фрагмент ДНК має такий порядок нуклеотидів:

ААА—АЦЦ—ААА—АТА—ЦТТ—АТА—ЦАА.

Під час реплікації третій зліва аденіловий нуклеотид випав із даної ділянки. Визначте структуру поліпептидного ланцюга в нормі та після мутації.

Відповіді: а) фенілаланін— триптофан —фенілаланін —тирозин— глутамін—тирозин—валін; б) фенілаланін — гліцин — фенілаланін — метіонін—аспарагін—метіонін.