Решение задач на транскрипцию ДНК с подробными объяснениями

uzvestnik.ru Койяш Расул Косимович




Методы решения задач на транскрипцию
Обратная транскрипция • Н-связи • процентные соотношения • длина ДНК


Транскрипция — процесс образования и-РНК на матрице ДНК. При этом А
(дезоксирибо-) заменяется на У (рибо-), дезоксирибоза — на рибозу, а на основе
двуцепочечной ДНК синтезируется одноцепочечная и-РНК.
В образующейся и-РНК нуклеотидов в 2 раза меньше (одна цепь вместо двух), однако
процентные соотношения оснований сохраняются равными.



Ключевое правило пересчёта и-РНК → ДНК
%А(ДНК) = ( %А(и-РНК) + %У(и-РНК) ) / 2
%Г(ДНК) = %Ц(ДНК) = ( %Г(и-РНК) + %Ц(и-РНК) ) / 2




Задача 1. В и-РНК содержится У – 25 %, Г – 30 %, А – 15 %. Определите процент
цитозина (Ц) в двуцепочечной ДНК, образованной в процессе обратной
транскрипции.

Решение.
Состав и-РНК:
и-РНК: У = 25 % Г = 30 % А = 15 %
Сумма известных: 25 + 30 + 15 = 70 %, следовательно Ц(и-РНК) = 100 – 70 = 30 %.


Применяем правило пересчёта:
У + А 25 + 15
%А(ДНК) = = = 20 %
2 2
Г + Ц 30 + 30
%Г(ДНК) = %Ц(ДНК) = = = 30 %
2 2
Ответ: содержание цитозина в ДНК — 30 %.




Задача 2. В и-РНК содержится У – 19 %, Ц – 11 %, А – 25 %. Определите
количество водородных связей в двуцепочечной ДНК, полученной в процессе
обратной транскрипции.

Telegram: @master_biochemistry • YouTube: Мастер биохимик • Instagram: Расул Косимович
uzvestnik.ru Койяш Расул Косимович




Решение.
и-РНК: У = 19 % Ц = 11 % А = 25 %
Тогда Г(и-РНК) = 100 – (19 + 11 + 25) = 45 %.


Приняв всю ДНК за 100 «условных» нуклеотидов, суммируем комплементарные основания:
А– Т ∶ У + А = 19 + 25 = 44 ⇒ Н − связей = 44 × 2 = 88
Г– Ц ∶ Ц + Г = 11 + 45 = 56 ⇒ Н − связей = 56 × 3 = 168
Всего: 88 + 168 = 256Н − связей.

Ответ: в ДНК всего 256 водородных связей.




Задача 3. В и-РНК 40 % нуклеотидов — адениновые, 30 % — гуаниновые.
Количества цитозиновых и урациловых равны. Какой процент гуанина будет
содержаться в ДНК, обратно транскрибированной с этой и-РНК?

Решение.
Примем количество нуклеотидов в и-РНК за 100. Тогда Ц = У = (100 – 40 – 30)/2 = 15.
и-РНК: А = 40 Г = 30 Ц = 15 У = 15
↓ синтез комплементарной цепи ДНК (А→Т, Г→Ц, Ц→Г, У→А)
1-я цепь ДНК: Т = 40 Ц = 30 Г = 15 А = 15
↓ достройка второй цепи ДНК (комплементарно к первой)
2-я цепь ДНК: А = 40 Г = 30 Ц = 15 Т = 15

Гуанина в 1-й и 2-й цепях суммарно: 15 + 30 = 45 нуклеотидов.
Всего нуклеотидов в двух цепях: 100 × 2 = 200.
45
%Г(ДНК) = × 100 % = 22,5 %
200
Ответ: гуанин в ДНК составляет 22,5 %.




Задача 4. В ДНК водородных связей на 105 больше, чем связей в продукте
трансляции, и на 73 больше, чем связей в продукте транскрипции. Какой процент
составляет Ц в ДНК?

Решение.

Telegram: @master_biochemistry • YouTube: Мастер биохимик • Instagram: Расул Косимович
uzvestnik.ru Койяш Расул Косимович




• Продукт транскрипции — и-РНК (её связи — фосфодиэфирные).
• Продукт трансляции — белок (его связи — пептидные).


Ключевые соотношения:
аминокислот = пептидных связей + 1
нуклеотидов и − РНК = фосфодиэфирных связей + 1


Тогда: Пептидных = Н – 105, Фосфодиэф. = Н – 73.
Аминокислот = (Н – 105) + 1 = Н – 104
Нуклеотидов и − РНК = (Н – 73) + 1 = Н – 72


Разница между нуклеотидами и-РНК и аминокислотами:
(Н – 72) – (Н – 104) = 32

На 1 аминокислоту приходится 3 нуклеотида, т. е. разница = 2 на каждую а/к:
Разница Аминокислоты Нуклеотиды и-
РНК
2 1 3
32 x = 16 x = 48

Значит: аминокислот = 16, нуклеотидов и-РНК = 48.
Пептидных связей = 16 – 1 = 15 ⇒ Н − связей = 15 + 105 = 120
Проверка: 48 – 1 = 47 фосфодиэфирных, 47 + 73 = 120 ✓

Общее число нуклеотидов в двуцепочечной ДНК: 48 × 2 = 96.
Составим систему уравнений (x — пар А–Т, y — пар Г–Ц):
2𝑥 + 2𝑦 = 96 ⇒ 𝑥 = 24
2𝑥 + 3𝑦 = 120 ⇒ 𝑦 = 24

Значит нуклеотидов Ц = y = 24 (столько же, сколько Г).
24
%Ц(ДНК) = × 100 % = 25 %
96
Ответ: цитозин в ДНК составляет 25 %.




Telegram: @master_biochemistry • YouTube: Мастер биохимик • Instagram: Расул Косимович
uzvestnik.ru Койяш Расул Косимович




Задача 5. При исследовании фрагмента ДНК в нём обнаружено 10 000
водородных связей. Если 60 % этих связей образуют пары Г–Ц, какова длина
фрагмента ДНК? (расстояние между соседними основаниями — 0,34 нм)

Решение.
Разделим водородные связи по типам пар:
6000
60 % · 10 000 = 6000 Н-связей типа Г–Ц ⇒ = 2000 пар Г– Ц
3
4000
40 % · 10 000 = 4000 Н-связей типа А–Т ⇒ 2
= 2000 пар А– Т


Число нуклеотидов в одной цепи: 2000 + 2000 = 4000.
𝐿 = 4000 × 0,34 нм = 1360 нм

Ответ: длина фрагмента ДНК — 1360 нм.




Telegram: @master_biochemistry • YouTube: Мастер биохимик • Instagram: Расул Косимович
uzvestnik.ru Койяш Расул Косимович




Задачи для самостоятельной работы
Тема: транскрипция, обратная транскрипция, связи между нуклеотидами.

Если в и-РНК содержится У – 25 % и А – 15 %, определите количество водородных
связей между Г и Ц в двуцепочечной ДНК, образованной в процессе обратной
1 транскрипции. (Примечание: для точного значения количества нужна
дополнительная переменная — длина фрагмента; иначе может быть найдена
лишь процентная доля.)


В молекуле нуклеиновых кислот нуклеотиды соединяются друг с другом
посредством фосфодиэфирных связей. В определённом фрагменте молекулы ДНК
2 имеется 1380 водородных связей, а цитозиновые нуклеотиды в ней составляют 90
пар. Определите количество фосфодиэфирных связей в молекуле и-РНК,
образованной в процессе транскрипции на основе этого фрагмента ДНК.


В процессе трансляции образовался белок с молекулярной массой 66 000 Да, при
этом в синтезе участвовало 15 % от фрагмента и-РНК. Если тимин (Т) составляет
3 20 % от общего числа нуклеотидов в ДНК, с которой была транскрибирована
данная РНК, найдите количество водородных связей.


В молекуле белка, синтезированной в процессе трансляции, содержится 60
аминокислот. После того как поступили 3 терминаторных триплета,
4 сигнализирующих об окончании синтеза белка, полипептидная цепь отделилась
от рибосомы. Сколько фосфодиэфирных связей содержится в составе гена,
кодирующего этот белок?


Если в составе и-РНК, имеющей 299 фосфодиэфирных связей, содержится Г – 20 %,
5 А – 30 %, Ц – 15 %, У – 35 %, сколько водородных связей присутствует в
двуцепочечной ДНК, с которой была транскрибирована эта и-РНК?




Telegram: @master_biochemistry • YouTube: Мастер биохимик • Instagram: Расул Косимович