Алгоритм решения задач по молекулярной биологии

Алгоритм решения заданий по молекулярной биологии (подготовка к ЕГЭ)

Учитель Вихарева Н.В.

МБОУ «Гимназия»

Необходимые пояснения к решению заданий:

• Один шаг это полный виток спирали ДНК–поворот на 360^o

• Один шаг составляют 10 пар нуклеотидов

• Длина одного шага – 3,4 нм

• Расстояние между двумя нуклеотидами – 0,34 нм

• Молекулярная масса одного нуклеотида – 345 г/моль

• Молекулярная масса одной аминокислоты – 120 г/моль

• В молекуле ДНК: А+Г=Т+Ц (Правило Чаргаффа: ∑(А) = ∑(Т), ∑(Г) = ∑(Ц), ∑(А+Г) =∑(Т+Ц)

• Комплементарность нуклеотидов: А=Т; Г=Ц

• Цепи ДНК удерживаются водородными связями, которые образуются между комплементарными азотистыми основаниями: аденин с тимином соединяются 2 водородными связями, а гуанин с цитозином тремя.

• В среднем один белок содержит 400 аминокислот;

• вычисление молекулярной массы белка:

 
где М_min – минимальная молекулярная масса белка,
а – атомная или молекулярная масса компонента,
в – процентное содержание компонента.

Для выполнения заданий повышенного уровня С5 (39 задание) был выработан единый алгоритм действий, рассуждений и вычислений, общие принципы решения и оформления заданий. Остановимся на подходах к решению данных заданий.

1 шаг Рассмотрение теоретического материал с учащимися осуществляется в формате повторения. Основные вопросы: биополимеры – белки, состав молекулы, строение молекулы, молекулярная масса, функции белков. биополимеры – нуклеиновые кислоты. Строение и состав молекул, функции в организме. Этап обмена веществ – пластический обмен на примере биосинтеза белков. Реализация наследственной информации в клетке. Далее проверка знаний в форме теста ( ссылка).

2шагРешение задач первого типа сложности    

1 тип Белки. Структура. Свойства белков. Нуклеиновые кислоты

Теоретический аспект:

В ДНК существует 4 разновидности нуклеотидов: А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин).

• В 1953 г Дж.Уотсон и Ф.Крик открыли, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль.

• Цепи комплементарны друг другу: напротив аденина в одной цепи всегда находится тимин в другой и наоборот (А-Т и Т-А); напротив цитозина — гуанин (Ц-Г и Г-Ц).

В ДНК количество аденина и гуанина равно числу цитозина и тимина, а также А=Т и Ц=Г (правило Чаргаффа)

.

Задача:в молекуле ДНК содержится 17% аденина. Определите, сколько (в %) в этой молекуле содержится других нуклеотидов

Решение:

1. по правилу Чаргаффа количество аденина равно количеству тимина, следовательно, тимина в этой молекуле содержится 17%.

2. На гуанин и цитозин приходится 100% — 17% — 17% = 66%. Т.к. их количества равны, то Ц=Г=33%.

Теоретический аспект

Как биополимеры, белки характеризуются высокой молекулярной массой (от 6000 до 1000000 и выше). Такие белки содержат в своем составе от 50 до 8000 и более аминокислотных остатков. Приблизительное количество аминокислотных остатков в белке можно определить путем деления молекулярной массы белка на среднюю молекулярную массу одного аминокислотного остатка, принимаемую за 100 атомных единиц массы 

Задача:

Задача №1. Альбумин сыворотки крови человека имеет молекулярную массу 68400. Определите количество аминокислотных остатков в молекуле этого белка?


Решение: определяем общее количество аминокислотных остатков, принимая среднюю молекулярную массу одного аминокислотного остатка за 100 (а.е.м.)

68400 : 100 = 684 аминокислот

Ответ: 684 аминокислот в молекуле альбумина.

Алгоритм действий:

1. Определяем количество азотистых оснований по правилу Чаргаффа

2. Проводим расчет по формуле (А+Т)+(Ц+Г)=100%

Решение задач второго типа (биосинтез белка – транскрипция, трансляция)

Теоретический аспект

• Аминокислоты, необходимые для синтеза белка, доставляются в рибосомы с помощью т-РНК. Каждая молекула т-РНК переносит только одну аминокислоту.

• Информация о первичной структуре молекулы белка зашифрована в молекуле ДНК.

• Каждая аминокислота зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов. Эта последовательность называется триплетом или кодоном.

Задача:в трансляции участвовало 30 молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

Решение:

1. если в синтезе участвовало 30 т-РНК, то они перенесли 30 аминокислот.

2. поскольку одна аминокислота кодируется одним триплетом, то в гене будет 30 триплетов или 90 нуклеотидов

Алгоритм действий

1.Определяем последовательность аминокислот по количеству т-РНК

2. Определяем число триплетов по количеству аминокислот

3. Определяем количество нуклеотидов (3 нуклеотида – 1 триплет)

Решение задач третьего типа (биосинтез белка –транскрипция, трансляция)

Теоретический аспект:

• Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК по матрице ДНК.

• Транскрипция осуществляется по правилу комплементарности.

• В состав РНК вместо тимина входит урацил

1. Задача: фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ААГГЦТАЦГТТГ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка.

Решение:

1. по правилу комплементарности определяем фрагмент и-РНК и разбиваем его на триплеты: УУЦ-ЦГА-УГЦ-ААУ

.

Алгоритм действий;

1. Определяем последовательность и-РНК

2. Разбиваем ее на триплеты

3. Определяем последовательность аминокислот по таблице генетического кода

Решение задач четвертого типа (Биосинтез белка – трансляция)

Теоретический аспект

• Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов в т-РНК, комплементарных нуклеотидам кодона и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.

• Молекула и-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.

• В состав ДНК вместо урацила входит тимин.

Задача: фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГАУГАГУАЦУУЦААА. Определите антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот, закодированную в этом фрагменте. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК.

Решение: разбиваем и-РНК на триплеты ГАУ-ГАГ-УАЦ-УУЦ-ААА и определяем последовательность аминокислот, используя таблицу генетического кода: асп-глу-тир-фен-лиз. В данном фрагменте содержится 5 триплетов, поэтому в синтезе будет участвовать 5 т-РНК. Их антикодоны определяем по правилу комплементарности: ЦУА, ЦУЦ, АУГ, ААГ, УУУ. Также по правилу комплементарности определяем фрагмент ДНК (по и-РНК!!!): ЦТАЦТЦАТГААГТТТ

Таблица генетического кода

1. Задача: фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ААГГЦТАЦГТТГ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка.

Решение:

1. по правилу комплементарности определяем фрагмент и-РНК и разбиваем его на триплеты: УУЦ-ЦГА-УГЦ-ААУ.

2. по таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот в молекуле белка:

фен-арг-цис-асн

Алгоритм действий

1. Разбиваем и-РНК на триплеты

2. Определяем с помощью генетического кода последовательность аминокислот

3. Определяем антикодоны по правилу комплиментарности

4. Определяем фрагмент ДНК (по и-РНК!)

Решение задач пятого типа ( Биосинтез белка- трансляция, синтез полипептидной цепочки)

Теоретический аспект

• Молекула т-РНК синтезируется на ДНК по правилу комплементарности.

• Не забудьте, что в состав РНК вместо тимина входит урацил.

• Антикодон — это последовательность из трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в и-РНК. В состав т-РНК и и-РНК входят одни те же нуклеотиды.

Задача: фрагмент ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ТТАГЦЦГАТЦЦГ. Установите нуклеотидную последовательность т-РНК, которая синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Решение: определяем состав молекулы т-РНК: ААУЦГГЦУАГГЦ и находим третий триплет — это ЦУА. Этому антикодону комплементарен триплет и-РНК — ГАУ. Он кодирует аминокислоту асп, которую и переносит данная т-РНК.

Алгоритм действий

1. Определяем состав молекулы т-РНК

2. Определяем последовательность триплетов (антикодонов)

3. Находим соответствующий кодон (комплиментарный триплет и-РНК)

4. По таблице генетического кода определяем соответсвующую кодируемую им аминокислоту

• Решение задач шестого типа (митоз, мейоз)

Теоретический аспект

• Два основных способа деления клеток — митоз и мейоз.

• Изменение генетического набора в клетке во время митоза и мейоза.

1.Задача: в клетке животного диплоидный набор хромосом равен 34. Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.

Решение: По условию, 2n=34. Генетический набор:

1) перед митозом 2n4c, поэтому в этой клетке содержится 68 молекул ДНК;

2) после митоза 2n2c, поэтому в этой клетке содержится 34 молекулы ДНК;

3) после первого деления мейоза n2c, поэтому в этой клетке содержится 34 молекул ДНК;

4) после второго деления мейоза nc, поэтому в этой клетке содержится 17 молекул ДНК.

Алгоритм действий

1. Определяем количество молекул ДНК перед митозом по формуле 2n4с

2. Определяем количество молекул ДНК после митоза по формуле 2n2с

3. Определяем количество молекул ДНК после 1-го мейоза по формуле n2с

4. Определяем количество молекул ДНК после 2-го мейоза по формуле nс

(ссылка на рекомендации Кулягиной Г.П.)

Решение задач седьмого типа (обмен веществ, диссимиляция и ассимиляция)

Рассматриваем теоретический аспект:

Диссимиляция у аэробных и анаэробных организмов, ее особенности.

Сколько этапов в диссимиляции, где они проходят, какие химические реакции проходят во время каждого этапа.

1. Задача: в диссимиляцию вступило 10 молекул глюкозы. Определите количество АТФ после гликолиза, после энергетического этапа и суммарный эффект диссимиляции.

Решение: запишем уравнение гликолиза:

1. С₆Н₁₂О₆ = 2 С3Н403 + 4Н + 2АТФ. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ПВК и 2АТФ, следовательно, синтезируется 20 АТФ. После энергетического этапа диссимиляции образуется 36 молекул АТФ (при распаде 1 молекулы глюкозы), следовательно, синтезируется 360 АТФ. Суммарный эффект диссимиляции равен 360+20=380 АТФ

Алгоритм действий

1.Записывая уравнение гликолиза, в ходе которого синтезируется 2 АТФ

С6Н12O6 + 2АДФ + 2Ф → 2С3Н4O3 + 2АТФ.

2. В ходе кислородного дыхания происходит окисление пирувирата до окончательных продуктов, которыми являются СО2 и Н2О. При этом выделяется энергия, запасаемая в виде 36 молекул АТФ

3. На основе суммарного уравнения окисления одной молекулы глюкозы проводим расчетС6Н12O6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2O + 38АТФ.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/485614-algoritm-reshenija-zadach-po-molekuljarnoj-bi