Обратная транскрипция у вирусов примеры егэ
В презентации приведены примеры заданий линии 27 ЕГЭ на биосинтез белка с решениями.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| biologiya_liniya_27.pptx | 74.29 КБ |
Подписи к слайдам:
Решение задания ЕГЭ № 27 (биосинтез белка)
Пример 1 Участок молекулы ДНК , кодирующий часть полипептида, имеет следующее строение: АЦЦАТАГТЦЦААГГА. Определите последовательность аминокислот в полипептиде. Объясните последовательность действий
Решение: 1. Последовательность нуклеотидов иРНК комплементарна нуклеотидной последовательности матрицы ДНК. Фрагмент иРНК : УГГ УАУ Ц АГ ГУУ Ц Ц У 2 Используя таблицу генетического кода, определяем последовательность аминокислот в полипептиде. Фрагмент полипептида: три– тир– глу – вал – про
Пример 2 В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы тРНК с антикодонами АГЦ, ГЦЦ, УЦА, ЦГА, АГА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК , в которой закодирована информация о первичной структуре молекулы белка. Объясните последовательность действий . Для решения используйте таблицу генетического кода
Решение: 1. Антикодоны тРНК комлементарны кодонам иРНК . Находим нуклеотидную последовательность участка иРНК . Фрагмент иРНК : УЦГ ЦГГ АГУ ГЦУ УЦУ 2. По кодонам иРНК , пользуясь таблицей генетического кода, найдем последовательность аминокислот в фрагменте белка: Фрагмент белка: сер-арг-сер-ала-сер 3. По фрагменту иРНК найдем участок матричной (первой) цепи ДНК по принципу комплементарности . А по первой цепи найдем комплементарную ей вторую цепь ДНК. Фрагмент ДНК (1 цепь): АГЦ ГЦЦ ТЦА ЦГА АГА Фрагмент ДНК (2 цепь): ТЦГ ЦГГ АГТ ГЦТ ТЦТ
Пример 3: Последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка следующая: ФЕН-ГЛУ-АСП. Определите, пользуясь таблицей генетического кода, возможные триплеты ДНК , которые кодируют этот фрагмент белка. Ответ поясните , используя свои знания о свойствах генетического кода.
1. По таблице генетического кода находим кодоны иРНК соответствующих аминокислот. 2. По принципу комплементарности находим триплеты матричной цепи ДНК, соответствующие триплетам-кодонам иРНК Аминокислота - кодоны иРНК – триплеты ДНК Фен УУУ или УУЦ ААА или ААГ Глу ГАА или ГАГ ЦТТ или ЦТЦ Асп ГАУ или ГАЦ ЦТА или ЦТГ
Задачи на замену нуклеотидоа : (БЕЗ изменения структуры белка) Пример 4: Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов ТТТАГЦТГТЦГГААГ. В результате произошедшей мутации в третьем триплете третий нуклеотид был заменен на нуклеотид А. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК по исходному фрагменту цепи ДНК и измененному. Что произойдет с фрагментом полипептида и его свойствами после возникшей мутации ДНК? Дайте объяснение , используя свои знания о свойствах генетического кода.
Решение: Найдем последовательности нуклеотидов иРНК по исходному, а также по измененному фрагменту ДНК по принципу комплементарности 1. Исходный фрагмент ДНК: ТТТ АГЦ ТГ Т ЦГГ ААГ иРНК (по исходной ДНК): ААА УЦГ АЦА ГЦЦ УУЦ 2. Фрагмент ДНК после мутации: ТТТ АГЦ ТГ А ЦГГ ААГ иРНК (по измененной ДНК) : ААА УЦГ АЦ У ГЦЦ УУЦ 3. Фрагмент полипептида и его свойства не изменятся , т.к. триплеты АЦА и АЦУ кодируют одну аминокислоту ТРЕ – генетический код вырожден (избыточен).
На замену нуклеотида с изменением структуры белка (задание прошлых лет) Пример 5: Фрагмент цепи ДНК - ГАТ ГААТАГТГЦТТЦ. Перечислите не менее трех последствий , к которым может привести случайная замена седьмого нуклеотида тимина на цитозин . (моё прим. - таблица генетического кода НЕ прилагается)
Решение: Исходная ДНК: ГАТ ГАА Т АГ ТГЦ ТТЦ ДНК после мутации: ГАТ ГАА Ц АГ ТГЦ ТТЦ 1. произойдет генная мутации: изменится кодон третьей аминокислоты (вместо АУЦ станет ГУЦ ) 2. В белке произойдет замена одной аминокислоты на другую, в результате изменится первичная структура белка. 3. Могут измениться все остальные структуры белка, что повлечет появление у организма нового признака. Если изменяется первый или второй нуклеотид в триплете – аминокислота ИЗМЕНИТСЯ. А если изменяется третий нуклеотид, то НЕ ВСЕГДА изменяется аминокислота, т.к. генетический код вырожден (избыточен).
На сдвиг рамки считывания Пример 6: Участок молекулы ДНК имеет следующий состав АТАЦТТАТЦАЦГАА. Перечислите не менее трех последствий, к которым может привести случайный повтор пятого нуклеотида.(таблица НЕ прилагается)
Решение: Исходный фрагмент ДНК: АТА Ц Т Т АТЦ АЦГ АА Фрагмент ДНК после мутации: АТА Ц ТТ ТАТ ЦАЦ ГАА 1) произойдет сдвиг рамки считывания. 2) в белке может произойти замена одной аминокислоты на другую, что приведет к изменению первичной структуры белка. 3) изменение первичной структуры повлечет за собой изменение других структур, а значит и свойств и функций белка, следовательно у организма может появиться новый признак.
Изменение последовательности триплетов Пример 7: Фрагмент одной из цепей ДНК имеет последовательность ТЦАГГАТГЦАТГАЦЦ. Определите последовательность нуклеотидов иРНК и порядок расположения аминокислот в соответствующем полипептиде . Как изменится последовательность аминокислот, если второй и четвертый триплеты поменять местами?
Решение: 1) Фрагмент цепи ДНК: ТЦА ГГА ТГЦ АТГ АЦЦ Последовательность нуклеотидов иРНК : АГУ ЦЦУ АЦГ УАЦ УГГ 2) Последовательность аминокислот в полипептиде: сер- про -тре- тир -три 3)изменение поледовательности триплетов приведет к изменению последовательности аминокислот в белке, она станет такой: сер- тир -тре- про -три (на втором место будет стоять –тир-, а на четвертом –про-)
На центральную петлю тРНК Пример 8: Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК , на которой синтезируется участок центральной петли тРНК , имеет следующую последовательность нуклеотидов: АЦГЦЦГЦТААТТЦАТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК , который иснтезируется на данном фрагменте, третий триплет которого соответствует антикодону тРНК . Какие аминокислоты будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка? Дайте объяснение, используя свои знания о свойствах генетического кода. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Решение: 1) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка тРНК . Фрагмент ДНК: АЦГ ЦЦГ ЦТА АТТ ЦАТ Участок тРНК : УГЦ ГГЦ ГАУ УАА ГУА 2 антикодон ГАУ (третий триплет) по принципу комплементарности соответствует кодону ЦУА на иРНК . 3) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота Лей; 4) код однозначен – каждый кодон соответствует только одной аминокислоте, следовательно, данная тРНК с антикодоном ГАУ будет переносить только одну аминокислоту Лей.
На РНК вируса Пример 9: Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности: ЦГААГЦГУУГЦГ. Определите, какова будет последовательность вирусного белка , если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК . Ответ поясните. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.
Решение: 1) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка ДНК, служащего матрицей для синтеза иРНК : ГЦТ ТЦГ ЦАА ЦГЦ 2) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность иРНК : ЦГА АГЦ ГУУ ГЦГ 3) по таблице генетического кода определяем последовательность вирусного белка: арг-сер-вал-ала
Обратная транскрипция Транскрипция ДНК → РНК → белок Обратная транскрипция иРНК Белок
Пример 10 Генетический аппарат вируса представлен молекулой РНК , фрагмент которой имеет следующую нуклеотидную последовательность: ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ. Определите нуклеотидную последовательность двухцепочной молекулы ДНК , которая синтезируется в результате обратной транскрипции на РНК вируса. Установите последовательность нуклеотидов в иРНК , и аминокислот во фрагменте белка вируса, которая закодирована в найденном фрагменте молекулы. . Матрицей для синтеза иРНК , на которой идет синтез вирусного белка, является вторая цепь двухцепочной ДНК. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.
Решение: РНК вируса: ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ Обратная транскрипция: ДНК (1 цепь): ЦАЦ ТТТ ЦТА ГТА ЦГЦ АЦЦ ДНК (2 цепь): ГТГ ААА ГАТ ЦАТ ГЦГ ТГГ иРНК : ЦАЦ УУУ ЦУА ГУА ЦГЦ АЦЦ Фрагмент белка: гис-фен-лей-вал-арг-тре 1. С молекулы вирусной РНК в процессе обратной транскрипции синтезируется первая цепь ДНК по принципу комлементарности . 2. С первой цепи ДНК по принципу комплементарности находми вторую цепь ДНК. 3. Со второй молекулы ДНК по принципу комлементарности строим иРНК . 4. Пользуясь таблицей генетического кода, по кодонам иРНК находим последовательность аминокислот. . ВАЖНО: обратить внимание, с какой молекулы идет синтез иРНК : с первой, или со второй.
Обмен веществ
Обмен веществ — важнейшее свойство живых организмов. Совокупность реакций обмена веществ, протекающих в организме, называется метаболизмом. Метаболизм состоит из реакций ассимиляции (пластического обмена, анаболизма) и реакций диссимиляции (энергетического обмена, катаболизма). Ассимиляция — совокупность реакций биосинтеза, протекающих в клетке, диссимиляция — совокупность реакций распада и окисления высокомолекулярных веществ, идущих с выделением энергии. Эти группы реакций взаимосвязаны: реакции биосинтеза невозможны без энергии, которая выделяется в реакциях энергетического обмена, реакции диссимиляции не идут без ферментов, образующихся в реакциях пластического обмена.
По типу обмена веществ организмы подразделяются на две группы: автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических и использующие для этого синтеза или солнечную энергию, или энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ. Гетеротрофы — организмы, использующие для своей жизнедеятельности органические вещества, синтезированные другими организмами. В качестве источника углерода автотрофы используют неорганические вещества (СО2), а гетеротрофы — экзогенные органические. Источники энергии: у автотрофов — энергия солнечного света (фотоавтотрофы) или энергия, выделяющаяся при окислении неорганических соединений (хемоавтотрофы), у гетеротрофов — энергия окисления органических веществ (хемогетеротрофы).
Большинство живых организмов относится или к фотоавтотрофам (растения), или к хемогетеротрофам (грибы, животные). Если организмы, в зависимости от условий, ведут себя как авто- либо как гетеротрофы, то их называют миксотрофами (эвглена зеленая).
Биосинтез белков
Биосинтез белков является важнейшим процессом анаболизма. Все признаки, свойства и функции клеток и организмов определяются в конечном итоге белками. Белки недолговечны, время их существования ограничено. В каждой клетке постоянно синтезируются тысячи различных белковых молекул. В начале 50-х гг. ХХ в. Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок. Согласно этой догме способность клетки синтезировать определенные белки закреплена наследственно, информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле закодирована в виде последовательности нуклеотидов ДНК. Участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре конкретного белка, называется геном. Гены не только хранят информацию о последовательности аминокислот в полипептидной цепочке, но и кодируют некоторые виды РНК: рРНК, входящие в состав рибосом, и тРНК, отвечающие за транспорт аминокислот. В процессе биосинтеза белка выделяют два основных этапа: транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК (гена) — и трансляция — синтез полипептидной цепи.
Генетический код и его свойства
Генетический код — система записи информации о последовательности аминокислот в полипептиде последовательностью нуклеотидов ДНК или РНК. В настоящее время эта система записи считается расшифрованной.
Свойства генетического кода:
- триплетность: каждая аминокислота кодируется сочетанием из трех нуклеотидов (триплетом, кодоном);
- однозначность (специфичность): триплет соответствует только одной аминокислоте;
- вырожденность (избыточность): аминокислоты могут кодироваться несколькими (до шести) кодонами;
- универсальность: система кодирования аминокислот одинакова у всех организмов Земли;
- неперекрываемость: последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов;
- из 64 кодовых триплетов 61 — кодирующие, кодируют аминокислоты, а 3 — бессмысленные (в РНК — УАА, УГА, УАГ), не кодируют аминокислоты. Они называются кодонами-терминаторами, поскольку блокируют синтез полипептида во время трансляции. Кроме того, есть кодон-инициатор (в РНК — АУГ), с которого трансляция начинается.
Таблица генетического кода
| Первое основание | Второе основание | Третье основание | |||
|---|---|---|---|---|---|
| У(А) | Ц(Г) | А(Т) | Г(Ц) | ||
| У(А) | Фен Фен Лей Лей | Сер Сер Сер Сер | Тир Тир — — | Цис Цис — Три | У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) |
| Ц(Г) | Лей Лей Лей Лей | Про Про Про Про | Гис Гис Глн Глн | Арг Арг Арг Арг | У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) |
| А(Т) | Иле Иле Иле Мет | Тре Тре Тре Тре | Асн Асн Лиз Лиз | Сер Сер Арг Арг | У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) |
| Г(Ц) | Вал Вал Вал Вал | Ала Ала Ала Ала | Асп Асп Глу Глу | Гли Гли Гли Гли | У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) |
* Первый нуклеотид в триплете — один из четырех левого вертикального ряда, второй — один из верхнего горизонтального ряда, третий — из правого вертикального.
Реакции матричного синтеза
Это особая категория химических реакций, происходящих в клетках живых организмов. Во время этих реакций происходит синтез полимерных молекул по плану, заложенному в структуре других полимерных молекул-матриц. На одной матрице может быть синтезировано неограниченное количество молекул-копий. К этой категории реакций относятся репликация, транскрипция, трансляция и обратная транскрипция.
| Название реакции матричного синтеза | Характеристика процесса | Основные компоненты |
|---|---|---|
| Репликация | Синтез ДНК на матрице ДНК | Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты, ферменты |
| Транскрипция | Синтез РНК на матрице ДНК | Участок ДНК, рибонуклеозидтрифосфаты, ферменты |
| Трансляция | Синтез полипептида на матрице РНК | Рибосомы, иРНК, аминокислоты, тРНК, АТФ, ГТФ, ферменты |
| Обратная транскрипция | Синтез ДНК на матрице РНК | Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты, ферменты |
Строение гена эукариот
Ген — участок молекулы ДНК, кодирующий первичную последовательность аминокислот в полипептиде или последовательность нуклеотидов в молекулах транспортных и рибосомных РНК. ДНК одной хромосомы может содержать несколько тысяч генов, которые располагаются в линейном порядке. Место гена в определенном участке хромосомы называется локусом. Особенностями строения гена эукариот являются: 1) наличие достаточно большого количества регуляторных блоков, 2) мозаичность (чередование кодирующих участков с некодирующими). Экзоны (Э) — участки гена, несущие информацию о строении полипептида. Интроны (И) — участки гена, не несущие информацию о строении полипептида. Число экзонов и интронов различных генов разное; экзоны чередуются с интронами, общая длина последних может превышать длину экзонов в два и более раз. Перед первым экзоном и после последнего экзона находятся нуклеотидные последовательности, называемые соответственно лидерной (ЛП) и трейлерной последовательностью (ТП). Лидерная и трейлерная последовательности, экзоны и интроны образуют единицу транскрипции. Промотор (П) — участок гена, к которому присоединяется фермент РНК-полимераза, представляет собой особое сочетание нуклеотидов. Перед единицей транскрипции, после нее, иногда в интронах находятся регуляторные элементы (РЭ), к которым относятся энхансеры и сайленсеры. Энхансеры ускоряют транскрипцию, сайленсеры тормозят ее.
Транскрипция у эукариот
Транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК. Осуществляется ферментом РНК-полимеразой.
РНК-полимераза может присоединиться только к промотору, который находится на 3'-конце матричной цепи ДНК, и двигаться только от 3'- к 5'-концу этой матричной цепи ДНК. Синтез РНК происходит на одной из двух цепочек ДНК в соответствии с принципами комплементарности и антипараллельности. Строительным материалом и источником энергии для транскрипции являются рибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ).
Транскрипция и процессинг происходят в клеточном ядре. Зрелая иРНК приобретает определенную пространственную конформацию, окружается белками и в таком виде через ядерные поры транспортируется к рибосомам; иРНК эукариот, как правило, моноцистронны (кодируют только одну полипептидную цепь).
Трансляция
Трансляция — синтез полипептидной цепи на матрице иРНК.
Органоиды, обеспечивающие трансляцию, — рибосомы. У эукариот рибосомы находятся в некоторых органоидах — митохондриях и пластидах (70S-рибосомы), в свободном виде в цитоплазме (80S-рибосомы) и на мембранах эндоплазматической сети (80S-рибосомы). Таким образом, синтез белковых молекул может происходить в цитоплазме, на шероховатой эндоплазматической сети, в митохондриях и пластидах. В цитоплазме синтезируются белки для собственных нужд клетки; белки, синтезируемые на ЭПС, транспортируются по ее каналам в комплекс Гольджи и выводятся из клетки. В рибосоме выделяют малую и большую субъединицы. Малая субъединица рибосомы отвечает за генетические, декодирующие функции; большая — за биохимические, ферментативные.
В малой субъединице рибосомы расположен функциональный центр (ФЦР) с двумя участками — пептидильным (Р-участок) и аминоацильным (А-участок). В ФЦР может находиться шесть нуклеотидов иРНК, три — в пептидильном и три — в аминоацильном участках.
Для транспорта аминокислот к рибосомам используются транспортные РНК, тРНК (лекция №4). Длина тРНК от 75 до 95 нуклеотидных остатков. Они имеют третичную структуру, по форме напоминающую лист клевера. В тРНК различают антикодоновую петлю и акцепторный участок. В антикодоновой петле РНК имеется антикодон, комплементарный кодовому триплету определенной аминокислоты, а акцепторный участок на 3'-конце способен с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы присоединять именно эту аминокислоту (с затратой АТФ). Таким образом, у каждой аминокислоты есть свои тРНК и свои ферменты, присоединяющие аминокислоту к тРНК.
 |  |
