Задачі з молекулярної біології.

1. У фрагменті одного ланцюга молекули ДНК нуклеотиди розміщені у такій послідовності: Т-Т-Г-А-Г-Ц-Г-Т-А-А-А-Т-Ц-Г-А. Побудуйте схему дволанцюгової ДНК. Визначте довжину та масу цього фрагмента.

2. Фрагмент і-РНК має такий нуклеотидний склад: У-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-А-Г-Г-А-Ц-Ц-А-А-У-У-Г. Визначте послідовність нуклеотидів фрагмента ланцюга ДНК, який є матрицею для даної і-РНК.

3. Послідовність нуклеотидів у ланцюгу ДНК А-Т-Т-А-Ц-Ц-Г-А-Ц-А. Користуючись принципом комплементарності, побудуйте другий ланцюг.

4. Фрагмент ланцюга ДНК має такий нуклеотидних склад: Г-А-Г-Т-А-Г-А-Г-Ц-Ц-А-А. Визначте послідовність розміщення нуклеотидів у другому ланцюзі ДНК і довжину даного фрагмента молекули ДНК. Який вміст (у %) у кожного з нуклеотидів у заданій ділянці?

5. Фрагмент молекули ДНК містить 440 гуанінових нуклеотидів, що становить 22% загальної кількості нуклеотидів. Визначте довжину даного фрагменту ДНК.

6. Визначте масу фрагменту ДНК та його довжину, якщо відомо що один ланцюг ДНК має таку послідовність нуклеотидів А-Т-А-Г-Т-А-Ц-А-Г-Т-А-Ц-Т-Г-А-Ц-Т-А-Т-Г-Г.

7. Визначте масу та довжину фрагмента молекули і-РНК синтезовану на основі правого ланцюга ДНК, якщо лівий має таку послідовність нуклеотидів: А-А-Г-Г-Т-А-Т-Г-Т-А-Ц-А-Ц-А-Г-Т-А-Т-Г-А-Ц-Т-А-Ц.

8. Ланцюг ДНК має таку будову А-Г-Т-А-Ц-Ц-Г-А-Т-Ц-Ц-Т-Ц-Г-А-Т-Т-Т-А-Ц-Г. Визначте послідовність нуклеотидів і-РНК, закодованої в даному фрагменті ДНК.

9. Ділянка одного із ланцюгів ДНК має таку будову: Т-А-Ц-А-Г-А-Т-Г-А-А-Г-Т-Ц-Г-Ц. Визначте нуклеотидну послідовність у другому ланцюзі та вміст кожного виду нуклеотиди у %.

10. Фрагмент молекули ДНК містить 880 цитозинових нуклеотидів, що становить 20% від загальної кількості нуклеотидів. Визначте кількість нуклеотидів кожного виду у цій ДНК. Знайдіть її масу та довжину.

11. Визначте вміст кожного виду нуклеотиду у % в молекулі ДНК масою 6800 а.о.м., якщо відомо що 2 нуклеотиди є тиміновими.

12. Довжина фрагмента ДНК становить 1530 нм. Знайдіть масу цього фрагменту.

13. Фрагмент молекули ДНК має довжину 163, 2 нм. Знайдіть його масу. Знайдіть масу та довжину і-РНК для якої цей фрагмент стане матрицею.

14. У молекулі і-РНК виявлено 160 гуанінових нуклеотидів, 325 – аденінових, 180 – цитозинових та 300 – урацилових. Скільки нуклеотидів кожного виду міститься в ділянці ДНК яка стала матрицею для даної і-РНК?

15. У результаті біохімічного аналізу в молекулі і-РНК виявлено 440 гуанінових нуклеотидів, 150 – аденінових, 180 – цитозинових та 350 – урацилових. Скільки тимінових нуклеотидів міститься у матричній молекулі ДНК?

16. Правий ланцюг ДНК має послідовність нуклеотидів: А-Т-Г-Г-Т-А-Г-Ц-Г-А-Ц-А-Т. Визначте послідовність нуклеотидів у лівому ланцюзі ДНК. Визначте послідовність нуклеотидів у і-РНК , матрицею для якого став лівий ланцюг ДНК. Визначте масу і довжину ДНК.

17. Фрагмент ланцюга і-РНК складається з послідовно розміщених кодонів: А-У-Ц-Г-У-Г-А-У-Г-У-Г-Ц-У-У-У-А-У-А-Ц-А-А-А-У-Ц-У-А-А. Які амінокислоти закодовані у цьому ланцюгу? Визначте масу поліпептидного ланцюга.

18. Ланцюг ДНК має будову: Ц-А-Ц-Г-Т-А-А-А-Т-Т-Г-А-Г-Г-А-Ц-Т-Ц-Ц-Т-Ц-Т-Т-Т. Визначте послідовність нуклеотидів і-РНК, матрицею для якої став цей ланцюг а також амінокислотний склад поліпептидного ланцюга, синтезований на основі цієї РНК.

19. Білковий ланцюг має таку послідовність амінокислот: Ала-Тре-Цис-Глу-Вал-Ліз-Сер. Визначте його довжину та масу. Яку послідовність нуклеотидів мав ланцюг і-РНК що слугував матрицею?

20. Дано такий фрагмент молекули ДНК: А-Ц-Ц-Г-А-Т-Т-А-Т-Ц-Ц-А-А-Ц-Ц-Т-Г-Ц. Визначте, яка послідовність амінокислот закодована в кожному з ланцюгів ДНК.

21. Фрагмент ланцюга гемоглобіну складається з семи амінокислот: Вал-Лей-Лей-Тре-Про-Глн-Ліз. Яка будова ділянки і-РНК, яка є матрицею для синтезу цієї ділянки і-РНК?

22. Фрагмент молекули ДНК складається з нуклеотидів, розміщених у такому порядку: Г-Ц-Г-А-А-Т-А-Т-Г-Ц-А-Ц-Т-Т-А-А-Ц-Т. Визначте склад і послідовність амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі, закодованому на цій ділянці гена.

23. Гормон росту соматотропін містить 191 амінокислоту. Скільки кодуючих нуклеотидів та триплетів входить до складу відповідної і-РНК.

24. Знайдіть масу та амінокислотний склад поліпептидного ланцюга, синтезованого на основі ланцюга ДНК, що має таку будову: А-Ц-Г-Г-Г-Т-А-Т-Г-А-Г-А-Т-Ц-А.

25. Що важче, і-РНК складу: Г-Ц-У-У-У-У-Г-А-Ц-Ц-У-А-У-А-Ц-Г-А-У, чи поліпептидний ланцюг, для якого вона стала матрицею? Визначте склад поліпептидного ланцюга.

26. Визначте молекулярну масу і довжину і-РНК, яка кодує інформацію про білок, утворений 24 амінокислотами

27. Ділянка білку має таку послідовність нуклеотидів: Ала-Вал-Глі-Глу-Сер-Сер-Ліз-Асп Визначте його масу а також довжину та масу відповідної і-РНК.

28. Як зміниться фрагмент білкової молекули, якщо в результаті мутації в і-РНК, яка є матрицею для нього між третім і четвертим нуклеотидом з’явиться Ц? І-РНК має будову А-У-Г-Г-А-А-А-Г-Ц-У-Ц-Ц-У-А-Ц-А-Г-А-Ц-Г-А-Ц-Г-А-А-Г-Ц.

29. Фрагмент білка складається з 28 амінокислот. Знайдіть масу і довжину відповідної і-РНК та ДНК, що слугувала матрицею для цієї і-РНК.

30. Молекула нуклеїнової кислоти вірусу тютюнової мозаїки має у довжину 2244 нм. Визначте, із скількох нуклеотидів складався фрагмент цієї ДНК? Яку кількість нуклеотидів мала відповідна і-РНК? З скількох амінокислот складався білок синтезований на ній?

31. Яка молекулярна маса гена, що кодує білок з молекулярною масою 6000 а.о.м.?

32. Визначте відсотковий вміст нуклеотидів А, Т, Г, Ц у молекулі ДНК що кодує білок такої будови: Лей-Іле-Мет-Ала-Сер-Три-Гіс-Глі-Тир.

33. Визначте молекулярну масу і довжину гена, який містить інформацію про білок з молекулярною масою 280000 а.о.м.

34. Триплет нуклеотидів у гені має структуру А-Т-Г. Який антикодон є в тРНК відповідної амінокислоти? 1) Ц-У-А; 2) Г-А-У; 3) Г-А-Т; 4) А-У-Г; 5) Т-Ц-Г.

35. Ланцюг ДНК має будову: Ц-А-Ц-Г-Т-А-А-А-Т-Т-Г-А-Г-Г-А-Ц-Т-Ц-Ц-Т-Ц-Т-Т-Т Визначте масу та амінокислотний склад поліпептиду, що закодований у протилежному ланцюгу. Як зміниться структура цього поліпептиду, якщо у результаті мутації випаде другий нуклеотид ДНК?

36. Фермент рибонуклеаза має 124 амінокислотні залишки. Що важче, фермент чи ген який його кодує? Доведіть.

37. Триплет нуклеотидів у гені має структуру А-Т-Г. Який антикодон є в тРНК відповідної амінокислоти?

ГЕНЕАЛОГІЧНИЙ МЕТОД ВИВЧЕННЯ СПАДКОВОСТІ ЛЮДИНИ.

Основний метод генетичного аналізу людини полягає у складанні і вивченні родоводу. Генеалогічний метод - метод родоводів. При його використанні простежується ознака (хвороба) в родині з фіксацією зв'язків між членами родини. В основу методу покладено ретельне обстеження членів сім’ї, складання й аналіз родоводів.

Генеалогічний метод - найбільш універсальний метод вивчення спадковості людини. Він і використовується завжди при підозрі на спадкову патологію і дозволяє встановити у більшості пацієнтів:

• спадковий характер ознаки;

• тип успадкування і пенетрантність алеля;

• характер зчеплення генів і здійснювати картування хромосом;

• інтенсивність мутаційного процесу;

• розшифрування механізмів взаємодії генів.

Застосування генеалогічного методу дозволило встановити характер успадкування гемофілії, брахідактилії, ахондроплазії та ін. Він широко використовується для уточнення генетичної природи патологічного стану і при складанні прогнозу здоров'я нащадків.

МЕТОДИКА СКЛАДАННЯ РОДОВОДІВ ТА ЇХ АНАЛІЗ.

Складання родоводу розпочинають з пробанда - людини, яка звернулася до генетика або до лікаря і містить ознаку, яку необхідно вивчити у родичів по батьківській і материнській лініях. При складанні родовідних таблиць користуються умовними позначеннями, запропонованими Г. Юстом у 1931 р.

Фігури родоводів розміщують горизонтально, в один рядок кожне покоління. Зліва позначають римською цифрою кожне покоління, а окремих осіб у поколінні – арабськими зліва направо і зверху вниз. Причому найстарше покоління розташовують зверху родоводу і позначають цифрою І, а наймолодше - внизу родоводу. Братів і сестер згідно з народженням найстаршого розташовують зліва. Кожний член родоводу має свій шифр, наприклад, II—4, ПІ-7. Шлюбна пара родоводу позначається за тим же номером, але з малої літери.

Якщо один із подружжя необстежений, відомості про нього не наводяться взагалі. Всі індивідууми розміщуються строго по поколіннях:

Якщо родовід великий, то різні покоління розташовуються не горизонтальними рядами, а концентричними. Після складання родоводу до нього додається письмове пояснення - легенда родоводу. У легенді мають знайти віддзеркалення такі відомості:

• результати клінічного і позаклінічного обстеження пробанда;

• відомості про особистий огляд родичів пробанда;

• зіставлення результатів особистого огляду пробанда з відомостями опитування його родичів;

• письмові відомості про родичів, які проживають в іншій місцевості;

• висновок щодо типу успадкування хвороби або ознаки.

Аналіз родоводу дає можливість дійти висновку щодо характеру ознаки (спадкова чи ні), тип успадкування (аутосомно-домінантний, аутосомно- рецесивний або зчеплений зі статтю), зиготності пробанда (гомо- або гетерозиготний), ступеня пенетрантності й експресивності досліджуваного гена.

ПРИКЛАДИ РОЗВЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ.

Задача 1.

Пробанд – хлопчик, який добре володії правою рукою. Брати ы сестри його лівші. Мати пробанда – правша, а батько – лівша. У матері пробанда двоє братів – один краще володіє правою рукою а другий – лівою. Бабуся пробанда за материнською лінією – правша, а дід – лівша. Брат матері пробанда за материнською лінією – правша, одружився з жінкою правшею. У них дві дочки – лівша і правша. Складіть родовід сім’ї. Визначте характер успадкування ознаки і генотипи всіх членів родини.

Розв’язок:

1. Будуємо генеалогічне дерево:

І

1 2

І І 1 2 3 4 5

І ІІ 1 2 3 4 5

2. Визначаємо тип успадкування ознаки. За характерними особливостями встановлюємо аутосомно – домінантний тип успадкування ознаки праворукості.

3. Визначаємо генотипи членів родини:

• І-1-аа; І-2-Аа;

• ІІ-1,5-аа; ІІ-2,3,4-Аа;

• ІІІ – 1- не можна точно встановити; ІІІ-2,4,5 – аа; ІІІ-3-Аа.

Задача 2.

Для сім’ї із спадковим захворюванням складено родовід. Чи існує спорідненість між ІІ-2 і ІІ-4? Між пробандом та його дружиною? За яким типом успадковується ознака? Які члени родоводу поза всяким сумнівом гетерозиготні?

Р озв’язок:

І

1 2 3 4 5 6

І І

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

І ІІ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ІV

1 2 3 4 5

1. Члени родоводу ІІ-2 і ІІ-4 не є родичами;

2. Пробанд та його дружина є двоюрідними сибсами;

3. Хвороба спадкується як аутосомно-рецесивна ознака;

4. Гетерозиготними є ІІ-2, ІІ-3, ІІ-4, ІІ-5, ІІ-6, IV-4 (гетерозиготність встановлюється за батьками), а також ІІІ-6 (гетерозиготність встановлюється за їх дітьми).

Задача 3.

Пробанд має нормального кольору зуби. В його сестри зуби коричневі. У матері пробанда зуби коричневі, у батька – нормального кольору. Сім сестер матері пробанда з коричневими зубами, а чотири брата – з нормальними. Одна тітка пробанда по лінії матері, яка має коричневі зуби одружена з чоловіком, який має нормальні зуби. У них троє дітей: дочка і син з коричневими зубами і дочка з нормальними. Два дядька по лінії матері одружені з жінками у яких зуби нормального кольору. У одного з них два сини і дочка. У іншого син і дві дочки. Усі діти мають нормальні зуби. Коричневі зуби мав дід по лінії матері. А в бабусі по лінії матері були нормальні зуби. Двоє братів діда по лінії матері з нормальним забарвленням зубів. Прабабуся (мати діда по лінії матері) і прапрабабуся (мати цієї прабабусі) мали коричневі зуби, а їхні чоловіки були з нормальним забарвленням зубів.

Визначте, які діти можуть бути у пробанда, якщо він вступить в шлюб з жінкою, гетерозиготною за цією ознакою.

Розв’язок:

І

1 2

ІІ

1 2

ІІІ

1 2 3 4

IV

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Родовід згідно умови задачі зображений на схемі. Аналіз родоводу вказує, що ознака коричневого забарвлення емалі зубів спадкується за домінантним типом. Про це говорить той факт, що діти з коричневим забарвленням зубів народжується від шлюбів, у яких один з батьків уражений аномалією, а інший - нормальний.

У випадках, якщо обоє батьків з нормальними зубами – усі діти нормальні (двоє родин з четвертого покоління.

Не можна не звернути увагу на четверте покоління – з дванадцяти сибсів четверо дітей мають нормальні зуби, а вісім – коричневе забарвлення емалі. Мати цих дітей мала нормальні зуби, а батько – коричневі. Цікаво, що нормальне забарвлення зубів успадкували тільки чоловіки цього покоління, а всі жінки успадкували аномалію. Чому ген аномалії потрапив тільки до жінок і не зачепив чоловіків? Потрібно передбачити, що ген коричневого забарвлення емалі зубів знаходиться в Х-хромосомі.

Тільки у цьому випадку він не міг потрапити до чоловічої частини нащадків від ураженого аномалією батька, але обов’язково мав потрапити до всіх дочок.

Ми могли б передбачити, що ген коричневого забарвлення емалі зубів є домінантним аутосомним геном. Але розподіл ознак у четвертому поколінні це заперечує.

З цього аналізу можна зробити висновок, що пробанд не несе гена коричневого забарвлення емалі зубів. Якщо ген коричневого забарвлення емалі зубів позначити через Х_{А ,} то генотип пробанда матиме вигляд Х_а У. При шлюбі пробанда з гетерозиготною за цією ознакою жінкою матимемо таке розщеплення у потомстві:

Д ано:

Х_А – коричнева емаль Р ♀ Х_АХ_а Х ♂ Х_аУ

Х _а – нормальні зуби

G

F₁-?

F₁ X_АХ_a; X_АУ; Х_aХ_a; Х_a У

^{дівчинка, хлопчик, дівчинка хлопчик}

^{коричневі зуби; коричневі зуби; нормальні зуби; нормальні зуби}

Відповідь: Вірогідність народження дитини з аномалією у родині складає 50%, причому з однаковою ймовірністю дитина з аномалією може бути як дівчинкою, так і хлопчиком.