Обратная транскрипция у вирусов примеры егэ
Обновлено: 25.04.2024
В презентации приведены примеры заданий линии 27 ЕГЭ на биосинтез белка с решениями.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| biologiya_liniya_27.pptx | 74.29 КБ |
Предварительный просмотр:
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.
Биология с Семочкиной | Подготовка к ЕГЭ 2022 запись закреплена
ПОШАГОВАЯ ДЕМОНСТРАЦИЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ОБРАТНУЮ ТРАНСКРИПЦИЮ
Не так страшен черт, как кажется. Разберемся, как решать задачи с вирусным участием шаг за шагом
1. ВНИМАТЕЛЬНО читаем условие
"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: ЦАГАГГГУГУУУ. Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода"
2. Синтезируем цепь ДНК на матрице РНК вируса.
Правило комплементарности: А - Т (У), Г - Ц.
РНК: ЦАГ-АГГ-ГУГ-УУУ
ДНК: ГТЦ-ТЦЦ-ЦАЦ-ААА (проверяем, чтобы не было У)
3. Проверяем по задаче, какая цепь ДНК нам нужна.
"матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК"
Все верно, используем ту цепь, которую синтезировали. Если бы было написано, что матрицей является вторая цепь, то мы синтезировали бы еще одну и использовали бы ее.
4. Синтезируем иРНК на матрице ДНК
Правило комплементарности: А - Т (У), Г - Ц.
ДНК: ГТЦ-ТЦЦ-ЦАЦ-ААА
иРНК: ЦАГ-АГГ-ГУГ-УУУ (проверяем, чтобы не было Т)
5. Определяем последовательность аминокислот по таблице генетического кода
иРНК: ЦАГ-АГГ-ГУГ-УУУ
амк: глн-арг-вал-фен
6. Проверяем, на все ли вопросы задачи мы ответили
Не забудь про пояснение, т.е. описывай каждый свой шаг: "по правилу комплементарности определяем последовательность ДНК на матрице РНК вируса: ГТЦ-ТЦЦ-ЦАЦ-ААА"
Привыкай описывать каждый шаг даже во время тренировок. Тогда не придется думать над этим на экзамене.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
Типовые задачи по цитологии.
1 Задачи, связаные с определением процентного содержания нуклеотидов в ДНК
Задача №1. В молекуле ДНК насчитывается 23% адениловых нуклеотидов от общего числа нуклеотидов. Определите количество тимидиловых и цитозиловых нуклеотидов.
1. По правилу Чаргаффа находим содержание тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: А=Т=23%.
2. Находим сумму (в %) содержания адениловых и тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 23% + 23% = 46%.
3. Находим сумму (в %) содержания гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 100% – 46% = 54%.
4. По правилу Чаргаффа, в молекуле ДНК Г=Ц, в сумме на их долю приходится 54%, а по отдельности: 54% : 2 = 27%.
Ответ : Т=23%; Ц=27%
Задача №2. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 тыс., из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Относительная молекулярная масса одного нуклеотида в среднем 345. Сколько содержится нуклеотидов по отдельности в данной ДНК? Какова длина ее молекулы?
1. Определяем, сколько адениловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 8625 : 345 = 25.
2. По правилу Чаргаффа, А=Г, т.е. в данной молекуле ДНК А=Т=25.
3. Определяем, сколько приходится от общей молекулярной массы данной ДНК на долю гуаниловых нуклеотидов: 69 000 – (8625х2) = 51 750.
4. Определяем суммарное количество гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной ДНК: 51 750:345=150.
5. Определяем содержание гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов по отдельности: 150:2 = 75;
6. Определяем длину данной молекулы ДНК: (25 + 75) х 0,34 = 34 нм.
Ответ : А=Т=25; Г=Ц=75; 34 нм.
Задача №3.Сколько процентов А,Т,Г содержится в молекуле ДНК , если известно, что Ц содержится 25%?
1) количество комплементарных азотистых оснований равное А=Т, Г=Ц, а сумма всех оснований составляет А+Т+Г+Ц=100%;
2) следовательно: Г=Ц=25%, Г+Ц=50%,
2. Р асчетные задачи, посвященные определению количества аминокислот в белке, а также количеству нуклеотидов и триплетов в ДНК или РНК.
Задача №1. 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.
Если в синтезе участвовало 30 т-РНК, то они перенесли 30 аминокислот.
Одна аминокислота кодируется одним триплетом, значит число триплетов -
Один триплет – 3 нуклеотида, 3х30=90 нуклеотидов
Ответ : Кол-во а/к – 30. Число триплетов – 30. Число нуклеотидов – 90.
Задача №2. Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300 нуклеотидов с аденином (А), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г) и 200 нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое количество нуклеотидов с А, Т, Г и Ц содержится в двуцепочечной молекуле ДНК? Сколько аминокислот должен содержать белок, кодируемый этим участком молекулы ДНК? Ответ поясните.
Количество нуклеотидов с аденином в одной цепи ДНК составляет 300 нуклеотидов, в другой - 100 нуклеотидов; в сумме в двух цепях 400 нуклеотидов с аденином и столько же с тимином (по принципу комплементарности)
2) Количество нуклеотидов с гуанином в одной цепи ДНК составляет 150 нуклеотидов, в другой - 200 нуклеотидов; в сумме в двух цепях 350 нуклеотидов с гуанином и столько же с цитозином (по принципу комплементарности)
3) Всего в двух цепях молекулы ДНК 1500 нуклеотидов. Белок кодирует только транскрибируемая цепь ДНК (одна из двух цепей) : 1500/2 = 750 нуклеотидов.
3 нуклеотида кодируют 1 аминокислоту, поэтому в результате транскрипции с данного участка ДНК и последующей трансляции будет синтезирован белок из 250 аминокислот (750 / 3 = 250)
Задача №3. Две цепи молекулы ДНК удерживаются друг против друга водородными связями. Определите число нуклеотидов с аденином, тимином, гуанином, цитозином в молекуле ДНК, в которой 48 нуклеотидов соединяются между собой тремя водородными связями и 56 нуклеотидов - двумя водородными связями. Объясните полученные результаты.
1) По принципу комплементарности построим вторую цепь ДНК: АТЦГГТА
2) Водородные связи образуются между двумя цепями ДНК: между аденином (А) и тимином (Т) две водородные связи, между гуанином (Г) и цитозином (Ц) три водородные связи
3) В двухцепочечной молекуле между аденином и тимином 4 × 2 = 8 водородных связей, между цитозином и гуанином 3 × 3 = 9 водородных связей; в сумме в двухцепочечном фрагменте ДНК 8 + 9 = 17 водородных связей
Задачи на построение молекулы и-РНК, антикодонов т-РНК и последовательности аминокислотв полипептидной цепи. Работа с таблицей генетического кода.
Задача №1 .В состав РНК вместо тимина входит урацил. В биосинтезе белка участвовали т-РНК с антикодонами: УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин, гуанин, тимин, цитозин в двухцепочечной молекуле ДНК
Антикодоны т-РНК комплементарны кодонам и-РНК, а последовательность нуклеотидов и-РНК комплементарна одной из цепей ДНК.
т-РНК: УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ
1 цепь ДНК: ТТА-ГГЦ-ЦГЦ-АТТ-ЦГТ
2 цепь ДНК: ААТ-ЦЦГ-ГЦГ-ТАА-ГЦА.
Число А=Т=7, число Г=Ц=8
Задача №2. Фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ААГГЦТАЦГТТГ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка.
По правилу комплементарности определяем фрагмент и-РНК
Разбиваем его на триплеты: УУЦ-ЦГА-УГЦ-ААУ.
По таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот: фен-арг-цис-асн.
Задача №3. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь смысловая, нижняя транскрибируемая).
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, обозначьте концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с конца соответствует антикодону тРНК.
Схема решения задачи включает:
нуклеотидная последовательность участка тРНК:
нуклеотидная последовательность антикодона УГА (третий триплет) соответствует кодону на иРНК УЦА;
по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота -Сер, которую будет переносить данная тРНК
Задача №4. 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:
Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК.
Напишите последовательность двуцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5' и 3' концы цепей. Ответ поясните.
Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Схема решения задачи включает:
1. по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка ДНК:
2. по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность иРНК:
3. по таблице генетического кода определяем последовательность вирусного белка: асп-арг-цис-мет-лей
При построении ДНК необходимо учитывать два важных момента. Во-первых, в ДНК вместо У (урацила) должен стоять Т (тимин). Во-вторых, обратная транскрипция матричной цепи ДНК будет осуществляется с вирусной РНК антипараллельно, то есть 5'-концу РНК будет соответствовать 3'-конец ДНК. Смысловая цепь ДНК и иРНК достраиваются по матричной цепи ДНК с соблюдением принципов комплементарности и антипараллельности.
При определении последовательности вирусного белка необходимо также учитывать два момента. Во-первых, трансляция осуществляется с 5'-конца иРНК. Во-вторых, между аминокислотами необходимо ставить дефис, обозначающий пептидную связь.
Задача № 5. 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:
5’ − ГЦГГААААГЦГЦ − 3’.
Определите, какова будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК. Напишите последовательность двуцепочечного фрагмента ДНК, укажите 5’ и 3’ концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
Алгоритм выполнения задания.
1. По принципу комплементарности на основе вирусной РНК находим нуклеотидную последовательность транскрибируемого участка ДНК:
вирусная РНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3
транскрибируемая ДНК 3’− ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ − 5’.
Нуклеотидную последовательность транскрибируемой и смысловой цепей ДНК также определяем по принципу комплементарности (на основе данной РНК по принципу комплементарности строим транскрибируемую ДНК, затем на её основе находим смысловую. В молекулярной генетике принято смысловую ДНК писать сверху, транскрибируемую - снизу):
5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’
3’ — ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ − 5’
2. По принципу комплементарности на основе транскрибируемой ДНК находим нуклеотидную последовательность иРНК:
ДНК: 3’ — ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ − 5’
иРНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’.
3. По таблице Генетического кода на основе иРНК определяем последовательность вирусного белка:
иРНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’
2.4.Задачи на определение количества молекул ДНК и хромосом в процессе митоза и мейоза.
Задача № 1 .Какое количество хромосом (n) и молекул ДНК (с) будет в клетках спорангия папоротника в начале спорообразования и в зрелой споре. Ответ поясните
1)перед началом спорообразования в клетке спорангия будет 2n4с;поскольку споры образуются на диплоидном спорофите, перед делением клетки хромосомы удвоены;
2)в зрелой споре будет 1n1с;поскольку спора у папоротникообразных образуется мейозом и гаплоидна.
Задача № 2. Соматическая клетка мыши имеет 40 хромосом.
Сколько хромосом будет содержать клетка семенника самца этой мыши в конце зоны роста и в конце зоны созревания гамет? Ответ поясните.
Какие процессы происходят в этих зонах?
Схема решения задачи включает:
в зоне роста – 40 хромосом, в зоне созревания – 20 хромосом;
в зоне роста клетка растёт, она находится в интерфазе, количество хромосом не меняется;
в зоне созревания происходит мейоз, в конце зоны клетки становятся гаплоидными
Задача №3. Соматическая клетка толстолобика имеет 48 хромосом.
Сколько хромосом будет содержать клетка полового пути самца этой рыбы в конце зоны роста и в конце зоны созревания гамет? Ответ поясните.
Какие процессы происходят в этих зонах?
в зоне роста – 48 хромосом, в зоне созревания – 24 хромосомы;
в зоне роста клетка растёт, она находится в интерфазе, количество хромосом не меняется;
в зоне созревания происходит мейоз, в конце зоны клетки становятся гаплоидными.
В процессе образовании мужских половых клеток (в сперматогенезе) выделяют 4 стадии: размножение, рост, созревание и формирование. На этапе размножения клетки многократно делятся митозом, следовательно, количество хромосом не меняется (дочерние клетки содержат 48 хромосом). На этапе роста клетка растёт и переходит в стадию интерфазы, предшествующую мейозу. Однако количество хромосом остаётся неизменным. То есть в конце зоны роста клетки содержат 48 хромосом. На этапе созревания происходит мейоз, в результате чего из каждой диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных. То есть в конце зоны созревания клетки содержат 24 хромосомы. На этапе формирования гаплоидные клетки превращаются в полноценные сперматозоиды со жгутиками.
Современная биология поражает уникальностью и масштабностью своих открытий. На сегодняшний день эта наука изучает большинство процессов, которые скрыты от нашего глаза. Этим примечательна молекулярная биология – одно из перспективных направлений, которое помогает разгадать сложнейшие тайны живой материи.
Что такое обратная транскрипция
Обратная транскрипция (сокращенно ОТ) – это специфический процесс, характерный для большинства РНК-содержащих вирусов. Главной его особенностью является синтез двухцепочечной молекулы ДНК на базе матричной РНК.
ОТ не характерна для бактерий или эукариотических организмов. Главный фермент – ревертаза – играет ключевую роль в синтезе двухцепочечной ДНК.
История открытия
Идея о том, что молекула рибонуклеиновой кислоты может стать матрицей для синтеза ДНК, считалась абсурдной вплоть до 1970 года. Тогда Балтимор и Темин, работавшие отдельно друг от друга, почти одновременно открыли новый фермент. Они назвали его РНК-зависимая-ДНК-полимераза, или обратная транскриптаза.
Открытие данного энзима безоговорочно подтвердило существование организмов, способных к обратной транскрипции. В 1975 году оба ученых получили Нобелевскую премию. Через некоторое время Энгельгардт предложил альтернативное название обратной транскриптазы – ревертаза.
Почему ОТ противоречит центральной догме молекулярной биологии
Центральная догма – это принципиальная схема последовательного синтеза белка в любой живой клетке. Такая схема строится из трех компонентов: ДНК, РНК и белок.
Согласно центральной догме, РНК может синтезироваться исключительно на матрице ДНК, а уж затем РНК участвует в построении первичной структуры белка.
Эта догма была официально принята в научном обществе раньше, чем произошло открытие обратной транскрипции. Неудивительно, что идея об обратном синтезе ДНК из РНК долго отвергалась учеными. Лишь в 1970 году вместе с открытием ревертазы была поставлена точка в этом вопросе, что отразилось и в принципиальной схеме синтеза белка.
Ревертаза ретровирусов птиц
Процесс обратной транскрипции не обходится без участия РНК-зависимой-ДНК-полимеразы. Максимально изучена на сегодняшний день ревертаза ретровируса птиц.
Всего около 40 молекул этого белка можно обнаружить в одном вирионе этого семейства вирусов. Протеин состоит из двух субъединиц, которые находятся в равном количестве и выполняют три важнейшие функции ревертазы:
1) Синтез молекулы ДНК как на матрице одноцепочечной/двухцепочечной РНК, так и на основе дезоксирибонуклеиновых кислот.
2) Активация РНКазы Н, главная роль которой заключается в расщеплении молекулы РНК в комплексе РНК-ДНК.
3) Разрушение участков молекул ДНК для встраивания в геном эукариот.
Механизм ОТ
Этапы обратной транскрипции могут варьироваться в зависимости от семейства вирусов, т.е. от вида их нуклеиновых кислот.
Рассмотрим сначала те вирусы, которые используют ревертазу. Здесь процесс ОТ делится на 3 этапа:
Такой способ размножения вирионов характерен для некоторых онкогенных вирусов и вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).
Стоит отметить, что для синтеза любой нуклеиновой кислоты на матрице РНК нужна затравка, или праймер. Праймер представляет собой короткую последовательность нуклеотидов, комплементарную 3’-концу молекулы РНК (матрицы) и играющую важную роль в инициации синтеза.
Когда готовые двухцепочечные молекулы ДНК вирусного происхождения встраиваются в геном эукариот, запускается обычный механизм синтеза белков вириона. В итоге “захваченная” вирусом клетка становится фабрикой по производству вирионов, где в больших количествах образуются необходимые молекулы протеинов и РНК.
Повторение таких циклов приводит как к репликации генома вируса, так и к образованию мРНК, способных к синтезу белка в условиях зараженной эукариотической клетки.
Биологическое значение обратной транскрипции
Процесс ОТ имеет первостепенное значение в жизненном цикле многих вирусов (в первую очередь ретровирусов, таких как ВИЧ). РНК вириона, атаковавшего клетку эукариот, становится матрицей для синтеза первой цепочки ДНК, на которой не трудно достроить и вторую цепь.
Полученная двухцепочечная ДНК вируса встраивается в геном эукариот, что приводит к активации процессов синтеза белков вириона и появлению большого количество его копий внутри зараженной клетки. В этом и заключается основная миссия ревертазы и ОТ в целом для вируса.
У эукариот также может встречаться обратная транскрипция в контексте ретротранспозонов – мобильных генетических элементов, способных самостоятельно транспортироваться из одного участка генома в другой. Такие элементы, как считают ученые, стали причиной эволюции живых организмов.
Ретротранспозон представляет собой участок ДНК эукариот, который кодирует несколько белков. Один из них, ревертаза, принимает непосредственное участие в делокализации такого ретротраспорозона.
Использование ОТ в науке
С того момента, как удалось выделить ревертазу в чистом виде, процесс обратной транскрипции взяли на вооружение ученые-биологи. Изучение механизма ОТ и сейчас помогает прочитать последовательности важнейших белков человека.
Дело в том, что геном эукариот, в том числе и нас, содержит неинформативные участки под названием интроны. Когда с такой ДНК считывается последовательность нуклеотидов и формируется одноцепочечная РНК, последняя лишается интронов и кодирует исключительно белок. Если с помощью ревертазы на матрице РНК синтезировать ДНК, ее легко потом секвенировать и узнать порядок нуклеотидов.
Нуклеиновая кислота, которая была образована с помощью обратной транскриптазы, называется кДНК. Она часто используется в полимеразной цепной реакции (ПЦР), чтобы искусственно увеличить число копий полученной копии кДНК. Данный метод используется не только в науке, но и в медицине: лаборанты определяют сходство такой ДНК с геномами различных бактерий или вирусов из общей библиотеки. Синтез векторов и внедрение их в бактерии – одно из перспективных направлений биологии. Если с помощью ОТ формировать ДНК человека и других организмов без интронов, такие молекулы легко внедряются в геном бактерий. Так последние становятся фабриками по производству необходимых человеку веществ (например, ферментов).
Читайте также: