27. Задача: цитология: все задания
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной цепи соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. В рибосому входят молекулы тРНК в следующей последовательности (указаны антикодоны в направлении от 5’ к 3’ концу):
ЦАГ, ЦЦУ, ЦАУ, ГЦУ, ЦАЦ
Генетический код (иРНК от 5ʹ к 3ʹ концу)
| Первое основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Третье основание |
|---|---|---|---|---|---|
| У | Ц | А | Г | ||
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | У |
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | Ц |
| У | Лей | Сер | — | — | А |
| У | Лей | Сер | — | Три | Г |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | У |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | Ц |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | А |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | Г |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | У |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | Ц |
| А | Иле | Тре | Лиз | Арг | А |
| А | Мет | Тре | Лиз | Арг | Г |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | У |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | Ц |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | А |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | Г |
Установите нуклеотидную последовательность участка иРНК, который служит матрицей при синтезе полипептида, и аминокислотную последовательность этого фрагмента полипептида. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи. Как изменится последовательность полипептида, если вместо тРНК с антикодоном 5’-ЦЦУ-3’ с рибосомой свяжется тРНК, несущая антикодон 5’-УЦУ-3’? Поясните ответ.
1. Определяем кодоны иРНК
Антикодоны тРНК даны в направлении от $5’$ к $3’$:
$5’\text{-ЦАГ-}3’$
$5’\text{-ЦЦУ-}3’$
$5’\text{-ЦАУ-}3’$
$5’\text{-ГЦУ-}3’$
$5’\text{-ЦАЦ-}3’$
Кодоны иРНК комплементарны и антипараллельны антикодонам тРНК.
$5’\text{-ЦАГ-}3′ \rightarrow 5’\text{-ЦУГ-}3’$
$5’\text{-ЦЦУ-}3′ \rightarrow 5’\text{-АГГ-}3’$
$5’\text{-ЦАУ-}3′ \rightarrow 5’\text{-АУГ-}3’$
$5’\text{-ГЦУ-}3′ \rightarrow 5’\text{-АГЦ-}3’$
$5’\text{-ЦАЦ-}3′ \rightarrow 5’\text{-ГУГ-}3’$
Следовательно, участок иРНК:
$5’\text{-ЦУГАГГАУГАГЦГУГ-}3’$
2. Определяем аминокислотную последовательность
По таблице генетического кода:
$5’\text{-ЦУГ-}3’$ — Лей;
$5’\text{-АГГ-}3’$ — Арг;
$5’\text{-АУГ-}3’$ — Мет;
$5’\text{-АГЦ-}3’$ — Сер;
$5’\text{-ГУГ-}3’$ — Вал.
Аминокислотная последовательность фрагмента полипептида:
Лей — Арг — Мет — Сер — Вал.
3. Изменение при замене тРНК
Вместо тРНК с антикодоном:
$5’\text{-ЦЦУ-}3’$
с рибосомой связывается тРНК с антикодоном:
$5’\text{-УЦУ-}3’$
Для антикодона $5’\text{-УЦУ-}3’$ комплементарный кодон иРНК:
$5’\text{-АГА-}3’$
По таблице генетического кода:
$5’\text{-АГА-}3’$ — Арг.
Изначально кодон $5’\text{-АГГ-}3’$ тоже кодировал аргинин.
Поэтому последовательность полипептида не изменится:
Лей — Арг — Мет — Сер — Вал.
Это объясняется вырожденностью генетического кода: разные кодоны иРНК могут кодировать одну и ту же аминокислоту.
Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в клетках пыльников при спорообразовании в профазе I мейоза и метафазе II мейоза. Объясните все полученные результаты.
Хромосомный набор соматических клеток пшеницы:
2n = 28
Значит, гаплоидный набор:
n = 14
1. Профаза I мейоза
Перед началом мейоза в интерфазе происходит удвоение ДНК.
Поэтому в профазе I клетка остаётся диплоидной, но каждая хромосома состоит из двух хроматид.
Хромосомный набор:
$2n4c$
Число хромосом:
$2n = 28$
Число молекул ДНК:
$4c = 56$
Ответ для профазы I:
28 хромосом и 56 молекул ДНК.
2. Метафаза II мейоза
К метафазе II уже прошло первое деление мейоза, поэтому число хромосом уменьшилось вдвое.
Клетки стали гаплоидными, но каждая хромосома всё ещё состоит из двух хроматид.
Хромосомный набор:
$n2c$
Число хромосом:
$n = 14$
Число молекул ДНК:
$2c = 28$
Ответ для метафазы II:
14 хромосом и 28 молекул ДНК.
3. Итог
Профаза I мейоза — $2n4c$, 28 хромосом, 56 молекул ДНК.
Метафаза II мейоза — $n2c$, 14 хромосом, 28 молекул ДНК.
Для соматической клетки животного характерен диплоидный набор хромосом. Определите хромосомный набор (n) и число молекул ДНК (с) в клетке при гаметогенезе в метафазе II мейоза и анафазе II мейоза. Объясните полученные результаты.
1. В метафазе II мейоза хромосомный набор клетки:
$n2c$
К этому моменту первое деление мейоза уже завершилось, поэтому клетка стала гаплоидной: в ней находится одинарный набор хромосом — $n$. Но каждая хромосома ещё состоит из двух хроматид, поэтому количество ДНК — $2c$.
Ответ для метафазы II:
$n2c$
2. В анафазе II мейоза сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам клетки. После расхождения каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой, поэтому число хромосом в одной клетке временно удваивается.
Хромосомный набор клетки в анафазе II:
$2n2c$
Количество ДНК при этом не увеличивается, потому что репликации перед вторым делением мейоза нет. Было $2c$, и остаётся $2c$.
Ответ для анафазы II:
$2n2c$
3. Итог
Метафаза II мейоза — $n2c$.
Анафаза II мейоза — $2n2c$.
Фенилкетонурия – моногенное заболевание, возникающее в результате нарушения аминокислотного обмена, наследующееся по аутосомно-рецессивному типу. Среди японцев заболевание встречается в среднем 8 раз на 19 000 рождений. При этом частота мутантного аллеля во всей человеческой популяции составляет 0,01.
Рассчитайте равновесные частоты мутантного и нормального фенотипов в человеческой популяции, а также частоту мутантного аллеля среди японцев. Поясните ход решения. Какой эволюционный фактор приводит к наблюдаемому различию частот мутантного аллеля? При расчётах округляйте значения до четырёх знаков после запятой.
Обозначения:
$A$ — нормальный аллель;
$a$ — мутантный аллель;
$q$ — частота мутантного аллеля $a$;
$p$ — частота нормального аллеля $A$.
По условию в человеческой популяции:
$q = 0{,}01$
Тогда частота мутантного фенотипа:
$q^2 = 0{,}01^2 = 0{,}0001$
Частота нормального фенотипа:
$1 — q^2 = 1 — 0{,}0001 = 0{,}9999$
Ответ для человеческой популяции:
мутантный фенотип — $0{,}0001$;
нормальный фенотип — $0{,}9999$.
1. Частота мутантного аллеля среди японцев
Среди японцев фенилкетонурия встречается:
$\frac{8}{19000}$
Так как заболевание рецессивное, частота больных равна:
$q^2 = \frac{8}{19000}$
$q^2 = 0{,}000421…$
Тогда:
$q = \sqrt{0{,}000421…}$
$q \approx 0{,}0205$
Частота мутантного аллеля среди японцев: $0{,}0205$
2. Эволюционный фактор
В человеческой популяции частота мутантного аллеля: $0{,}0100$
Среди японцев: $0{,}0205$
Частоты различаются. Такое различие может возникать из-за дрейфа генов, то есть случайного изменения частот аллелей в популяции. Особенно заметен этот фактор в относительно изолированных популяциях или при эффекте основателя.
3. Итог
мутантный фенотип в человеческой популяции — $0{,}0001$;
нормальный фенотип в человеческой популяции — $0{,}9999$;
частота мутантного аллеля среди японцев — $0{,}0205$;
эволюционный фактор — дрейф генов.
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной цепи соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь матричная (транскрибируемая)):
5’-АЦТАЦГЦАТТЦАТЦГ-3’
3’-ТГАТГЦГТААГТАГЦ-5’
Генетический код (иРНК от 5ʹ к 3ʹ концу)
| Первое основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Третье основание |
|---|---|---|---|---|---|
| У | Ц | А | Г | ||
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | У |
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | Ц |
| У | Лей | Сер | — | — | А |
| У | Лей | Сер | — | Три | Г |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | У |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | Ц |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | А |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | Г |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | У |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | Ц |
| А | Иле | Тре | Лиз | Арг | А |
| А | Мет | Тре | Лиз | Арг | Г |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | У |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | Ц |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | А |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | Г |
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте ДНК. Укажите, какой триплет является антикодоном, если данная тРНК переносит аминокислоту ала. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
1. Определяем последовательность тРНК.
По условию верхняя цепь ДНК — матричная:
$5’\text{-АЦТАЦГЦАТТЦАТЦГ-}3’$
РНК синтезируется комплементарно матричной цепи и антипараллельно ей, поэтому участок тРНК будет:
$5’\text{-ЦГАУГААУГЦГУАГУ-}3’$
2. Находим антикодон тРНК.
Данная тРНК переносит аминокислоту ала, то есть аланин.
По таблице генетического кода аланину соответствуют кодоны иРНК:
$5’\text{-ГЦУ-}3’$
$5’\text{-ГЦЦ-}3’$
$5’\text{-ГЦА-}3’$
$5’\text{-ГЦГ-}3’$
В полученном участке тРНК есть триплет:
$5’\text{-УГЦ-}3’$
Он комплементарен и антипараллелен кодону иРНК:
$5’\text{-ГЦА-}3’$
Кодон $5’\text{-ГЦА-}3’$ кодирует аланин.
3. Ответ
Последовательность участка тРНК: $5’\text{-ЦГАУГААУГЦГУАГУ-}3’$.
Антикодон тРНК: $5’\text{-УГЦ-}3’$.
Кодон иРНК: $5’\text{-ГЦА-}3’$.
Аминокислота: аланин.
Синдром Ретта – моногенное заболевание, возникающее в результате мутации в гене MECP2 и наследующееся по аутосомно-рецессивному типу. Частота встречаемости заболевания в равновесной популяции человека составляет 1:10 000. Рассчитайте частоты мутантных и нормальных аллелей, частоты всех фенотипов в данной популяции. Какой эволюционный фактор может приводить к снижению доли рецессивных гомозигот во всей человеческой популяции? При расчётах округляйте значения до четырёх знаков после запятой.
Обозначения:
$A$ — нормальный аллель;
$a$ — мутантный аллель;
$p$ — частота нормального аллеля $A$;
$q$ — частота мутантного аллеля $a$.
1. Частота заболевания:
$q^2 = \frac{1}{10000} = 0{,}0001$
Так как заболевание рецессивное, больные имеют генотип $aa$.
Находим частоту мутантного аллеля:
$q = \sqrt{0{,}0001} = 0{,}0100$
Тогда частота нормального аллеля:
$p = 1 — q = 1 — 0{,}0100 = 0{,}9900$
2. Частоты генотипов:
$AA = p^2 = 0{,}9900^2 = 0{,}9801$
$Aa = 2pq = 2 \times 0{,}9900 \times 0{,}0100 = 0{,}0198$
$aa = q^2 = 0{,}0001$
3. Фенотипы:
нормальный фенотип — $AA + Aa$:
$0{,}9801 + 0{,}0198 = 0{,}9999$
мутантный фенотип — $aa$:
$0{,}0001$
4. Ответ:
частота мутантного аллеля $a$ — $0{,}0100$;
частота нормального аллеля $A$ — $0{,}9900$;
частота нормального фенотипа — $0{,}9999$;
частота мутантного фенотипа — $0{,}0001$.
К снижению доли рецессивных гомозигот во всей человеческой популяции может приводить естественный отбор. Он действует против особей с генотипом $aa$, если заболевание снижает их жизнеспособность или репродуктивный успех.
В кариотипе козы 60 хромосом. Определите количество хромосом в клетке при овогенезе у самки в конце зоны размножения и в конце зоны роста. Ответ поясните. Какой вид деления клеток наблюдается в зоне размножения? Каково значение этого вида деления в данном случае?
Кариотип козы:
$2n = 60$
Значит, в соматических клетках и исходных половых клетках до мейоза содержится 60 хромосом.
1. Конец зоны размножения
В зоне размножения клетки делятся митозом. При митозе число хромосом сохраняется, поэтому в конце зоны размножения в клетке будет:
$2n = 60$
То есть 60 хромосом.
2. Конец зоны роста
В зоне роста клетка увеличивается в размерах и происходит подготовка к мейозу. Перед мейозом ДНК удваивается, но число хромосом не меняется: каждая хромосома становится двухроматидной.
Поэтому в конце зоны роста:
$2n = 60$
То есть 60 хромосом.
Если указывать число молекул ДНК, то после удвоения ДНК будет:
$4c = 120$
3. Вид деления в зоне размножения
В зоне размножения происходит митоз.
Его значение в данном случае — увеличение числа исходных половых клеток, то есть овогоний. При этом сохраняется диплоидный набор хромосом:
$2n = 60$
4. Ответ
Конец зоны размножения — 60 хромосом.
Конец зоны роста — 60 хромосом, но хромосомы уже двухроматидные.
В соматических клетках осла 62 хромосомы, в соматических клетках лошади — 64 хромосомы. Определите количество хромосом и число молекул ДНК в клетках кожи мула (гибрида осла и лошади) в профазе митоза и анафазе митоза. Ответ поясните.
У осла в соматических клетках:
$2n = 62$, значит в гамете — $31$ хромосома.
У лошади в соматических клетках:
$2n = 64$, значит в гамете — $32$ хромосомы.
Мул образуется при слиянии гамет осла и лошади:
$31 + 32 = 63$
Значит, в соматических клетках мула, в том числе в клетках кожи, содержится 63 хромосомы.
1. Профаза митоза
Перед митозом в интерфазе происходит удвоение ДНК.
Поэтому в профазе митоза число хромосом не меняется, но каждая хромосома состоит из двух хроматид.
Хромосом: $63$
Молекул ДНК: $126$
Ответ для профазы митоза:
63 хромосомы, 126 молекул ДНК.
2. Анафаза митоза
В анафазе митоза сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам клетки.
После расхождения каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой.
Поэтому число хромосом в клетке временно удваивается:
$63 \times 2 = 126$
Число молекул ДНК при этом остаётся таким же, как после репликации: $126$
Ответ для анафазы митоза:
126 хромосом, 126 молекул ДНК.
3. Ответ
Профаза митоза — 63 хромосомы, 126 молекул ДНК.
Анафаза митоза — 126 хромосом, 126 молекул ДНК.
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной цепи соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Ген имеет кодирующую и некодирующую области. Кодирующая область гена называется открытой рамкой считывания. Фрагмент конца гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь матричная (транскрибируемая)):
5’-ТГЦГЦТААЦТГЦГАТГТГАГЦТАТАЦЦ-3’
3’-АЦГЦГАТТГАЦГЦТАЦАЦТЦГАТАТГГ-5’
Генетический код (иРНК от 5ʹ к 3ʹ концу)
| Первое основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Третье основание |
|---|---|---|---|---|---|
| У | Ц | А | Г | ||
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | У |
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | Ц |
| У | Лей | Сер | — | — | А |
| У | Лей | Сер | — | Три | Г |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | У |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | Ц |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | А |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | Г |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | У |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | Ц |
| А | Иле | Тре | Лиз | Арг | А |
| А | Мет | Тре | Лиз | Арг | Г |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | У |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | Ц |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | А |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | Г |
Определите верную открытую рамку считывания и найдите последовательность аминокислот во фрагменте конца полипептидной цепи. Известно, что итоговый полипептид, кодируемый этим геном, имеет длину более пяти аминокислот. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
1. Определяем последовательность иРНК.
Верхняя цепь ДНК является матричной:
$5’\text{-ТГЦГЦТААЦТГЦГАТГТГАГЦТАТАЦЦ-}3’$
иРНК синтезируется комплементарно и антипараллельно матричной цепи, поэтому последовательность иРНК будет:
$5’\text{-ГГУАУАГЦУЦАЦАУЦГЦАГУУАГЦГЦА-}3’$
2. Определяем возможные рамки считывания.
Первая рамка:
$5’\text{-ГГУ-АУА-ГЦУ-ЦАЦ-АУЦ-ГЦА-ГУУ-АГЦ-ГЦА-}3’$
Стоп-кодона нет, поэтому для фрагмента конца гена эта рамка не подходит.
Вторая рамка:
$5’\text{-ГУА-УАГ-ЦУЦ-АЦА-УЦГ-ЦАГ-УУА-ГЦГ-}3’$
В этой рамке стоп-кодон $5’\text{-УАГ-}3’$ находится уже вторым триплетом, то есть полипептид был бы короче пяти аминокислот. По условию итоговый полипептид имеет длину более пяти аминокислот, поэтому эта рамка не подходит.
Третья рамка:
$5’\text{-УАУ-АГЦ-УЦА-ЦАУ-ЦГЦ-АГУ-УАГ-}3’$
Эта рамка подходит, так как перед стоп-кодоном находится шесть кодонов, кодирующих аминокислоты.
3. Определяем аминокислотную последовательность.
По таблице генетического кода:
$5’\text{-УАУ-}3’$ — Тир;
$5’\text{-АГЦ-}3’$ — Сер;
$5’\text{-УЦА-}3’$ — Сер;
$5’\text{-ЦАУ-}3’$ — Гис;
$5’\text{-ЦГЦ-}3’$ — Арг;
$5’\text{-АГУ-}3’$ — Сер;
$5’\text{-УАГ-}3’$ — стоп-кодон.
4. Ответ
Верная открытая рамка считывания: $5’\text{-УАУ-АГЦ-УЦА-ЦАУ-ЦГЦ-АГУ-УАГ-}3’$.
Фрагмент конца полипептидной цепи: Тир — Сер — Сер — Гис — Арг — Сер.
Стоп-кодон $5’\text{-УАГ-}3’$ аминокислоту не кодирует, а завершает трансляцию.
В клетках меристемы тетраплоидных сортов винограда содержится 76 хромосом. Определите набор и количество хромосом, а также набор и количество молекул ДНК в этих клетках в профазе и анафазе митоза. Ответ поясните.
У тетраплоидных сортов винограда в клетках меристемы:
$4n = 76$
Значит, в этих клетках до деления содержится 76 хромосом.
1. Профаза митоза
Перед митозом в интерфазе происходит удвоение ДНК.
В профазе митоза число хромосом не меняется, но каждая хромосома состоит из двух хроматид.
Набор хромосом: $4n$
Количество хромосом: $76$
Набор молекул ДНК: $8c$
Количество молекул ДНК: $152$
2. Анафаза митоза
В анафазе митоза сестринские хроматиды расходятся к полюсам клетки. После расхождения каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой.
Поэтому число хромосом временно удваивается:
$76 \times 2 = 152$
Набор хромосом: $8n$
Количество хромосом: $152$
Набор молекул ДНК: $8c$
Количество молекул ДНК: $152$
3. Пояснение
В профазе митоза после репликации ДНК каждая хромосома двухроматидная, поэтому при $76$ хромосомах число молекул ДНК равно $152$.
В анафазе митоза хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, поэтому число хромосом становится $152$. При этом число молекул ДНК не меняется и тоже равно $152$.
4. Ответ
Профаза митоза — $4n8c$, 76 хромосом, 152 молекулы ДНК.
Анафаза митоза — $8n8c$, 152 хромосомы, 152 молекулы ДНК.
У человека синдром Патау вызывается геномной мутацией (трисомией по 13-ой хромосоме). Определите количество хромосом и количество молекул ДНК в оогониях после завершения телофазы и в ооцитах I порядка у плода с синдромом Патау. Ответ поясните.
У человека при синдроме Патау наблюдается трисомия по 13-й хромосоме, поэтому в клетках не 46, а 47 хромосом.
1. Оогонии после завершения телофазы
Оогонии делятся митозом. После завершения телофазы и цитокинеза каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, как исходная клетка.
Так как у плода синдром Патау:
хромосом — 47;
молекул ДНК — 47.
Это объясняется тем, что после митоза каждая хромосома состоит из одной хроматиды, то есть соответствует одной молекуле ДНК.
2. Ооциты I порядка
Ооциты I порядка образуются из оогоний после зоны роста. Перед вступлением в мейоз происходит удвоение ДНК, но число хромосом не меняется.
Поэтому в ооците I порядка:
хромосом — 47;
молекул ДНК — 94.
Это связано с тем, что каждая хромосома уже состоит из двух сестринских хроматид, а каждая хроматида соответствует одной молекуле ДНК.
3. Ответ
Оогонии после телофазы — 47 хромосом, 47 молекул ДНК.
Ооциты I порядка — 47 хромосом, 94 молекулы ДНК.
В соматических клетках гороха содержится 14 хромосом. Какое число хромосом и молекул ДНК будут иметь клетки листьев в синтетический период интерфазы, в метафазе митоза и телофазе митоза? Ответ поясните. Какие процессы происходят с хромосомами в эти фазы?
В соматических клетках гороха:
$2n = 14$
Значит, в клетках листьев в обычном диплоидном состоянии содержится 14 хромосом.
1. Синтетический период интерфазы
В синтетический период интерфазы происходит репликация ДНК, то есть удвоение молекул ДНК.
Число хромосом при этом не меняется, но каждая хромосома становится двухроматидной.
Хромосом:
$2n = 14$
Молекул ДНК:
$4c = 28$
2. Метафаза митоза
В метафазе митоза хромосомы максимально спирализованы и располагаются в экваториальной плоскости клетки.
Каждая хромосома всё ещё состоит из двух сестринских хроматид.
Хромосом:
$2n = 14$
Молекул ДНК:
$4c = 28$
3. Телофаза митоза
В телофазе митоза сестринские хроматиды уже разошлись к полюсам клетки и стали самостоятельными хромосомами.
У каждого полюса формируется дочернее ядро с диплоидным набором хромосом.
В каждой дочерней клетке после завершения деления будет:
Хромосом:
$2n = 14$
Молекул ДНК:
$2c = 14$
4. Ответ
Синтетический период интерфазы — 14 хромосом, 28 молекул ДНК.
Метафаза митоза — 14 хромосом, 28 молекул ДНК.
Телофаза митоза — 14 хромосом, 14 молекул ДНК.
В начале кодирующей части генов инфузорий рода Euplotes встречаются стоп-кодоны. Однако в начале гена рибосома при встрече с таким стоп-кодоном в иРНК сдвигает рамку считывания на один нуклеотид в сторону 3’ конца и продолжает синтез полипептида. Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’ конца. Рибосома движется от 5’ к 3’ концу зрелой иРНК. Фрагмент начала гена инфузории имеет следующую последовательность (нижняя цепь матричная (транскрибируемая)):
5’-ЦТТГАТГЦАТТААЦЦЦГАЦТТЦА-3’
3’-ГААЦТАЦГТААТТГГГЦТГААГТ-5’
Генетический код (иРНК от 5ʹ к 3ʹ концу)
| Первое основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Третье основание |
|---|---|---|---|---|---|
| У | Ц | А | Г | ||
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | У |
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | Ц |
| У | Лей | Сер | — | — | А |
| У | Лей | Сер | — | Три | Г |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | У |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | Ц |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | А |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | Г |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | У |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | Ц |
| А | Иле | Тре | Лиз | Арг | А |
| А | Мет | Тре | Лиз | Арг | Г |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | У |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | Ц |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | А |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | Г |
Определите нуклеотидную последовательность информационной РНК и образующийся на ней фрагмент полипептида. При ответе учитывайте, что полипептидная цепь начинается с аминокислоты мет. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательности нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
1. Определяем последовательность иРНК.
Нижняя цепь ДНК является матричной:
$3’\text{-ГААЦТАЦГТААТТГГГЦТГААГТ-}5’$
иРНК синтезируется комплементарно матричной цепи и в направлении от $5’$ к $3’$:
$5’\text{-ЦУУГАУГЦАУУААЦЦЦГАЦУУЦА-}3’$
2. Находим начало синтеза полипептида.
Полипептидная цепь начинается с аминокислоты мет, значит, ищем старт-кодон:
$5’\text{-АУГ-}3’$
В данной иРНК он есть:
$5’\text{-ЦУУГ}\underline{\text{АУГ}}\text{ЦАУУААЦЦЦГАЦУУЦА-}3’$
Считываем с кодона $5’\text{-АУГ-}3’$:
$5’\text{-АУГ-ЦАУ-УАА-}3’$
$5’\text{-АУГ-}3’$ — Мет;
$5’\text{-ЦАУ-}3’$ — Гис;
$5’\text{-УАА-}3’$ — стоп-кодон.
3. Учитываем особенность инфузорий рода Euplotes.
По условию при встрече со стоп-кодоном в начале гена рибосома сдвигает рамку считывания на один нуклеотид в сторону $3’$ конца и продолжает синтез.
После стоп-кодона $5’\text{-УАА-}3’$ рамка считывания сдвигается на один нуклеотид:
$5’\text{-ААЦ-ЦЦГ-АЦУ-УЦА-}3’$
По таблице генетического кода:
$5’\text{-ААЦ-}3’$ — Асн;
$5’\text{-ЦЦГ-}3’$ — Про;
$5’\text{-АЦУ-}3’$ — Тре;
$5’\text{-УЦА-}3’$ — Сер.
4. Ответ
иРНК: $5’\text{-ЦУУГАУГЦАУУААЦЦЦГАЦУУЦА-}3’$
Фрагмент полипептида: Мет — Гис — Асн — Про — Тре — Сер.
Стоп-кодон $5’\text{-УАА-}3’$ аминокислоту не кодирует, а вызывает сдвиг рамки считывания на один нуклеотид в сторону $3’$ конца.
В клетках эндосперма семян лилии содержится 36 хромосом. Какое количество хромосом и молекул ДНК находится в клетках лилии в телофазе мейоза I и телофазе мейоза II? Объясните полученные результаты.
У покрытосеменных растений эндосперм обычно имеет триплоидный набор хромосом:
$3n = 36$
Значит, гаплоидный набор лилии:
$n = 12$
Диплоидный набор:
$2n = 24$
1. Телофаза мейоза I
В мейозе I происходит редукционное деление: гомологичные хромосомы расходятся к полюсам клетки, поэтому набор становится гаплоидным.
Но каждая хромосома ещё состоит из двух хроматид, поэтому число молекул ДНК в 2 раза больше числа хромосом.
В телофазе мейоза I: $n2c$
Хромосом: $12$
Молекул ДНК: $24$
2. Телофаза мейоза II
В мейозе II расходятся сестринские хроматиды. После этого каждая хроматида становится самостоятельной однохроматидной хромосомой.
В телофазе мейоза II образуются гаплоидные клетки с однохроматидными хромосомами.
В телофазе мейоза II: $nc$
Хромосом: $12$
Молекул ДНК: $12$
3. Ответ
Телофаза мейоза I — 12 хромосом, 24 молекулы ДНК.
Телофаза мейоза II — 12 хромосом, 12 молекул ДНК.
В соматических клетках дрозофилы содержится 8 хромосом. Какое число хромосом и молекул ДНК содержится в ядре при гаметогенезе перед началом мейоза I и мейоза II? Объясните, как образуется такое число хромосом и молекул ДНК.
В соматических клетках дрозофилы:
$2n = 8$
Значит, гаплоидный набор:
$n = 4$
1. Перед началом мейоза I
Перед мейозом I в интерфазе происходит репликация ДНК.
Число хромосом при этом не изменяется, но каждая хромосома становится двухроматидной.
Поэтому перед началом мейоза I:
хромосом — $2n = 8$;
молекул ДНК — $4c = 16$.
2. Перед началом мейоза II
Перед мейозом II уже прошло первое деление мейоза.
После мейоза I клетки становятся гаплоидными, так как гомологичные хромосомы разошлись в разные клетки.
Но каждая хромосома перед мейозом II ещё состоит из двух хроматид, так как между мейозом I и мейозом II репликации ДНК не происходит.
Поэтому перед началом мейоза II:
хромосом — $n = 4$;
молекул ДНК — $2c = 8$.
3. Ответ
Перед началом мейоза I — 8 хромосом, 16 молекул ДНК.
Перед началом мейоза II — 4 хромосомы, 8 молекул ДНК.
Муковисцидоз – моногенное заболевание, возникающее в результате нарушения структуры мембранного транспортёра, наследующееся по аутосомно-рецессивному типу. Частота встречаемости заболевания в равновесной популяции человека составляет 1:2000. Рассчитайте частоты мутантных и нормальных аллелей, частоты всех фенотипов в данной популяции. Поясните ход решения. Какой эволюционный фактор может приводить к снижению доли рецессивных гомозигот во всей человеческой популяции? При расчётах округляйте значения до четырёх знаков после запятой.
Обозначения:
$A$ — нормальный аллель;
$a$ — мутантный аллель;
$p$ — частота нормального аллеля $A$;
$q$ — частота мутантного аллеля $a$.
1. Частота заболевания:
$q^2 = \frac{1}{2000} = 0{,}0005$
Так как заболевание рецессивное, больные имеют генотип $aa$.
Находим частоту мутантного аллеля:
$q = \sqrt{0{,}0005} \approx 0{,}0224$
Тогда частота нормального аллеля:
$p = 1 — q = 1 — 0{,}0224 = 0{,}9776$
2. Частоты генотипов:
$AA = p^2 = 0{,}9776^2 \approx 0{,}9558$
$Aa = 2pq = 2 \times 0{,}9776 \times 0{,}0224 \approx 0{,}0437$
$aa = q^2 = 0{,}0005$
3. Фенотипы:
нормальный фенотип — $AA + Aa$:
$0{,}9558 + 0{,}0437 = 0{,}9995$
мутантный фенотип — $aa$:
$0{,}0005$
4. Ответ
частота мутантного аллеля $a$ — $0{,}0224$;
частота нормального аллеля $A$ — $0{,}9776$;
частота нормального фенотипа — $0{,}9995$;
частота мутантного фенотипа — $0{,}0005$.
К снижению доли рецессивных гомозигот во всей человеческой популяции может приводить естественный отбор, так как он действует против особей с генотипом $aa$, если заболевание снижает жизнеспособность или репродуктивный успех.
В соматических клетках голубя содержится 80 хромосом. Определите число хромосом и число молекул ДНК, содержащихся в клетке при гаметогенезе непосредственно перед началом редукционного деления и в метафазе I мейоза. Объясните полученные результаты. Охарактеризуйте поведение хромосом в метафазе мейоза I.
В соматических клетках голубя:
$2n = 80$
Значит, гаплоидный набор:
$n = 40$
1. Непосредственно перед началом редукционного деления
Перед началом мейоза I в интерфазе происходит репликация ДНК.
Число хромосом при этом не меняется, но каждая хромосома становится двухроматидной.
Хромосом:
$2n = 80$
Молекул ДНК:
$4c = 160$
2. Метафаза I мейоза
В метафазе I мейоза клетка ещё диплоидная, так как редукционное деление ещё не завершилось. Хромосомы остаются двухроматидными.
Хромосом:
$2n = 80$
Молекул ДНК:
$4c = 160$
3. Поведение хромосом в метафазе I
В метафазе I мейоза пары гомологичных хромосом, то есть биваленты, выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. К центромерам хромосом прикрепляются нити веретена деления, после чего в анафазе I гомологичные хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки.
4. Ответ
Перед началом редукционного деления — 80 хромосом, 160 молекул ДНК.
Метафаза I мейоза — 80 хромосом, 160 молекул ДНК.
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5ʹ концу одной цепи соответствует 3ʹ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5ʹ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5ʹ к 3ʹ концу. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь матричная (транскрибируемая)).
5ʹ-АТЦГЦГАТЦГЦАТГА-3ʹ
3ʹ-ТАГЦГЦТАГЦГТАЦТ-5ʹ
Генетический код (иРНК от 5ʹ к 3ʹ концу)
| Первое основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Второе основание | Третье основание |
|---|---|---|---|---|---|
| У | Ц | А | Г | ||
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | У |
| У | Фен | Сер | Тир | Цис | Ц |
| У | Лей | Сер | — | — | А |
| У | Лей | Сер | — | Три | Г |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | У |
| Ц | Лей | Про | Гис | Арг | Ц |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | А |
| Ц | Лей | Про | Глн | Арг | Г |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | У |
| А | Иле | Тре | Асн | Сер | Ц |
| А | Иле | Тре | Лиз | Арг | А |
| А | Мет | Тре | Лиз | Арг | Г |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | У |
| Г | Вал | Ала | Асп | Гли | Ц |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | А |
| Г | Вал | Ала | Глу | Гли | Г |
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК. Укажите последовательность этапов решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательности нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
1. Определяем последовательность тРНК
Нижняя цепь ДНК является матричной:
$3’\text{-ТАГЦГЦТАГЦГТАЦТ-}5’$
тРНК синтезируется комплементарно матричной цепи и антипараллельно ей, поэтому последовательность участка тРНК:
$5’\text{-АУЦГЦГАУЦГЦАУГА-}3’$
2. Определяем антикодон тРНК
Делим участок тРНК на триплеты:
$5’\text{-АУЦ-ГЦГ-АУЦ-ГЦА-УГА-}3’$
По условию третий триплет соответствует антикодону тРНК:
$5’\text{-АУЦ-}3’$
3. Определяем кодон иРНК
Антикодон тРНК комплементарен и антипараллелен кодону иРНК:
$5’\text{-АУЦ-}3′ \rightarrow 3’\text{-УАГ-}5’$
Так как таблица генетического кода читается по иРНК в направлении от $5’$ к $3’$, записываем кодон:
$5’\text{-ГАУ-}3’$
4. Определяем аминокислоту
По таблице генетического кода кодон:
$5’\text{-ГАУ-}3’$
кодирует аминокислоту Асп, то есть аспарагиновую кислоту.
5. Ответ
участок тРНК: $5’\text{-АУЦГЦГАУЦГЦАУГА-}3’$;
антикодон: $5’\text{-АУЦ-}3’$;
кодон иРНК: $5’\text{-ГАУ-}3’$;
аминокислота — аспарагиновая кислота, Асп.
У карпа в клетках кожи содержится 104 хромосомы. Определите число хромосом и молекул ДНК в клетках семенников при сперматогенезе в интерфазе перед мейозом и после первого мейотического деления. Объясните полученные результаты на каждом этапе.
В клетках кожи карпа:
$2n = 104$
Значит, гаплоидный набор:
$n = 52$
1. Интерфаза перед мейозом
Перед мейозом I в интерфазе происходит удвоение ДНК.
Число хромосом при этом не меняется, но каждая хромосома становится двухроматидной.
Хромосом:
$2n = 104$
Молекул ДНК:
$4c = 208$
2. После первого мейотического деления
После мейоза I происходит редукционное деление: гомологичные хромосомы расходятся в разные клетки. Поэтому набор становится гаплоидным.
Однако каждая хромосома всё ещё состоит из двух хроматид, так как во втором делении мейоза сестринские хроматиды ещё не разошлись.
Хромосом:
$n = 52$
Молекул ДНК:
$2c = 104$
3. Ответ
Интерфаза перед мейозом — 104 хромосомы, 208 молекул ДНК.
После первого мейотического деления — 52 хромосомы, 104 молекулы ДНК.
В кариотипе осла 62 хромосомы. Определите количество хромосом в клетке при овогенезе у самки в конце зоны размножения и в конце зоны созревания. Какие процессы происходят в этих зонах? Каковы значения этих процессов в овогенезе?
В кариотипе осла:
$2n = 62$
Значит, в клетках тела и в исходных половых клетках до мейоза содержится 62 хромосомы.
1. Конец зоны размножения
В зоне размножения происходит митоз оогоний.
При митозе число хромосом не уменьшается, поэтому в конце зоны размножения клетка имеет диплоидный набор:
$2n = 62$
То есть 62 хромосомы.
Значение митоза в зоне размножения — увеличение числа оогоний, то есть исходных женских половых клеток, при сохранении диплоидного набора хромосом.
2. Конец зоны созревания
В зоне созревания происходит мейоз.
В результате мейоза из диплоидной клетки образуется гаплоидная яйцеклетка. Число хромосом уменьшается вдвое:
$n = 31$
То есть в конце зоны созревания в яйцеклетке будет 31 хромосома.
Значение мейоза — образование гаплоидной женской гаметы и поддержание постоянного числа хромосом вида при оплодотворении.
3. Ответ
Конец зоны размножения — 62 хромосомы.
Конец зоны созревания — 31 хромосома.