Корзина » Раздел » Студентам КГМУ » Дидактический материал » Задачи и упражнения по основам молекулярной биологии и медицины
Строение и функционирование генов
Строение и функционирование генов.
1. На рисунке представлена упрощенная схема строения оперона прокариот.
1 2 3 4 5 6
Условные обозначения:
- первый структурный ген (А)
- второй структурный ген (В)
- третий структурный ген (С)
- промотор (П)
- терминатор транскрипции (tt)
- регуляторный участок после промотора (оператор) (О).
Расставьте на схеме условные обозначения вышеуказанных участков оперона прокариот.
2. Промоторы всех генов в значащей (смысловой) нуклеотидной цепи ДНК содержат консервативную последовательность нуклеотидов, называемую ТАТА-боксом. У многих генов она имеет вид 5' ТАТААТ 3'.
Рядом с этой последовательностю напишите комплементарную ей последовательность нуклеотидов во второй – матричной - нуклеотидной цепочке ДНК промотора. Обозначьте начальный и концевой участки ее.
3. На рисунке представлена упрощенная схема строения гена эукариот:
Условные обозначения:
- промотор (П)
- терминатор транскрипции (tt)
- экзон 1 (Э1)
- экзон 2 (Э2)
- интрон (И)
- регуляторная область перед промотором (РО)
- 3'-нетранслируемая область (3' НТО)
- 5'-нетранслируемая область (5' НТО)
- сигнал ядерного полиаденилирования (СЯП)
- ТАТА-бокс (ТАТА).
Расставьте на схеме условные обозначения вышеуказанных участков гена эукариот.
4. Молекула ДНК представляет собой две комплементарные друг другу цепочки нуклеотидов. Ген – это участок ДНК с определенными функциями. В структурных генах, кодирующих белки, рРНК, тРНК и другие виды РНК, различают значащую (смысловую) и комплементарную ей матричную нуклеотидные цепи. Значащая цепь кодирует первичную структуру белков (или РНК), а матричная цепь служит матрицей для синтеза молекулы РНК, которая является копией значащей (смысловой) цепи ДНК. Для одного гена значащей цепью может быть одна из двух нуклеотидных цепей всей молекулы ДНК, а для другого гена – другая нуклеотидная цепь этой же молекулы ДНК.
Изобразим участок молекулы ДНК, содержащий два разных гена, следующим образом:
ген А ген В
5' ______________ __ __ __ __ __ ____________3'
3'_______________ __ __ __ __ __ ____________5'
Пусть для одного гена значащей цепью будет одна нуклеотидная цепь молекулы ДНК, а для другого – другая ее нуклеотидная цепь. Вертикальными стрелками, расположенными со стороны значащей цепочки нуклеотидов, укажите начало каждого гена, а горизонтальными стрелками, расположенными вдоль матричных цепей генов, укажите то направления, в котором будет осуществляться транскрипция – синтез молекулы РНК на матричной нуклеотидной цепочке каждого гена.
5. Изучите изображение некоторых важных участков гена.
5'__________ТАТААТ________АТГ________________ ТГА____3'
3'__________АТАТТА________ТАЦ_________________АЦТ____5'.
1) Какая из нуклеотидных цепей ДНК является значащей (смысловой) для этого гена, а какая - матричной? Объясните почему.
2) Как называются изображенные на рисунке группы нуклеотидов ДНК? Какова их функция?
6. Изучите упрощенную схему, иллюстрирующую последовательность основных событий при экспрессии генов.
Условные обозначения:
- трансляция; - процессинг; - транскрипция; - посттрансляционные изменения белка.
7. У человека участок гена эритропоэтина, содержащий кодирующие и некодирующие последовательности, включает в себя 2144 пары нуклеотидов. В этом участке расположены 4 интрона общей длиной 1562 пары нуклеотидов.
Сколько нуклеотидов содержат экзоны гена эритропоэтина?
8. Эукариотический ген содержит 5 экзонов, которые представляют собой последовательности, кодирующие соответствующие им участки первичной структуры белка. Первый экзон содержит 93, второй – 36, третий - 150, четвертый – 66, а пятый – 48 нуклеотидов.
Сколько аминокислотных остатков будет содержать белок, синтезированный в ходе трансляции на молекуле иРНК, которая после альтернативного сплайсинга содержит только те участки, которые соответствуют первому, второму и четвертому экзонам этого гена?
9. На 5'- и 3'-концах интронов имеются консервативные участки, необходимые для правильного сплайсинга предшественника иРНК - вырезания вставочной интронной последовательности и формирования непрерывной кодирующей (экзонной) зоны иРНК. Замена нуклеотидов в этих консервативных участках - сайтах сплайсинга - ведет к нарушению нормального сплайсинга, в результате чего в молекуле иРНК ошибочно сохраняется интронная последовательность или из нее ошибочно удаляется экзонная последовательность.
Ген содержит 5 экзонов, причем первый экзон содержит 69 нуклеотидов, второй – 90, третий – 123, четвертый – 36, а пятый – 81 нуклеотид. Расположенные между ними интроны a, b, c и d содержат, соответственно, 120,129,96 и 303 нуклеотидов.
Изобразите в виде схемы последовательность расположения экзонов и интронов этого гена.
Представим, что произошла мутация в консервативном участке одного из интронов и в ходе трансляции образовался белок из 165 аминокислотных остатков. Назовите интрон, в котором произошла мутация.
10. Эукариотический ген содержит 6 экзонов, которые представляют со бой нуклеотидные последовательности, кодирующие соответствующие им участки первичной структуры белка. Первый экзон содержит 63, второй – 39, третий - 120, четвертый – 27, пятый - 45, а шестой - 15 нуклеотидов.
В ходе избирательного процессинга образовалась молекула иРНК, на которой в рибосомах в ходе трансляции синтезируется белок, первичная
структура которого содержит 36 аминокислотных остатков.
Сколько и какие экзоны приняли участие в образовании этого белка: на соответствующих им участкам молекулы иРНК была синтезирована первичная структура этого белка?
11. Изучите упрощенную схему, иллюстрирующую последовательность основных событий при экспрессии генов.
Условные обозначения:
- белок; - пре-мРНК; - иРНК (мРНК); - ДНК
12. Одной из особенностей экспрессии генов эукариот является феномен полиаденилирования: после транскрипции к 3'-концу молекулы иРНК присоединяется длинная последовательность из нуклеотидных остатков, содержащих аденин. В молекуле иРНК эукариот есть последовательность ААУААА – сигнал ядерного полиаденилирования. Этот участок иРНК узнается специальными белками и через несколько нуклеотидов после сигнала ядерного полиаденилирования молекула иРНК разрезается и к ее 3'-концу присоединяется несколько десятков нуклеотидов, содержащих аденин – формируется так называемый участок "поли (А)", или "поли (А)-последовательность".
Изучите 3'-участок молекулы иРНК:
5' АГЦУГАУЦЦГААГЦУААГУУГГАУЦЦЦГААУАААГЦГАЦА 3'
Найдите в этом участке иРНК сигнал ядерного полиаденилирования и подчеркните его.
13. Изучите расположение некоторых важных элементов строения генов эукариот:
1 2 3 4 5 6
5'__ТАТА___АТГ_________ГТ______АГ_________ТАА__ААТААА__3'
3'__АТАТ___ТАЦ_________ЦА_____ТЦ__________АТТ___ТТАТТТ__5'.
1) Какими числами обозначены элементы строения гена:
- сигнал ядерного полиаденилирования (СЯП)
- инициирующий кодон (ИК)
- участок промотора, который узнается РНК-полимеразой.
- терминирующий кодон (ТК)
- концевые участки интрона?
2) Какая из нуклеотидных цепей ДНК является смысловой (значащей, кодирующей)?
3) Как будут представлены эти нуклеотидные последовательности в молекуле пре-мРНК?
4) Как будут представлены эти нуклеотидные последовательности в молекуле зрелой мРНК?
14. Изучите упрощенную схему строения молекулы зрелой иРНК эукариот.
Условные обозначения:
- поли А
- терминирующий кодон (ТК)
- инициирующий кодон (ИК)
- кэп
- нетранслируемая 5'- область (5' НТО)
- нетранслируемая 3' область (3' НТО)
- сигнал ядерного полиаденилирования (СЯП)
- фрагмент, кодирующий первичную структуру белка (КФ).
Расставьте на схеме условные обозначения вышеуказанных участков зрелой иРНК эукариот.
15. Одним из способов регуляции активности генов является метилирование его азотистых оснований - присоединение к ним СН3 – групп. У прокариот метильная группа присоединяется к остатку аденина и цитозина, а у эукариот – преимущественно к цитозину, расположенному перед гуанином.
Предположим, что метилированию подвергаются остатки цитозина в одном из участков эукариотической ДНК. Одна из нуклеотидных цепочек этого участка содержит 120 остатков аденина, 30 – гуанина, 80 – цитозина и 70 – тимина. Только 60% всех цитозинов расположены перед гуанином.
1) Изобразите один из метилируемых фрагментов ДНК.
2) Сколько СН3-групп понадобиться для метилирования этого участка ДНК?
16. Напишите произвольную нуклеотидную последовательность молекулы иРНК, служащей матрицей для синтеза короткого пептида из пяти аминокислотных остатков, включив в нее следующее:
а) два следующих друг за другом разных терминирующих триплета,
б) инициирующий кодон,
в) сигнал ядерного полиаденилирования,
г) нуклеотиды, непосредственно кодирующие аминокислотную последовательность в пептиде.
д) нетранслируемая область перед инициирующим кодоном
1) Обозначьте начальный и концевой участки молекулы иРНК.
2) Напишите последовательность аминокислотных остатков в пептиде, который будет синтезирован на этой иРНК. Обозначьте начальный и концевой участки этого пептида.
|
