Решение задач по молекулярной биологии Необходимые пояснения: • Один шаг это полный виток спирали ДНК–поворот на 360 o • Один шаг составляют 10 пар нуклеотидов • Длина одного шага – 3, 4 нм • Расстояние между двумя нуклеотидами – 0, 34 нм • Молекулярная масса одного нуклеотида – 345 г/моль • Молекулярная масса одной аминокислоты – 120 г/мол • В молекуле ДНК: А+Г=Т+Ц (Правило Чаргаффа: • ∑(А) = ∑(Т), ∑(Г) = ∑(Ц), ∑(А+Г) =∑(Т+Ц) • Комплементарность нуклеотидов: А=Т; Г=Ц • Цепи ДНК удерживаются водородными связями, которые образуются между комплементарными азотистыми основаниями: аденин с тимином соединяются 2 водородными связями, а гуанин с цитозином тремя. • В среднем один белок содержит 400 аминокислот; • вычисление молекулярной массы белка: где Мmin – минимальная молекулярная масса белка, а – атомная или молекулярная масса компонента, в – процентное содержание компонента.
В молекуле ДНК обнаружено 880 гуанидиловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего числа нуклеотидов в этой ДНК. Определите: а) сколько других нуклеотидов в этой ДНК? б) какова длина этого фрагмента? Решение: 1) ∑(Г) = ∑(Ц)= 880 (это 22%); На долю других нуклеотидов приходится 100% – (22%+22%)= 56%, т. е. по 28%; 2) Для вычисления количества этих нуклеотидов составляем пропорцию: 22% – 880 28% – х, отсюда х = 1120 2) для определения длины ДНК нужно узнать, сколько всего нуклеотидов содержится в 1 цепи: (880 + 1120) : 2 = 2000 × 0, 34 = 680 (нм)
Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 000, из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Найдите количество всех нуклеотидов в этой ДНК. Определите длину этого фрагмента. Решение: 1) 69 000 : 345 = 200 (нуклеотидов в ДНК), 8625 : 345 = 25 (адениловых нуклеотидов в этой ДНК), ∑(Г+Ц) = 200 – (25+25)= 150, т. е. их по 75; 2) 200 нуклеотидов в двух цепях, значит в одной – 100 × 0, 34 = 34 (нм)
Длина гена 34, 68 нм. Какова масса молекулы белка, кодируемой данным геном, если по одному регуляторному триплету находится в начале и в конце гена, длина одного нуклеотида - 0, 34 нм, а масса одной аминокислоты - 100 а. е. ? Решение: 1. Находим количество нуклеотидов в кодирующей цепи гена: 34, 68 нм: 0, 34 нм = 102. 2. Учитывая, что по одному регуляторному триплету находится в начале и в конце кодирующей цепи гена, находим количество нуклеотидов, несущих информацию о структуре белка: 102 – 2 × 3 = 96. 3. Зная, что за каждую аминокислоту отвечает один триплет нуклеотидов, определяем количество аминокислот в молекуле белка: 96 : 3 = 32. 4. Находим массу белковой молекулы: 100 а. е. × 32=3200 а. е. Ответ: масса белковой молекулы 3200 а. е.
У человека гемофилия определяется сцепленным с полом рецессивным геном h. Мать и отец здоровы. Их ребенок страдает гемофилией. Кто из родителей передал ребенку заболевание? Какова вероятность того, что их второй ребенок также будет страдать гемофилией? Решение: Запишем схему скрещивания с учетом половых хромосом матери и отца (у человека гомогаметным является женский пол): P генотип XHX х XHY фенотип ♀ здорова х ♂ здоров F 1 фенотип ребенок с гемофилией Ген h получен ребенком вместе с X-хромосомой от родителей и может проявиться либо в гемизиготном (у сына - Xh Y), либо в гомозиготном (у дочери - Xh Xh ) 66 состояниях. Родители здоровы, следовательно, в их генотипах обязательно присутствует хотя бы один ген H. Так как у отца всего одна X-хромосома, он имеет только один ген свертываемости крови (H) и не может передать ген гемофилии ребенку. В таком случае заболевание ребенку передала мать, которая является гетерозиготной по гену гемофилии (XHXh ). Болеть гемофилией в этой семье могут только мальчики, т. к. свою единственную X- хромосому они получают от матери. Вероятность рождения больного мальчика составляет 50%, т. к. сын с одинаковой вероятностью может унаследовать X- хромосому, несущую нормальный ген, и X-хромосому, несущую ген гемофилии. Все дочери в этой семье будут здоровыми, поскольку одну из своих X-хромосом, несущую доминантный ген нормальной свертываемости крови, они получат от отца. Ответ: ген, вызывающий заболевание, ребенку достался от матери. Вероятность рождения второго ребенка в семье, больного гемофилией – 25 %.
У человека ген, вызывающий гемофилию, рецессивен и находится в Ххромосоме, а альбинизм обусловлен аутосомным рецессивным геном. У родителей, нормальных по этим признакам, родился сын альбинос и гемофилик. 1) Какова вероятность (%) того, что у их следующего сына проявятся оба аномальных признака? 2) Какова вероятность (%) рождения в этой семье здоровых дочерей? Решение: Х° - наличие гемофилии (рецессивен), Х – отсутствие гемофилии. А – нормальный цвет кожи а – альбинос. Генотипы родителей: Мать - Х°Хаа Отец – ХУАа. Составим решетку Пеннета
Ответ: вероятность проявления признаков альбинизма и гемофилии (генотип Х°Уаа) – у следующего сына - 6. 25%. Вероятность рождения здоровых дочерей – (генотип ХХАА) – 6, 25%.
У человека отсутствие потовых желез зависит от рецессивного, сцепленного с полом гена. В семье отец и сын имеют эту аномалию, а мать здорова. 1) Какова вероятность (%), что сын унаследует вышеуказанный признак от отца? 2) Какова вероятность (%) рождения в этой семье дочери с отсутствием потовых желез? Решение. Гены: Х – отсутствие болезни Х° - болезнь. Так как признак сцеплен с Х хромосомой, и болен сын, значит мать – носитель болезни (гетерозигота). Генотипы родителей и потомства: Расщепление: больных дочерей 25%, дочерей носителей 25%, больных сыновей 25%, здоровых сыновей 25%. 1) 25 % 2) 25 %.
Задачи по теме «Пенетрантность генов» Под пенетрантностью понимается частота проявления гена у его носителей. Она определяется отношением числа особей, имеющих данный признак, к числу особей, имеющих данный генотип. Так, у многих наследственных болезней человека пенетрантность значительно менее 100 %. Задача. Некоторые формы шизофрении наследуются как аутосомные доминантные признаки с неполной пенетрантностью. При этом у гомозигот пенетрантность равна 100%, у гетерозигот – равна 20 %. Определите вероятность рождения больных детей: 1) в семье, где один из супругов гетерозиготен, а другой нормален в отношении анализируемого признака; 2) в браке двух гетерозиготных родителей. Решение: 1. Записываем схемы скрещиваний и находим, что вероятность рождения гетерозиготного ребенка равна 0, 5. Но так как пенетрантность у гетерозигот по данной болезни равна 0, 2, то вероятность рождения больного ребенка будет 0, 2 х0, 5 = 0, 1 или 10 %. 2. Во втором случае, в брак вступают два гетерозиготных индивида. Вероятность рождения доминантной гомозиготы – 25% (все больные), вероятность рождения гетерозиготного организма – 0, 5. Из них больны будут 20%, или 0, 1 из всех родившихся. Находим общую вероятность рождения больного ребенка. 25% + 10%=35%. Ответ: в первом случае вероятность рождения больного ребенка равна 10%, во втором – 35%.
Ген I, определяющий группу крови, находится в одной аутосоме с геном, влияющим на развитие ногтей, на расстоянии 10 морганид. Мужчина со 2 группой крови и дефектом ногтей (доминантный признак), у отца которого была первая группа крови и нормальные ногти, а у матери - вторая группа и дефект развития ногтей, женился на женщине с первой группой крови и нормальными ногтями. Определите вероятность (%) рождения у них ребёнка с первой группой крови и дефектом развития ногтей.
Введём обозначения генов (не забываем о том, что I 0 – рецессивный ген, IA и IB – доминантные): I 0 – первая группа крови IA – вторая группа крови IВ – третья группа крови IAIВ – четвёртая группа крови А – дефект ногтей а – нормальные ногти (норма) Установим генотипы родителей. У женщины первая группа крови и нормальные ногти – следовательно, её генотип I 0 a // I 0 a. Мужчина унаследовал от своей матери вторую группу крови (IA) и дефект ногтей (А), а от отца (исходя из условия генотип его отца I 0 a // I 0 a) – рецессивные гены I 0 и a. Следовательно, генотип мужчины IАА // I 0 a – такое положение сцепленных генов называют цис-положением. Записываем скрещивание. У женщины формируется один тип яйцеклеток (I 0 a), у мужчины – четыре типа сперматозоидов. Без кроссинговера у него формируются гаметы IАА и I 0 a (некроссоверные), а в результате кроссинговера – IАа и I 0 А (кроссоверные). Расстояние между генами – 10 морганид, значит, кроссинговер между ними протекает с вероятностью 10%. Следовательно, общее количество кроссоверных гамет составляет 10% (каждой по 5%). Общее количество некроссоверных гамет: 100% – 10% = 90% (каждой по 45%).
Закон Харди-Вайнберга гласит: В больших популяциях при условии свободного скрещивания и при отсутствии притока мутаций и отбора устанавливается равновесие частот генотипов, которое сохраняется из поколения в поколение. Закон Харди-Вайнберга устанавливает математическую зависимость между частотами аллелей аутосомных генов и генотипов и выражается следующими формулами: р. А + qа = 1; р2 А А + 2 рq. Аа + q 2 аа = 1 , где р. А – частота доминантного аллеля гена, qа - частота рецессивного аллеля гена, р2 АА- частота особей, гомозиготных по доминантному аллелю, 2 рq. Аа – частота гетерозиготных особей, q 2 аа - частота особей, гомозиготных по рецессивному аллелю, то ес частота особей с рецессивным признаком, р2 АА+ 2 рq. Аа - частота особей с доминантным признаком, 2 рq. Аа + q 2 аа– частота особей, в генотипе которых имеется рецессивный аллель.
Способы выражения и расчета исходных частот аллелей и генотипов Различные способы выражения частоты аллеля или генотипа Расчет частоты, выраженной в долях единицы • В исследуемой популяции 84 человека 84 : 420 = 0, 2 из 420 имели доминантный признак. • В одной из популяций встречаемость 15 : 100 = 0, 15 людей с резус-положительной кровью (рецессивный признак) составляет 15 %. • Встречаемость больных, страдающих 10 -4 = 1 : 10000 = 0, 0001 фенилкетонурией, равна 10 -4. • В европейских популяциях 0, 02 : 1000 = 0, 00002 распространенность ахондроплазии составляет 0, 02 на 1000 новорожденных. • Алкаптонурия встречается с частотой 1 : 100 000 = 0, 00001 1 : 100 000. • Изучаемый признак характеризуется 0, 09 : 0, 3 = 0, 3 неполной пенетрантностью, равной 30%, и встречается в популяции с частотой 0, 09.
У человека альбинизм – аутосомный рецессивный признак. Заболевание встречается с частотой 1 / 20 000. Определите частоту гетерозиготных носителей заболевания в районе. Решение. Альбинизм наследуется рецессивно. Величина 1/20000 - это q 2. Следовательно, частота гена а будет: q = 1/20000 = 1/141. Частота гена р будет: р = 1 - q; р = 1 - 1/141 = 140/141. Количество гетерозигот в популяции равно 2 pq = 2 х (140/141) х (1/141) = 1/70. Т. к. в популяции 20000 человек то число гетерозигот в ней 1/ 70 х 20000 = 286 человек.
Врожденный вывих бедра у человека наследуется как сутосомный доминантный признак с пенетрантностью 25%. Болезнь встречается с частотой 6: 10 000. Определите число гетерозиготных носителей гена врожденного вывиха бедра в популяции. Решение. Генотипы лиц, имеющих врожденный вывих бедра, АА и Аа (доминантное наследование). Здоровые лица имеют генотип аа. Из формулы р2 + 2 pq + q 2=1 ясно, что число особей несущих доминантный ген равно (р2+2 рq). Однако приведенное в задаче число больных 6/10000 представляет собой лишь одну четвертую (25%) носителей гена А в популяции. Следовательно, р2 + 2 pq = (4 х 6)/10 000 = 24/10000. Тогда q 2 (число гомозиготных по рецессивному гену особей) равно 1 - (24/10000) = 9976/10000 или 9976 человек.
Скачать презентацию Решение задач по молекулярной биологии Необходимые пояснения
примеры решения задач к экзамену.pptx