Question

Помогите пожалуйста РЕШИТЬ ЗАДАЧУ. В молекуле ДНК при копировании часто возникают ошибки. Матрицей для синтеза белка является вторая цепь. Объясните, при каких случаях в фрагменте ДНК с последовательностью ААААЦТЦТЦ первой цепи ДНК возможны изменения (мутации), но при этом аминокислотный состав в белке не изменится. Необходимо учитывать, что при копировании молекул ДНК возможна мутация только одного нуклеотида. Критерии проверки: абсолютно одинаковые ответы аннулируются.

Answer 1

Чтобы аминокислотный состав белка не изменился при мутации одного нуклеотида в ДНК, необходимо, чтобы кодон в м‑РНК остался синонимичным (кодировал ту же аминокислоту). Это возможно благодаря вырожденности генетического кода — свойству, при котором одна аминокислота может кодироваться несколькими разными кодонами.

Исходная последовательность

Дана первая цепь ДНК: 5′–ААА АЦТ ЦТЦ–3′5′–ААА АЦТ ЦТЦ–3′

По принципу комплементарности строим вторую (матричную) цепь: 3′–ТТТ ТГА ГАГ–5′3′–ТТТ ТГА ГАГ–5′

При транскрипции с матричной цепи образуется м‑РНК (заменяем Т → У): 5′–ААА АЦУ ЦУЦ–3′5′–ААА АЦУ ЦУЦ–3′

Расшифровка кодонов (по таблице генетического кода)

• АААААА → лизин (Лиз, K)
• АЦУАЦУ → треонин (Тре, T)
• ЦУЦЦУЦ → лейцин (Лей, L)

Итак, исходный пептид: Лиз–Тре–Лей.

Какие мутации не изменят аминокислотный состав?

Рассмотрим все возможные однонуклеотидные замены в исходной первой цепи ДНК (5′–ААА АЦТ ЦТЦ–3′5′–ААА АЦТ ЦТЦ–3′) и проверим, как они повлияют на кодоны м‑РНК.

1. Замена первого нуклеотида в первом кодоне (А→XА→X)

• Исходный кодон м‑РНК: АААААА (Лиз).
• Возможные замены: – ЦААЦАА → Глн (Q) — меняется – ГААГАА → Глу (E) — меняется – УААУАА → стоп‑кодон — меняется → Нет синонимичных мутаций для первого нуклеотида первого кодона.

2. Замена второго нуклеотида в первом кодоне (А→XА→X)

• Исходный: АААААА → Лиз.
• Варианты: – АЦААЦА → Тре (T) — меняется – АГААГА → Арг (R) — меняется – АУААУА → Иле (I) — меняется → Нет синонимичных.

3. Замена третьего нуклеотида в первом кодоне (А→XА→X)

• Исходный: АААААА → Лиз.
• Варианты: – ААГААГ → Лиз (K) — не меняется (оба кодона АААААА и ААГААГ кодируют Лиз) → Это искомая мутация: замена А→ГА→Г в третьем нуклеотиде первого кодона.

4. Замена нуклеотидов во втором кодоне (АЦТ→XCTАЦТ→XCT)

Исходный кодон м‑РНК: АЦУАЦУ → Тре. Возможные замены:

• АЦУ→АЦЦАЦУ→АЦЦ → Тре (T) — не меняется
• АЦУ→АЦААЦУ→АЦА → Тре (T) — не меняется
• АЦУ→АЦГАЦУ→АЦГ → Тре (T) — не меняется

То есть любая замена второго нуклеотида (Ц→А/Г/ТЦ→А/Г/Т) во втором кодоне даёт кодон, кодирующий Тре.

5. Замена нуклеотидов в третьем кодоне (ЦТЦ→XTCЦТЦ→XTC)

Исходный кодон м‑РНК: ЦУЦЦУЦ → Лей. Возможные замены:

• ЦУЦ→ЦУУЦУЦ→ЦУУ → Лей (L) — не меняется
• ЦУЦ→ЦУАЦУЦ→ЦУА → Лей