Вы хотите познавать биологию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения биологии и химии кбн Богунова В.Г. раскрывает тайны организации и функционирования живого, делится секретами мастерства при подготовке к ЕГЭ, ДВИ, олимпиадам. Объясняет авторскую технологию решения задач по генетике и молекулярной биологии
Вот уже и ЕГЭ по Биологии отмучили (в прямом смысле этого слова). Как всегда, ФИПИ продолжает радовать! В этом году особое удовольствие доставили задачи на сдвиг рамки считывания (по-научному - фреймшифт-мутации). Не скажу, что прямо все выпускники рыдали, решая такие задачи, но понервничать пришлось многим, поскольку только-только разобрались с тем, что это за зверь "открытая рамка считывания", как тут же получили конфету в праздничной упаковке под названием "сдвиг рамки".
СтатГрад! Але! Где тренировочные работы с подобными задачами?! Почему преподаватели Биологии в течении учебного года должны искать инсайдеров от ФИПИ, вызывать дух Стрейзингера на спиритических сеансах или выступать в роли бабушки Ванги, чтобы предсказать появление аналогичных задач на ЕГЭ?!
А вы знаете, кто такой Стрейзингер?
Джордж Стрейзингер - американский молекулярный биолог, впервые описавший механизм возникновения фреймшифт-мутаций, который получил название "модель Стрейзингера".
Конечно, хорошо подготовленный выпускник справится с задачей на сдвиг рамки считывания, если будет внимательно вчитываться в условие и следовать основным "заповедям Молекулярной Генетики". Но... дети есть дети, а ЕГЭ - это огромный стресс! Не забывайте об этом, работницы ФИПИ!
Прежде чем приступить к анализу и решению реального 27-го задания ЕГЭ, разберемся с основными понятиями, касающимися данной темы.
Ликбез по молекулярной генетике
1) Молекула ДНК состоит их двух полинуклеотидных комплементарных друг другу цепей, расположенных антипараллельно:
Смысловая (кодирующая) цепь ДНК, несет последовательность нуклеотидов, кодирующих наследственную информацию.
Матричная (транскрибируемая) цепь, служит матрицей для синтеза мРНК, тРНК, рРНК, регуляторной РНК.
2) РНК-полимераза движется по молекуле ДНК в направлении 3' → 5' матричной цепи
3) Синтез цепи РНК идет антипараллельно: 5'- → З'-конец
4) Антикодон на тРНК "читается" в направлении 3' → 5'
5) Кодон на иРНК "читается" в направлении 5'- → З'
6) иРНК транслируется в направлении 5'- → З'
7) Кодон и антикодон спариваются антипараллельно
Рамка считывания – нуклеотидная последовательность, выраженная в кодирующих триплетах. Различают открытые и закрытые рамки считывания.
Открытая рамка считывания - участок ДНК (или РНК) между старт-кодоном и стоп-кодоном, не содержащая терминирующих кодонов и потенциально способная кодировать белок. Основным параметром открытой рамки считывания является отсутствие стоп-кодонов, в большинстве случаев - ТАА (УАА), TГA (УГА) и TAГ (УАГ) на достаточно продолжительном участке последовательности после старт-кодона (в подавляющем случае - ATГ (АУГ)).
Открытыми рамками считывания называют отрезки последовательности ДНК, не прерываемые стоп-кодонами (которые привели бы к прекращению синтеза белка), и ограниченные соответствующими сигналами начала (старт-кодон) и конца трансляции (стоп-кодон). Таким образом, открытой рамкой считывания может считаться любая последовательность нуклеотидов до появления первого стоп-кодона (TGA, ТАА или TAG), которая кодирует некоторое минимальное число аминокислот (около 100).
Фреймшифт-мутация (мутация сдвига рамки считывания) - тип мутации в последовательности ДНК, для которого характерна вставка или делеция (выпадение) нуклеотидов, в количестве не кратном трём. В результате происходит сдвиг рамки считывания при транскрипции иРНК. Такие мутации приводят к сильному искажению информации в транскрибируемой иРНК.
А теперь, собственно, пресловутая 27-я задача на сдвиг рамки считывания, вызвавшая зубную боль у многих выпускников и преподавателей.
Задача 27 (ЕГЭ 2024)
В начале кодирующей части генов инфузорий 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 нуклеотидов (нижняя цепь матричная (транскрибируемая)):
5'-АЦТТЦАТГТЦАЦААТААТЦГТТЦТ-3'
3'-ТГААГТАЦАГТГТТАТТАГЦААГА-5'
Определите нуклеотидную последовательность информационной РНК и образующийся на ней фрагмент полипептида. При ответе учитывайте, что полипептидная цепь начинается с аминокислоты МЕТ. Ответ поясните. Для решения используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи
Анализ решения задачи
1) Выписываем обе цепи ДНК. Помним, что нижняя цепь - матричная (на рисунке-скрине ДНК записана коричневым цветом)
5'-АЦТТЦАТГТЦАЦААТААТЦГТТЦТ-3'
3'-ТГААГТАЦАГТГТТАТТАГЦААГА-5'
2) По матричной цепи ДНК составляем комплементарную и антипараллельную цепь иРНК (не забываем писать Урацил (РНК) вместо Тимина (ДНК)). На рисунке-скрине иРНК - зеленым цветом
5'-АЦУУЦАУГУЦАЦААУААУЦГУУЦУ-3'
3) По таблице генетического кода определяем триплет, кодирующий аминокислоту МЕТ. Помним, в таблице триплеты расположены 5'- → З'
МЕТ 5'-АУГ-3'
4) На цепи иРНК определяем триплет аминокислоты МЕТ - это начало открытой рамки считывания
5'-АЦУУЦАУГУЦАЦААУААУЦГУУЦУ-3'
5) После старт-кодона (АУГ) находим ближайший стоп-кодон. Это УАА
5'-АЦУУЦАУГУЦАЦААУААУЦГУУЦУ-3'
6) По условию задачи "рибосома при встрече с таким стоп-кодоном в иРНК сдвигает рамку считывания на один нуклеотид в сторону 3’-конца и продолжает синтез полипептида"
Я предположила два варианта сдвига рамки считывания:
а) С делецией первого нуклеотида стоп-кодона (нуклеотид У). Этот вариант фреймшифта мне кажется более вероятным
5'-АУГ-УЦА-ЦАА-ААУ-ЦГУ-УЦУ-3'
Пептид: Мет-Сер-Глн-Асн-Арг-Сер
б) С делецией третьего (или второго) нуклеотида стоп-кодона (нуклеотид А). Этот вариант фреймшифта мне кажется менее вероятным, но как сказал Шекспир: "Есть многое на свете, друг Горацио, что и не снилось нашим мудрецам".
5'-АУГ-УЦА-ЦАА-УАУ-ЦГУ-УЦУ-3'
Пептид: Мет-Сер-Глн-Тир-Арг-Сер
Оба варианта отличаются незначительно друг от друга.
Задача решена. Однако меня мучает вопрос, зачем инфузория Euplotes, имея в гене стоп-кодон, который сформировался в течении миллионов лет эволюции, игнорирует его при трансляции и удлиняет белок? Понятно, что это - адаптация к новым условиям. К каким? Почему такой сложный путь? Работает ли представленный стоп-кодон в каких-то других условиях? Предлагаю и вам задуматься над этим.
Хочешь понять и полюбить Биологию как я? Приходи ко мне на летний курс "Генетика+". И ты научишься решать самые сложные задачи по классической и молекулярной генетике - на дигибридное скрещивание, сцепление с полом, двойное сцепление с полом, реципрокное скрещивание, псевдоаутосомное наследование, летальные гены, множественный аллелизм, взаимодействие генов, задачи на закон Харди-Вайнберга, на открытую рамку считывания, палиндромы, фреймшифт мутации и др. Сдашь ЕГЭ по биологии на 100 баллов!
Понравилась статья? Скоро будет продолжение. Самое интересное, как всегда, впереди! Успехов и удачи! До встречи на Яндекс Дзен! Не забывайте подписаться на мой канал и поставить лайк!
Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова
WhatsApp репетитора Богуновой В.Г. +7(903)186-74-55