СБОРНИК ЗАДАЧ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКЕ С РЕШЕНИЯМИ

1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО НАДЗОРУ В СФЕРЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САМАРСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ «РЕАВИЗ» (НОУ ВПО СМИ «РЕАВИЗ») Кафедра естественнонаучных дисциплин Антипов Е.В. СБОРНИК ЗАДАЧ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКЕ С РЕШЕНИЯМИ Утверждено Редакционно-издательским советом института в качестве учебного пособия для студентов лечебного и стоматологического факультетов САМАРА Издательство РЕАВИЗ 2012

2 УДК ББК Составитель Антипов Е.В. Сборник задач по молекулярной биологии и медицинской генетике с решениями: учеб. пособие / сост. Антипов Е.В. Самара: Изд-во НОУ ВПО СМИ «РЕАВИЗ», с. В учебном пособии приведены основные понятия молекулярной биологии и генетики, необходимые для решения задач. Предложены примеры решения типовых задач. УДК ББК НОУ ВПО СМИ «РЕАВИЗ»,

3 СОДЕРЖАНИЕ Основные понятия молекулярной биологии и генетики, необходимые для решения задач. 4 Раздел I. Задачи по молекулярной биологии. 10 Раздел II. Задачи по медицинской генетике Моногибридное скрещивание Полное доминирование Неполное доминирование Полигибридное скрещивание Дигибридное скрещивание Тригибридное скрещивание Наследование по типу множественных аллелей Пенетрантность Взаимодействие неаллельных генов Комплементарность Полимерия Эпистаз Наследование признаков, сцепленных с полом Сцепленное наследование Полное сцепление Неполное сцепление Анализ родословных Популяционная генетика Приложение 1. Таблица генетического кода Приложение 2. Наследственные болезни и аномалии

4 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ Молекулярная биология наука, изучающая основные свойства и проявления живого на молекулярном уровне: структурнофункциональную организацию генетического аппарата клеток и механизм реализации наследственной информации. Генетика наука о закономерностях наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. Наследственность свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями. Изменчивость свойство организмов приобретать новые признаки и свойства. Нуклеиновые кислоты полинуклеотиды, природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах. Различают дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксирибозу, а в качестве азотистых оснований аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). ДНК первичный носитель генетической информации почти у всех организмов (кроме РНК-содержащих вирусов). Рибонуклеиновые кислоты нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента рибозу, а в качестве азотистых оснований аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У). Различают несколько классов РНК в соответствии с их функциями и структурными особенностями: рибосомальная (ррнк), транспортная (трнк), информационная или матричная (ирнк или мрнк), гетероядерная (гярнк). Ген участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы трнк, ррнк, или взаимодействующий с регуляторным белком, единица генетической (наследственной) информации. Интрон участок гена эукариот, который не несет генетической информации кодирующую синтез полипептида; расположен между экзонами. 4

5 Экзон участок гена эукариот, несущий генетическую информацию, кодирующую синтез полипептида. Репликация (редупликация) процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное копирование генетической информации и передачу ее от поколения к поколению. Транскрипция биосинтез молекул РНК на соответствующих участках ДНК, первый этап реализации генетической информации в живых клетках. Процессинг совокупность реакций, ведущих к превращению первичных продуктов транскрипции и трансляции в функционирующие молекулы. Сплайсинг особый тип процессинга в клетках эукариотических организмов, которому подвергаются предшественники всех мрнк (промрнк), а также некоторые трнк и ррнк. При сплайсинге в молекулах этого типа некодирующие последовательности нуклеотидов (интроны) удаляются, а кодирующие последовательности нуклеотидов (экзоны) сшиваются, образуя зрелые мрнк. Трансляция синтез полипептидных цепей белков по матрице ирнк согласно генетическому коду. Генетический код свойственная живым организмам единая система записи наследственной информации о последовательности аминокислот в белке с помощью последовательности нуклеотидов в ДНК и ирнк. Кодон единица генетического кода, триплет нуклеотидов ДНК (ирнк), кодирующий одну аминокислоту. Антикодон триплет нуклеотидов трнк, комплементарный кодону ирнк и связывающийся с ним в рибосоме при трансляции. Аллель форма существования гена, определяющая возможность развития конкретного варианта данного признака. Чаще всего у гена два аллеля доминантный и рецессивный, но встречаются случаи множественного аллелизма. Геном совокупность генов, характерных для гаплоидного набора хромосом данного вида организмов. Генотип совокупность аллелей гена или группы генов, контролирующих анализируемый признак у данного организма. 5

6 Фенотип совокупность признаков и свойств особи, которые формируются в процессе взаимодействия генотипа с окружающей средой. Кариотип совокупность признаков хромосомного набора (число, размер, форма хромосом), характерных для того или иного вида. Гены аллельные гены, расположенные в одних и тех же локусах гомологичных хромосом, ответственные за развитие одного признака. Гены неаллельные гены, расположенные в различных локусах гомологичных хромосом или в разных парах хромосом. Генетическая карта хромосомы схема взаимного расположения генов, находящихся в одной группе сцепления. Группа сцепления гены одной хромосомы. Гены сцепленные гены, расположенные в одной хромосоме, образующие группу сцепления и наследуемые совместно. Хромосомы органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Аутосомы все хромосомы в клетках раздельнополых животных, растений и грибов, за исключением половых хромосом. Половые хромосомы хромосомы, определяющие различие кариотипов особей разных полов у раздельнополых организмов. Локус местоположение определенного гена (его аллелей) на генетической карте хромосомы. Гомологичные хромосомы парные хромосомы, одинаковые по форме, размерам, характеру наследственной информации, несущие в одних и тех же локусах аллели одного и того же гена, но разные по происхождению одна из гомологичных хромосом получена данной особью от отца, другая от матери. Гаплоидный набор хромосом одинарный, половинчатый набор хромосом, когда из каждой пары гомологичных хромосом имеется только одна (у человека 23 хромосомы). Диплоидный набор хромосом двойной, полный набор хромосом (у человека 46 хромосомы). Гаметы половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды). Гомозигота особь, гомологичные хромосомы которой несут одинаковые аллели того или иного гена. 6

7 Гетерозигота особь, у которой гомологичные хромосомы несут различные аллели (альтернативные формы) того или иного гена. Кроссинговер обмен участками несестринских хроматид гомологичных хромосом во время их конъюгации в профазе первого деления мейоза. Кроссоверные гаметы гаметы, при образовании которых произошел кроссинговер. Кроссоверные особи (рекомбинанты) особи, развившиеся в результате слияния кроссоверных гамет. У этих особей в фенотипе появляются новые, по сравнению с родителями, сочетания признаков. Плейотропия множественное действие гена, способность гена воздействовать на несколько признаков. Признак какое-либо качество организма, по которому можно отличить один организм от другого. Альтернативные признаки контрастные взаимоисключающие признаки. Доминантный признак признак, проявляющийся у гибридов первого поколения или в гетерозиготном состоянии. Преобладающий признак. Рецессивный признак подавляемый признак, проявляющийся только в гомозиготном состоянии и не проявляющийся у гибридов первого поколения, но передающийся по наследству. Аутосомный признак признак, который определяется геном, расположенным в аутосомах. Признак, сцепленный с полом признак, который определяется геном, расположенным в половых хромосомах. Голандрический признак признак, который определяется геном, расположенным в Y-хромосоме. Наследование передача наследственной информации от родителей потомству. а) Независимое наследование свободное комбинирование признаков, гены которых локализованы в разных парах гомологичных хромосом. б) Сцепленное наследование совместное наследование признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме. 7

8 в) Сцепленное с полом наследование наследование признаков, гены которых локализованы в половых хромосомах. г) Промежуточное наследование (неполное доминирование) проявление в фенотипе гетерозиготной особи промежуточного, по сравнению с гомозиготными родителями, признака. Скрещивание (гибридизация) объединение наследственной информации двух клеток. а) Моногибридное скрещивание скрещивание организмов, в котором анализ производят по одной паре альтернативных признаков. б) Дигибридное скрещивание скрещивание организмов, в котором анализ производят по двум парам альтернативных признаков. в) Полигибридное скрещивание скрещивание организмов, в котором анализ производят по многим парам альтернативных признаков. г) Анализирующее скрещивание скрещивание особи, генотип которой неизвестен, с гомозиготной по рецессиву особью. Пенетрантность (степень пробиваемости гена в признак) частота проявления аллеля определенного гена у разных особей определенной группы организмов. Экспрессивность степень фенотипического проявления 1 и того же гена у разных особей определенной группы организмов. Комплементарность тип взаимодействия неаллельных генов, при котором развитие признака может определяться не одной, а двумя или более парами неаллельных генов, располагающихся в разных хромосомах. Полимерия обусловленность определенного признака несколькими парами неаллельных генов, обладающих одинаковым действием. Эпистаз (противоположное действие генов) явление, при котором ген одной аллельной пары (супрессор) в доминантном (доминантный эпистаз) или рецессивном (рецессивный эпистаз криптомерия, или гипостаз) состоянии может подавлять развитие признака, который контролируется другой парой генов. Решетка Пеннета таблица, в которой по горизонтали и вертикали вписываются все возможные генотипы гамет родительских особей, а искомые генотипы потомков находятся в ячейках полученной решетки. 8

9 Мейоз способ деления клеток, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Митоз непрямое деление, основной способ деления эукариотических клеток. Мутации внезапные, естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Популяция совокупность особей одного вида, скрещивающихся между собой и имеющих определенный ареал обитания. Панмиксия свободное скрещивание разнополых особей с разными генотипами в популяции перекрестнооплодотворяющихся организмов. 9

10 РАЗДЕЛ I ЗАДАЧИ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ Решение данного типа задач основано на знании центральной догмы молекулярной биологии (рис. 1): Рис. 1. Центральная догма молекулярной биологии Она говорит о том, что для осуществления синтеза полипептидов генетическая информация, закодированная в ДНК в составе хроматина, переписывается (процесс транскрипции, происходит в ядре) по принципу комплементарности азотистых оснований на информационную РНК (ирнк или матричная мрнк), которая переходит из ядра в цитоплазму, где принимает участие в процессе трансляции: переводе информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот, т. е. процессе синтеза полипептида. Указанные процессы осуществляются по принципу комплементарности молекул ДНК. Согласно этому принципу, аденин (А) всегда в норме соединяется с тимином (Т) в ДНК или урацилом (У) в РНК. Гуанин (Г) всегда в норме соединяется с цитозином (Ц). Между А и Т образуются две водородные связи, а между Г и Ц три. Записывается принцип комплементарности следующим образом: А Т (У) Г Ц 10

11 В результате после двухразового использования принципа комплементарности (после транскрипции и трансляции) последовательность аминокислот в белке будет точно соответствовать последовательности триплетов (кодонов) в ДНК. В пределах одного гена, который кодирует полипептид, участок молекулы ДНК подразделяется на функционально различные единицы. Отличительная черта строения многих генов эукариот прерывистость структуры смысловой части. Смысловые участки, несущие информацию о последовательности аминокислот в белке экзоны, чередуются с участками некодирующих последовательностей интронами. Часто интроны по длине могут превосходить экзоны. Наличие избыточных последовательностей приводит к тому, что длина гена может быть в несколько раз больше, чем требуется для кодирования аминокислот в белке. Гаплоидный набор хромосом человека содержит 3,5 10 нуклеотидных пар, что по количеству соответствует примерно 1,5 млн. пар генов. Однако данные по изучению генома человека показывают, что организм человека имеет не более 100 тыс. генов. Это значит, что в клетках человека только 1% ДНК выполняет кодирующие функции. В отношении оставшихся 99% существуют разные гипотезы, обосновывающие их регуляторные и структурные функции. Затем в ходе созревания РНК в ядре из нее удаляются интроны, а концы соседних экзонов сшиваются стык в стык. Процесс удаления последовательностей РНК, соответствующих нитронам, и соединение участков с транскрибируемыми последовательностями экзонов называется сплайсингом. Кроме того транскрибируемая молекула модифицируется добавлением метилированного Г-нуклеотида на 5'-конце (кэпирование) и поли-а-последовательности на 3'-конце. Модифицированные участки играют важную роль в инициации белкового синтеза, защищают транскрипт трнк от деградации. Имеются данные, свидетельствующие о том, что поли-а-конец участвует в транспорте зрелой мрнк из ядра в цитоплазму и продлевает ее функционирование там. Весь суммарный процесс формирования зрелых молекул РНК из предшественников называется процессингом. Созревшая мрнк выходит в цитоплазму, прикрепляется к рибосоме, где генетическая информация транслируется в белковую последовательность. Большинство интронных последовательностей, по-видимому, не обла- 11

12 дают специфическими функциями. Однако один и тот же транскрипт РНК может подвергаться сплайсингу по-разному, следовательно, с одного транскрипта в ходе сплайсинга способны образоваться несколько различных РНК. Такой сплайсинг называется альтернативным. Альтернативный сплайсинг сообщает клетке дополнительную генетическую пластичность. Информация о первичной структуре полипептидов (последовательности аминокислот в них) записана в ДНК в виде трехбуквенного кода, составленного из первых букв названий четырех азотистых оснований, входящих в состав ДНК (АТГЦ). Каждой аминокислоте соответствует определенный триплет из трех соседних нуклеотидов. Например, аминокислоте фенилаланин в ДНК соответствует код он ААА, а аминокислоте серии АГА. Свойственная живым организмам единая система записи наследственной информации о последовательности аминокислот в белке с помощью последовательности нуклеотидов в ДНК и ирнк называется генетическим кодом. 12 Свойства генетического кода 1. Триплетность. Одну аминокислоту кодирует последовательность из трех нуклеотидов, названная триплетом, или кодоном. Каждая аминокислота шифруется тремя стоящими рядом нуклеотидами. В этом случае из четырех нуклеотидов образуется 4 3 = 64 триплета. 2. Вырожденность (избыточность). Большинство аминокислот кодируется более, чем одним кодоном (2, 4 или 6). Исключение составляют аминокислоты метионин и триптофан, которые зашифрованы 1 кодоном. Каждая из них кодируется только одним триплетом. Для кодирования 20 аминокислот используется 61 комбинация нуклеотидов. Триплет АУГ, кодирующий метионин, называют стартовым. С него начинается синтез белка. Три кодона (УАА, УАГ, УГА) несут информацию о прекращении синтеза белка. Их называют триплетами терминации (синонимы: стоп-кодоны, нонсенс-кодоны, терминальные кодоны, «знаки препинания»). 3. Универсальность. У всех организмов на Земле одни и те же триплеты кодируют одинаковые аминокислоты. Такая универсальность генетического кода свидетельствует о единстве происхождения всего многообразия живых форм на Земле в процессе биологической эволюции. 4. Однозначность (специфичность). Во всех генах у всех эукариот каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

13 5. Коллинеарность совпадение последовательностей аминокислот в синтезируемой молекуле белка с последовательностью триплетов в ирнк. 6. Линейность (непрерывность и неперекрываемость кодонов при считывании). Это означает, что последовательность нуклеотидов считывается триплет за триплетом без пропусков, при этом соседние триплеты не перекрывают друг друга, т.е. каждый отдельный нуклеотид входит в состав только одного триплета при заданной рамке считывания. Примеры решения задач по молекулярной биологии Задача 1.1 Фрагмент ДНК имеет следующий нуклеотидный состав: АЦГТЦГАГГ. Напишите дочерние молекулы ДНК, образовавшиеся в процессе репликации данного фрагмента ДНК. Дано: Структура участка ДНК: АЦГТЦГАГГ Решение: Репликация (самокопирование) молекулы ДНК происходит полуконсервативным способом, то есть к каждой исходной полинуклеотидной цепи ДНК по принципу комплементарности достраивается новая полинуклеотидная цепь. В итоге образовавшиеся дочерние ДНК являются копиями исходной молекулы ДНК. исходная ДНК: АЦГТЦГАГГ дочерняя ДНК: ТГЦАГЦТЦЦ Задача 1.2 Одна из исходных цепей ДНК имеет следующий состав нуклеотидов: АТТГГЦТАГ. Напишите нуклеотидный состав молекулы мрнк, синтезированной (переписанной) с данного участка ДНК. Дано: Структура участка ДНК: АТТГГЦТАГ Решение: Процесс синтеза мрнк на ДНК-матрице называется транскрипцией. Нуклеотиды мрнк присоединяются к цепи ДНК по принципу комплементарности: аденину (А) ДНК соответствует урацил (У) мрнк, гуани- 13

14 ну (Г) ДНК соответствует цитозин (Ц) мрнк, тимину (Т) ДНК соответствует аденин (А) мрнк. исходная ДНК: АТТГТЦААГ мрнк: ТААЦАГТТЦ Задача 1.3 Дан участок полипептида, состоящий из трех аминокислот: МЕТ-АСП-ВАЛ. Пользуясь таблицей генетического кода, закодируйте в кодонах ДНК этот участок. Сколько нуклеотидов содержится в кодирующем участке молекулы ДНК? Дано: трипептид мет-асп-вал Решение: Пользуясь таблицей генетического кода, найдем, каким кодонам (триплетам) мрнк будет соответствовать данная последовательность аминокислот в полипептиде. Затем, по принципу комплементарности построим цепь ДНК. Обратите внимание, что по свойству вырожденности генетического кода: большинство аминокислот кодируется более, чем одним кодоном. Поэтому можно записать несколько альтернативных вариантов последовательности нуклеотидов в мрнк. полипептид: МЕТ-АСП-ВАЛ мрнк: АУГ ГАУ-ГУУ ДНК: ТАЦ-ЦТА-ЦАА В данном кодирующем участке молекулы ДНК содержится 9 нуклеотидов (по свойству триплетности генетического кода каждый триплет состоит из трех нуклеотидов; в данном случае имеется три кодона, поэтому нуклеотидов будет 9). Задача 1.4 Кодирующий участок ДНК состоит из следующих нуклеотидов: ГЦА ТТТ АГА ТГА ААТ ЦАА? 1) Напишите состав кодонов мрнк, транскрибируемой с этой цепи; 2) Определите состав соответствующих антикодонов трнк, участвующих в трансляции; 3) Какие аминокислоты переносят соответствующие трнк? 14

15 Дано: Структура участка ДНК: ГЦА ТТТ АГА ТГА ААТ ЦАА Решение: Составляем цепь мрнк по принципу комплементарности, затем определяем соответствующие антикодоны трнк (по принципу комплементарности). Аминокислоты, переносящие найденные трнк, находим по таблице генетического кода, используя триплеты мрнк (но не трнк). исходная ДНК: ГЦА ТТТ АГА ТГА ААТ ЦАА мрнк: ЦГУ ААА УЦУ АЦУ УУА ГУУ трнк: ГЦА УУУ АГА УГА ААУ ЦАА полипептид: АЛА ГЛИ ЦИС ФЕН ТРИ АСП Ответ: если участок ДНК представлен следующей последовательностью нуклеотидов ГЦАТТТАГАТГАААТЦАА, то полипептид будет состоять из аминокислот: аланина, глицина, цистеина, фенилаланина, триптофана и аспарагина. Задача 1.5 Нуклеотиды в одном из генов располагаются в следующей последовательности: АААГААЦАЦ. Как изменится последовательность аминокислот в полипептидной цепочке, кодируемой данным участком гена, если в всех кодонах заменить первые нуклеотиды: в первом кодоне А на Г, во втором Г на А, в третьем Ц на Т? Дано: Структура ДНК: АААГААЦАЦ Решение: Пользуясь таблицей генетического кода, определим последовательность аминокислот в полипептиде, которая кодируется исходными кодонами: исходные кодоны: ААА ГАА ЦАЦ исходные аминокислоты: ФЕН ЛЕЙ ВАЛ Затем запишем последовательность новых кодонов и новых аминокислот: новые кодоны: ГАА ААА ТАЦ исходные аминокислоты: ЛЕЙ ФЕН МЕТ Следовательно, замена первого нуклеотида в каждом кодоне изменя- 15

16 ет их смысловую функцию образуется другой белок, что ведет к новым признакам у организма. Задача 1.6 Полипептид состоит из следующих аминокислот: валин аланин глицин лизин триптофан валин серин глутаминовая кислота указанный полипептид. Дано: Структура полипептида Решение: полипептид: вал ала гли лиз три вал сер глу мрнк: ААА ГУУ УГГ УУУ ГУУ АЦГ ЦГУ АГЦ ДНК: ТТТ ЦАА АЦЦ ААА ЦАА ТГЦ ГЦА ТЦГ ААА ГТТ ТГГ ТТТ ГТТ АЦГ ЦГТ АГЦ Ответ: если полипептид представлен следующей последовательностью аминокислот валин аланин глицин лизин триптофан валин серин глутаминовая кислота, то структура участка ДНК, кодирующего данный полипептид, следующая: ТТТ ЦАА АЦЦ ААА ЦАА ТГЦ ГЦА ТЦГ ААА ГТТ ТГГ ТТТ ГТТ АЦГ ЦГТ АГЦ Задача 1.7 Ген состоит из 3 одинаковых смысловых (экзоны) и 4 одинаковых несмысловых (интроны) участков, причем интроны состоят из 120 нуклеотидов каждый, а весь ген имеет 1470 нуклеотидов. Сколько кодонов будет иметь про-мрнк, каждый экзон, мрнк и белок, закодированный в этом гене? Решение: Находим количество кодонов в про-мрнк. Один кодон состоит из трех нуклеотидов. Всего нуклеотидов 1470, значит в про-мрнк: (1470 / 3) = 490 кодонов. мрнк состоит только из экзонов, общая длина которых будет: ( ) = 990 нуклеотидов. Следовательно, мрнк состоит из: (990 / 3) = 330 кодонов. Столько же будет аминокислот в белке. Каждый экзон состоит из: (330 / 3) = 110 кодонов. 16

17 Ответ: про-мрнк содержит 490 кодонов, мрнк 330 кодонов, экзон 110 кодонов, белок 330 аминокислот. Задача 1.8 Известно, что определенный ген эукариотической клетки содержит 4 интрона (два по 24 нуклеотида и два по 36 нуклеотидов) и 3 экзона (два по 120 нуклеотидов и один 96 нуклеотидов). Определите: количество нуклеотидов в мрнк; количество кодонов в мрнк; количество аминокислот в полипептидной цепи; количество трнк, участвующих в трансляции. Дано: 3 экзона (2 по 120 и 1 по 96) 4 интрона (2 по 24 и 2 по 36) Решение: Данная задача на этапы реализации генетической информации. Первым этапом является транскрипция, в результате проведения которой мы получаем про-мрнк. Вторым этапом реализации является процессинг вырезание несмысловой части про-мрнк и получение цепи матричной РНК. Третьим этапом является трансляция в рибосомах и получение полипептидной цепи. Для определения количества аминокислот в цепи используем такие свойства генетического кода, как коллинеарность и триплетность. Определим количество нуклеотидов в про-мрнк, так как она является слепком с гена, который ген состоит из суммы экзонной и интронной частей = 456 определим количество нуклеотидов в зрелой мрнк, удалив интроны 456 ( ) = 336 определим количество кодонов в зрелой мрнк, используя свойство триплетности генетического кода 336 / 3 = 112 определим количество аминокислот в полипептидной цепи, используя принцип коллинеарности 112 кодонов = 112 аминокислот определим количество трнк, участвующих в трансляции, учитывая 17

18 что одна молекула трнк доставляет в рибосому одну молекулу аминокислоты 112 аминокислот = 112 трнк Ответ: если ген состоит из 4 интрона (2 по 24 нуклеотида и 2 по 36 нуклеотидов) и 3 экзона (2 по 120 нуклеотидов и 1 по 96 нуклеотидов), то: количество нуклеотидов в мрнк 336; количество кодонов в мрнк 112; количество аминокислот в полипептидной цепи 112; количество трнк, участвующих в трансляции 112. Задача 1.9 Как изменится соотношение нуклеотидов в ДНК, копией которой является следующая мрнк УУГГАЦЦГГУУА, если произошли следующие изменения: после 1-го триплета был вставлен тимин, после второго и третьего добавлен аденин. Дано: мрнк Мутации по типу вставки нуклеотидов Решение: Для решения данной задачи используем свойство обратной транскрипции и принципа комплементарности. I 1. Определяем структуру ДНК мрнк У У Г Г А Ц Ц Т Г У У А ДНК А А Ц Ц Т Г Г А Ц А А Т Т Т Г Г А Ц Ц Т Г Т Т А 2. Определяем количество нуклеотидов А и Т от общего количества нуклеотидов (примем за 100%). Для этого используем Правила Чаргаффа 1. Сумма пуриновых оснований = сумме пиримидиновых (А+Г=Ц+Т) 2. А+Ц=Г+Т 3. А=Т 4. Г=Ц 5. Количество комплементарных пар в ДНК не равно (А+Т не равно Г+Ц) 18

19 Всего нуклеотидов % Т = А = 25% Адениновых 6 x х = 25% 3. Определяем количество нуклеотидов Г и Ц Всего нуклеотидов % Ц = Г = 25% Гуаниновых 6 х х = 25% Находим соотношение нуклеотидов, согласно 5 правилу Чаргаффа: А + Т / Г + Ц = 1 II 1. Определяем структуру ДНК после мутаций ДНК А А Ц Т Ц Т Г А Г АЦ А А А Т Т Т Г А Г А Ц Т Ц Т Г Т Т Т А 2. Определяем количество нуклеотидов А и Т в ДНК после произошедшей мутации: Всего нуклеотидов % Т = А = 33,3% Адениновых 10 х х = 33,3% 3. Определяем количество Г и Ц Всего нуклеотидов % Ц = Г = 16,7% Гуаниновых 5 х х = 16,7% 4. Соотношение А+Т / Г+Ц = 1,99 Ответ: соотношение нуклеотидов в исходной ДНК и мутированной изменилось с 1 до 1,99. Задача 1.10 Исследования показали, что нуклеотидный состав мрнк следующий: 30% приходится на гуанин, 10% на цитозин, 16% на аденин и 44% на урацил. Определите процентный состав по нуклеотидам той части ДНК, слепком которой является изученная мрнк. Дано: Гуанин 30% Цитозин 10% Аденин 16% Урацил 44% 19

20 Решение: Для определения структуры одной цепи ДНК используем свойство обратной транскрипции. Вторую цепь получаем по принципу комплементарности (А-Т; Г-Ц). Для вычисления процентного состава нуклеотидов в ДНК, повторяющиеся нуклеотиды суммируем. ирнк 1) ДНК 2) ДНК 3) ДНК 30% -Г 30% Ц Г 30% Ц 40% Ц 20% 10% -Ц 10% Г Ц 10% Г 40% Г 20% 16% А 16% Т А 16% А 60% А 30% 44% У 44% А Т 44% Т 60% Т 30% Ответ: если в ирнк процентный состав нуклеотидов: Г 30%, Ц 10%, А 16%, У 44%, то в ДНК он представлен следующим образом: Г и Ц по 20%, А и Т по 30%. Задача 1.11 Известно, что расстояние между нуклеотидами в цепочках ДНК составляет м. Какую длину имеет ген, определяющий белок, состоящий из 134 аминокислот? Дано: Количество аминокислот 134 Расстояние между нуклеотидами м Решение: Белок, состоящий из 134 аминокислот, определяется участком ДНК, имеющим в своем составе 402 нуклеотида (134 3). Указанную величину расстояния в ДНК между нуклеотидами необходимо умножить на цифру 401, так как 1 нуклеотид надо отнять м м 1, Ответ: длина данного гена равняется 1, м. Задача 1.12 Известно, что расстояние между нуклеотидами в цепочках ДНК составляет м. Какую длину имеет ген, определяющий гемоглобин, включающий 287 аминокислот? Дано: Количество аминокислот в гемоглобине 287 Расстояние между нуклеотидами м 20

21 Решение: Для решения данной задачи используем явление обратной трансляции, что позволяет определить количество триплетов в мрнк по количеству аминокислот. Путем обратной транскрипции определяем количество триплетов в ДНК. Зная, что код триплетен, определяем общее количество нуклеотидов в цепи ДНК. Длину структурного гена вычисляем, используя расстояние между нуклеотидами. 1. Определяем количество триплетов в мрнк 287 аминокислот = 287 триплетов в мрнк 2. Определим количество триплетов в ДНК 287 триплетов мрнк = 287 триплетов ДНК 3. Определяем количество нуклеотидов в ДНК = Определяем длину структурного гена, кодирующего молекулу гемоглобина (861 1) Ответ: если в молекуле гемоглобина 287 аминокислот, то длина цистрона, кодирующего гемоглобин, составляет (861 1) м. Задачи по молекулярной биологии Задача 1.13 Какая последовательность аминокислот зашифрована в следующем участке ДНК: АЦАТТТАГЦТГГААТЦАА? Задача 1.14 Смысловая нить ДНК, соответствующая гену вазопрессина (гормона гипофиза, повышающего кровяное давление), содержит следующую последовательность нуклеотидов: АЦААТААААЦТТЦТААЦАГГАГЦАЦЦА. Определите последовательность нуклеотидов во второй нити ДНК; последовательность нуклеотидов в ирнк, число аминокислот, входящих в состав вазопрессина. 21

22 Задача 1.15 В настоящее время известно много редких форм гемоглобина, у которых в результате мутаций произошло замещение той или иной аминокислоты в α-цепи. 1) В α-цепи нормального гемоглобина А пятая и шестая аминокислоты представлены аланином. У гемоглобина Торонто пятая аминокислота аланин замещена аспарагином, у гемоглобина Париж шестая аминокислота аланин заменена аспарагином. Определите участок ДНК, кодирующий пятую и шестую аминокислоты α-цепи, для нормального гемоглобина А и для гемоглобинов Торонто и Париж. 2) В α-цепи нормального гемоглобина А 15-я аминокислота представлена глицином, 16-я лейцином. У гемоглобина Интерлакси Оксфорд 15-я аминокислота глицин заменена аспарагином, у гемоглобина J 16-я аминокислота лейцин заменена глутамином. Определите участок ДНК, кодирующий 15-ю и 16-ю аминокислоты α-цепи, у нормального гемоглобина и у обоих измененных. Задача 1.16 Четвертый пептид в нормальном гемоглобине (гемоглобин А) состоит из следующих аминокислот: валин гистидин лейцин треонин пролин глутаминовая кислота лизин. 1) У больного с симптомом спленомегалии при умеренной анемии обнаружили следующий состав четвертого пептида: валин гистидин лейцин треонин пролин лизин глутаминовая кислота лизин. Определите изменения, произошедшие в ДНК, кодирующей четвертый пептид гемоглобина, после мутации. 2) У больного серповидноклеточной анемией состав аминокислот четвертого пептида гемоглобина следующий: валин гистидин лейцин треонин пролин валин глутаминовая кислота лизин. Определите изменения в участке ДНК, кодирующем четвертый пептид гемоглобина, приведшие к заболеванию. Задача 1.17 Как изменится структура белка, если из кодирующего его ДНК ААТАЦАТТТАААГТЦ удалить 5-й и 13-й слева нуклеотиды? 22

23 Задача 1.18 Начальный участок цепи В инсулина представлен следующими аминокислотами: фенилаланин валин аспарагиновая кислота глутамин гистидин лейцин цистеин глицин серин гистидин. Определите количественные соотношения А+Т и Г+Ц в цепи ДНК, кодирующей этот участок инсулина. Задача 1.19 Какие изменения произойдут в строении белка, если в кодирующем его участке ДНК ТААЦАААГААЦАААА между 10-м и 11-м нуклеотидами включить цитозин, между 13-м и 14-м тимин, а на конце прибавить еще один аденин? Задача 1.20 Участок ДНК, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий порядок азотистых оснований: ААААЦЦААААТАЦТТАТАЦАА. Во время репликации третий слева аденин выпал из цепи. Определите структуру полипептидной цепи, кодируемой данным участком ДНК, в норме и после выпадения аденина. Задача 1.21 Исследования показали, что 34% общего числа нуклеотидов данной ирнк приходится на гуанин, 18% на урацил, 28% на цитозин и 20% на аденин. Определите процентный состав азотнокислых оснований двухцепочечной ДНК, слепком с которой является указанная ирнк. Задача 1.22 Известно, что расстояние между двумя соседними нуклеотидами в спирализованном состоянии молекулы ДНК, измеренной вдоль оси спирали составляет м. Какую длину имеют структурные гены, определяющие молекулу белка, включающего 112 аминокислот? Задача 1.23 Какую длину имеет часть молекулы ДНК, кодирующая инсулин быка, если известно, что молекула инсулина белка имеет 51 аминокислоту, а расстояние между двумя соседними нуклеотидами в ДНК равно м? 23

24 Задача 1.24 Ген состоит из 3 одинаковых смысловых и 4 одинаковых не смысловых участков, причем интроны состоят из 120 нуклеотидов каждый, а весь ген имеет 1470 нуклеотидов. Сколько кодонов будет иметь промрнк, каждый экзон, мрнк и аминокислот в белке, закодированного в этом гене? Задача 1.25 Известно, что определенный ген эукариотической клетки содержит 4 интрона (два по 24 нуклеотида и два по 36 нуклеотидов) и 3 экзона (два по 120 нуклеотидов и один 96 нуклеотидов). Определите: количество нуклеотидов в мрнк; количество кодонов в мрнк; количество аминокислот в полипептидной цепи; количество трнк, участвующих в трансляции. Задача 1.26 Как изменится соотношение нуклеотидов в ДНК, копией которой является следующая мрнк УУГГАЦЦГГУУА, если произошли следующие изменения: после 1-го триплета был вставлен тимин, после второго и третьего добавлен аденин? Задача 1.26 Фрагмент ирнк имеет следующий состав: УУУ-ГУУ-ГАУ-ЦАА- ЦАЦ-УУА-УГУ-ГГГ-УЦА-ЦАЦ. Определите соотношение (А+Т)/(Г+Ц) во фрагменте названного гена. Задача 1.27 Определенный белок содержит 400 аминокислот. Какую длину имеет ген, под контролем которого этот белок синтезируется, если расстояние между нуклеотидами составляет 0,34 нм? Задача 1.28 Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК), в которых запрограммированы белки из 500 аминокислот, 25 аминокислот, 48 аминокислот? 24

25 Задача 1.29 На фрагменте одной цепи ДНК: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т нарисуйте схему структуры двухцепочечной молекулы ДНК. Каким свойством вы руководствовались? Какова длина в нм этого фрагмента? Сколько (в %) содержится нуклеотидов в отдельности в этой цепи ДНК? Задача 1.30 В эукариотической клетке ген, хранящий информацию о белке, состоит из 648 пар нуклеотидов. Из них три участка по 70 пар нуклеотидов несмысловые (интроны). Сколько трнк участвовало в сборке полипептида? Сколько нуклеотидов в матричной РНК? Какова масса всего белка (масса 1 аминокислоты 100)? Задача 1.31 Ген состоит из 540 нуклеотидов. Белок, кодируемый данным геном, состоит из 120 аминокислот. Определить длину ирнк и количество интронов в про-ирнк. (Учесть расстояние между соседними нуклеотидами 3,4 Å). Задача 1.32 Ген имеет длину 2040 Å. Белок состоит из 150 аминокислот. Какова длина интронов? Сколько нуклеотидов на них приходится? Задача 1.33 В гене на интроны приходится 40%. Определите количество аминокислот в белке и длину про-ирнк, если на интроны приходится 180 триплетов? Задача 1.34 Определить, что опаснее с точки зрения последствий: выпадение первого, среднего или последнего нуклеотида в цепи ДНК? Показать на примере структурного гена. 25

26 Задача 1.35 Представлена часть белка: глицин глутамин метионин треонин тирозин. Подсчитайте соотношение аденин+тимин и гуанин+цитозин в участке ДНК, кодирующем данную последовательность аминокислот. Задача 1.36 Исследования показали, что нуклеотидный состав мрнк следующий: 30% приходится на гуанин, 10% на цитозин, 16% на аденин и 44% на урацил. Определите процентный состав по нуклеотидам той части ДНК, слепком которой является изученная мрнк. Задача 1.37 Известно, что расстояние между нуклеотидами в цепочках ДНК составляет м. Какую длину имеет ген, определяющий гемоглобин, включающий 287 аминокислот? Задача 1.38 У человека, больного цистинурией (содержание в моче большего, чем в норме, числа аминокислот), с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты ирнк: УЦУ, УГУ, ГЦУ, ГГУ, ЦАГ, ЦГУ, ААА. У здорового человека в моче обнаруживается аланин, серин, глутаминовая кислота и глицин. 1) Выделение каких аминокислот с мочой характерно для больных цистинурией? 2) Напишите триплеты, соответствующие аминокислотам, имеющимся в моче здорового человека. Задача 1.39 Как изменится белок, если в гене, его кодирующем ТААААТАЦА- АЦЦЦАААТА, произошли мутации по типу выпадения 1, 12 и 17 нуклеотидов? Задача 1.40 Исследования показали, что в мрнк процентное соотношение азотистых соединений следующее: аденинов 8%; гуанинов 22%; цитозинов 26%; урацилов 44%. Определите процентное соотношение нуклеотидов в соответствующей этой мрнк, ДНК. 26

27 Задача 1.41 Подсчитайте длину гена, кодирующего следующий олигопептид: валин лейцин лейцин глутамин фенилаланин триптофан цистеин триптофан валин глицин лизин аргинин гистидин метионин аргинин тирозин, если расстояние между нуклеотидами в ДНК равняется м. Известно также, что при процессинге данного белка был вырезан интрон, состоящий из 12 нуклеотидов. Задача 1.42 Подсчитайте соотношение аденин+тимин и гуанин+цитозин в ДНК, которая определяет следующую последовательность аминокислот: лизин валин триптофан фенилаланин валин метионин. Задача 1.43 Известно, что в состав определенного гена входит 3 интрона (27, 24 и 36 нуклеотидов) и 4 экзона (по 66 нуклеотидов каждый). Определите количество аминокислот в белке, закодированном в этом гене, и число кодонов в про-мрнк. Задача 1.44 Определить антикодоны трнк, участвующие в синтезе белка, начальный участок которой имеет следующее строение: аланин серин треонин цистеин тирозин валин аргинин. Задача 1.45 При биосинтезе белка к рибосоме последовательно доставлены аминокислоты трнк: УУУ ; ГЦА ; УУУ ; УЦУ ; УГА ; ЦАА. Какой полипептид получился? 27

28 РАЗДЕЛ II ЗАДАЧИ ПО МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКЕ 1. Моногибридное скрещивание 1.1. Полное доминирование Моногибридное скрещивание скрещивание, при котором рассматривается наследование 1 пары альтернативных признаков, детерменированных (предопределяемых) 1 парой генов. Для решения данного типа задач применяют 1 и 2 законы Менделя, а также закон чистоты гамет. 1 закон Менделя (закон единообразия гибридов первого поколения): при скрещивании гомозиготных организмов у их потомков в F 1 проявляется только 1 альтернативный признак (доминирующий), а второй находится в скрытом (рецессивном) состоянии. F 1 единообразно по фенотипу и генотипу. Всем эукариотическим организмам присущи открытые Г.Менделем общие закономерности наследования признаков. Главный постулат Менделя, который он доказал в своих известных экспериментах на горохе огородном, состоит в том, что каждый признак определяется парой наследственных задатков, позже получивших название аллельных генов. С развитием хромосомной теории наследственности выяснилось, что аллельные гены находятся в одинаковых локусах гомологичных хромосом и кодируют один и тот же признак. Пара аллельных генов может быть одинакова (АА или aa), тогда говорят, что особь гомозиготна по данному признаку. Если же аллельные гены в паре разные (Aa), то особь по данному признаку гетерозиготна. Совокупность генов данного организма называется генотипом. Однако часто под генотипом понимают одну или несколько пар аллельных генов, которые отвечают за один и тот же признак. Совокупность признаков данного организма называют фенотипом, фенотип формируется в результате взаимодействия генотипа с внешней средой. Г. Мендель ввел понятия 28

29 доминантных и рецессивных генов. Аллель, который определяет фенотип гетерозиготы, он назвал доминантным. Например, ген А в гетерозиготе Аа. Другой аллель, не проявляющий себя в гетерозиготном состоянии, назван им рецессивным. В нашем случае это ген а. Г. Мендель определил, что при скрещивании особей, отличающихся одной парой альтернативных признаков, все потомство фенотипически однообразно при скрещивании гомозиготных особей, которые различались фенотипически. Например, при скрещивании гомозиготного желтого гороха (генотип АА) с гомозиготным зеленым (генотип аа) все потомство будет желтым, но гетерозиготным (Аа). Получившиеся гетерозиготные особи называются гибридами, а поскольку они гетерозиготны по одной паре генов, их называют моногибридами (рис. 2). Р аа АА G а А F 1 Аа единообразие Рис. 2. Схема анализа поколений при моногибридном скрещивании (1 закон Менделя) Скрещиваемые особи могут быть не обязательно гомозиготными. Для случаев, когда обе особи гетерозиготны, Г. Менделем установлено: при скрещивании моногибридов во втором поколении происходит расщепление признаков на исходные родительские в отношении 3:1. 3/4 потомков оказывается с признаками, обусловленными доминантным геном, а 1/4 с признаками рецессивного гена (рис. 3). 2 закон Менделя (закон расщепления гибридов второго поколения): при скрещивании гетерозиготных организмов, в их потомстве F 2 наблюдается расщепление по генотипу в соотношении 1:2:1 и по фенотипу 3:1. 29

30 Р Аа Аа G А, а А, а F 2 АА Аа Аа аа 25% 50% 25% 1/4 2/4 1/4 Рис. 3. Схема анализа поколений при моногибридном скрещивании (2 закон Менделя) В этом случае сформировались генотипы потомства: 1/4 АА, 2/4 Аа, 1/4 аа. Фенотипически первые три будут с проявлением доминантного гена, один из четырех с проявлением рецессивного гена. Однако, точное расщепление 3:1 можно получить лишь при анализе бесконечно большого числа потомков. В случаях же малого числа их можно говорить только о вероятности появления особей с тем или иным признаком. При полном доминировании гомозигота АА и гетерозигота Аа имеют одинаковый фенотип. Основные закономерности наследования признаков по Менделю (законы единообразия гибридов первого поколения, расщепления на фенотипические классы гибридов второго поколения и независимого комбинирования генов) реализуются благодаря существованию закона чистоты гамет. Закон чистоты гамет: в каждую гамету попадает только 1 ген из каждой пары, определяющей разновидность признака. Суть этого закона состоит в том, что пара аллельных генов, определяющая тот или иной признак: а) никогда не смешивается; б) в процессе гаметогенеза расходится в разные гаметы, то есть в каждую из них попадает один ген из аллельной пары. Цитологически это обеспечивается мейозом: аллельные гены лежат в гомологичных хромосомах, которые в анафазе мейоза расходятся к разным полюсам и попадают в разные гаметы. 30

31 Признаки, которые наследуются, согласно законам Менделя, называются менделирующими. Типы наследования менделирующих признаков у человека: Аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с полом доминантный, сцепленный с полом рецессивный. По аутосомно-доминантному типу наследуются следующие признаки у человека: темный цвет глаз, вьющиеся волосы, переносица с горбинкой, прямой нос (кончик носа смотрит прямо), ямочка на подбородке, раннее облысение у мужчин, праворукость, способность свертывать язык в трубочку, белый локон надо лбом, «габсбургская губа» нижняя челюсть узкая, выступающая вперед, нижняя губа отвислая и полуоткрытый рот, полидактилия или многопалость (когда на руке или ноге имеется от 6 до 9 пальцев), синдактилия (сращение мягких или костных тканей фаланг двух и более пальцев), брахидактилия (недоразвитость дистальных фаланг пальцев, приводящая к короткопалости), арахнодактилия (сильно удлиненные «паучьи» пальцы, один из симптомов синдрома Марфана), некоторые формы близорукости. Большинство носителей аутосомно-доминантнои аномалии являются гетерозиготами. Иногда случается, что два носителя одной и той же доминантной аномалии вступают в брак и имеют детей. Тогда четверть из них будут гомозиготами по мутантному доминантному аллелю (АА). Многие случаи из медицинской практики указывают на то, что гомозиготы по доминантным аномалиям поражены тяжелее, чем гетерозиготы. Например, в браке между двумя носителями брахидактилии родился ребенок, у которого не только не доставало пальцев на руках и ногах, но и имелись множественные уродства скелета. Он умер в возрасте одного года. Другой ребенок в этой семье был гетерозиготным и имел обычные симптомы брахидактилии. По аутосомно-рецессивному типу наследуются мягкие прямые волосы, курносый нос, светлые глаза, тонкая кожа и резусотрицательная первая группы крови, многие болезни обмена веществ: фенилкетонурия, галактоземия, гистидинемия и др., а также пигментная ксеродерма. Аутосомно-рецессивные менделирующие признаки у человека определяются генами, локализованными в аутосомах, и могут проявиться у потомства в браке двух гетерозигот, двух рецессивных 31

32 гомозигот или гетерозиготы и рецессивной гомозиготы. Исследования показывают, что большинство браков, среди потомков которых наблюдаются рецессивные заболевания, происходит между фенотипически нормальными гетерозиготами (Аа Aa). В потомстве такого брака генотипы АА, Аа и аа будут представлены в соотношении 1:2:1, и вероятность того, что ребенок окажется пораженным, составит 25%. По X-сцепленному рецессивному типу наследуются дальтонизм, гемофилия, отсутствие боковых верхних резцов, цветовая слепота, отсутствие потовых желез, ихтиоз, гемералопия, атрофия зрительного нерва По X-сцепленному доминантному типу наследуются гипоплазия зубной эмали, витамин-d-устойчивый рахит. По Y-сцепленному типу наследуются гипертрихоз, перепончатопалость. волосатость ушей, ихтиоз, некоторые формы аллергий и диспепсий. Для решения задач по генетике удобно пользоваться «методом вероятностей» для нахождения количественных соотношений между генотипами (рис. 4). Особенно удобен этот способ, когда решаются задачи на наследование дигибридных и полигибридных признаков. 1. Аа Аа = 1/4 АА : 2/4 Аа : 1/4 аа 2. Аа АА = 2/4 АА : 2/4 Аа (Аа аа) = (2/4 аа : 2/4 Аа) 3. АА аа = 4/4 Аа Рис. 4. Алгоритм решения задач по генетике, используя «метод вероятностей» 1. В первом случае скрещиваются два гетерозиготных организма (Аа), то есть организма, которые имеют разные аллели одного гена. Гетерозиготный организм будет продуцировать два разных типа гамет: А, а. При этом следует помнить, что по закону чистоты гамет в каждую гамету попадает только один ген из каждой аллельной пары, то есть в одну гамету может попасть либо только а, либо только А. По второму закону Менделя, в потомстве гетерозиготных организмов наблюдается расщепление по генотипу в соотношении 1:2:1. Всего генотипов 4. 25% из них (1/4) будут составлять доминантные гомозиготные 32

33 организмы (АА), 50 % (2/4) будут гетерозиготами (Аа) и 25% (1/4) будут рецессивными гомозиготами (аа). 2. Во втором случае скрещиваются два организма, один из которых гетерозиготный (Аа), а другой доминантный гомозиготный (АА), либо рецессивный гомозиготный (аа). В этом случае гетерозиготный организм производит 2 разных типа гамет, а гомозиготный только 1 тип гамет (в случае доминантной гомозиготы А, в случае рецессивной гомозиготы а). У потомков будут такие же генотипы, что и у родителей. Расщепление в этом случае будет составлять 50% (2/4) будут гетерозиготными организмами (Аа), 50% (2/4) будут доминантными (АА) или рецессивными (аа) гомозиготными организмами. 3. В последнем случае скрещиваются два гомозиготных организма, которые будут производить по одному типу гамет. Доминантная гомозигота (АА) будет продуцировать гаметы А, рецессивная гомозигота будет производить гаметы а. Следовательно, все их потомки (100%) будут гетерозиготами (Аа). Этапы решения задач на законы Менделя: 1. Написание генотипов родителей 2. Запись скрещивания 3. Определение типа и запись гамет родителей 4. Определение и запись генотипов и фенотипов потомков 5. Анализ скрещивания подсчет классов потомков по генотипу и фенотипу Символы, принятые в генетике Р родительские организмы (от лат. «Parenta») мужской организм («копье и щит Марса») женский организм («зеркало Венеры») знак скрещивания (брака) G гаметы, производимые родительскими организмами F 1, F 2 дочерние организмы первого и второго поколений (от лат. «Filii») А (или В, или C, и т.д.) доминантный аллель 33

34 а (или b, или с, и т.д.) рецессивный аллель АА, ВВ, СС, и т.д. генотипы гомозиготных доминантных организмов при моногибридном скрещивании аа, bb, сс и т.д. генотипы гомозиготных рецессивных организмов при моногибридном скрещивании Аа, Вb, Сс и т.д. генотипы гетерозиготных организмов при моногибридном скрещивании ААВВ генотип дигомозиготного доминантного организма при дигибридном скрещивании аabb генотип дигомозиготного рецессивного организма при дигибридном скрещивании АаBb генотип дигетерозиготного организма при дигибридном скрещивании 34 Примеры решения задач на моногибридное скрещивание (полное доминирование) Задача 1.1 У человека альбинизм аутосомно-рецессивный признак. Мужчинаальбинос женился на женщине с нормальной пигментацией. У них родились 2 детей нормальный и альбинос. Определить генотипы и фенотипы всех указанных членов семьи, и какова вероятность рождения в этой семье ребенка альбиноса? Дано: Альбинос а Норма А Решение: Р Аа аа G А, а а F 1 Аа аа альбинос 50% 50% 2/4 2/4 (случай 2 по алгоритму) Ответ: вероятность рождения в этой семье ребенка альбиноса равна 50 %.

35 Задача 1.2 У человека ген, вызывающий 1 из форм наследственной глухонемоты, рецессивен по отношению к норме. От брака глухонемой женщины со здоровым мужчиной родился глухонемой ребенок. Определить генотипы и фенотипы всех членов семьи, а также вероятность рождения в этой семье здорового ребенка. Дано: Глухонемота а Норма А Решение: Р аа Аа G а А, а F 1 Аа аа больной ребенок 50% 50% 2/4 2/4 (случай 2 по алгоритму) Ответ: вероятность рождения в этой семье здорового ребенка равна 50%. Задача 1.3 Гепатоцеребральная дистрофия (нарушение обмена меди) наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Какова вероятность рождения больных детей в семье, если 1 из супругов страдает этим заболеванием, а другой здоров и имеет здоровых родителей? Дано: Болезнь а Норма А Решение: Р аа АА G а А F 1 Аа 100% здоровы 4/4 (случай 3 по алгоритму) 35

36 Ответ: вероятность рождения в этой семье больных детей равна 0. Все дети будут здоровыми. Задача 1.4 Детская форма амавротической семейной идиотии (болезнь Тей- Сакса) наследуется по аутосомно-рецессивному типу и заканчивается смертельным исходом к 4-5 годам. Первый ребенок в семье умер от анализируемой болезни, в то время, когда должен родиться второй. Какова вероятность того, что второй ребенок будет страдать тем же заболеванием? Дано: Болезнь а Норма А Решение: Р Аа Аа G А, а А, а F 1 АА Аа аа больной ребенок 25% 50% 25% 1/4 2/4 1/4 (случай 1 по алгоритму) Ответ: вероятность того, что второй ребенок будет страдать тем же заболеванием, равна 25%. Задача 1.5 Седая прядь волос у человека доминантный признак. Определить генотипы родителей и детей, если известно, что у матери есть седая прядь волос, у отца нет, а из двух детей в семье один имеет седую прядь волос, а другой не имеет. Найти вероятность рождения ребенка с седой прядью волос. Дано: Седая прядь А Нет седой пряди а 36