Егор Советников
Биология. Биосинтез белка. Полный практический курс для самостоятельной подготовки к заданиям 3 и 27
Введение
Задачи по биосинтезу белка в ЕГЭ по биологии существуют с момента введения ЕГЭ как обязательного экзамена. В 2022 году биосинтезу белка посвящены задания 3 и 27. Однако в заданиях 3 и 27 иногда встречаются темы, посвященные хромосомному материалу и делению клеток. Им будет посвящена отдельная книга.
В любом случае, важно уметь быстро и точно решать задачи по биосинтезу белка, так как они встречаются примерно в половине случаев в заданиях 3 и 27. Верное выполнение задания 3 дает 1 первичный балл, а задания 27 3 первичных балла. Стоит учесть, что при наличии должных навыков выполнение этих заданий занимает не более 5 минут, экономя время для решения более сложных заданий.
По сути, чтобы успешно решать задания на синтез белка требуются следующие умения:
1. Знание теоретических основ синтеза белка
2. Умение составлять нуклеотидные последовательности
3. Умение пользоваться таблицей генетического кода
4. Знание правил оформления заданий в 2022 году
5. Знание свойств генетического кода
Также вам потребуется внимательность, внимательность и еще раз внимательность. Почему важна внимательность? Задание 3 выполняется в среднем в 75% случаев, а задание 27 в среднем в 40% случаев. Причем большинство ошибок это ошибки на внимательность. Несмотря на простоту и шаблонность заданий, они не так часто, как хотелось бы, выполняются верно.
Данная книга поможет вам в самостоятельной подготовке к заданиям 3 и 27. В Разделе 1 мы изучим необходимые теоретические основы и научимся решать задания 3. В Разделе 2 мы научимся решать базовую задачу на синтез белка и разберем правила оформления на 5`-концы и 3`-концы. В Разделе 3 научимся решать 5 наиболее частых моделей задач, встречающихся на реальном ЕГЭ. В Разделе 4 представлены разнообразные нестандартные задачи на синтез белка. Все задачи приводятся с ответами или краткими решениями. В Приложении содержится таблица генетического кода, правила оформления задач в 2022 году и свойства генетического кода.
Книга построена по принципу «от простого к сложному». Предполагается, что у читателя есть базовые знания по цитологии. Я рекомендую начать изучать данную книгу с самого начала всем, даже если вы имеете опыт решения подобных задач.
Любые вопросы или замечания я буду крайне рад получить по электронной почте egorsovetnikov@mail.ru или в социальной сети «Вконтакте» vk.com/egorsovetnikov
Раздел 1. Основы и решение задания 3
Устройство ДНК и РНК
Весь процесс биосинтеза белка можно представить в виде простой схемы, называемой центральной догмой молекулярной биологии:
ДНК РНК Белок
Задача данного раздела разобрать структурные элементы схемы (ДНК, РНК, белок) и процессы, объединяющие систему (стрелочки).
ДНК и РНК это полимеры (нуклеиновые кислоты), состоящие из мономеров (нуклеотидов).
Каждый мономер (нуклеотид) состоит из трех частей: азотистого основания, пентозы, фосфатной группы.
Азотистые основания сложные циклические соединения, содержащие в своем составе азот. Знать их формулы не нужно, достаточно знать названия.
Для ДНК характерны следующие азотистые основания: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц).
Для РНК характерны следующие азотистые основания: аденин (А), урацил (У), гуанин (Г), цитозин (Ц).
Как мы видим, азотистые основания у ДНК и РНК почти одни и те же, разве что в ДНК тимин, а в РНК урацил. Это придется запомнить.
Пентоза это пятиуглеродный моносахарид. В случае РНК это будет рибоза (оттуда и название РНК рибонуклеиновая кислота), в случае ДНК это будет дезоксирибоза (оттуда и название ДНК дезоксирибонуклеиновая кислота). Знать их формулы не нужно, но названия выучить придется.
Фосфатная группа это остаток ортофосфорной кислоты (H3PO4). Аналогично с другими соединениями, знать формулу не нужно.
Объединив три составляющие получаем мононуклеотид. На картинке ниже изображен аденозинмонофосфат.
На ЕГЭ не используются такие сложные картинки с точным изображением химической структуры. Используются более простые схемы. На картинке ниже под буквой «А» обозначен аденин, пятиугольник в центре рибоза или дезоксирибоза, слева буквой «Р» изображен фосфатный остаток. Все вместе аденозинмонофосфат.
Если использовать азотистое основание аденин, рибозу и добавить вместо одного три остатка фосфорной кислоты, то получится АТФ аденозинтрифосфорная кислота, которая является главной энергетической «валютой» клетки.
ДНК двуцепочечная нуклеиновая кислота. Откуда берется две цепи? Азотистые основания, находящиеся напротив друг друга, образуют водородные связи. Причем водородные связи образуются по особому правилу, называемому принципом комплементарности.
Принцип комплементарности для ДНК: аденин образует водородные связи с тимином (и наоборот, тимин образует водородные связи с аденином), гуанин образует водородные связи с цитозином (и наоборот).
Принцип комплементарности с участием РНК: аденин образует водородные связи с урацилом (и наоборот, урацил образует водородные связи с аденином), гуанин образует водородные связи с цитозином (и наоборот).
Проще запомнить так в ДНК: А-Т, Г-Ц.
В РНК Т заменяется на У: А-У, Г-Ц.
Если никак не запомнить эти несчастные 5 букв, то выпишите их на руку или даже можете набить татуировку. Я запомнил этот принцип благодаря бессмысленной фразе:
Автор Текста Грохнул Цыпленка. То есть А-Т, Г-Ц. Запомнить, что в РНК тимин заменяется на урацил несложно.
Изобразим итоговый результат в виде очень короткой цепочки.
Водородные связи между двумя цепями обозначены пунктиром. Обратите внимание на то, что одна цепь перевернута, то есть, «идет в противоположную» сторону. Важно запомнить одну вещь, которая очень пригодится в будущем: каждая цепочка начинается с фосфатной группы (это 5`-конец), а заканчивается OH-группой (это 3`-конец), причем обе цепи идут в разные стороны, это называется «антипараллельностью».
Решение заданий 3 на структуру ДНК
Теперь мы знаем, что в ДНК две цепочки, и состоит она из 4 нуклеотидов, комплементарных друг другу: А-Т, Г-Ц. Получается, зная общее количество аденина в обеих цепях ДНК, мы знаем и общее количество тимина в обеих цепях ДНК, так как они всегда комплементраны, а значит, равны по количеству: А = Т. Аналогично с гуанином и цитозином. Их количество будет строго одинаковым: Г = Ц.
Это называется первым правилом Чаргаффа.
Первое правило: А = Т, Г = Ц
Следовательно, зная общее количество нуклеотидов и количество хотя бы одного нуклеотида, можно найти все остальные. Если в задаче используется процентное соотношение нуклеотидов, то общее количество нуклеотидов равно 100%.
Это называется вторым и третьим правилами Чаргаффа.
Второе правило: А + Г = Ц + Т
Третье правило: А + Ц = Г + Т
У нас достаточно знаний, чтобы решать первые задачи.
Перейдем к демонстрационным задачам.
Демонстрационная задача на структуру ДНК 1
В молекуле ДНК на долю нуклеотидов с аденином приходится 17%. Определите процентное содержание остальных нуклеотидов, входящих в состав этой молекулы.
Решение демонстрационной задачи на структуру ДНК 1
1. Всего количество нуклеотидов равно 100%
2. Количество тимина и аденина равны, так как они комплементарны, то есть, по 17% каждого нуклеотида
3. На гуанин и цитозин приходится: общее количество нуклеотидов отнять количество тимина и отнять количество аденина, то есть 100 17 17 = 66%
4. Количество гуанина и цитозина равно, а их общее количество 66%. Получается, количество гуанина и цитозина по 33%
5. Итак, в молекуле ДНК 17% аденина, 17% тимина, 33% гуанина, 33% цитозина.
Демонстрационная задача на структуру ДНК 2
В молекуле ДНК всего 1200 нуклеотидов. Количество нуклеотидов с цитозином составляет 200. Определите количество остальных нуклеотидов, входящих в состав этой молекулы.
Решение демонстрационной задачи на структуру ДНК 2
1. Всего количество нуклеотидов 1200
2. Количество гуанина равно количеству цитозина, то есть, 200 нуклеотидов.
3. На аденин и тимин приходится: общее количество нуклеотидов отнять количество цитозина и отнять количество гуанина, то есть 1200 200 200 = 800.
4. Количество аденина и тимина равно, а их общее количество 800, получается, по 400 на каждый нуклеотид.
5. Итак, в молекуле ДНК 200 цитозина, 200 гуанина, 400 аденина, 400 тимина.
В задачах на ЕГЭ требуется указать лишь одно число конкретного нуклеотида.
На самом деле, на ЕГЭ задания еще проще обычно требуется установить содержание только одного нуклеотида в молекуле ДНК.
Однако могут попасться и более сложные задания, некоторые модели которых вы сможете встретить ниже.