…но сначала кое-что вспомним.

Итак, ДезоксирибоНуклеиновая Кислота (ДНК) – крупная молекула, функция которой – хранить, передавать из поколения в поколение и реализовывать генетическую информацию. В 1953 году Уотсон и Крик выяснили, что ДНК – это спираль из двух правозакрученных цепей. Каждая цепь состоит из отдельных звеньев – нуклеотидов, а каждый нуклеотид, в свою очередь, из сахара (дезоксирибозы), остатка фосфорной кислоты и азотистого основания.

Если сравнить ДНК с винтовой лестницей, остатки фосфорной кислоты и дезоксирибоза окажутся перилами, а азотистые основания – ступеньками.

Учёные выяснили и параметры молекулы ДНК:

• диаметр спирали – 2 нм;
• длина одного нуклеотида – 0,34 нм;
• на один виток спирали приходится 10 нуклеотидов;
• шаг спирали (виток) имеет длину 3,4 нм.

Прочитали? А теперь повторите про себя. Ещё раз. И ещё. Тогда вы легко решите типовые задачи № 1, 2 и 3.

Задача 1

Участок молекулы ДНК состоит из 50 пар нуклеотидов. Вычислите длину этого участка.

Дано: 50 пар нуклеотидов. Найти: длину участка.

Решение: Вспоминаем, что длина нуклеотида – 0, 34 нм, записываем 50х0,34=17 нм (ДНК двухцепочечная, поэтому длина фрагмента равна длине одной цепи).

Ответ: 17 нм.

Задача 2

Длина участка молекулы ДНК составляет 476 нм. Определите число пар нуклеотидов в этом участке.

Дано: длина участка ДНК – 476 нм. Найти: число пар нуклеотидов.

Решение: как мы успели запомнить, длина нуклеотида=0, 34 нм, тогда 476:0,34= 1400 пар нуклеотидов.

Ответ: 1400 пар нуклеотидов.

Задача 3

Найдите количество витков во фрагменте ДНК, который содержит 1500 пар нуклеотидов.

Дано: длина участка=1500 пар нуклеотидов. Найти: количество витков.

Решение: на один виток спирали ДНК приходится 10 пар нуклеотидов, тогда 1500:10=150 нм.

Ответ: 150 нм.

Для записи фрагментов ДНК зачастую используют только азотистые основания, потому что дезоксирибоза и остатки фосфорной кислоты всегда одинаковы. Если убрать «лишнее», получится своего рода текст. Им и записана вся наследственная информация.

Встречающиеся в молекуле ДНК азотистые основания – аденин (А), гуанин (Г или G), тимин (Т), цитозин (Ц или С) – расположены не беспорядочно, а согласно правилу:

• Против А должно быть Т;
• Против Т должно быть А;
• Против Г должно быть Ц;
• Против Ц должно быть Г; 

Эта закономерность носит название «принцип комплементарности» (дополнительности): А комплементарен Т, Г комплементарен Ц.

При делении клетка должна передать ДНК клеткам-потомкам. Для этого две цепи ДНК родительской клетки расплетаются, и на каждой из них происходит достройка второй цепи. Благодаря принципу комплементарности, последовательность нуклеотидов в новых цепях в точности повторяет «исходник».

Задача 4

Участок правой цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: А-Т-Г-Ц-А-А-Ц-Т-Т-Г-А-Ц-Г-Ц-А. Найдите нуклеотидную последовательность левой цепи.

Дано: ДНК А-Т-Г-Ц-А-А-Ц-Т-Т-Г-А-Ц-Г-Ц-А. Найти: нуклеотидную последовательность левой цепи.

Решение: (нуклеотиды левой цепи ДНК подбираем по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц)
ДНК А-Т-Г-Ц-А-А-Ц-Т-Т-Г-А-Ц-Г-Ц-А
ДНК Т-А-Ц-Г-Т-Т-Г-А-А-Ц-Т-Г-Ц-Г-Т.

Ответ: левая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов Т-А-Ц-Г-Т-Т-Г-А-А-Ц-Т-Г-Ц-Г-Т.

При записи решения размещайте цепи на одной строке без переноса друг под другом. Это побережёт нервы вам и экзаменатору.
Чтобы не путать комплементарные нуклеотиды, можно использовать сочетания слов «Голубая Цапля» и «Тигр-Альбинос». Вы можете придумать что-то свое, Главная Цель – не Терять Адекватности во время экзаменов. 

Азотистые основания подразделяются на пурины (А и Г) и пиримидины (Т и Ц). Пиримидины отличаются сравнительно небольшой величиной, а пурины почти в два раза превосходят по размеру «коллег». Диаметр спирали ДНК имеет относительно постоянный размер – 2 нм. Два пурина не смогли бы уместиться внутри цепи, а два пиримидина – оказались бы слишком далеко друг от друга. Только один пурин и один пиримидин могут образовать «ступеньку».

Отсюда можно сделать вывод, что число пуриновых оснований равно числу пиримидиновых, то есть А+Г=Т+Ц. Эта закономерность известна как правило Чаргаффа.

Задача 5

Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г во фрагменте молекулы ДНК, если в нём обнаружено 1200 нуклеотидов Ц, что составляет 20% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?

Дано: Ц 20% - 1200 нуклеотидов. Найти: нуклеотидов А, Т, Г.

Решение:
1. Ц комплементарен Г и их количество равно, то Г=20%, что составляет 1200 нуклеотидов.
2. Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%, тогда А+Г и Т+Ц по 50 %, следовательно 50-20=30% (А, Т).
3. Составляем пропорцию
1200 нуклеотидов – 20%
х нуклеотидов – 30%
30х1200:20=1800 нуклеотидов (А, Т)

Ответ: Г – 1200 нуклеотидов, А, Т – 1800 нуклеотидов.

Цепи ДНК удерживаются благодаря водородным связям между комплементарными основаниями. Так, между А и Т образуется двойная связь (А = Т), а между Г и Ц – тройная (Г = Ц). Эти связи достаточно слабы, и легко разрушаются в процессе самоудвоения ДНК или при экстремальном воздействии факторов среды (например, высокой температуры).

Разрушить тройную связь сложнее, чем двойную, поэтому в молекулах ДНК бактерий, живущих в термальных источниках преобладают Г-Ц пары. 

Задача 6

Определите число водородных связей в фрагменте молекулы ДНК, если известно, что нуклеотидов с аденином – 10, с гуанином – 25.

Дано: А – 10, Г – 25. Найти: водородные связи в ДНК.

Решение:
1. А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны.
2. Считаем количество пар А – Т и умножаем на 2, так как между аденином и тимином образуются две водородные связи: 10х2=20 связей;
3. Считаем количество пар Г – Ц и умножаем на 3, так как между гуанином и цитозином образуются три водородные связи: 25х3=75 связей;
4. Тогда всего 20+75=95 водородных связей.

Ответ: 95 водородных связей.

Длина одного нуклеотида – 0,34 нм

На один виток спирали приходится 10 нуклеотидов

Шаг спирали (виток) имеет длину – 3,4 нм

Принцип комплементарности: А-Т, Г-Ц

Правило Чаргаффа: А+Г=Т+Ц

Водородные связи: А = Т, Г ≡ Ц.

Ни пуха ни пера!