Esercizi di genetica su DNA, replicazione e mutazioni per l'università

Esercitazione: DNA, replicazione e mutazioni

Problema 4.1 Trascrizione

Data la seguente sequenza nucleotidica:

5
10
15
20
25
30
35
I
I
5' ATTCGATGGGATGGCAGTGCCAAAGTGGTGATGGC
3'
3' TAAGCTACCCTACCGTCACGGTTTCACCACTACCG
5'

• Sapendo che la trascrizione in questo tratto di DNA avviene da
  sinistra a destra, scrivere la sequenza dell'mRNA risultante.
• Sapendo che in questo tratto di mRNA inizia un gene
  - identificare la tripletta di inizio e
  - indicare la sequenza amminoacidica del polipeptide risultante.

Problema 4.1 Trascrizione

Sapendo che la trascrizione in questo tratto di DNA avviene da sinistra
a destra, scrivere la sequenza dell'mRNA risultante.
DNA,
3'
TAAGCTACCCTACCGTCACGGTTTCACCACTACCG
5'
filamento
stampo
mRNA
1
I
I
1
5'-AUUCGAUGGGAUGGCAGUGCCAAAGUGGUGAUGGC-3'
H3C
NH
N
0
H
Timina
DNA
NH
N
0
H
Ura cile
RNA

Problema 4.1 Trascrizione: Identificazione tripletta di inizio e sequenza polipeptidica

Identificare la tripletta di inizio e
indicare la sequenza amminoacidica del polipeptide risultante
mRNA
5'-AUUCGAUGGGAUGGCAGUGCCAAAGUGGUGAUGGC-3'
Seconda lettera
U
C
A
G
UUU Phe
UUC (F)
UCU
UCC
UAU
UAC
Tyr
(Y)
UGU Cys
UGC (C)
U
U
UUA
Leu
UUG (L)
Ser
UCA (S)
UCG
UAA Stop
UAG Stop
UGA Stop
A
G
C
CUU
CUC Leu
CUA (L)
CUG
CCU
CAU
His
(H)
CGU
CGC
Arg
(R)
50002010
Terza lettera
AUU
AUC
lle
ACU
ACC
AAU
Asn
(N)
AGU
Ser
AAC
AGC
(S)
(I)
Thr
ACA (T)
AAA
AGA
AUG Met
(M)
ACG
AAG
Lys
(K)
AGG
Arg
(R)
GUU
GUC Val
GUA (V)
GCU
GAU
Asp
(D)
GGU
GGC
U
GAC
C
GCC Ala
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GUG
GCG
GAG
(E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
Prima lettera
A
CAC
CCC Pro
CCA (P)
CCG
CAA
CAG
Gin
(Q)
CGA
CGG
UGG Trp
(W)
C
AUA
G
Gly

Problema 4.1 Trascrizione: Sequenza polipeptidica

Identificare la tripletta di inizio e
indicare la sequenza amminoacidica del polipeptide risultante
mRNA
5'-AUUCGAUG GGA UGG CAG UGC CAA AGU GGU GAU GGC-3'
NH2 - Met Gly Trp Gln Cys Gln Ser Gly Asp Gly -COOH
Polipeptide
Seconda lettera
U
G
C
A
UUU Phe
UUC (F)
UCU
UCC
UAU
Tyr
(Y)
UGU
UGC
Cys
(C)
C
U
UUA Leu
UUG (L)
Ser
UCA (S)
UCG
UAA Stop
UAG Stop
UGA Stop
A
G
CUU
CCU
CAU
His
(H)
CGU
CGC
C
CUC Leu
CUA (L)
CUG
CCC Pro
CCA (P)
CCG
CAA
Gin
CGA
Arg
(R)
CAG
(Q)
CGG
AUU
ACU
AAU
AGU
Ser
(S)
A
(I)
Thr
ACA (T)
AAA
AGA
Arg
AUG Met
ACG
AAG
Lys
(K)
AGG
(R)
GUU
GCU
GAU Asp
U
G
GUC Val
GUA
GCC Ala
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GUG
GCG
GAG
(E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
20102010
Terza lettera
AUC
lle
ACC
AAC
Asn
AUA
GAC
(D)
GGU
GGC
Gly
C
(M)
CAC
Prima lettera
UGG Trp
(W)
U
UAC

Problema 4.1 Trascrizione: Soluzione

Soluzione
Se la trascrizione avviene da sinistra a destra, l'elica stampo è
quella con polarità 3'->5' (quindi quella inferiore) e la codificante è
quella superiore. Di conseguenza, I'mRNA trascritto sarà:
5'-AUUCGAUGGGAUGGCAGUGCCAAAGUGGUGAUGGC-3'
La tripletta d'inizio è AUG: procedendo da sinistra a destra, la pri-
ma tripletta AUG è presente in posizione 6. Partendo da questa
tripletta e procedendo di 3 basi in 3 basi, verrà prodotta la se-
guente proteina:
5'-AUUCGAUG GGA UGG CAG UGC CAA AGU GGU GAU GGC-3'
Met Gly Trp GIn Cys GIn Ser Gly Asp Gly

Problema 4.2 Traduzione

Il polipeptide della ß-globina umana (HBB) è lungo 146 amminoacidi.
Quanto è lunga la corrispondente regione codificante dell'mRNA?

Problema 4.2 Traduzione: Lunghezza mRNA

Ogni amminoacido è specificato da un
codone di 3 nucleotidi, incluso il primo
della catena, codificato dal codone di
inizio.
Inoltre I'mRNA deve contenere un codone
di terminazione non codificante per un
amminoacido alla fine della sequenza
codificante (3 nucleotidi).
Seconda lettera
C
A
G
UUU Phe
UCU
UAU
UGU
U
UUC (F)
UCC
UAC
Tyr
(Y)
Cys
UGC (C)
C
UUA
Leu
UCA (S)
UCG
UAG Stop
UGG Trp
(W)
G
CUU
ccu
CAU
His
(H)
CGU
C
CUA
(L)
CCA (P)
CAA
Gin
CGA
Arg
(R)
CUG
CCG
CAG
(Q)
CGG
AUU
ACU
AAU
Asn
AGU
Ser
(S)
A
(I)
Thr
ACA (T)
AAA
AGA
Arg
AUG Met
ACG
AAG
Lys
(K)
AGG
(R)
GUU
GCU
GAU Asp
GGU
GUC Val
GCC Ala
GAC
(D)
GGC
Gly
GUA (V)
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GUG
GCG
GAG (E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
AUG
NH2
-
I
I
I
1
I
1
1
I
NNN-NNN-NNN-NNN-NNN-NNN-NNN-UGA
COOH
U
UAA Stop
UGA Stop
A
UUG (L)
CUC Leu
CCC Pro
CAC
CGC
Prima lettera
Terza lettera
A
(I)
AGA
(M)
500 2010 2010
C
U
A
G
I
(146x3)+3 = 441 nucleotidi
U
Ser

Problema 4.3 Traduzione

In una proteina è presente la sequenza Trp - Pro - Gly .

• Quale sarà la sequenza dell'mRNA corrispondente?

Seconda lettera
U
C
A
G
UUU Phe
UUC (F)
UCU
UCC
UAU
Tyr
(Y)
UGU Cys
UGC (C)
U
U
UUA
Leu
UUG (L)
Ser
UCA (S)
UCG
UAA Stop
UAG Stop
UGA Stop
A
G
C
CUU
CUC Leu
CUA (L)
CUG
CCU
CCC Pro
CCA (P)
CCG
CAU
His
(H)
CGU
CGC
Arg
CGA
(R)
Terza lettera
A
AUU
AUC
AUA
ACU
AAU Asn
AGU
Ser
ACC
AAC
(N)
AGC
(S)
Thr
ACA
(T)
AAA
AGA
AUG Met
(M)
ACG
AAG
Lys
(K)
AGG
Arg
(R)
20102010
G
GUU
GUC Val
GUA (V)
GUG
GCU
GAU
Asp
GGU
U
GAC
(D)
GGC
Gly
C
GCC Ala
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GCG
GAG
(E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
Prima lettera
CAC
CAA
CAG
Gin
(Q)
CGG
lle
(1)
Lys
UGG Trp
(W)
C
UAC

Problema 4.3 Traduzione: Sequenza mRNA

Seconda lettera
U
C
A
G
UUU Phe
UUC (F)
UCU
UCC
UAU
UAC
Tyr
(Y)
UGU
UGC
Cys
(C)
c
UUA
Leu
UUG (L)
Ser
UCA (S)
UCG
UAA Stop
UAG Stop
UGA Stop
A
UGG
Trp
(W)
G
CUU
CUC Leu
CUA (L)
CUG
CCU
CCC Pro
CCA (P)
CCG
CAU
CAC
His
(H)
CGU
CGC
Arg
(R)
CAG
(Q)
CGA
CGG
Terza lettera
AUU
AUC
AUA
ACU
ACC
AAU
Asn
AGU
Ile
(I)
Thr
ACA (T)
ACG
AAA
AGA
AUG Met
(M)
AAG
Lys
(K)
AGG
Arg
(R)
GUU
GCU
GAU Asp
U
G
GUC Val
GUA (V)
GCC Ala
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GUG
GCG
GAG
(E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
Ciascun amminoacido può corrispondere
a diverse triplette:
Trp = UGG
Pro = CCU, CCC, CCA, CCG
Gly = GGU, GGC, GGA, GGG
Perciò I'mRNA avrà la sequenza:
5'- UGG CON GGN - 3'
Dove N indica una qualsiasi delle 4 basi.
Prima lettera
A
Ser
(S)
AAC
(N)
AGC
20102010
C
GAA Glu
GGA
Gly
(G)
A
U
U
C
CAA
Gin
GAU Asp

Problema 4.4 Traduzione

Data la sequenza di DNA:
5'-GAG-3'
3'-CTC-5'
Seconda lettera
U
C
A
G
UUU Phe
UUC (F)
UCU
UAU
Tyr
(Y)
Cys
UGC (C)
c
U
UUA
Leu
UUG (L)
Ser
UCA (S)
UCG
UAA Stop
UAG Stop
UGA Stop
A
G
CUU
CCU
CAU
His
CGU
CUC
Leu
CCC Pro
CAC
(H)
CGC
Arg
CUA (L)
CCA (P)
CAA
Gin
CGA
(R)
CUG
CCG
CAG
(Q)
CGG
AUU
ACU
AAU
Asn
AGU
Ser
AUC
ACC
Thr
AAC
(N)
AGC
(S)
AUA
ACA (T)
AAA
AGA
Arg
AUG Met
ACG
AAG
(K)
AGG
(R)
(M)
GUU
GCU
GAU
Asp
GGU
U
GUC Val
GCC Ala
GAC
(D)
GGC
Gly
GUA (V)
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GUG
GCG
GAG
(E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
20102010
Terza lettera
C
G
->

• Perché?

C
-> Cosa succede se modifico la seconda
base da A:T a T:A?
Prima lettSP
lle
(I)
A
-> Cosa succede se modifico la terza
base da G:C a A:T?
UGU
U
UCC
UAC
Lys
UGG Trp
(W)
->
Per cosa codifica questa tripletta?

Problema 4.4 Traduzione: Codice genetico degenerato

Data la sequenza di DNA:
5'-GAG-3'
3'-CTC-5'
RNA: 5'-GAG-3' = Glu (Acido glutammico)
DNA: 5'-GTG-3'
3'-CAC-5'
RNA: 5'-GUG-3' = Val (Valina)
DNA: 5'-GAA-3'
3'-CTT-5'
RNA: 5'-GAA-3' = Glu (Acido glutammico)

• Il codice genetico è degenerato.

U
A
G
UUU Phe
UCU
UAU
Tyr
UGU
UGC
Cys
U
UUC (F)
UCC
Ser
UAA Stop
UGA Stop
A
UUG (L)
UAG Stop
UGG Trp
(W)
CUU
CCU
CAU
His
CGU
CUC
Leu
CCC Pro
CAC
(H)
CGC
Arg
CUA (L)
CCA (P)
CAA
Gin
CGA
(R)
CUG
CCG
CAG
(Q)
CGG
AUU
ACU
AAU
Asn
AGU
Ser
AUC
ACC
Thr
AAC
(N)
AGC
(S)
A
AUA
ACA (T)
AAA
AGA
Arg
AUG Met
ACG
AAG
(K)
AGG
(R)
GUU
GCU
GAU Asp
GGU
U
GUC
Val
GCC Ala
GAC
(D)
GGC
Gly
GUA (V)
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GUG
GCG
GAG
(E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
(C)
C
U
A
G
C
Prima lettera
Terza lettera
20102010
C
G
lle
(1)
Lys
(M)
Seconda lettera
C
UAC
(Y)

Problema 4.5 Mutazioni

Data la sequenza iniziale di un gene batterico:
1
11
21
31
·
·
·
·
5' AGGAAGGGTC CATGTCGATG CTGGCCCCCC TGCGCCTCGT
3' TCCTTCCCAG GTACAGCTAC GACCGGGGGG ACGCGGAGCA
41
.
GCGCGAGCCC 3'
CGCGCTCGGG 5'
U
UUA
Leu
UUG (L)
Ser
UCA (S)
UCG
UAA Stop
UAG Stop
UGG
Trp
(W)
CUU
ccu
CAU
His
(H)
CGU
CGC
C
CUC Leu
CUA (L)
CCC Pro
CCA (P)
CCG
CAA
Gin
CGA
CGG
AUU
ACU
AAU
Asn
(N)
AGU
Ser
(S)
A
AUA
ACA
(T)
AAA
AGA
AUG Met
ACG
AAG
(K)
AGG
Arg
(R)
GUU
GCU
GAU Asp
GGU
U
G
GUC Val
GUA (V)
GCC Ala
GAC
(D)
GGC
Gly
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GUG
GCG
GAG
(E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
Terza lettera
AUC
lle
ACC
Thr
AAC
AGC
50100000
Sapendo che la trascrizione avviene da
sinistra a destra:

• Identificare l'elica stampo e quella
  codificante
• Scrivere la sequenza dell'mRNA
• Identificare la tripletta di inizio del
  gene e scrivere la sequenza del
  polipetide.

Seconda lettera
U
C
A
G
UUU Phe
UUC (F)
UCU
UAU
UGU
U
UCC
UAC
Tyr
(Y)
Cys
UGC (C)
C
UGA Stop
A
G
Prima lettera
CUG
CAG
(Q)
Lys
(M)
C
Arg
(R)
(I)
CAC

Problema 4.5 Mutazioni: Delezione coppia di basi

Data la sequenza iniziale di un gene batterico:
1
11
.
21
31
.
·
·
5' AGGAAGGGTC CATGTCGATG CTGGCCCCCC TGCGCCTCGT
3' TCCTTCCCAG GTACAGCTAC GACCGGGGGG ACGCGGAGCA
41
.
GCGCGAGCCC 3'
CGCGCTCGGG 5'

• Quale effetto avrà una delezione della
  coppia di basi TA evidenziata?
• Ripetere la trascrizione e la traduzione
  dell'inizio del gene; quali saranno le
  conseguenze per il batterio mutato?

Seconda lettera
U
C
A
G
UUU Phe
UUC (F)
UCU
UAU
UGU
U
U
UUA
Le
UUG (L)
Ser
UCA (S)
UCG
UAA Stop
UAG Stop
UGA Stop
A
G
CUU
CCU
CAU
His
(H)
CGU
CGC
C
CUC Leu
CUA (L)
CUG
CCC Pro
CCA (P)
CCG
CAA
Gin
CGA
CGG
AUU
ACU
AAU
Asn
(N)
AGU
AGC
(S)
A
(I)
Thr
ACA (T)
AAA
AGA
AUG Met
ACG
AAG
(K)
AGG
Arg
(R)
GUU
GCU
GAU
Asp
GGU
U
G
GUC Val
GCC Ala
GAC
(D)
GGC
Gly
GUA (V)
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
(G)
A
GUG
GCG
GAG
(E)
GGG
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
Terza lettera
AUC
lle
ACC
AAC
AUA
Lys
(M)
50002010
Prima lettera
UCC
UAC
Tyr
(Y)
Cys
UGC (C)
C
UGG Trp
(W)
Arg
(R)
CAG
(Q)
Ser
c
G
CAC

Problema 4.5 Mutazioni: Filamento stampo e polipeptide

Seconda lettera
U
C
A
G
UUU Phe
UUC (F)
UCU
UCC
Ser
UCA (S)
UCG
UAU
UAC
(Y)
Tyr
UGU Cys
UGC (C)
C
UUA
Leu
UUG (L)
UAA Stop
UAG Stop
UGA Stop
A
G
CUU
CCU
CAU
His
CGU
CGC
CUC Leu
CUA (L)
CUG
CCC Pro
CCA (P)
CCG
CAA
Gin
CGA
CGG
Arg
(R)
AUU
ACU
AAU
Asn
(N)
AGU
AGC
Ser
(S)
AUA
ACA (T)
AAA
AGA
AUG Met
(M)
ACG
AAG
(K)
AGG
Arg
(R)
GUU
GCU
GAU
Asp
(D)
GGU
GGC
Gly
GUA (V)
GCA (A)
GAA
Glu
GGA
GGG
(G)
A
GUG
GCG
GAG
(E)
G
= codone di terminazione (stop)
= codone di inizio
Il filamento stampo, che ha
direzione 3'>5',
è
quello
antiparallelo rispetto a quello
codificante (5'>3')
DNA
1
11
21
31
.
.
C
5'
AGGAAGGGTC CATGTCGATG CTGGCCCCCC TGCGCCTCGT
3' TCCTTCCCAG GTACAGCTAC GACCGGGGGG ACGCGGAGCA
41
.
GCGCGAGCCC
3'
CGCGCTCGGG
5'
mRNA
5' AGGAAGGGUC CAUGUCGAUG CUGGCCCCCC UGCGCCUCGU
C
GCGCGAGCCC 3'
Polipeptide
5' AGGAAGGGUCAUG UCG AUG CUG GCC CCC CUG CGC
Met Ser Met Leu Ala Pro Leu Arg
CUC GUG CGC GAG CCC 3'
Leu Val Arg Glu Pro
C
Prima lettera
A
lle
AUC
ACC
Thr
AAC
(1)
50002010
U
G
G
Terza lettera
U
GUC Val
GCC
Ala
GAC
G
CAC
(H)
CAG
(Q)
Lys
UGG Trp
(W)
U
U