Задание 28 ЕГЭ по биологии 2025 - Сложные задачи по генетике и цитологии (часть 2)

Общая характеристика задания

Задание 28 относится к высокому уровню сложности и проверяет умение решать задачи по цитологии и молекулярной биологии. Это задание с развернутым ответом, требующее применения знаний в новой ситуации.

Задание 28 оценивается максимум в 3 балла и требует от учащихся не только знания теоретического материала, но и умения применять его для решения конкретных биологических задач, проводить расчеты и обосновывать полученные результаты.

Типы цитологических задач и особенности их решения

1. Задачи на определение количества нуклеотидов в ДНК

В этом типе задач требуется определить количество нуклеотидов в молекуле ДНК, исходя из известных данных о содержании одного или нескольких типов нуклеотидов.

Основные положения, используемые при решении:

Молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей
Комплементарные пары нуклеотидов: А-Т, Г-Ц
Правило Чаргаффа: А = Т, Г = Ц
Сумма всех нуклеотидов в одной цепи ДНК: А + Т + Г + Ц = 100%
Сумма всех нуклеотидов в двухцепочечной молекуле ДНК: 2(А + Т + Г + Ц) = 100%

Алгоритм решения:

Определить, какие данные известны из условия задачи
Использовать правило Чаргаффа для нахождения неизвестных величин
Составить уравнение, связывающее известные и неизвестные величины
Решить уравнение и найти искомые значения

Пример задачи на определение количества нуклеотидов в ДНК:

Фрагмент молекулы ДНК содержит 20% цитозиновых нуклеотидов от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте. Определите процентное содержание аденина, тимина и гуанина в этом фрагменте ДНК. Сколько аденина содержится во фрагменте, если общее количество нуклеотидов в нем равно 1200?

Решение:

Обозначим процентное содержание нуклеотидов:
- А — аденин
- Т — тимин
- Г — гуанин
- Ц — цитозин
Из условия известно, что Ц = 20%
По правилу Чаргаффа: А = Т, Г = Ц
- Следовательно, Г = Ц = 20%
Сумма всех нуклеотидов: А + Т + Г + Ц = 100%
- А + Т + 20% + 20% = 100%
- А + Т = 60%
Поскольку А = Т, то:
- А + А = 60%
- 2А = 60%
- А = 30%
- Т = 30%
Таким образом, процентное содержание нуклеотидов:
- А = 30%
- Т = 30%
- Г = 20%
- Ц = 20%
Количество аденина во фрагменте:
- Общее количество нуклеотидов = 1200
- Количество аденина = 1200 × 0,3 = 360 нуклеотидов

2. Задачи на определение длины ДНК и количества генов

В этом типе задач требуется определить длину молекулы ДНК, количество генов или количество аминокислот в белке, исходя из известных данных о структуре ДНК и генетическом коде.

Основные положения, используемые при решении:

Расстояние между соседними нуклеотидами в цепи ДНК составляет 0,34 нм
Один триплет (кодон) кодирует одну аминокислоту
Ген содержит информацию о структуре одного белка
Ген начинается с инициирующего кодона (АУГ) и заканчивается терминирующим кодоном (УАА, УАГ или УГА)
Молекулярная масса одного нуклеотида в среднем составляет 345 дальтон

Алгоритм решения:

Определить, какие данные известны из условия задачи
Использовать формулы, связывающие длину ДНК, количество нуклеотидов, количество аминокислот и количество генов
Составить уравнение, связывающее известные и неизвестные величины
Решить уравнение и найти искомые значения

Пример задачи на определение длины ДНК и количества генов:

Фрагмент молекулы ДНК содержит 5400 нуклеотидов. Определите длину этого фрагмента в нанометрах. Сколько аминокислот кодирует этот фрагмент ДНК, если известно, что он содержит информацию о первичной структуре белка (интронов нет), а на долю инициирующего и терминирующего кодонов приходится 6 нуклеотидов?

Решение:

Определим длину фрагмента ДНК:
- Расстояние между соседними нуклеотидами = 0,34 нм
- Длина фрагмента = 5400 × 0,34 = 1836 нм
Определим количество аминокислот, кодируемых этим фрагментом:
- Общее количество нуклеотидов = 5400
- Количество нуклеотидов, кодирующих аминокислоты = 5400 - 6 = 5394 (вычитаем нуклеотиды инициирующего и терминирующего кодонов)
- Один триплет (3 нуклеотида) кодирует одну аминокислоту
- Количество аминокислот = 5394 ÷ 3 = 1798
Таким образом:
- Длина фрагмента ДНК = 1836 нм
- Количество аминокислот в белке = 1798

3. Задачи на определение последовательности нуклеотидов и аминокислот

В этом типе задач требуется определить последовательность нуклеотидов в ДНК, иРНК или последовательность аминокислот в белке, исходя из известных данных о структуре одной из этих молекул.

Основные положения, используемые при решении:

Процесс передачи генетической информации: ДНК → иРНК → белок
Транскрипция: синтез иРНК на матрице ДНК (А→У, Т→А, Г→Ц, Ц→Г)
Трансляция: синтез белка на матрице иРНК (согласно таблице генетического кода)
Комплементарность нуклеотидов: А-Т, Г-Ц в ДНК; А-У, Г-Ц в РНК

Алгоритм решения:

Определить, какая последовательность известна из условия задачи (ДНК, иРНК или белок)
Использовать правила комплементарности для определения последовательности нуклеотидов в другой молекуле
Использовать таблицу генетического кода для определения последовательности аминокислот в белке

Пример задачи на определение последовательности нуклеотидов и аминокислот:

Фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГАТТАЦГААЦГТ. Определите последовательность нуклеотидов в иРНК, синтезированной на этом фрагменте, и последовательность аминокислот в белке, закодированном в этой иРНК. Как изменится последовательность аминокислот в белке, если в результате мутации в третьем нуклеотиде ДНК тимин заменится на гуанин?

Решение:

Определим последовательность нуклеотидов в иРНК:
- ДНК: ГАТТАЦГААЦГТ
- При транскрипции происходит замена: Г→Ц, А→У, Т→А, Ц→Г
- иРНК: ЦУААУГЦУУГЦА
Определим последовательность аминокислот в белке:
- иРНК: ЦУА-АУГ-ЦУУ-ГЦА
- Используя таблицу генетического кода:
  - ЦУА — лейцин
  - АУГ — метионин
  - ЦУУ — лейцин
  - ГЦА — аланин
- Последовательность аминокислот: лейцин-метионин-лейцин-аланин
Определим, как изменится последовательность аминокислот при мутации:
- Исходная ДНК: ГАТТАЦГААЦГТ
- Мутированная ДНК (замена Т на Г в третьем нуклеотиде): ГАГТАЦГААЦГТ
- иРНК, синтезированная на мутированной ДНК: ЦУЦАУГЦУУГЦА
- Разбиваем на триплеты: ЦУЦ-АУГ-ЦУУ-ГЦА
- Используя таблицу генетического кода:
  - ЦУЦ — лейцин
  - АУГ — метионин
  - ЦУУ — лейцин
  - ГЦА — аланин
- Последовательность аминокислот после мутации: лейцин-метионин-лейцин-аланин
Таким образом, последовательность аминокислот в белке не изменится, так как триплет ЦУА и триплет ЦУЦ кодируют одну и ту же аминокислоту — лейцин. Это пример вырожденности генетического кода.

4. Задачи на определение количества хромосом и хроматид

В этом типе задач требуется определить количество хромосом и хроматид в клетке на разных стадиях клеточного цикла.

Основные положения, используемые при решении:

Диплоидный набор хромосом (2n) — полный набор хромосом соматической клетки
Гаплоидный набор хромосом (n) — набор хромосом гаметы
В G1-периоде интерфазы каждая хромосома представлена одной хроматидой
В G2-периоде интерфазы и в начале митоза каждая хромосома представлена двумя хроматидами
В анафазе митоза хроматиды расходятся и становятся самостоятельными хромосомами
В мейозе I происходит расхождение гомологичных хромосом
В мейозе II происходит расхождение хроматид

Алгоритм решения:

Определить, на какой стадии клеточного цикла находится клетка
Использовать формулы для расчета количества хромосом и хроматид на разных стадиях клеточного цикла
Учитывать особенности митоза и мейоза при расчетах

Пример задачи на определение количества хромосом и хроматид:

Соматическая клетка животного содержит 16 хромосом. Определите количество хромосом и хроматид в клетке в конце телофазы митоза, в конце телофазы мейоза I и в конце телофазы мейоза II. Сколько хромосом и хроматид будет содержаться в клетке перед началом мейоза после удвоения ДНК?

Решение:

Определим количество хромосом и хроматид в клетке в конце телофазы митоза:
- Исходное количество хромосом в соматической клетке: 2n = 16
- В конце телофазы митоза образуются две дочерние клетки, каждая из которых содержит диплоидный набор хромосом
- Количество хромосом в каждой дочерней клетке: 2n = 16
- В конце телофазы митоза каждая хромосома представлена одной хроматидой
- Количество хроматид в каждой дочерней клетке: 16
Определим количество хромосом и хроматид в клетке в конце телофазы мейоза I:
- В мейозе I происходит расхождение гомологичных хромосом
- В конце телофазы мейоза I образуются две клетки, каждая из которых содержит гаплоидный набор хромосом
- Количество хромосом в каждой клетке: n = 8
- В конце телофазы мейоза I каждая хромосома представлена двумя хроматидами
- Количество хроматид в каждой клетке: 8 × 2 = 16
Определим количество хромосом и хроматид в клетке в конце телофазы мейоза II:
- В мейозе II происходит расхождение хроматид
- В конце телофазы мейоза II образуются четыре клетки, каждая из которых содержит гаплоидный набор хромосом
- Количество хромосом в каждой клетке: n = 8
- В конце телофазы мейоза II каждая хромосома представлена одной хроматидой
- Количество хроматид в каждой клетке: 8
Определим количество хромосом и хроматид в клетке перед началом мейоза после удвоения ДНК:
- Перед началом мейоза клетка содержит диплоидный набор хромосом: 2n = 16
- После удвоения ДНК (в G2-периоде интерфазы) каждая хромосома представлена двумя хроматидами
- Количество хроматид в клетке: 16 × 2 = 32
Таким образом:
- В конце телофазы митоза: 16 хромосом, 16 хроматид
- В конце телофазы мейоза I: 8 хромосом, 16 хроматид
- В конце телофазы мейоза II: 8 хромосом, 8 хроматид
- Перед началом мейоза после удвоения ДНК: 16 хромосом, 32 хроматиды

Важно помнить!

При решении цитологических задач необходимо:

Внимательно прочитать условие задачи и выделить ключевую информацию
Определить тип задачи (на определение количества нуклеотидов, длины ДНК, последовательности нуклеотидов или аминокислот, количества хромосом и хроматид)
Использовать соответствующие формулы и правила
Проводить расчеты поэтапно, записывая промежуточные результаты
Проверять правильность расчетов и соответствие полученных результатов условию задачи

Типичные ошибки при решении цитологических задач

Рекомендации по подготовке к заданию 28

Изучите основные понятия молекулярной биологии и цитологии:
- Структура ДНК и РНК
- Процессы репликации, транскрипции и трансляции
- Генетический код и его свойства
- Клеточный цикл, митоз и мейоз
Тренируйтесь в решении разных типов цитологических задач.
Запоминайте алгоритмы решения для каждого типа задач.
Обращайте внимание на формулировки условий задач.
Учитесь правильно записывать последовательности нуклеотидов и аминокислот.
Анализируйте свои ошибки и работайте над их устранением.
Используйте дополнительные материалы и сборники задач для практики.