Задание 3 ЕГЭ по биологии 2025: Генетическая информация в клетке

Третье задание ЕГЭ по биологии проверяет знание основных принципов хранения, передачи и реализации генетической информации в клетке. В этом задании необходимо понимать структуру нуклеиновых кислот, механизмы репликации, транскрипции и трансляции, а также уметь решать задачи на определение нуклеотидного состава ДНК, РНК и аминокислотной последовательности белков.

Теория для подготовки к заданию

Генетическая информация – это информация о структуре, функциях и развитии организма, которая хранится в молекулах нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и передается от родителей потомкам. Эта информация определяет все признаки организма и обеспечивает преемственность между поколениями.

Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

ДНК – это макромолекула, состоящая из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в двойную спираль. Каждая цепь представляет собой последовательность нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями.

Структура нуклеотида ДНК:

Азотистые основания ДНК делятся на две группы:

Две цепи ДНК удерживаются вместе за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями:

Это правило комплементарности является основой для точного копирования ДНК при репликации и для транскрипции РНК.

Важно!

Согласно правилу Чаргаффа, в молекуле ДНК количество аденина равно количеству тимина (А = Т), а количество гуанина равно количеству цитозина (Г = Ц). Это правило является следствием комплементарности азотистых оснований в двойной спирали ДНК.

Рибонуклеиновая кислота (РНК)

РНК – это макромолекула, состоящая из одной полинуклеотидной цепи. Как и ДНК, РНК представляет собой последовательность нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями.

Структура нуклеотида РНК:

Основные отличия РНК от ДНК:

Типы РНК и их функции:

Реализация генетической информации в клетке

Репликация ДНК

Репликация ДНК – это процесс удвоения молекулы ДНК, в результате которого из одной двухцепочечной молекулы ДНК образуются две идентичные двухцепочечные молекулы. Этот процесс происходит перед делением клетки и обеспечивает передачу генетической информации дочерним клеткам.

Основные этапы репликации ДНК:

  1. Инициация – расплетение двойной спирали ДНК с помощью фермента хеликазы
  2. Элонгация – синтез новых цепей ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы
  3. Терминация – завершение синтеза новых цепей ДНК

Репликация ДНК является полуконсервативной: каждая новая молекула ДНК состоит из одной старой (материнской) цепи и одной новой (дочерней) цепи.

Транскрипция

Транскрипция – это процесс синтеза РНК на матрице ДНК. В результате транскрипции генетическая информация, закодированная в ДНК, переписывается в РНК.

Основные этапы транскрипции:

  1. Инициация – связывание РНК-полимеразы с промотором (участком ДНК, с которого начинается транскрипция)
  2. Элонгация – синтез РНК в направлении 5' → 3' на матрице ДНК
  3. Терминация – завершение синтеза РНК и отделение РНК-полимеразы от ДНК

При транскрипции соблюдается принцип комплементарности: аденин (А) в ДНК соответствует урацилу (У) в РНК, тимин (Т) в ДНК – аденину (А) в РНК, гуанин (Г) в ДНК – цитозину (Ц) в РНК, цитозин (Ц) в ДНК – гуанину (Г) в РНК.

Важно!

Транскрипция происходит только на одной из двух цепей ДНК – на матричной (кодогенной) цепи. Вторая цепь – смысловая (некодогенная) – не участвует в транскрипции. Последовательность нуклеотидов в мРНК соответствует последовательности нуклеотидов в смысловой цепи ДНК, с заменой тимина на урацил.

Трансляция

Трансляция – это процесс синтеза белка на матрице мРНК. В результате трансляции генетическая информация, закодированная в мРНК, переводится в последовательность аминокислот в белке.

Основные этапы трансляции:

  1. Инициация – формирование инициирующего комплекса, состоящего из малой субъединицы рибосомы, инициаторной тРНК с метионином и мРНК
  2. Элонгация – последовательное присоединение аминокислот к растущей полипептидной цепи
  3. Терминация – завершение синтеза белка и отделение полипептидной цепи от рибосомы

Генетический код – это система соответствия между последовательностью нуклеотидов в мРНК и последовательностью аминокислот в белке. Генетический код обладает следующими свойствами:

В генетическом коде есть специальные кодоны:

Решение задач на определение нуклеотидного состава ДНК, РНК и аминокислотной последовательности белков

Задачи на определение нуклеотидного состава ДНК

В этих задачах требуется определить количество или процентное содержание различных нуклеотидов в молекуле ДНК, используя правило Чаргаффа и другие закономерности.

Алгоритм решения:

  1. Определить, какие данные известны и что требуется найти
  2. Использовать правило Чаргаффа: А = Т, Г = Ц
  3. Учесть, что сумма всех нуклеотидов равна 100% или общему количеству нуклеотидов
  4. Составить и решить уравнение или систему уравнений

Задачи на определение нуклеотидного состава РНК

В этих задачах требуется определить количество или процентное содержание различных нуклеотидов в молекуле РНК, используя данные о комплементарной ей ДНК или другие закономерности.

Алгоритм решения:

  1. Определить, какие данные известны и что требуется найти
  2. Учесть, что РНК комплементарна одной из цепей ДНК, с заменой тимина на урацил
  3. Использовать правила комплементарности: А в ДНК соответствует У в РНК, Т в ДНК – А в РНК, Г в ДНК – Ц в РНК, Ц в ДНК – Г в РНК
  4. Составить и решить уравнение или систему уравнений

Задачи на определение аминокислотной последовательности белков

В этих задачах требуется определить последовательность аминокислот в белке, используя данные о последовательности нуклеотидов в ДНК или РНК и таблицу генетического кода.

Алгоритм решения:

  1. Определить, какие данные известны и что требуется найти
  2. Если дана последовательность ДНК, определить, какая цепь является матричной (кодогенной), а какая – смысловой (некодогенной)
  3. Если дана матричная цепь ДНК, транскрибировать ее в мРНК, используя правила комплементарности
  4. Если дана смысловая цепь ДНК, заменить в ней тимин на урацил, чтобы получить мРНК
  5. Разделить последовательность мРНК на триплеты (кодоны)
  6. Используя таблицу генетического кода, определить аминокислоту, соответствующую каждому кодону
  7. Записать последовательность аминокислот от N-конца к C-концу
Важно!

При решении задач на определение аминокислотной последовательности белка необходимо учитывать, что трансляция начинается со стартового кодона АУГ и заканчивается одним из стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА).

Таблица генетического кода

Для решения задач на определение аминокислотной последовательности белков необходимо знать таблицу генетического кода, которая показывает соответствие между кодонами мРНК и аминокислотами.

Первый нуклеотид Второй нуклеотид Третий нуклеотид
У Ц А Г
У У Фен Фен Лей Лей
Ц Сер Сер Сер Сер
А Тир Тир СТОП СТОП
Г Цис Цис СТОП Три
Ц У Лей Лей Лей Лей
Ц Про Про Про Про
А Гис Гис Глн Глн
Г Арг Арг Арг Арг
А У Иле Иле Иле Мет
Ц Тре Тре Тре Тре
А Асн Асн Лиз Лиз
Г Сер Сер Арг Арг
Г У Вал Вал Вал Вал
Ц Ала Ала Ала Ала
А Асп Асп Глу Глу
Г Гли Гли Гли Гли

Примечание: в таблице использованы сокращенные названия аминокислот:

Примеры заданий

Фрагмент молекулы ДНК содержит 120 нуклеотидов, из которых 24 содержат аденин. Определите количество нуклеотидов с гуанином в этом фрагменте ДНК.

Ответ: 36

Для решения этой задачи используем правило Чаргаффа и другие закономерности:

1. Общее количество нуклеотидов в данном фрагменте ДНК равно 120.

2. Количество нуклеотидов с аденином равно 24.

3. По правилу Чаргаффа, количество нуклеотидов с аденином равно количеству нуклеотидов с тимином: А = Т = 24.

4. Общее количество нуклеотидов равно сумме нуклеотидов с аденином, тимином, гуанином и цитозином: А + Т + Г + Ц = 120.

5. Подставляем известные значения: 24 + 24 + Г + Ц = 120.

6. Упрощаем: 48 + Г + Ц = 120.

7. Выражаем сумму нуклеотидов с гуанином и цитозином: Г + Ц = 120 - 48 = 72.

8. По правилу Чаргаффа, количество нуклеотидов с гуанином равно количеству нуклеотидов с цитозином: Г = Ц.

9. Подставляем это равенство в уравнение: Г + Г = 72.

10. Решаем: 2Г = 72, Г = 72 / 2 = 36.

Таким образом, количество нуклеотидов с гуанином в данном фрагменте ДНК равно 36.

Фрагмент молекулы ДНК содержит 20% нуклеотидов с тимином. Определите процентное содержание нуклеотидов с цитозином в этом фрагменте ДНК.

Ответ: 30

Для решения этой задачи используем правило Чаргаффа и другие закономерности:

1. Процентное содержание нуклеотидов с тимином равно 20%.

2. По правилу Чаргаффа, процентное содержание нуклеотидов с аденином равно процентному содержанию нуклеотидов с тимином: А = Т = 20%.

3. Общее процентное содержание всех нуклеотидов равно 100%: А + Т + Г + Ц = 100%.

4. Подставляем известные значения: 20% + 20% + Г + Ц = 100%.

5. Упрощаем: 40% + Г + Ц = 100%.

6. Выражаем сумму процентного содержания нуклеотидов с гуанином и цитозином: Г + Ц = 100% - 40% = 60%.

7. По правилу Чаргаффа, процентное содержание нуклеотидов с гуанином равно процентному содержанию нуклеотидов с цитозином: Г = Ц.

8. Подставляем это равенство в уравнение: Г + Г = 60%.

9. Решаем: 2Г = 60%, Г = 60% / 2 = 30%.

10. Поскольку Г = Ц, то Ц = 30%.

Таким образом, процентное содержание нуклеотидов с цитозином в данном фрагменте ДНК равно 30%.

Фрагмент смысловой цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: АТТГЦАТАЦ. Определите последовательность нуклеотидов в иРНК, транскрибированной с матричной цепи этого фрагмента ДНК.

Ответ: АУУГГЦАУАЦ

Для решения этой задачи необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определить последовательность нуклеотидов в матричной цепи ДНК, комплементарной данной смысловой цепи.

2. Транскрибировать матричную цепь ДНК в иРНК.

Шаг 1. Определяем последовательность нуклеотидов в матричной цепи ДНК.

Смысловая цепь ДНК: АТТГЦАТАЦ

Используем правила комплементарности: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Матричная цепь ДНК: ТААЦГТАТГ

Шаг 2. Транскрибируем матричную цепь ДНК в иРНК.

Матричная цепь ДНК: ТААЦГТАТГ

Используем правила транскрипции: Т в ДНК → А в РНК, А в ДНК → У в РНК, Г в ДНК → Ц в РНК, Ц в ДНК → Г в РНК.

иРНК: АУУГГЦАУАЦ

Таким образом, последовательность нуклеотидов в иРНК, транскрибированной с матричной цепи данного фрагмента ДНК, имеет вид: АУУГГЦАУАЦ.

Фрагмент мРНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: АУГЦЦАГГУУАА. Определите последовательность аминокислот в полипептидной цепи, синтезированной на этом фрагменте мРНК.

Ответ: мет-про-гли

Для решения этой задачи необходимо выполнить следующие шаги:

1. Разделить последовательность мРНК на триплеты (кодоны).

2. Используя таблицу генетического кода, определить аминокислоту, соответствующую каждому кодону.

3. Записать последовательность аминокислот.

Шаг 1. Разделяем последовательность мРНК на триплеты.

мРНК: АУГЦЦАГГУУАА

Триплеты: АУГ-ЦЦА-ГГУ-УАА

Шаг 2. Определяем аминокислоты, соответствующие каждому кодону, используя таблицу генетического кода.

АУГ → метионин (мет)

ЦЦА → пролин (про)

ГГУ → глицин (гли)

УАА → стоп-кодон (не кодирует аминокислоту, сигнализирует о завершении трансляции)

Шаг 3. Записываем последовательность аминокислот.

Полипептидная цепь: мет-про-гли

Таким образом, последовательность аминокислот в полипептидной цепи, синтезированной на данном фрагменте мРНК, имеет вид: мет-про-гли.

Типичные ошибки при выполнении задания

  1. Неправильное применение правила Чаргаффа. Некоторые учащиеся забывают, что правило Чаргаффа (А = Т, Г = Ц) применимо только к двухцепочечной ДНК, но не к одноцепочечной РНК.
  2. Путаница в определении матричной и смысловой цепей ДНК. Важно помнить, что транскрипция происходит на матричной (кодогенной) цепи ДНК, а последовательность нуклеотидов в мРНК соответствует последовательности нуклеотидов в смысловой (некодогенной) цепи ДНК, с заменой тимина на урацил.
  3. Ошибки при транскрипции. Некоторые учащиеся забывают, что при транскрипции тимин (Т) в ДНК заменяется на урацил (У) в РНК.
  4. Неправильное использование таблицы генетического кода. При определении аминокислоты по кодону мРНК необходимо правильно ориентироваться в таблице генетического кода.
  5. Игнорирование стартового и стоп-кодонов. При определении аминокислотной последовательности белка необходимо учитывать, что трансляция начинается со стартового кодона АУГ и заканчивается одним из стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА).

Рекомендации по выполнению задания

  1. Внимательно изучите структуру и функции нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), а также механизмы репликации, транскрипции и трансляции.
  2. Запомните правило Чаргаффа (А = Т, Г = Ц) и правила комплементарности азотистых оснований.
  3. Научитесь определять матричную и смысловую цепи ДНК и понимать их роль в транскрипции.
  4. Изучите таблицу генетического кода и научитесь определять аминокислоты по кодонам мРНК.
  5. Практикуйтесь в решении задач на определение нуклеотидного состава ДНК, РНК и аминокислотной последовательности белков.
  6. При решении задач внимательно читайте условие, выделяйте известные данные и то, что требуется найти, и составляйте план решения.
  7. Проверяйте свои решения, используя правила и закономерности, изученные в этой теме.

Задание 3 ЕГЭ: ПРАКТИКА

Закрепите теорию на практике! Попробуйте решить несколько вариантов задания 3.

Начать практику (Задание 3)