Алгоритмы решения расчётных биологических задач (ЕГЭ, задание 3)

Коротко о главном

Задание 3 ЕГЭ проверяет умение считать: количество нуклеотидов в ДНК/РНК, число хромосом и ДНК в клетках при митозе и мейозе, число аминокислот и триплетов по принципу комплементарности и таблице генетического кода. Все задачи решаются по чётким алгоритмам — важно знать 4–5 базовых правил и уметь применять их последовательно, без лишних вычислений в уме.

Определения и формулы/правила

Правило	Формулировка	Формула
Комплементарность ДНК	А=Т, Г=Ц в каждой цепи; между цепями А1=Т2, Г1=Ц2	$A_1=T_2,\ G_1=C_2$
Сумма нуклеотидов ДНК	Сумма всех нуклеотидов одной цепи = 100%, двух цепей — тоже считается через доли	$A+T+G+C=100\%$
Правило Чаргаффа	В двухцепочечной ДНК A=T, G=C (по всей молекуле)	$A=T,\ G=C$
Длина и масса ДНК	1 нуклеотид ≈ 0,34 нм; масса одного нуклеотида ≈ 345 а.е.м.	$L=n\cdot 0{,}34\text{ нм}$
Транскрипция	мРНК комплементарна матричной цепи ДНК, но с урацилом вместо тимина	$A_{ДНК}\to U_{РНК},\ T_{ДНК}\to A_{РНК}$
Генетический код	1 аминокислота = 1 триплет (кодон) из 3 нуклеотидов	$n_{нуклеотидов}=3\cdot n_{аминокислот}$
Синтез белка	Число тРНК = число аминокислот в белке (без учёта старт/стоп нюансов в базовых задачах)	—
Митоз	После деления число хромосом и ДНК в дочерних клетках равно исходному (диплоидному)	$2n\to 2n,\ 2n\to 2n$ (ДНК)
Мейоз I	Число хромосом уменьшается вдвое, ДНК остаётся удвоенным (после репликации)	$2n(4c)\to n(2c)$
Мейоз II	Число ДНК уменьшается вдвое, хромосомы не меняются	$n(2c)\to n(1c)$
Гаметы	У человека и большинства животных гаметы гаплоидны	$n,\ c=1$

Обозначения: $n$ — число хромосом (гаплоидный набор), $2n$ — диплоидный набор, $c$ — количество ДНК относительно гаплоидного набора.

Как применять (примеры)

Пример 1. Комплементарность ДНК. В одной цепи ДНК: А — 20%, Г — 30%. Найти долю Т и Ц во всей молекуле.

Решение:

1. В этой же цепи Т = 100% − 20% − 30% − Ц. Но проще использовать правило Чаргаффа для всей молекулы: если в одной цепи А=20%, то во всей ДНК доля А (с учётом второй цепи) = 20%:2 = 10% от общего числа, а Т тоже 10% (т.к. A=T). Итог: во всей молекуле А=Т=20%, Г=Ц=30% (если считать по одной цепи как 100%, то во всей молекуле это же соотношение сохраняется). Ответ: А=Т=20%, Г=Ц=30%.

Пример 2. От ДНК к белку. Участок гена содержит 300 нуклеотидов (кодирующая цепь). Сколько аминокислот в белке?

Решение:

1. Триплет = 3 нуклеотида → 1 аминокислота.
2. $300 \div 3 = 100$ аминокислот (без учёта стоп-кодона, если не оговорено иное). Ответ: 100 аминокислот.

Пример 3. Хромосомы в мейозе. В клетке человека до мейоза 46 хромосом. Сколько хромосом и молекул ДНК в клетке после мейоза I и после мейоза II?

Решение:

1. Исходно: $2n=46$, после репликации ДНК = $4c$ (92 молекулы ДНК, каждая хромосома состоит из 2 хроматид).
2. После мейоза I: хромосомы делятся пополам → $n=23$, ДНК остаётся $2c$ (46 молекул, т.к. хромосомы двухроматидные).
3. После мейоза II: хроматиды расходятся → $n=23$, ДНК = $1c$ (23 молекулы). Ответ: после мейоза I — 23 хромосомы, 46 ДНК; после мейоза II — 23 хромосомы, 23 ДНК.

Типичные ошибки

• Путают проценты одной цепи ДНК с процентами по всей молекуле — забывают, что доли пересчитываются относительно 100% каждой цепи или всей молекулы отдельно.
• Считают РНК по правилу ДНК (используют тимин вместо урацила).
• Забывают делить/умножать на 3 при переходе «нуклеотиды ↔ аминокислоты», не учитывают стоп-кодон, если это указано в условии.
• Путают число хромосом и число молекул ДНК в мейозе — не учитывают, что после репликации хромосома состоит из двух хроматид (сестринских ДНК).
• Неверно определяют фазу деления по описанию в условии (путают начало и результат телофазы).
• Ошибки в арифметике при переводе процентов в абсолютные числа нуклеотидов (не приводят к общему знаменателю).

Где встречается на экзамене

Задание 3 части 1 ЕГЭ по биологии: расчётные задачи на нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), генетический код и биосинтез белка, а также на изменение числа хромосом и ДНК в клетках при митозе и мейозе. Требуется дать точный числовой ответ с кратким пояснением хода решения.