Задание 3 ЕГЭ по биологии, как решать задачи на хромосомы и нуклеотиды

Около трех часов ночи 27 мая 1961 года в лаборатории под Вашингтоном немецкий стажер Генрих Маттеи расставил в штативе 20 пробирок. В каждой был бесклеточный экстракт кишечной палочки и полный набор аминокислот, причем в каждой пробирке радиоактивной была только одна, своя. Потом он добавил во все пробирки искусственную РНК, собранную из одного урацила. Белок появился везде, но радиоактивным он оказался в единственной пробирке, в той, где метку нес фенилаланин.

Так было прочитано первое слово генетического кода: три урацила подряд означают фенилаланин. Сегодня из этого опыта вырастает задача, которую выпускник решает на третьей минуте экзамена. В задании 3 нет ни таблиц, ни рисунков, только короткое условие и одно число в ответе, а за числом стоит арифметика, найденная в нескольких лабораториях за 80 лет.

Шестнадцать мало, шестьдесят четыре достаточно

За 7 лет до ночи в Бетесде задачу о коде решил на бумаге физик Георгий Гамов. Он рассуждал как шифровальщик, которому известен алфавит из 4 букв и словарь из 20 слов, по числу аминокислот в белках. Одна буква на аминокислоту дает 4 варианта, пара букв дает 16, и этого мало. Тройка дает 64 сочетания, которых хватает с запасом. Гамов опубликовал свою схему в 1954 году, в деталях она оказалась неверной, но число 3 устояло.

Проверили его в Кембридже в 1961 году. Фрэнсис Крик и Сидней Бреннер вставляли в ген бактериального вируса лишние буквы. Одна вставка портила белок, две тоже, а после третьей белок снова получался почти нормальным, потому что клетка читает ген подряд тройками, без пробелов, и лишняя тройка сдвигает текст ровно на одно слово. К 1966 году были расшифрованы все 64 триплета. Аминокислоты кодируют 61 из них, оставшиеся 3 служат сигналом остановки.

Отсюда берется множитель, без которого третья линия не обходится. Инсулин, первый белок с прочитанной последовательностью, состоит из 51 аминокислоты, 21 в одной цепи и 30 в другой, так в 1955 году установил Фредерик Сенгер. Участку такой длины соответствуют 153 кодирующих нуклеотида матричной РНК, хотя настоящий инсулин клетка вырезает из заготовки подлиннее, в 110 аминокислот.

Проценты Чаргаффа

В 1950 году биохимик Эрвин Чаргафф опубликовал таблицу, над которой работал в Нью-Йорке 4 года. Он разбирал ДНК разных организмов на отдельные основания, разделял их на бумаге и по поглощению ультрафиолета определял, сколько там каждого. У человека получилось около 31 процента аденина и 29 процентов тимина, а гуанина и цитозина примерно по 20. У кишечной палочки все четыре цифры лежали рядом с 25.

Состав у видов расходился, но два равенства держались у всех, от дрожжей до быка: аденина всегда оказывалось столько же, сколько тимина, а гуанина столько же, сколько цитозина. Сам Чаргафф объяснить этого не смог. Через 3 года Уотсон и Крик собрали модель двойной спирали, в которой аденин одной цепи стоит напротив тимина другой, а гуанин напротив цитозина, и равенства превратились в следствие.

Считать по ним можно в уме. Если на гуанин приходится 27 процентов, то цитозина тоже 27, вместе выходит 54. На аденин с тимином остается 46, по 23 на каждого.

Четыре хромосомы аскариды

В 1883 году бельгийский зоолог Эдуард ван Бенеден изучал оплодотворение у лошадиной аскариды. Червя он выбрал за то, что хромосом у него мало и они крупные, сосчитать можно без ошибки. В оплодотворенной яйцеклетке их было 4, а в сперматозоиде и в яйцеклетке до слияния лежало по 2.

Наблюдение умещалось в одну строку. Следовало из него, что половые клетки несут половину набора, иначе число хромосом удваивалось бы в каждом поколении и у правнуков той же аскариды их было бы уже 32. Позже половинный набор назвали гаплоидным и обозначили одной буквой, полный назвали диплоидным и записывают как удвоенный.

Числа у видов разные, а отношение одно, и проще всего его увидеть на горохе, с которым работал Мендель: в клетках листа у него 14 хромосом, в спермиях и яйцеклетках по 7. Мягкая пшеница несет 42 хромосомы в зародыше и 21 в гамете, человек 46 и 23, дрозофила 8 и 4. Рекорд принадлежит папоротнику ужовнику, у которого в клетке около 1260 хромосом, и правило половины действует на него так же, как на аскариду.

Нити Флемминга

Годом раньше, в 1882-м, немецкий анатом Вальтер Флемминг выпустил книгу о делении клеток в жабрах личинок саламандры. Он красил препараты анилиновыми красками и видел, как перед делением в ядре проступают нити, как каждая нить расщепляется вдоль на две половины и как половины расходятся к разным полюсам. Процесс он назвал митозом, от греческого слова «нить».

Продольные половины позже получили имя хроматид, и с ними в счет приходит вторая величина. Перед делением клетка человека по-прежнему несет 46 хромосом, только каждая состоит из 2 хроматид, так что хроматид 92 и молекул ДНК тоже 92. После деления дочерним клеткам достается по 46 хромосом из одной хроматиды.

Третий набор в зерне

В августе 1898 года на съезде естествоиспытателей в Киеве ботаник Сергей Навашин показал препараты зародышевого мешка лилии. На них было видно, что из пыльцевой трубки выходят два спермия. Один сливается с яйцеклеткой и дает зародыш, а второй достается крупной центральной клетке.

Процесс получил название двойного оплодотворения, и для счета хромосом он важен одной подробностью. У большинства цветковых растений, как и в школьных задачах о них, центральная клетка несет два набора хромосом, поэтому ткань, которая из нее вырастает, получает три и называется эндоспермом. У мягкой пшеницы это 63 хромосомы, у гороха 21. Белую пшеничную муку получают, размалывая главным образом эндосперм.

Что спрашивают в задании 3 на ЕГЭ

Третья линия проверяет раздел о генетической информации в клетке и хромосомном наборе. Уровень у нее базовый, цена 1 первичный балл, а в бланк идет только число. По отчету ФИПИ, в 2025 году с ним справились 67,5 процента участников из 122 715, то есть балл потерял почти каждый третий.

Разработчики экзамена в пособии для выпускников 2026 года приводят четыре образца, и вместе они покрывают все три вида счета. Первый образец спрашивает, сколько нуклеотидов зрелой матричной РНК кодируют фрагмент белка из 25 аминокислот. Работает множитель Гамова, 25 умножают на 3 и получают 75. Во втором при мейозе у гороха образовались клетки с 7 хромосомами, а узнать нужно число хромосом в клетке зародыша, и по правилу ван Бенедена оно равно 14. Третий образец устроен так же, в гамете 21 хромосома, в ядре диплоидной клетки 42. Четвертый дает 27 процентов гуанина и просит долю цитозина, она тоже равна 27.

Ошибки в этих задачах редко бывают биологическими, чаще теряется слово из условия: спрашивают о нуклеотидах, а в ответ пишут число триплетов, спрашивают о соматической клетке, а в бланк идет число из гаметы. В задаче на проценты нужна доля одного основания, а в бланке оказывается сумма двух. Отдельная группа условий касается эндосперма с его тройным набором и клетки перед делением, где спросить могут и о хромосомах, и о хроматидах, и о молекулах ДНК.

Тот же счет понадобится дальше. Хромосомы и хроматиды по фазам деления считают в задании 27, а правило комплементарности лежит в основе задач на синтез белка из той же линии.

Когда счет сбивается на одних и тех же условиях, разобрать их удобнее с преподавателем. Методист на бесплатной консультации посмотрит ваши решения и предложит группу курса по биологии.

Частые вопросы про задание 3