БХколлок2. Тема Строение нуклеиновых кислот, репликация Задача 2
 Скачать 26.3 Kb.
|
|
Тема 1. Строение нуклеиновых кислот, репликация Задача 2 Напишите нуклеотидную последовательность одной цепи двухцепочечной ДНК, другая цепь которой имеет последовательность 5’-ATGCCGTATGCATTC-3’. Напишите последовательность РНК-транскрипта для обеих этих цепей. 2. Одна цепь ДНК 5’-TACGGCATACGTAAG-3’. РНК-транскрипт к 1-й ДНК цепи: 5’-UACGGCAUACGUAAG-3’, ко 2-й ДНК цепи 5’-AUGCCGUAUGCAUUC-3’. Задача 4 Напишите комплементарную последовательность нуклеотидов для 5’-ACGTAT-3’, 5’-AGATCT-3’, and 5’-AUGGUA-3’. Эти последовательности являются РНК или ДНК? Поясните свой ответ. 4. 5’-TGCATA-3’, 5’-TCTAGA-3’, and 5’-UACCAU-3’. Первые две последовательности для ДНК, 3-я - для РНК. В РНК вместо тимина - урацил. Задача 7 Клетки позвоночных и растений часто метилируют цитозин в ДНК с образованием 5-метилцитозина. В тех же клетках специализированная система репарации распознает ошибочные пары G-T и заменяет их парой G-C. Какую пользу клетке приносит такая система репарации? Объясните, учитывая роль 5-метилцитозина в ДНК. 7. Спонтанное дезаминирование 5-метилцитозина приводит к образованию тимина и аномальной пары G-T. Это одна из самых распространенных ошибок в эукариотической ДНК. Специализированная система репарации находит дефект и восстанавливает пары G-C. Задача 9 Молекула ДНК с последовательностью 5’-pdApdGpdTpdC-3’ может быть расщеплена экзонуклеазами. Перечислите продукты активности следующих экзонуклеаз, действующих на эту ДНК: 1) 3’→5’-экзонуклеаза, расщепляющая 3’-фосфодиэфирную связь; 2) 5’→3’-экзонуклеаза, расщепляющая 5’-фосфодиэфирную связь; 3) 5’→3’-экзонуклеаза, расщепляющая 3’-фосфодиэфирную связь. 9. 1) pdApdGpdT + pdC; 2) pdAp + dGpdTpdC; 3) pdA + pdGpdTpdC Задача 10 Один из белков яда гремучей змеи обладает фосфодиэстеразной активностью. Изобразите структуру РНК и ДНК и поясните, может или нет этот фермент расщеплять эти полинуклеотиды? 10. Может. В структуре РНК и ДНК имеются фосфодиэфирные связи, которые связывают углеводные остатки. Задача 11 РНКаза T1 расщепляет РНК после остатка G с высвобождением 3’-фосфатной группы. Укажите продукты действия этого фермента на следующий субстрат: pppApCpUpCpApUpApGpCpUpApUpGpApGpU. 11. pppApCpUpCpApUpApGp + CpUpApUpGp + ApGp + U. Задача 12 Ципрофлоксацин является антимикробным препаратом, применяемым при различных бактериальных инфекциях. Одной из мишенью для ципрофлоксацина у кишечной палочки (E. coli) является топоизомераза II. Объясните, почему ингибирование этого фермента эффективно при лечении заболеваниях вызванных кишечной палочкой. 12. Ингибирование топоизомеразы II останавливает репликацию у кишечной палочки. Задача 15 В пробирку поместили рибосомы из разных клеток, весь набор аминокислот и одинаковые молекулы и-РНК и т-РНК, создали все условия для синтеза белка. Почему в пробирке будет синтезироваться один вид белка на разных рибосомах? 15. Первичная структура белка определяется последовательностью аминокислот, зашифрованных на участке молекулы ДНК. ДНК является матрицей для молекулы и-РНК. Матрицей для синтеза белка является молекула и-РНК, а они в пробирке одинаковые. Задача 16 Укажите для процесса репликации: 1) матрицу; 2) субстраты; 3) источники энергии; 4) фермент, обеспечивающий соединение дезоксирибонуклеотидов в биополимер; 5) локализацию в клетке; 6) фазу клеточного цикла, в которой происходит этот процесс. 16. 1) ДНК; 2) дАТФ, дТТФ, дГТФ, дЦТФ; 3) дНТФ-субстраты; 4) ДНК-полимераза; 5) ядро; 6) в S-фазу. Задача 17 При старении организма между гистонами и ДНК образуются ковалентные связи. Как могут повлиять эти изменения на синтез ДНК, РНК и белка в клетках разных тканей? 17. Уменьшится скорость синтеза ДНК, РНК, белка. Задача 18 Антибиотик дауномицин внедряется между основаниями ДНК, образуя нековалентные связи. Укажите, ингибитором какого (или каких) процесса (процессов) является этот антибиотик и в борьбе с какими заболеваниями его целесообразно использовать? Действует ли этот препарат на матричные биосинтезы в организме больного? 18. Препарат нарушает синтез ДНК и РНК в быстрорастущих тканях больного, но в меньшей степени, чем в опухолевых клетках. Онкологические заболевания. Задача 19 Произошла делеция 25 нуклеотидов в структурном гене соматической клетки. 1) Наблюдается ли в этом случае сдвиг рамки прочтения информации гена в ходе трансляции? 2) Может ли такая мутация быть причиной наследственной болезни? 19. 1) Да. 2) Нет. Задача 20 В яйцеклетке в смысловой части гена, кодирующего строение фермента оксидазы гомогентизиновой кислоты, произошла замена 7-го нуклеотида с образованием терминирующего кодона. 1) Какие изменения в структуре белка пройдут в ходе трансляции мутантного гена? 2) К каким фенотипическим проявлениям приведет эта мутация? 20. 1) Будет синтезироваться N-концевой дипептид. 2) К наследственному заболеванию - алкаптонурии. Задача 21 В β-цепи одного из вариантов Hb отсутствуют аминокислоты с 92 по 94. Такое изменение первичной структуры белка делает его нестабильным и повышает сродство к кислороду. 1) Какое изменение в структуре гена β-цепи привело к возникновению этого варианта Hb? 2) Как изменится поступление кислорода к тканям у индивидуумов, гомозиготных по этому гену? 21. 1) Мутация по типу делеции. 2) Снизится. Задача 22 Фермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа представлен в популяции людей двумя вариантами, которые отличаются по одной аминокислоте: в варианте 1 - Асп, в варианте 2 - Асн. 1) Определите, какие изменения в кодоне гена этого фермента привели к появлению указанных вариантов? 2) Объясните, что такое полиморфизм белков.3) Являются ли описанные варианты фермента примером полиморфных белков? 22. 1) Замена Ц на Т в первом положении кодона. 2) Множественные варианты одного белка в популяции людей. 3) Да. Тема 2. Транскрипция и трансляция Задача 1 Нуклеотидная последовательность в мРНК кодирует при строго определенной рамке считывания одну и только одну последовательность аминокислот в полипептиде. Можно ли, исходя из данной последовательности аминокислотных остатков в белке, например цитохроме С, предсказать нуклеотидную последовательность единственной мРНК, кодирующей этот белок? Обоснуйте ваш ответ. Задача 2 Транскрибируемая цепь двухцепочечной ДНК содержит последовательность: 5’-CTTAACACCCCTGACTTCGCGCCGTCG-3’. 1) Какая последовательность мРНК может транскрибироваться с этой цепи? 2) Возможна ли одновременная транскрипция другой цепи ДНК? Если да, то совпадет ли полученная аминокислотная последовательность с последовательностью, которую вы получите в ответе на вопрос 1)? Задача 3 В молекуле коллагена обнаруживаются аминокислоты гидроксипролин и гидроксилизин. Однако, для этих аминокислот отсутствуют кодоны в мРНК. Объясните появление этих аминокислот в молекуле коллагена. Напишите их структурные формулы. 3. Гидроксипролин образуется из пролина путем посттрансляционной модификации предшественника коллагена Задача 4 ДНК-полимеразы могут корректировать ошибки, а корректирующая способность РНК-полимеразы весьма ограничена. Учитывая, что замена единственного основания при репликации или транскрипции может привести к ошибке в синтезе белка, приведите возможное биологическое объяснение такого различия между ферментами. Ошибка в одном основании при репликации ДНК, если она не исправлена, приведет к тому, что 1 из 2-х дочерних клеток, а также все ее потомки будут содержать измененную хромосому. Ошибка в 1 основании, совершенная РНК-полимеразой, повлечет за собой синтез некоторого количества неправильных копий 1 белка, при этом, поскольку мРНК в клетке быстро обновляется, большинство молекул этого белка будет нормальным. Потомство такой клетки тоже будет нормальным. Задача 5 Определенная последовательность оснований мРНК будет кодировать одну и только одну последовательность аминокислот в полипептиде, если определена рамка считывания. Можно ли, исходя из последовательности аминокислот в белке, например в цитохроме C, предсказать последовательность оснований в единственной мРНК, кодирующей этот белок? Поясните ваш ответ. Нельзя. Почти все аминокислоты кодируются несколькими кодонами (например, существует шесть вариантов кодонов для лейцина), и поэтому каждый полипептид может быть закодирован несколькими способами. И все же для некоторых аминокислот существует лишь один кодон. Кроме того, несколько кодонов, кодирующих одну аминокислоту, часто имеют одни и те же нуклеотиды в двух из трех позиций. Таким образом, некоторые участки последовательности мРНК, кодирующие белки с известной аминокислотной последовательностью, можно определить с достаточно высокой точностью. Задача 6 мРНК синтезируемые РНК-полимеразой считываются в направлении 3’→5’, а синтез рибонуклеотидов идет в направлении 5’→3’. Напишите последовательность нуклеотидов 5’→3’, которая транскрибировалась в последовательность мРНК 5’-UAGUGACAGUUGCGAU-3’. Задача 7 Объясните почему мРНК, тРНК и рРНК разрушаются в клетке с разными скоростями? Назовите функции этих типов РНК. Выполняют разные функции. мРНК используется в ходе трансляции как матрица для синтеза белков; тРНК переносит аминокислот к месту синтеза полипептидной цепочки, т. е. на рибосомы; рРНК не только формирует субъединицы рибосом, но и часть ее молекул непосредственно участвуют в синтезе белка на рибосомах. Задача 8 В процессе синтеза белка первым кодоном в мРНК является кодон AUG, кодирующий аминокислоту метионин. Объясните почему в белках N-терминальный аминокислотный остаток может быть отличным от метионина? N-терминальные аминокислоты входят в сигнальную последовательность белков, которая отщепляется при транспортировки в целевой компартмент клетки. Задача 11 При очистке препаратов рибосом исследователи отмечали, что хорошо очищенные образцы, содержащие только рибосомы, обладали меньшей активностью, чем менее очищенные. Дайте биохимическое объяснение этому феномену. Менее очищенные рибосомы содержать полисомы, которые более активны при синтезе белка. Задача 12 Объясните, какое событие для клетки более вредное — ошибка при синтезе молекулы ДНК во время репликации или ошибка в синтезе молекуле мРНК во время транскрипции? ДНК представляет собой постоянную копию генетической информации, в то время как РНК - временная. Клетка может выжить при производстве некоторых мутантных белков, но не при мутации ДНК. Задача 13 Если в клетках позвоночных блокируется сплайсинг мРНК, блокируются и реакции модификации рРНК. Объясните это наблюдение. В интронах закодированы многие мяРНК, необходимые для модификаций рРНК. Если не происходит сплайсинг, мяРНК не образуются. Задача 14 Бледная поганка содержит несколько опасных соединений, включая смертельный яд α-аманитин. Этот токсин блокирует элонгацию РНК путем связывания с эукариотической РНК-полимеразой II с очень высоким сродством; он смертельно опасен уже в такой низкой концентрации, как 10⁻⁸ М. Сначала у человека, съевшего этот гриб, проявляется желудочно-кишечное расстройство (вызываемое некоторыми другими токсинами поганки). Потом эти симптомы исчезают, но через 48 ч человек умирает, обычно от поражения печени. Объясните, почему α-аманитину нужно столько времени, чтобы погубить человека? α-Аманитин останавливает синтез РНК, и когда через несколько дней все существующие молекулы мРНК и белков в печени расщепляются, возникает дисфункция печени и наступает смерть. Тема 3. Регуляция экспрессии генов и ДНК-технологии в медицине Задача 1 В клетке эукариотов имеется несколько десятков тРНК и несколько десятков тысяч мРНК. Чем объяснить такое различие в количестве разных типов нуклеиновых кислот? Поясните, как это различие связано с функциями молекул в клетках. мРНК столько, сколько белков в организме, а тРНК адаптируют аминокислоты к кодонам мРНК, и так как код вырожден, то их несколько десятков. Задача 2 В парафолликулярных клетках щитовидной железы в ходе транскрипции гена кальцитонина и последующих ковалентных модификаций образуется мРНК, участвующая в синтезе гормона кальцитонина. В головном мозге из того же первичного транскрипта после посттранскрипционных модификаций формируется мРНК, участвующая в синтезе кальцитонин-подобного полипептида, ответственного за вкусовое восприятие. Каким образом из одного и того же первичного транскрипта возможно образование разных «зрелых» мРНК? Поясните, каким модификациям подвергается синтезированная нуклеиновая кислота, чтобы служить матрицей для последующего синтеза белка? 2. В альтернативном сплайсинге из одного и того же первичного транскрипта можно по-разному вырезать интроны. И в результате получить несколько зрелых мРНК, имеющих как гомологичные участки, так и негомологичные. Задача 3 При разделении белков с использованием электрофореза их скорость миграции в электрическом поле зависит от размера, формы и заряда. Объясните почему скорость миграции ДНК в электрическом поле зависит только от размера, но не от заряда или формы? При электрофорезе обычно используют фрагментированную рестриктазами ДНК, поэтому форма является однородной для ДНК. Заряд для ДНК постоянен. Задача 4 Объясните необходимость использования термостабильной ДНК-полимеразы при проведении полимеразной цепной реакции. Для разделения цепей спирали ДНК требуется высокая температура, при которой инактивируется ДНК-полимераза. Поэтому используют термостабильную ДНК-полимеразу, выделенную из термофильных бактерий, которая способна выдерживать множество циклов реакции. Задача 5 Часто знание последовательности нуклеотидов в ДНК не дает полной информации о последовательности аминокислотных остатков в молекуле белка. Предложите несколько причин этих затруднений. ДНК часто имеет интроны в гене, поэтому знание последовательности ДНК может дать неправильный ответ о конечной последовательности аминокислотных остатков. К тому же, белки модифицируются посттрансляционно, поэтому могут быть изменения последовательности белка, не отраженной в ДНК/ Задача 6 Технология полимеразной цепной реакции (ПЦР) обеспечивает репликацию больших количеств ДНК для судебно-медицинских и диагностических исследований. Объясните, для чего при проведении ПЦР реакционную смесь последовательно нагревают и охлаждают? Объясните, почему для проведения ПЦР необходимо знать нуклеотидную последовательность реплицирующейся ДНК? На первом этапе проведения ПЦР исследуемая двунитевая ДНК переводится в однонитевую форму путем денатурации при температуре 92-95°С. Гибридизация достигается понижением температуры реакционной смеси до 40-60°С. При этом происходит образование двунитевого участка в той области, где праймеры комплементарны участку последовательности ДНК. Элонгация цепи, включает синтез новой цепи ДНК. При этом оптимальная температура работы термостабильной ДНК-полимеразы составляет 60-72°С. Задача 8 В эксперименте была проведена модификация гистонов путем ферментативного присоединения фосфатных групп. При фосфорилировании гистонов наблюдали увеличение скорости ДНК-зависимого синтеза РНК. Объясните причины данного повышения скорости процесса. Гистоны, имея «+» q, связываются с «–»q фосфатами ДНК и блокируют транскрипцию. Модификация гистонов, например, путем фосфорилирования, ослабляет связь гистонов с ДНК, при этом облегчается транскрипция. Задача 9 Действие стероидного гормона кортизола на печень приводит к увеличению синтеза ключевых ферментов, участвующих в синтезе глюкозы. 1) Какой матричный процесс индуцирует кортизол? Составьте схему происходящих процессов от поступления гормона в клетку до синтеза белков-ферментов глюконеогенеза (включить все этапы синтеза белка). 2) Каким модификациям подвергается вновь синтезированная рибонуклеиновая кислота, чтобы служить матрицей для последующего синтеза белка? Кортизол индуцирует транскрипцию. Схема транскрипции. 2) Посттранскрипционные модификации – сплайсин/ Задача 11 Предположим, клетки E. coli растут в среде, где единственным источников углерода является глюкоза. Затем в среду добавляют триптофан. Клетки продолжают расти и делиться каждые 30 мин. Опишите качественные изменения во времени уровня активности триптофансинтазы в клетках при следующих условиях: 1) мРНК триптофана стабильна (медленно разрушается на протяжении многих часов); 2) мРНК триптофана быстро расщепляется, но триптофансинтаза стабильна; 3) мРНК триптофана и триптофансинтаза быстро разрушаются. 1) Уровень триптофансинтазы остается высоким, несмотря на присутствие триптофана; 2) уровень высокий; 3) уровень быстро снижается, предотвращая синтез дополнительного триптофана. Задача 12 Клетки E. coli растут в среде с лактозой, но без глюкозы. Укажите, повлияют ли перечисленные ниже изменения или условия на экспрессию lac-оперона (усилят, ослабят или не вызовут изменений): 1) добавление глюкозы в высокой концентрации; 2) мутация, предотвращающая отсоединения lac-репрессора от оперона; 3) мутация, полностью инактивирующая β-галактозидазу. 12. При всех условиях экспрессия генов lac-оперона снижается. Задача 13 В грубом экстракте из экзотического гриба была обнаружена новая активность РНК-полимеразы. Эта РНК-полимераза инициирует транскрипцию с единственного специализированного промотора. При очистке полимеразы ее активность постепенно снижалась, а чистый фермент был полностью неактивным, если только в реакционную смесь не добавляли грубый экстракт. Объясните эти наблюдения. Возможно, в процессе очистки полимеразы были потеряны необходимые для активности фермента диссоциируемые факторы (например, фактор специфичности, аналогичный δ-субъединице фермента E.coli)/ Задача 14 В клетках E. coli Иле (изолейцин) синтезируется из аминокислоты Тре. В присутствие Иле его синтез прекращается. 1) Как меняется активность структурных генов Иле оперона в этих условиях? (возрастает, уменьшается, не меняется). 2) Как меняется сродство белка-регулятора к оператору? 3) Скорость каких матричных биосинтезов при этом изменяется и как? (уменьшается или возрастает). 1) Уменьшается. 2) Увеличивается. 3) Уменьшается скорость процессов транскрипции и трансляции. Задача 15 Гемоглобин представляет собой сложный белок гемопротеин, состоящий из α- и β- цепей, каждая из которых синтезируется на разных молекулах мРНК. Какие посттрансляционные превращения приводят к формированию функционально активного белка? Связывание с простетической группой; формирование третичной структуры протомеров; сборка протомеров в тетрамер. |