Вопросы и задачи

1 Выводы из эксперимента Мезельсона - Сталя. Результаты эксперимента Мезельсона-Сталя доказали, что репликация ДНК в Е. coli протекает по полуконсервативному механизму. Согласно так называемой «дис-персивной» модели, цепи родительской ДНК расщепляются при репликации на фрагменты произвольного размера, а затем соединяются с фрагментами новосинтезированной ДНК, образуя дочерние дуплексы, в которых обе цепи содержат в случайном порядке как родительскую («тяжелую»), так и дочернюю («легкую») ДНК. Объясните, почему эксперимент Мезельсона-Сталя исключил эту модель.

2. Эксперимент Кэрнса.

а) Почему Кэрнс при изучении хода репликации ДНК использовал радиоактивный тимидин?

б) Можно ли было с тем же успехом использовать радиоактивный аденозин или гуанозин?

в) Покажите ферментативный путь, по которому радиоактивный тимидин включается в ДНК E.coli.

3. Число оборотов хромосомы Е. coli. Сколько оборотов вокруг своей оси должна совершить хромосома Е. coli при раскручивании в процессе репликации?

4. Время репликации у E.coli.

а) Исходя из данных, приведенных в этой главе, рассчитайте, сколько времени занимает репликация хромосомы E.coli при 37°С, если две репликативные вилки движутся из точки начала репликации?

б) При определенных условиях клетки Е. coli могут расти и делиться с интервалами в 20 мин. Объясните, каким образом это происходит?

5. Репликативные вилки в E.coli и в клетках человека.

а) Какое время необходимо для репликации гена рибонуклеазы E.coli (104 аминокислотных остатка), если репликативная вилка движется со скоростью 750 пар оснований в секунду?

б) Репликативная вилка в клетке человека движется всего лишь в 10 раз медленнее, чем в E.coli. Какая дополнительная информация потребуется вам, чтобы рассчитать минимальную скорость репликации гена человека, кодирующего белок из 104 аминокислотных остатков?

6. Спаривание оснований при репликации и транскрипции.

а) Напишите нуклеотидную последовательность участка ДНК, синтезируемого ДНК-полимеразой, на указанной ниже матрице ДНК. имея в виду, что нуклеотидные последовательности принято писать в направлении .

б) Теперь напишите нуклеотидную последовательность участка матричной РНК, транскрибируемой РНК-полимеразой при использовании в качестве матрицы новосинтезированной цепи ДНК, полученной в п. а) этой задачи.

7. Состав оснований транскрипта РНК. Цепь ДНК, содержащая 105 нуклеотидных остатков в соотношении А 21%, G-29%, С-29% и Т-21%, реплицируется при помощи ДНК-полимеразы с образованием комплементарной цепи. Полученную двухцепочечную ДНК затем используют в качестве матрицы для РНК-полимеразы, которая транскрибирует новую цепь ДНК. В результате синтезируется РНК такого же размера, как матрица.

а) Определите нуклеотидный состав образующейся РНК.

б) Предположим, что РНК-полимераза остановилась, пройдя только 2000 остатков новой цепи ДНК. Каким будет нуклеотидный состан новой короткой РНК?

8. Нуклеотидный состав ДНК. синтезированных на одноцепочечных матрицах. Определите нуклеотидный состав ДНК, синтезированной на матрице, представляющей собой двухцепочечную кольцевую ДНК фага фХ174 (т. е. репликативную форму ДНК этого фага), если нуклеотидный состав одной из цепей таков: А-24,7%, G-24,1%, С-18,5% и Т-32,7%. Какое допущение необходимо сделать, чтобы решить эту задачу?

9. Гибридизация ДНК с мРНК. ДНК гибридизуется с мРНК, транскрибированными с этой ДНК. Как вы объясните тот факт, что со всеми известными мРНК может гибридизоваться не более 50% всей ДНК Е. coli?

10. Фрагменты Оказаки.

а) Сколько приблизительно фрагментов Оказаки образуется при репликации хромосомы E.colI?

б) Какие факторы гарантируют сборку большого числа фрагментов Оказаки в новую ДНК в правильном порядке?

11. Ведущая и отстающая цепи. Составьте список предшественников и ферментов, необходимых для синтеза ведущей и отстающей цепей при репликации ДНК.

12. Точность репликации ДНК.

а) Какие факторы обеспечивают точность репликации в ходе синтеза ведущей цепи новой ДНК?

б) Можно ли ожидать, что отстающая цепь синтезируется с той же точностью, что и ведущая? Поясните ваш ответ.

13. Инициация репликации. ДНК-репликазная система для своего функционирования нуждается в матрице и затравке; более того, она не способна реплицировать интактную кольцевую ДНК, за исключением особых обстоятельств.

а) Каков биологический смысл этого свойства репликазной системы?

б) Каковы могут быть особые обстоятельства, при которых ДНК-репликазная система способна реплицировать интактную кольцевую ДНК?

14. Различия между РНК-полимеразой и полинуклеотидфосфорилазой. РНК-полимераза требует для транскрипции в качестве предшественников нуклеозид-5-трифос-фаты, а с нуклеозид-5-дифосфатами она не работает. Полинуклеотидфосфорилаза, наоборот, требует нуклеозид-5-дифосфаты, а с 5-трифосфатами она не работает.

а) Какова причина указанных различий между этими двумя ферментами в требовании к предшественникам?

б) В связи с вашим ответом на вопрос п. «а» укажите, какие другие различия между данными ферментами имеют отношение к затронутому вопросу.

15. Исправление ошибок. ДНК-полимеразы могут выявлять и исправлять ошибки, тогда как РНК-полимеразы такой способностью, по-видимому, не обладают. Поскольку ошибка даже в одном основании как при репликации, так и при транскрипции может привести к ошибке в синтезе белка, можете ли вы дать биологическое объяснение этому поразительному различию?