1. Írja le a DNS kettős spirál kémiai kötéseinek és erőinek típusait.
A DNS kettős spirálban kétféle kötés van, kovalens és hidrogénkötés. A kovalens kötések minden egyes lineáris szálon belül léteznek, és erősen kötik a bázisokat, cukrokat és foszfátcsoportokat (mind az egyes komponenseken belül, mind a komponensek között). A hidrogénkötések a két szál között léteznek, és komplementer párosításban az egyik szál bázisa és a másik szál bázisa között jönnek létre. Ezek a hidrogénkötések egyenként gyengék, de együttesen elég erősek.
2. Magyarázza meg, mit jelentenek a konzervatív és a szemikonzervatív replikáció kifejezések.
3. Mit jelent a primer, és miért van szükség primerekre a DNS-replikációhoz?
A primer egy rövid RNS-szegmens, amelyet a primáz szintetizál a DNS-t mint templát felhasználva a DNS-replikáció során. A primer szintézise után a DNS-polimeráz DNS-t ad hozzá az RNS 3′ végéhez. A primerekre azért van szükség, mert a DNS-replikációt katalizáló fő DNS-polimeráz nem képes elindítani a DNS-szintézist, és inkább egy 3′ véget igényel. Az RNS-t ezt követően eltávolítják és DNS-sel helyettesítik, hogy a végtermékben ne legyenek hézagok.
4. Mik a helikázok és a topoizomerázok?
5. Mik a helikázok és a topoizomerázok? Miért folyamatos a DNS-szintézis az egyik szálon, és miért nem folyamatos a másik szálon?
Miért a DNS-polimeráz csak a DNS-szál 3′ végén képes új nukleotidokat hozzáadni, és mivel a két szál antiparallel, a DNS-polimeráznak legalább két molekulának kell részt vennie a DNS egy adott régiójának replikációjában. Amikor egy régió egyszálúvá válik, a két szál ellentétes irányultságú. Képzeljünk el egy egyszálú régiót, amely balról jobbra halad. A bal végén az egyik szál 3′ vége jobbra mutat, és a szintézis megkezdődhet és folytatódhat a régió jobb vége felé. A másik szál 5′ vége jobbra mutat, és a szintézis nem tud megindulni és folytatódni az egyszálú régió jobb vége felé az 5′ végén. Ehelyett a szintézisnek valahol az egyszálú régió bal végétől jobbra kell elindulnia, és a régió bal vége felé kell haladnia. Ahogy az első szál folytatja a szintézist (folyamatos szintézis), az egyszálú régió jobbra terjed. Ezáltal a második szál nem replikálódik ebben az új egyszálas régióban, és egy második DNS-szintézis indításnak kell történnie, amely az egyszálas régió jelenlegi jobb végétől az adott szál első indítási pontja felé halad. Ez azt eredményezi, hogy az adott szál mentén megszakad a szintézis.
6. Ha egy adott DNS-molekula bázisainak 15 százalékát a timin teszi ki, akkor a bázisok hány százalékát teszi ki a citozin?
7. Ha egy DNS-molekula GC-tartalma 48 százalék, akkor a molekula négy bázisának (A, T, G és C) hány százaléka van benne?
Az A és a T gyakorisága egyaránt (52%) = 26%.
8. Az E. coli kromoszómák, amelyekben minden nitrogénatom jelölt (azaz minden nitrogénatom a 15N nehézizotóp a normál 14N izotóp helyett), olyan környezetben szaporodhatnak, amelyben az összes nitrogén 14N-es. A nehéz polinukleotidláncot egy folytonos vonallal, a könnyű láncot pedig egy szaggatott vonallal ábrázolva vázolja fel a következőket:
a.
A nehéz szülői kromoszóma és az első replikáció termékei a 14N közegbe való átvitel után, feltételezve, hogy a kromoszóma egy DNS kettős spirál és a replikáció félkonzervatív.
b.
Ismételje meg az a. részt, de feltételezze, hogy a replikáció konzervatív.
c.
Ismételje meg az a. részt, de feltételezze, hogy a kromoszóma valójában két egymás melletti kettős hélix, amelyek mindegyike félkonzervatív módon replikálódik.
d.
Megismételjük a c részt, de feltételezzük, hogy mindkét oldalsó kettős spirál konzervatívan replikálódik, és hogy a teljes kromoszóma-replikáció félkonzervatív.
e.
Megismételjük a d részt, de feltételezzük, hogy a teljes kromoszóma-replikáció konzervatív.
f.
Ha az első osztódásból származó leánykromoszómákat 14N-ben cézium-klorid (CsCl) sűrűséggradiensben fonjuk, és egyetlen sávot kapunk, az a)-e) részekben szereplő lehetőségek közül melyik zárható ki?Tekintsük át a Meselson-Stahl kísérletet: mit bizonyít?
9. R. Okazaki megállapította, hogy a DNS-replikáció közvetlen termékei E.coli-ban egyszálú, körülbelül 1000nukleotid hosszúságú DNS-darabokat tartalmaznak, miután az újonnan szintetizált DNS-t kivonták és denaturálták(megolvasztották). Amikor hagyta, hogy a DNS-replikáció hosszabb ideig folyjon, a kivonás és denaturálás után az ilyen rövid fragmentumok és a hosszú egyszálú DNS-láncok kisebb gyakoriságát találta. Magyarázza meg, hogy ez az eredmény hogyan függhet össze azzal a ténnyel, hogy az összes ismert DNS-polimeráz csak 5′ → 3′ irányban szintetizálDNS-t.
Az eredmények arra utalnak, hogy a DNS rövid szakaszokban replikálódik, amelyeket később enzimatikus úton (DNS-ligáz) egyesítenek. Mivel a DNS-replikáció kétirányú, mivel a DNS mentén több ponton kezdődik a replikáció, és mivel a DNS-polimerázok csak 5′ → 3′ irányban működnek, a DNS egyik szála mindig az enzim számára rossz orientációban van. Ezáltal a szintézis töredékekben történik.
10. Amikor a növényi és állati sejteket a sejtciklus különböző időpontjaiban timidinimpulzusokkal látják el, a kromoszómák heterokromatikus régiói kivétel nélkül “későn replikálódónak” bizonyulnak. Tudna javaslatot tenni arra, hogy ennek a megfigyelésnek milyen biológiai jelentősége lehet?
11. A Rama bolygón a DNS hatféle nukleotidból áll: A, B, C, D, E és F. Az A-t és B-t marzineknek, a C-t és D-t areorszineknek, az E-t és F-et pedig pirineknek nevezik. Az alábbi szabályok minden Raman DNS-re érvényesek:
a.
Készítsünk modellt a Raman DNS szerkezetére.
b.
A Ramanon a mitózis során három leánysejt keletkezik. Ezt a tényt szem előtt tartva tegyetek javaslatot a DNS-modelletek replikációs mintájára.
c.
Vizsgáljátok meg a meiózis folyamatát a Rámán. Milyen megjegyzéseket vagy következtetéseket tudsz javasolni?
12. Ha kivonod a kólifág øX174 DNS-ét, azt találod, hogy az összetétele25 százalék A, 33 százalék T, 24 százalék G és 18 százalék C. Van-e értelme ennek az összetételnek Chargaff szabályai szempontjából? Hogyan értelmezné ezt az eredményt? Hogyan replikálhatja egy ilyen fág a DNS-ét?
Chargaff szabályai szerint A = T és G = C. Mivel ezt az összetételt nem figyelték meg, a legvalószínűbb értelmezés az, hogy a DNS egyszálú. A fágnak először egy komplementer szálat kellene szintetizálnia, mielőtt elkezdene többszörös másolatokat készíteni magáról.
13. A hőmérséklet, amelyen egy DNS-minta denaturálódik, felhasználható a G-C nukleotidpárok arányának becslésére. Mi lenne ennek a meghatározásnak az alapja, és mire utalna egy DNS-minta magas denaturációs hőmérséklete?
Memlékezzünk, hogy az A és a T között két hidrogénkötés van, míg a G és a C között három hidrogénkötés van. Minél több kötést kell felbontani, annál több energiát kell biztosítani. Így az a hőmérséklet, amelyen egy adott DNS-molekula denaturálódik, a bázisösszetétel függvénye. Minél magasabb a denaturálódási hőmérséklet, annál nagyobb a G-C párok aránya.
14. Tegyük fel, hogy DNS-t vonunk ki egy kis vírusból, denaturáljuk, és hagyjuk, hogy más törzsekből vett DNS-sel, amelyek deléciót, inverziót vagy duplikációt hordoznak, újraegyesüljön. Mit látna az elektronmikroszkópos vizsgálat során?
15. Az emlősből kivont DNS-t hővel denaturálják, majd lassan lehűtik, hogy lehetővé tegyék az újraolvadást. A következő grafikon a kapott eredményeket mutatja. Ez két “váll” a görbén. Az első váll a DNS egy nagyongyorsan lágyuló részének jelenlétét jelzi – olyan gyorsan, hogy a lágyulás még a szálak kölcsönhatása előtt bekövetkezik.
a.
Mi lehet a DNS-nek ez a része?
b.
A második váll szintén egy gyorsan újra lágyuló rész. Mire utal ez a bizonyíték?
16. Tervezzen vizsgálatokat a kromoszómákban található erősen ismétlődő és egyedi DNS-szekvenciák közötti fizikai kapcsolat meghatározására. (Tipp: A DNS-molekulák méretét a rájuk ható nyírás mértékével lehet változtatni.)
17. A vírusokról ismert, hogy egerekben rákot okoznak. Van egy tiszta vírusDNS-készítménye, egy tiszta DNS-készítménye egér rákos sejtek kromoszómáiból, éstiszta DNS normál egérsejtek kromoszómáiból. A vírus-DNS specifikusan kapcsolódni fog a rákos sejtek DNS-ével, de a normál sejtek DNS-ével nem. Vizsgálja meg ennek a megfigyelésnek a lehetséges genetikai jelentőségét, molekuláris szintű jelentőségét és orvosi jelentőségét.
18. Ruth Kavenaugh és Bruno Zimm kidolgozott egy technikát a leghosszabb DNS-molekulák maximális hosszának mérésére oldatban. A jobb oldalon látható három Drosophila kariotípusból származó DNS-mintákat vizsgálták. Megállapították, hogy az a és b kariotípusban a leghosszabb molekulák hasonló hosszúságúak, és körülbelül kétszer olyan hosszúak, mint a c kariotípusban a leghosszabb molekula. Értelmezze ezeket az eredményeket.
Az adatok arra utalnak, hogy minden kromoszóma egyetlen összefüggő DNS-molekulából áll, és hogy a transzlokációk megváltoztathatják a méretüket. A c részben úgy tűnik, hogy a leghosszabb kromoszóma egy része átkerült a legrövidebb kromoszómára.
19. A harlekinkromoszóma-technikában három kör replikációt engedélyezünk bromodeoxiuridinnal, majd megfestjük a kromoszómákat. Milyen eredményt vár?
