1. Opisz rodzaje wiązań chemicznych i sił podwójnej helisy DNA.
Podwójna helisa DNA ma dwa rodzaje wiązań, kowalencyjne i wodorowe. Wiązania kowalencyjne istnieją w obrębie każdej liniowej nici i silnie wiążą zasady, cukry i grupy fosforanowe (zarówno w obrębie każdego składnika, jak i między składnikami). Wiązania wodorowe istnieją między dwiema niciami i tworzą się między zasadą z jednej nici a zasadą z drugiej nici w komplementarnym parowaniu. Te wiązania wodorowe sąindywidualnie słabe, ale kolektywnie dość silne.
2.Wyjaśnij, co oznaczają terminy replikacja konserwatywna i semikonserwatywna.
3.Co oznacza termin primer i dlaczego primery są niezbędne do replikacji DNA?
Primer jest krótkim odcinkiem RNA, który jest syntetyzowany przez primazę przy użyciu DNA jako szablonu podczas replikacji DNA. Po zsyntetyzowaniu primera, polimeraza DNA dodaje DNA do 3′ końca RNA. Primery są wymagane, ponieważ główna polimeraza DNA katalizująca replikację DNA nie jest w stanie zainicjować syntezy DNA i wymaga raczej 3′ końca. RNA jest następnie usuwane i zastępowane DNA, tak że w produkcie końcowym nie ma żadnych luk.
4. Co to są helikazy i topoizomerazy?
5. Dlaczego synteza DNA jest ciągła na jednej nici i nieciągła na nici przeciwnej?
Ponieważ polimeraza DNA jest zdolna do dodawania nowych nukleotydów tylko na 3′ końcu nici DNA i ponieważ obie nici są antyrównoległe, co najmniej dwie cząsteczki polimerazy DNA muszą brać udział w replikacji każdego specyficznego regionu DNA. Kiedy region staje się jednoniciowy, dwie nici mają przeciwną orientację. Wyobraźmy sobie jednoniciowy region, który biegnie od lewej do prawej strony. Na lewym końcu, koniec 3′ jednej nici wskazuje w prawo, a synteza może się rozpocząć i być kontynuowana w kierunku prawego końca tego regionu. Druga nić ma koniec 5′ skierowany w prawo, a synteza nie może się rozpocząć i być kontynuowana w kierunku prawego końca regionu jednoniciowego na końcu 5′. Zamiast tego synteza musi rozpocząć się gdzieś na prawo od lewego końca regionu jednoniciowego i posuwać się w kierunku lewego końca regionu. Ponieważ pierwsza nić kontynuuje syntezę (synteza ciągła), jednoniciowy region rozszerza się w prawo. Pozostawia to teraz drugą nić niereplikowaną w tym nowym regionie jednoniciowości i musi nastąpić druga inicjacja syntezy DNA od obecnego prawego końca regionu jednoniciowego w kierunku pierwszego punktu inicjacji na tej nici. Skutkuje to przerwaniem syntezy wzdłuż tej nici.
6. Jeżeli tymina stanowi 15% zasad w danej cząsteczce DNA, to jaki procent zasad stanowi cytozyna?
7. Jeżeli zawartość GC w cząsteczce DNA wynosi 48%, to jaki jest procent czterech zasad (A, T, G i C) w tej cząsteczce?
Częstość występowania zarówno A jak i T wynosi (52%) = 26%.
8. Chromosomy E. coli, w których każdy atom azotu jest znakowany (tzn. każdy atom azotu jest ciężkim izotopem 15N zamiast normalnego izotopu 14N) są dopuszczone do replikacji w środowisku, w którym cały azot jest 14N. Używając linii ciągłej do przedstawienia ciężkiego łańcucha polinukleotydowego i linii przerywanej do lekkiego łańcucha, naszkicuj następujące elementy:
a.
Ciężki chromosom rodzicielski i produkty pierwszej replikacji po przeniesieniu do środowiska 14N, zakładając, że chromosom jest jedną podwójną helisą DNA i że replikacja jest półkonserwatywna.
b.
Powtórz część a, ale załóż, że replikacja jest konserwatywna.
c.
Powtórz część a, ale załóż, że chromosom jest w rzeczywistości dwiema bliźniaczymi podwójnymi helisami DNA, z których każda replikuje się semikonserwatywnie.
d.
Powtórz część c, ale załóż, że każda podwójna helisa side-by-side replikuje się konserwatywnie i że całkowita replikacja chromosomu jest semikonserwatywna.
e.
Powtórz część d, ale załóż, że całkowita replikacja chromosomu jest konserwatywna.
f.
Jeśli chromosomy córki z pierwszego podziału w 14N są odwirowywane w gradiencie gęstości chlorku cezu (CsCl) i uzyskuje się pojedyncze pasmo, którą z możliwości z części a do e można wykluczyć? Rozważ ponownie eksperyment Meselsona-Stahla: czego on dowodzi?
9. R. Okazaki odkrył, że bezpośrednimi produktami replikacji DNA w E.coli są jednoniciowe fragmenty DNA o długości około 1000nukleotydów, po tym jak nowo zsyntetyzowane DNA zostało wyekstrahowane i zdenaturowane (stopione). Kiedy pozwolił, aby replikacja DNA przebiegała przez dłuższy okres czasu, stwierdził mniejszą częstotliwość występowania tych krótkich fragmentów i długich jednoniciowych łańcuchów DNA po ekstrakcji i denaturacji. Wyjaśnij, jak ten wynik może być związany z faktem, że wszystkie znane polimerazy DNA syntetyzują DNA tylko w kierunku 5′ → 3′.
Wyniki sugerują, że DNA jest replikowane w krótkich odcinkach, które są następnie łączone przez działanie enzymatyczne (ligazy DNA). Ponieważ replikacja DNA jest dwukierunkowa, ponieważ istnieje wiele punktów wzdłuż DNA, gdzie replikacja jest inicjowana, i ponieważ polimerazy DNA działają tylko w kierunku 5′ → 3′, jedna nić DNA jest zawsze w niewłaściwej orientacji dla enzymu. Wymaga to syntezy we fragmentach.
10. Kiedy komórki roślinne i zwierzęce otrzymują impulsy tymidyny w różnych okresach cyklu komórkowego, heterochromatyczne regiony na chromosomach są niezmiennie wykazywane jako „późno replikujące się”. Czy możesz zasugerować, jakie, jeśli w ogóle, biologiczne znaczenie może mieć ta obserwacja?
11. Na planecie Rama, DNA składa się z sześciu typów nukleotydów: A, B, C, D, E i F.A i B nazywane są marzynami, C i D -orsynami, a E i F – pirynami. Następujące zasady obowiązują we wszystkich Ramanowskich DNA:
a.
Przygotuj model struktury Ramanowskiego DNA.
b.
Na Ramie mitoza wytwarza trzy komórki córki. Pamiętając o tym fakcie, zaproponuj wzór replikacji dla Twojego modelu DNA.
c.
Przeanalizuj proces mejozy na Ramie. Jakie uwagi lub wnioski możesz zaproponować?
12. Jeśli wyodrębnisz DNA kolifaga øX174, okaże się, że jego skład to 25% A, 33% T, 24% G i 18% C. Czy ten skład ma sens w odniesieniu do reguł Chargaffa? Jak zinterpretowałbyś ten wynik? Jak taki fag może replikować swoje DNA?
Reguły Chargaffa są takie, że A = T i G = C. Ponieważ ta kompozycja nie jest obserwowana, najbardziej prawdopodobną interpretacją jest to, że DNA jest jednoniciowe. Thephage musiałby najpierw zsyntetyzować komplementarną nić, zanim mógłbybegin zrobić wiele kopii siebie.
13. Temperatura, w której denaturacja próbki DNA może być użyta do oszacowania proporcji par nukleotydów, które są G-C. Na jakiej podstawie można by to określić i na co wskazywałaby wysoka temperatura denaturacji próbki DNA?
Pamiętaj, że między A i T są dwa wiązania wodorowe, natomiast między G i C są trzy wiązania wodorowe. Denaturacja wymaga zerwania tych wiązań, co wymaga energii. Im więcej wiązań, które muszą być zerwane, tym więcej energii musi być dostarczone. Tak więc temperatura, w której dana cząsteczka DNA ulega denaturacji jest funkcją jej składu zasadowego. Im wyższa temperatura denaturacji, tym większy procent par G-C.
14. Przypuśćmy, że wyodrębnisz DNA z małego wirusa, zdenaturujesz go i pozwolisz na reannealię z DNA pobranym z innych szczepów, które niosą delecję, inwersję lub duplikację. Co byś się spodziewał zobaczyć podczas inspekcji mikroskopem elektronowym?
15. DNA pobrane od ssaka poddaje się denaturacji cieplnej, a następnie powoli schładza, aby umożliwić wyżarzanie. Poniższy wykres przedstawia otrzymane wyniki. Na krzywej widoczne są dwa „ramiona”. Pierwsze ramię wskazuje na obecność bardzo szybko wyżarzającej się części DNA – tak szybko, w rzeczywistości, że wyżarzanie zachodzi przed oddziaływaniem nici.
a.
Czym może być ta część DNA?
b.
Drugie ramię jest również szybko wyżarzającą się częścią. Co sugeruje ten dowód?
16. Zaprojektuj badania pozwalające określić fizyczną zależność między wysoce powtarzalnymi i unikalnymi sekwencjami DNA w chromosomach. (Wskazówka: Możliwe jest zróżnicowanie wielkości cząsteczek DNA przez ilość ścinania, któremu są one poddawane.)
17. Wirusy są znane z wywoływania raka u myszy. Masz czysty preparat DNA wirusa, czysty preparat DNA z chromosomów komórek nowotworowych myszy i czysty DNA z chromosomów normalnych komórek myszy. Wirusowe DNA będzie się wiązać z DNA komórek nowotworowych, ale nie z DNA komórek prawidłowych. Zbadaj możliwe genetyczne znaczenie tej obserwacji, jej znaczenie na poziomie molekularnym i jej znaczenie medyczne.
18. Ruth Kavenaugh i Bruno Zimm opracowali technikę pomiaru maksymalnej długości najdłuższych cząsteczek DNA w roztworze. Badali oni próbki DNA z trzech kariotypów Drosophila pokazanych po prawej stronie. Znaleźli najdłuższe cząsteczki w kariotypy a i b być podobnej długości i około twicethe długości najdłuższej cząsteczki w kariotypie c. Interpretować te wyniki.
Dane sugerują, że każdy chromosom składa się z jednej ciągłej cząsteczkiDNA i że translokacje mogą zmienić ich rozmiar. W części c wydaje się, że część najdłuższego chromosomu została przeniesiona do najkrótszego chromosomu.
19. W technice chromosomów harlequina pozwalasz na trzy rundy replikacji w bromodeoksyurydynie, a następnie wybarwiasz chromosomy. Jakiego wyniku oczekujesz?
.