1. Descrieți tipurile de legături chimice și forțele dublei elice a ADN-ului.
Dupla elice a ADN-ului are două tipuri de legături, covalente și de hidrogen. Legăturile covalente există în fiecare catenă liniară și leagă puternic bazele, zaharurile și grupările fosfat (atât în interiorul fiecărei componente, cât și între componente). Legăturile de hidrogen există între cele două șiruri și se formează între o bază de pe un șir și o bază de pe al doilea șir în împerechere complementară. Aceste legături de hidrogen sunt individual slabe, dar colectiv destul de puternice.
2. Explicați ce se înțelege prin termenii de replicare conservativă și semiconservativă.
3. Ce se înțelege prin amorsă și de ce sunt necesare amorsele pentru replicarea ADN-ului?
O amorsă este un segment scurt de ARN care este sintetizat de primază folosind ADN-ul ca șablon în timpul replicării ADN-ului. După ce amorsa a fost sintetizată, ADN polimeraza adaugă ADN la capătul 3′ al ARN-ului. Amorsele sunt necesare deoarece principala ADN polimerază care catalizează replicarea ADN nu este capabilă să inițieze sinteza ADN și, mai degrabă, are nevoie de un capăt 3′. ARN-ul este ulterior îndepărtat și înlocuit cu ADN, astfel încât să nu existe goluri în produsul final.
4. Ce sunt elicazele și topoizomerazele?
5. De ce sinteza ADN-ului este continuă pe o catenă și discontinuă pe catena opusă?
Pentru că ADN polimeraza este capabilă să adauge noi nucleotide numai la capătul 3′ al unei catene de ADN și pentru că cele două catene sunt antiparalele, cel puțin douăomolecule de ADN polimerază trebuie să ia parte la replicarea oricărei regiuni specifice de ADN. Atunci când o regiune devine monocatenară, cele două șiruri au o orientare opusă. Imaginați-vă o regiune monocatenară care se întinde de la stânga la dreapta. La capătul stâng, capătul 3′ al unui catenar este îndreptat spre dreapta, iar sinteza poate fi inițiată și continuată spre capătul drept al regiunii respective. Celălalt catenar are un capăt 5′ îndreptat spre dreapta, iar sinteza nu poate fi inițiată și continuată spre capătul drept al regiunii monocatenare de la capătul 5′. În schimb, sinteza trebuie să se inițieze undeva la dreapta extremității stângi a regiunii monocatenare și să se deplaseze spre extremitatea stângă a regiunii. Pe măsură ce primul șir continuă sinteza (sinteză continuă), regiunea monocatenară se extinde spre dreapta. Acest lucru lasă acum cel de-al doilea catenar nereplicat în această nouă regiune monocatenară și trebuie să existe o a doua inițiere a sintezei ADN care să se deplaseze de la capătul drept actual al regiunii monocatenare spre primul punct de inițiere de pe acel catenar. Acest lucru are ca rezultat o sinteză discontinuă de-a lungul acelei catene.
6. Dacă timina reprezintă 15% din bazele unei anumite molecule de ADN, ce procent din baze reprezintă citozina?
7. Dacă conținutul de GC al unei molecule de ADN este de 48%, care sunt procentele celor patru baze (A, T, G și C) din această moleculă?
Frecvența atât a lui A cât și a lui T este (52%) = 26%.
8. Cromozomii de E. coli în care fiecare atom de azot este marcat (adică fiecare atom de azot este izotopul greu 15N în loc de izotopul normal 14N) sunt lăsați să se reproducă într-un mediu în care tot azotul este 14N. Folosind o linie continuă pentru a reprezenta un lanț polinucleotidic greu și o linie punctată pentru un lanț ușor, faceți următoarele schițe:
a.
Cromozomul parental greu și produsele primei replicări după transferul într-un mediu cu 14N, presupunând că cromozomul este o dublă helixă de ADN și că replicarea este semiconservativă.
b.
Repetă partea a, dar presupunând că replicarea este conservativă.
c.
Repetă partea a, dar presupunând că cromozomul este de fapt două duble elice alăturate, fiecare dintre ele replicându-se semiconservativ.
d.
Repeta partea c, dar să presupunem că fiecare dublă elice laterală se replică în mod conservator și că, în ansamblu, replicarea cromozomului este semiconservatoare.
e.
Repeta partea d, dar să presupunem că, în ansamblu, replicarea cromozomului este conservatoare.
f.
Dacă cromozomii fiice din prima diviziune în 14N sunt filați într-un gradient de densitate de clorură de cesiu (CsCl) și se obține o singură bandă, care dintre posibilitățile din părțile a – e poate fi exclusă?Reconsiderați experimentul Meselson-Stahl: ce dovedește acesta?
9. R. Okazaki a constatat că produsele imediate ale replicării ADN în E.coli includ fragmente de ADN monocatenar cu o lungime de aproximativ 1000nucleotide după ce ADN-ul nou sintetizat este extras și denaturat(topit). Atunci când a permis ca replicarea ADN-ului să se desfășoare pentru o perioadă mai lungă de timp, a constatat o frecvență mai mică a acestor fragmente scurte și a lanțurilor lungi de ADN monocatenar după extracție și denaturare. Explicați modul în care acestrezultat ar putea fi legat de faptul că toate ADN polimerazele cunoscute sintetizează ADN doar în direcția 5′ → 3′.
Rezultatele sugerează că ADN-ul este replicat în segmente scurte care sunt ulterior unite prin acțiune enzimatică (ADN ligază). Deoarece replicarea ADN-ului este bidirecțională, deoarece există mai multe puncte de-a lungul ADN-ului în care este inițiată replicarea și deoarece ADN polimerazele lucrează numai în direcția 5′ → 3′, un singur șir de ADN este întotdeauna în orientarea greșită pentru enzimă. Acest lucru impune sinteza în fragmente.
10. Atunci când celulelor vegetale și animale li se administrează impulsuri de timidină în momente diferite în timpul ciclului celular, regiunile heterocromatice de pe cromozomi se dovedesc invariabil a fi de „replicare târzie”. Puteți sugera ce semnificație biologică, dacă există, ar putea avea această observație?
11. Pe planeta lui Rama, ADN-ul este de șase tipuri de nucleotide: A, B, C, C, D, E și F. A și B se numesc marzine, C și D areorsine, iar E și F sunt pirine. Următoarele reguli sunt valabile în toate ADN-urile Rama:
a.
Pregătiți un model pentru structura ADN-ului Rama.
b.
Pe Rama, mitoza produce trei celule fiice. Ținând cont de acest fapt, propuneți un model de replicare pentru modelul dumneavoastră de ADN.
c.
Considerați procesul de meioză pe Rama. Ce comentarii sau concluzii puteți sugera?
12. Dacă extrageți ADN-ul colibașului øX174, veți descoperi că are o compoziție de 25 la sută A, 33 la sută T, 24 la sută G și 18 la sută C. Are aceastăcompoziție sens în raport cu regulile lui Chargaff? Cum ați interpreta acest rezultat? Cum ar putea un astfel de fag își replică ADN-ul?
Regula lui Chargaff este că A = T și G = C. Deoarece această compoziție nu este observată, cea mai probabilă interpretare este că ADN-ul este monocatenar. Fagul ar trebui mai întâi să sintetizeze o catenă complementară înainte de a puteaîncepe să facă mai multe copii ale sale.
13. Temperatura la care o probă de ADN se denaturează poate fi folosită pentru a estima proporția perechilor de nucleotide care sunt G-C. Care ar fi baza acestei determinări și ce ar indica o temperatură de denaturare ridicată pentru o mostră de ADN?
Rețineți că există două legături de hidrogen între A și T, în timp ce între G și C există trei legături de hidrogen. Denaturarea necesită ruperea acestor legături, ceea ce necesită energie. Cu cât sunt mai multe legături care trebuie rupte, cu atât mai multă energie trebuie să fie furnizată. Astfel, temperatura la care o anumită moleculă de ADN se denaturează este funcție de compoziția bazei sale. Cu cât temperatura de denaturare este mai mare, cu atât procentul de perechi G-C este mai mare.
14. Să presupunem că extrageți ADN dintr-un virus mic, îl denaturați și îl lăsați să se reactiveze cu ADN prelevat din alte tulpini care poartă fie o deleție, fie o inversiune, fie o duplicare. Ce v-ați aștepta să vedeți la inspecția cu un microscop electronic?
15. ADN-ul extras de la un mamifer este denaturat termic și apoi răcit lent pentru a permitereanalizarea. Următorul grafic prezintă rezultatele obținute. Aceștia sunt doi „umeri” ai curbei. Primul umăr indică prezența unei părți a ADN-ului care se recoace foarte rapid – atât de rapid, de fapt, încât recoacerea are loc înainte ca interacțiunile între șiruri să aibă loc.
a.
Ce ar putea fi această parte a ADN-ului?
b.
Cel de-al doilea umăr este, de asemenea, o parte care se recoace rapid. Ce sugerează această dovadă?
16. Proiectați teste pentru a determina relația fizică dintre secvențele de ADN foarte repetitive și cele unice din cromozomi. (Sugestie: Este posibil să se varieze dimensiunea moleculelor de ADN prin cantitatea de forfecare la care sunt supuse.)
17. Se știe că virușii provoacă cancer la șoareci. Aveți un preparat pur de ADN virusat, un preparat pur de ADN din cromozomi de celule canceroase de șoarece și ADN pur din cromozomi de celule normale de șoarece. ADN-ul viral se va uni în mod specific cu ADN-ul celulelor canceroase, dar nu și cu ADN-ul celulelor normale. Explorați semnificația genetică posibilă a acestei observații, semnificația sa la nivel molecular și semnificația sa medicală.
18. Ruth Kavenaugh și Bruno Zimm au conceput o tehnică de măsurare a lungimii maxime a celor mai lungi molecule de ADN în soluție. Ei au studiat probe de ADN din cele trei cariotipuri de Drosophila prezentate în dreapta. Ei au constatat că cele mai lungi molecule din cariotipurile a și b au o lungime similară și aproximativ de două ori lungimea celei mai lungi molecule din cariotipul c. Interpretați aceste rezultate.
Datele sugerează că fiecare cromozom este compus dintr-o singură moleculă continuă de ADN și că translocațiile pot modifica dimensiunea acestora. În partea c, se pare că o parte din cromozomul cel mai lung a fost translocat în cromozomul cel mai scurt.
19. În tehnica cromozomului arlechin, permiteți trei runde de duplicare în bromodeoxiuridină și apoi colorați cromozomii. La ce rezultat vă așteptați?
.