1. Beskriv typerna av kemiska bindningar och krafter i DNA:s dubbelspiral.
DNA:s dubbelspiral har två typer av bindningar, kovalenta och vätebindningar. Kovalenta bindningar finns inom varje linjär sträng och binder starkt baser, sockerarter och fosfatgrupper (både inom varje komponent och mellan komponenter). Vätgasbindningar finns mellan de två strängarna och bildas mellan en bas från den ena strängen och en bas från den andra strängen vid komplementär parning. Dessa vätebindningar ärindividuellt svaga men kollektivt ganska starka.
2. Förklara vad som menas med termerna konservativ ochsemiconservativ replikation.
3. Vad menas med en primer och varför är primers nödvändiga för DNA-replikation?
En primer är ett kort RNA-segment som syntetiseras av primas med hjälp av DNA:t som mall under DNA-replikering. När primern har syntetiserats lägger DNA-polymeraset sedan till DNA till 3′-änden av RNA. Primerna behövs eftersom det stora DNA-polymeras som katalyserar DNA-replikationen inte kan påbörja DNA-syntesen utan snarare behöver en 3′-ända. RNA avlägsnas därefter och ersätts med DNA så att det inte finns några luckor i slutprodukten.
4. Vad är helikaser och topoisomeraser?
5. Varför är DNA-syntesen kontinuerlig på den ena strängen och diskontinuerlig på den motsatta strängen?
Då DNA-polymeraset kan lägga till nya nukleotider endast i 3′-änden av en DNA-sträng och eftersom de två strängarna är antiparallella, måste minst två molekyler av DNA-polymeraset delta i replikationen av en specifik DNA-region. När en region blir enkelsträngad har de två strängarna motsatt orientering. Föreställ dig en enkelsträngad region som löper från vänster till höger. I vänster ände pekar 3′-änden av den ena strängen åt höger, och syntesen kan påbörjas och fortsätta mot regionens högra ände. Den andra strängen har en 5′-ända som pekar åt höger, och syntesen kan inte påbörjas och fortsätta mot den högra änden av den enkelsträngade regionen vid 5′-änden. I stället måste syntesen påbörjas någonstans till höger om den enkelsträngade regionens vänstra ände och fortsätta mot regionens vänstra ände. När den första strängen fortsätter syntesen (kontinuerlig syntes) sträcker sig den enkelsträngade regionen åt höger. Detta lämnar nu den andra strängen oreplikerad i denna nya region av enkelsträngighet, och det måste ske en andra initiering av DNA-syntesen som rör sig från den nuvarande högra änden av den enkelsträngade regionen mot den första initieringspunkten på den strängen. Detta resulterar i diskontinuerlig syntes längs den strängen.
6. Om tymin utgör 15 procent av baserna i en specifik DNA-molekyl, hur stor andel av baserna utgörs då av cytosin?
7. Om GC-innehållet i en DNA-molekyl är 48 procent, hur stor andel utgörs då av de fyra baserna (A, T, G och C) i denna molekyl?
Frekvensen av både A och T är (52%) = 26%.
8. E. coli-kromosomer där varje kväveatom är märkt (det vill säga varje kväveatom är den tunga isotopen 15N i stället för den normala isotopen 14N) tillåts föröka sig i en miljö där allt kväve är 14N. Skissa följande med hjälp av en heldragen linje som representerar en tung polynukleotidkedja och en streckad linje för en lätt kedja:
a.
Den tunga föräldrakromosomen och produkterna från den första replikationen efter överföring till ett 14N-medium, under förutsättning att kromosomen är en DNA-dubbelspiral och att replikationen är semikonservativ.
b.
Upprepa del a, men anta att replikationen är konservativ.
c.
Upprepa del a, men anta att kromosomen i själva verket består av två dubbla spiraler som ligger sida vid sida och som var och en replikerar semikonservativt.
d.
Förfarande del c, men anta att varje dubbelspiral replikerar konservativt och att den totala kromosomreplikationen är semikonservativ.
e.
Förfarande del d, men anta att den totala kromosomreplikationen ärkonservativ.
f.
Om dotterkromosomerna från den första delningen i 14N spinns i en densitetsgradient av cesiumklorid (CsCl) och ett enda band erhålls, vilken av möjligheterna i delarna a till e kan då uteslutas?Återigen överväga Meselson-Stahl-experimentet: vad visar det?
9. R. Okazaki fann att de omedelbara produkterna av DNA-replikation i E.coli omfattar enkelsträngade DNA-fragment som är ungefär 1000 nukleotider långa efter att det nysyntetiserade DNA:t extraherats och denaturerats (smält). När han lät DNA-replikationen fortgå under en längre tidsperiod fann han en lägre frekvens av dessa korta fragment och långa enkelsträngade DNA-kedjor efter extraktion och denaturering. Förklara hur detta resultat kan relateras till det faktum att alla kända DNA-polymeraser syntetiserarDNA endast i en 5′ → 3′ riktning.
Resultaten tyder på att DNA replikeras i korta segment som sedan sammanfogas genom enzymatisk verkan (DNA-ligas). Eftersom DNA-replikationen är dubbelriktad, eftersom det finns flera punkter längs DNA:t där replikationen påbörjas och eftersom DNA-polymeraserna endast arbetar i 5′ → 3′-riktningen, är en av DNA:t alltid i fel riktning för enzymet. Detta kräver syntes i fragment.
10. När växt- och djurceller ges pulser av tymidin vid olika tidpunkter under cellcykeln visar det sig alltid att heterokromatiska områden på kromosomerna är ”sent replikerande”. Kan du ange vilken biologisk betydelse, om någon, denna observation kan ha?
11. På Ramas planet består DNA av sex nukleotidtyper: A, B, C, D, E och F. A och B kallas marziner, C och D ärorsiner och E och F är piriner. Följande regler gäller för alla Raman-DNA:
a.
Förbered en modell för Raman-DNA:
b.
På Rama ger mitosen upphov till tre dotterceller. Med detta faktum i åtanke föreslår du ett replikationsmönster för din DNA-modell.
c.
Genomgång av meiosen på Rama. Vilka kommentarer eller slutsatser kan du föreslå?
12. Om du extraherar kolifagets DNA øX174 finner du att dess sammansättning är 25 procent A, 33 procent T, 24 procent G och 18 procent C. Är denna sammansättning rimlig med tanke på Chargaffs regler? Hur skulle du tolka detta resultat? Hur skulle en sådan fage kunna replikera sitt DNA?
Chargaffs regler är att A = T och G = C. Eftersom denna sammansättning inte observeras är den mest sannolika tolkningen att DNA:t är enkelsträngat. Fagen skulle först behöva syntetisera en komplementär sträng innan den kan börja göra flera kopior av sig själv.
13. Den temperatur vid vilken ett DNA-prov denatureras kan användas för att uppskatta andelen av dess nukleotidpar som är G-C. Vad skulle grunden för denna bestämning vara, och vad skulle en hög denatureringstemperatur för ett DNA-prov indikera?
Håll dig i minnet att det finns två vätebindningar mellan A och T, medan det finns tre vätebindningar mellan G och C. Denaturering kräver att dessa bindningar bryts, vilket kräver energi. Ju fler bindningar som måste brytas, desto mer energi måste tillföras. Den temperatur vid vilken en viss DNA-molekyl denatureras är således en funktion av dess bassammansättning. Ju högre denatureringstemperatur, desto högre andel G-C-par.
14. Antag att du extraherar DNA från ett litet virus, denaturerar det och låter det återförenas med DNA från andra stammar som har antingen en deletion, en inversion eller en duplikation. Vad skulle du förvänta dig att se vid inspektion med ett elektronmikroskop?
15. DNA som extraherats från ett däggdjur denatureras genom värme och kyls sedan långsamt för att möjliggöra reannealing. Följande diagram visar de erhållna resultaten. Detta är två ”axlar” i kurvan. Den första axeln tyder på att det finns en del av DNA:t som glödar mycket snabbt – så snabbt att glödningen sker innan strängen interagerar med varandra.
a.
Vad kan denna del av DNA:t vara?
b.
Den andra axeln är också en del som glödar snabbt. Vad tyder detta på?
16. Utforma tester för att fastställa det fysiska sambandet mellan mycket repetitiva och unika DNA-sekvenser i kromosomer. (Tips: Det är möjligt att variera storleken på DNA-molekyler genom den mängd klippning som de utsätts för.)
17. Virus är kända för att orsaka cancer hos möss. Du har ett rent preparat av virus-DNA, ett rent preparat av DNA från kromosomer från cancerceller i mus och rent DNA från kromosomer från normala musceller. Virus-DNA kommer specifikt att anna med DNA från cancerceller, men inte med DNA från normala celler. Undersök den möjliga genetiska betydelsen av denna observation, dess betydelse på molekylär nivå och dess medicinska betydelse.
18. Ruth Kavenaugh och Bruno Zimm utarbetade en teknik för att mäta den maximala längden på de längsta DNA-molekylerna i lösning. De studerade DNA-prover från de tre Drosophila-karyotyper som visas till höger. De fann att de längsta molekylerna i karyotyperna a och b var ungefär lika långa och ungefär dubbelt så långa som den längsta molekylen i karyotyp c. Tolka dessa resultat.
Data tyder på att varje kromosom består av en sammanhängande DNA-molekyl och att translokationer kan ändra deras storlek. I del c verkar det som om en del av den längsta kromosomen har translokaliserats till den kortaste kromosomen.
19. I harlekinkromosomtekniken tillåter man tre omgångar av replikation i bromodeoxyuridin och färgar sedan kromosomerna. Vilket resultat förväntar du dig?
