6. Nukleové kyseliny a molekulová genetika Obtížnost A Odhadněte celkové nukleotidové složení dvouvláknové DNA, u níž bylo experimentálně stanoveno, že ze 100 deoxynukleotidů tvoří průměrně 22 deoxyadenosin-5´-fosfát. Jakými intra- a intermolekulárními interakcemi je udržována struktura DNA v jádře eukaryotní buňky? Jeden z léků používaných při léčbě AIDS je 2´,3´-dideoxycytidin (ddC). Napište jeho strukturní vzorec. Odhadněte, jakým způsobem může působit. Kodonu určité aminokyseliny odpovídá sekvence antikodonu 5´-CUG-3´. Napište sekvenci deoxynukleotidů v DNA, podle které byl kodon této aminokyseliny přepsán (transkribován). Kolik energie (v jednotkách ATP) je zapotřebí k připojení jedné monomerní jednotky v elongační fázi replikace, transkripce a translace. Heslovitě zdůvodněte. Napište vzorec cyklického 3´,5´-adenosinmonofosfátu. Jakou funkci má tato látka v orgnismu? Jakou reakcí tento substrát vzniká (pro látky užijte běžné symboly)? Do které třídy patří enzym, katalysující tuto reakci. Popište (heslovitě, velmi stručně) funkci následujících struktur, uplatňujících se při přenosu genetické informace: a) promotor; b) topoisomerasy; c) -faktor (to řecké písmeno se čte ro); d) DNA-ligasa; e) difosfatasa (pyrofosfatasa) Popište stručně funkci enzymů a bílkovinných faktorů, které se zúčastňují procesu replikace DNA. Napište strukturní vzorec uridin-5'-difosfátu a pdCpdGp (výsek jednořetězcové DNA). Vysvětlete co nejpřesněji pojmy a) antikodon; b) aminoacyl-t-RNA-ligasa; c) posttranslační modifikace; d) rRNA; e) mutace. Popište stručně sekundární a terciární strukturu tRNA. Napište rovnice dvou reakcí, které charakterisují funkci tRNA v proteosynthese. Jmenujte dva základní kroky, jimiž je molekula tRNA v buňce synthetizována? Vysvětlete pojem „komplementarita basí“? Kde všude se v biologii tento jev uplatňuje? Napište strukturní vzorec trinukleotidu, který je komplementární k trideoxynukleotidu dA.dT.dG. (V této otázečce je ukrytý jistý chyták; neskočte, prosím, na špek.) Při replikaci se uplatňuje celá řada enzymů a faktorů. Stručně popište funkci helikasy, DNA-ligasy a DNA-polymerasy. Definujte stručně a výstižně následující pojmy: a) genetický kód; b) PCR; c) transferová RNA (struktura + funkce); d) posttranskripční modifikace; e) posttranslační modifikace. Napište reakci, kterou katalyzují DNA-polymerasa, DNA-ligasa, restrikční endonukleasa a reverzní transkriptasa (= RNA-dependentní DNA-polymerasa). Alespoň u jednoho z uvedených enzymů uveďte techniku molekulové genetiky, která tento enzym využívá in vitro v laboratoři. Tuto techniku stručně charakterizujte.
Popište prostorovou strukturu t-RNA. Jak je fixována? Které části jsou významné pro její funkci? Vysvětlete pojmy exon a intron. Vyjmenujte rozdíly mezi DNA a RNA s ohledem na jejich funkci jakož i chemickou a prostorovou strukturu. a) Nukleotidy (fosforečné estery nukleosidů) jsou stavebními jednotkami nukleových kyselin a vedle toho mají v biologických systémech ještě další důležité funkce. Vyjmenujte alespoň tři takovéto funkce a u každé uveďte dva konkrétní příklady nukleotidu (názvem nebo zkratkou). b) Nakreslete strukturní vzorec deoxythimidinmonofosfátu. Napište jednopísmenovými zkratkami část sekvence mRNA, která bude transkribována z úseku DNA 5´...CCATAG... 3´. Vysvětlete. Stručně a výstižně popište funkci a) ribosomů, b) kodonů, c) antikodonů, d) aminoacyl-tRNA synthetas a e) peptidyltransferas při proteosyntéze. Popište proces replikace DNA v prokaryotním organismu. Které enzymy se tohoto procesu účastní? Napište rovnici reakce katalyzovanou DNA-polymerasou, při níž dochází k prodloužení rostoucího polydeoxynukleotidového řetězce o deoxyguanosinfosfát. Jak je iniciován a terminován? Jak je tento děj energeticky náročný? Napište typy vazeb spojujících následující látky nebo uskupení a) dvě aminokyseliny v polypeptidovém řetězci, b) dva nukleotidy v molekule RNA, c) aminokyselinu a tRNA v aminoacyl-tRNA a d) kodon a antikodon. Jaké znáte typy RNA, popište jejich strukturu a funkci. a)Vyjmenujte hlavní rozdíly mezi prokaryotní a eukaryotní DNA. b) Nakreslete strukturu úseku jednoho vlákna DNA se sekvencí ...ACT... Co rozumíte pod pojmem „posttranslační modifikace”? Uveďte alespoň čtyři příklady tohot děje. Obtížnost B Jak byste jednoduše charakterizovali přístroj, pomocí něhož lze realizovat PCR? Máte výše zmíněný přístroj. Co byste napipetovali do zkumavky, v níž chcete tento proces realizovat? Které z následujících konstatování, týkajících se proteosynthesy, jsou pravdivá? Pravdivé výroky označte +, nepravdivé -. Nepravdivé výroky opravte. - Syntéza peptidového řetězce probíhá od C-konce k N-konci. - Peptidová vazba se tvoří mezi volnou aminoskupinou připojované aminokyseliny a C-koncovou karboxylovou skupinou peptidu, navázaného na tRNA (peptidyl-tRNA), přičemž obě molekuly (aminoacyl-tRNA a peptidyl-tRNA) jsou navázány na A resp. P místo ribosomu. - Aminokyseliny jsou aktivovány připojením na specifickou tRNA. Aminokyselina je na tRNA vázána nekovalentně a vznik tohoto komplexu proto nevyžaduje enzym. - Přesun peptidyl-tRNA z místa A do místa P je spojen s hydrolysou ATP. - Proces proteosynthesy u eukaryot zahrnuje transkripci, posttranskripční modifikace, translaci a posttranslační modifikace. U prokatyot není mRNA, vznikající transkripcí, modifikována. a) Napište rovnici, jíž se k rostoucímu řetězci RNA při transkripci připojuje nukleotid obsahující uracyl (doplňte tedy rovnici (NMP)n + (NMP)n-UMP + ).
Kolik jednotek energie ATP buňka „investuje“ do realizace této reakce. Vysvětlete podrobně. Ve kterých krocích elongační fáze translace je zapotřebí dodávat energii? Toto energii vyjádřete v jednotkách ATP, vysvětlete způsob přepočtu. Naznačte chemickou rovnicí, jak se váže aminokyselina na t-RNA. Jakým typem vazby se aminokyseliny na tRNA váží? (Typem vazby myslíme např. etherovou, amidovou, anhydridovou, vodíkovou, elektrostatickou apod.) Kde je tento děj v eukaryotní buňce lokalisován? Jak se jmenují enzymy, které ho katalyzují, kolik jich v buňce existuje a do které enzymové třídy patří? Vysvětlete (heslovitě) význam vazby aminokyselin na t-RNA pro proteosynthesu. Z jakých hlavních kroků sestává komplexní proces proteosynthesy u eukaryot? (Stačí vyjmenovat a naznačit – např. šipkami – jak jdou po sobě.) Uveďte heslovitě hlavní odlišnosti tohoto procesu mezi eukaryoty a prokaryoty. Napište vzorce bází, které se vyskytují v mRNA. Jakou funkci má mRNA v buňkách? Jakou musí mít mRNA sekundární strukturu, aby tuto funkci mohla plnit? (Pozor, trochu zavádějící dotaz!) Čím se zásadně liší synthesa mRNA u prokaryot a eukaryot? Uveďte názvy typů vazeb, které spojují stavební jednotky bílkovin a nukleových kyselin. Jaké typy vazeb se uplatňují při fixaci uspořádaných prostorových struktur těchto biopolymerů? Napište vzorec deoxythimidindifosfátu. Napište co nejpřesnější názvy vazeb, které spojují jeho jednotlivé složky. Vysvětlete pojem „denaturace“ biopolymeru. Roztok směsi jednořetězcových (denaturovaných) DNA má vyšší absorbanci v ultrafialové oblasti (A260 nm) než příslušná dvouřetězcová nativní struktura. Načrtněte, jak by vypadala závislost A 260 nm roztoku DNA na teplotě. Stručně zdůvodněte. Co by se stalo, kdyby byl mutací v eukaryotním genu vypuštěn (deletován) jeden deoxyribunukleotid těsně před STOP-kodonem? Uveďte co nejpřesněji reakci, pomocí níž vstupuje aminokyselina tryptofan do procesu proteosynthesy. Uveďte i název enzymu.
Obtížnost C Některé úseky DNA jsou velmi variabilní (liší se od jedince k jedinci). Navrhněte způsob, jak by se těchto úseků dalo využít k určení „paternity“ (maminka tvrdí, že určitý chlap je otcem miminka, on to však popírá). Představte si, že by se podařilo z lidské DNA získat gen kódující sérový 1-glykoprotein (orosomukoid, obsahuje 45 % (w/w) sacharidů). Ten by se, jako takový (neupravený), vložil s vhodným promotorem do expresního plasmidu, který by se vnesl do buňky bakterie Escherichia coli. Mohl by takto modifikovaný bakteriální kmen produkovat lidský orosomukoid?
Test - 1 správná odpověď 1. Která báze není společná pro DNA i RNA: a) A b) U c) G d) C 2. Které báze jsou komplementarní ve struktuře DNA: a) A-G b) C-T c) G-C 3. Jak se nazývá proces, při kterém dochází v jádře eukaryot k syntéze nového vlákna DNA : a) replikace; b) retranslace; c) reverzní transkripce. 4. Reverzní transkriptasa katalyzuje proces a) syntézy RNA na templátu DNA; b) syntézy DNA na templátu RNA; c) syntézy nového vlákna DNA na templátu DNA. 5. Transkripce se nazývá proces: a) syntéza proteinů; b) syntéza nového vlákna DNA na templátu DNA; c) syntéza RNA na templátu DNA. 6. Replikace DNA je katalyzována enzymem: a) DNA-řízená DNA polymerasa; b) RNA- řízená DNA polymerasa; c) DNA- řízená RNA polymerasa. 7. Transkripce je katalyzována enzymem: a) DNA- řízená DNA polymerasa; b) RNA- řízená DNA polymerasa; c) DNA- řízená RNA polymerasa. 8. Syntéza nového vlákna DNA probíhá: a) od -35. nukleotidu původního vlákna DNA; b) ve směru 3´→ 5`; c) ve směru 5` → 3`. 9. Translace u eukaryot probíhá a) od C-konce k N-konci; b) na ribozomech; c) přepisem z RNA do DNA; d) tak, že řetězec roste směrem 5‘→3‘ ; e) současně s transkripcí na stejném vlákně. 10. Která z následujících komponent se nezúčastňuje replikace DNA? a) primer; b) ribosomy; c) dNTP.
11. Jak se nazývají fragmenty, pomocí kterých se syntetizuje zaostávající vlákno DNA? a) Ouchterlonyho fragmenty; b) Watsonovy fragmenty; c) Okazakiho fragmenty. 12. Biosyntézu peptidového řetězce na ribosomu jinak nazýváme: a) translace; b) transkripce; c) transdukce. 13. Které z následujících RNA jsou nositelem antikodonu? a) rRNA; b) tRNA; c) mRNA. 14. Které z následujících buněčných proteinů se nepodílejí na replikaci? a) proteasa; b) SSB-protein; c) helikasa. 15. Kde není lokalizována translace u eukaryot? a) na ribosomech; b) v jádře; c) v mitochondriích. 16. Jak se jmenuje enzym, který spojuje dva úseky DNA, např. při replikaci? a) DNA-transferasa; b) DNA-ligasa; c) DNA-lyasa. 17. K čemu slouží polymerázová řetězová reakce (PCR)? a) K amplifikaci (zmnožení) DNA; b) k amplifikaci (zmnožení) proteinů; c) k amplifikaci (zmnožení) ribosomů. 18. Které z uvedených dvojic bází jsou pouze purinové báze? a) G a C; b) A a T; c) A a G. 19. Histony jsou a) bazické bílkoviny stabilizující DNA; b) kyselé bílkoviny stabilizující DNA; c) polysacharidové struktury stabilizující DNA. 20. Kompletní struktura nukleotidu je tvořena a) bází, sacharidem a fosfátovou skupinou; b) bází a sacharidem; c) bází a fosfátovou skupinou. 21. Jednotlivé nukleotidy v řetězci nukleových kyselin jsou spojeny a) glykosidovou vazbou; b) fosfodiesterovou vazbou; c) kovalentní vazbou spojující heterocykly bází.
22. Které z uvedených dvojic bází jsou pouze pyrimidinové báze? a) T a C; b) A a T; c) A a G. 23. Chromatin je tvořen a) nukleovými kyselinami a lipidy; b) nukleovými kyselinami a polysacharidy; c) nukleovými kyselinami a bílkovinami. 24. Kompletní struktura nukleosidu je tvořena a) bází, sacharidem a fosfátovou skupinou; b) bází a sacharidem; c) bází a fosfátovou skupinou. 25. Prostorová struktura dvouřetězcové DNA je stabilizována a) glykosidovou vazbou mezi pentosami; b) vodíkovými můstky mezi fosfátovými zbytky; c) vodíkovými můstky mezi bázemi a patrovými interakcemi. 26. Replikace DNA je proces a) konzervativní; b) semikonzervativní; c) amfibolický. 27. Okazakiho fragmenty hrají roli při syntéze a) vedoucího vlákna DNA; b) opožďujícího se vlákna DNA; c) Ouchterlonyho vlákna DNA. 28. Jak se jmenuje enzym katalyzující rozplétání dvoušroubovice: a) transferasa; b) helikasa; c) polymerasa. 29. Jaký cukr je obsažen v DNA? a) 2-deoxy-D-ribosa; b) D-ribosa; c) 1-deoxy-D-ribosa. 30. Označte nesprávné tvrzení: a) Nukleotidy se účastní energetického metabolismu. b) Nukleotidy se účastní přenosu genetické informace. c) Nukleotidy tvoří kotvy integrálních proteinů v membráně. 31. Páteř DNA je tvořena a) fosfátovými a pentosovými zbytky; b) dusíkatými bázemi propojenými fosfodiesterovou vazbou; c) pentosovými zbytky propojenými glykosidovou vazbou. 32. Označte správné tvrzení: a) rRNA tvoří složku ribosomů. b) rRNA přenáší genetickou informaci z DNA do místa proteosyntesy. c) rRNA obsahuje antikodon.
33. Při procesu replikace slouží jako templát a) vlákno mRNA; b) vlákno DNA ; c) vlákno tRNA. 34. Mezi postranskripční modifikace nepatří a) sestřih; b) polyadenylace 3´-konce; c) tvorba disulfidových můstků. 35. Sestřih mRNA a úpravy jejího 3´- a 5´- konce probíhají: a) pouze u eukaryot; b) pouze u prokaryot; c) u prokaryot i eukaryot. 36. Kodon je tvořen: a) trojicí ribonukleotidů v řetězci mRNA; b) trojicí aminokyselin v polypeptidovém řetězci; c) trojicí ribonukleotidů v mRNA a komplementární trojicí v tRNA. 37. Jaký cukr je obsažen v RNA? a) 2-deoxy-D-ribosa b) D-ribosa c) 1-deoxy-D-ribosa 38. Označte nesprávné tvrzení: a) Nukleotidy tvoří komponenty několika enzymových kofaktorů. b) Nukleotidy jsou obvykle propojeny peptidovou vazbou. c) Nukleotidy se účastní přenosu genetické informace. 39. DNA je a) dihelix tvořený antiparalelními řetězci; b) dihelix tvořený paralelními řetězci; c) α-helix tvořený antiparalelními řetězci. 40. Označte správné tvrzení: a) tRNA tvoří složku ribosomů. b) tRNA nese genetickou informaci z DNA do místa proteosyntesy. c) Antikodon tRNA se páruje s kodonem mRNA. 41. Při procesu transkripce slouží jako templát: a) vlákno mRNA b) vlákno DNA c) vlákno tRNA 42. Mezi posttranslační modifikace nepatří a) tvorba disulfidových můstků; b) připojení prostetických skupin; c) modifikace heterocyklických kruhů za vzniku minoritních bází. 43. Transkripce a translace mohou na jednom vlánu mRNA probíhat současně a) u prokaryot i eukaryot; b) pouze u prokaryot; c) pouze u eukaryot.
44. Triplet deoxynukleotidů v DNA odpovídá a) jedné aminokyselině v nukleotidovém řetězci; b) třem aminokyselinám v polypeptidovém řetězci; c) jedné aminokyselině v polypeptidovém řetězci. 45. Chromosomy jsou tvořeny basickými proteiny a: a) DNA b) rRNA c) mRNA d) tRNA 46. Nukleotidy nejsou: a) fosforylační činidla; b) součásti kofaktorů enzymů; c) přenašeče energie; d) složky biologických membrán; e) regulační molekuly. 47. Terminace transkripce se účastní a) σ-podjednotka; b) ρ-faktory; c) STOP- kodon; d) N-formyl Met; e) Peptidyltransferasa. 48. DNA a RNA se liší a) typem alkoholu; b) typem glykosidické vazby; c) typem purinové báze; d) druhem cukru; e) počtem fosfátových skupin. 49. PCR je založena na a) denaturaci proteinu; b) enzymové reakci; c) polyacrylamidové elektroforéze; d) využití dideoxynukleotidů (ddNTP). 50. Mezi posttranslační modifikace u prokaryot patří a) methylace bází; b) glykosylace; c) sestřih (splicing); d) připojení primeru; e) modifikace bází.
