«Репликация ДНК» без угадывания: тест по биологии с разбором вариантов

Репликация выглядит простой только в формуле «ДНК делает копию ДНК». На деле ученику нужно связать антипараллельность, направление работы полимеразы, роль праймеров и различие ведущей и отстающей цепей. Сначала пять опорных фактов, затем — ситуации, где эти правила приходится применять.

Содержание статьи4 раздела

5 опорных фактов

1. Репликация полуконсервативна.
2. Новая ДНК растёт 5′→3′.
3. Полимеразе нужен готовый 3′-OH-конец.
4. Ведущая цепь синтезируется непрерывно, отстающая — фрагментами.
5. Ферменты репликационного комплекса выполняют разные задачи.

Механизм, ферменты и прогноз результата

1. Что означает полуконсервативный способ репликации ДНК?

2. В какой фазе клеточного цикла эукариотической клетки обычно реплицируется ядерная ДНК?

3. Какова основная функция хеликазы при репликации?

4. Зачем праймаза синтезирует короткий РНК-праймер?

5. В каком направлении ДНК-полимераза удлиняет новую цепь?

6. Почему две новые цепи у одной репликационной вилки синтезируются по-разному?

7. Как называется цепь, которая синтезируется непрерывно в направлении движения репликационной вилки?

8. Что такое фрагменты Оказаки?

9. Какой фермент соединяет соседние фрагменты Оказаки после замены праймеров?

10. Зачем топоизомераза действует впереди репликационной вилки?

11. Какую роль играют белки, связывающие одноцепочечную ДНК?

12. Что произойдёт при сильном подавлении ДНК-лигазы?

13. Что наиболее непосредственно произойдёт при блокировании хеликазы?

14. Почему многим эукариотическим хромосомам нужны многочисленные точки начала репликации?

15. Какое утверждение о точности репликации верно?

16. Матричная цепь имеет участок 3′-ATGC-5′. Какой новый участок ДНК будет синтезирован напротив?

17. После завершения репликации одна дочерняя молекула содержит множество коротких РНК-вставок. Какой этап, вероятно, нарушен?

18. Почему концы линейных эукариотических хромосом создают особую проблему для репликации?

19. Какой вывод лучше всего связывает структуру ДНК и механизм её репликации?

Карта ошибок

  • Если путаются направления: нарисуйте две антипараллельные матрицы и подпишите 5′/3′.
  • Если путаются ферменты: хеликаза раскрывает, праймаза начинает, полимераза удлиняет, лигаза сшивает.
  • Если неясна отстающая цепь: вспомните ограничение синтеза только 5′→3′.
  • Если трудны задачи: сначала определите матрицу и направление, потом подбирайте комплементарные нуклеотиды.

Задания без автоматического балла

  1. Объясните, почему запрет синтеза 3′→5′ приводит к появлению фрагментов Оказаки. Критерий: связать антипараллельность и направление работы полимеразы.
  2. Предскажите последствия одновременного подавления праймазы и лигазы. Критерий: различить запуск новых фрагментов и их окончательное соединение.
  3. Почему множественные точки начала полезны для длинной эукариотической хромосомы? Критерий: параллельность копирования.
Ключ и объяснения
  1. C — Каждая дочерняя молекула содержит одну родительскую и одну вновь синтезированную цепь. Перед копированием две исходные цепи расходятся и каждая становится матрицей. Поэтому в каждой дочерней двойной спирали сохраняется одна исходная цепь и появляется одна новая.
  2. A — В S-фазе интерфазы. Основное удвоение ядерной ДНК происходит в S-фазе интерфазы. К началу деления каждая хромосома уже состоит из двух сестринских хроматид.
  3. D — Раздвигать две цепи ДНК, нарушая взаимодействия между комплементарными основаниями. Хеликаза раскрывает двойную спираль в области репликационной вилки. Без доступа к отдельным матричным цепям ДНК-полимераза не сможет копировать последовательность.
  4. B — Чтобы предоставить свободный 3′-OH-конец для начала работы ДНК-полимеразы. ДНК-полимераза не начинает новую цепь с нуля: ей нужен уже существующий 3′-конец. РНК-праймер создаёт такую стартовую точку.
  5. C — Только 5′→3′. Новый нуклеотид присоединяется к свободной 3′-OH-группе растущей цепи. Поэтому химически синтез новой ДНК идёт только в направлении 5′→3′.
  6. D — Родительские цепи антипараллельны, а полимераза синтезирует только 5′→3′. Антипараллельная ориентация матриц сочетается с единственным направлением синтеза 5′→3′. Это приводит к непрерывному синтезу ведущей цепи и прерывистому синтезу отстающей.
  7. A — Ведущая цепь. На ведущей цепи полимераза может непрерывно двигаться вслед за раскрывающейся вилкой. Отстающая цепь строится отдельными короткими участками.
  8. B — Короткие участки новой ДНК на отстающей цепи. Из-за направления синтеза отстающая цепь создаётся серией коротких ДНК-фрагментов. Позже они соединяются в непрерывную цепь.
  9. D — ДНК-лигаза. Лигаза восстанавливает непрерывность сахарофосфатного остова, создавая фосфодиэфирную связь между соседними участками ДНК. Она не раскрывает спираль и не считывает кодоны.
  10. C — Снижает механическое напряжение и избыточное закручивание ДНК. Раскручивание двойной спирали создаёт торсионное напряжение впереди вилки. Топоизомеразы временно разрывают и вновь соединяют ДНК, позволяя снять это напряжение.
  11. A — Стабилизируют разделённые цепи и мешают им снова спариться до копирования. После работы хеликазы матричные цепи должны оставаться доступными. Белки одноцепочечной ДНК удерживают их раздельно и защищают от самопроизвольного повторного спаривания.
  12. B — На отстающей цепи будут накапливаться несоединённые участки ДНК. Даже если фрагменты синтезированы правильно, без лигазы между ними останутся разрывы сахарофосфатного остова. Особенно явно это проявится на отстающей цепи.
  13. C — Репликационная вилка не сможет нормально раскрывать двойную спираль. Хеликаза нужна для разделения родительских цепей. Если она не работает, новые матрицы не открываются, и продвижение репликационного комплекса останавливается.
  14. A — Большие линейные молекулы ДНК иначе копировались бы слишком медленно из одной точки. Эукариотические хромосомы очень длинные. Запуск копирования из множества участков позволяет нескольким репликационным пузырям работать одновременно и завершать S-фазу вовремя.
  15. D — Комплементарность и корректирующая активность некоторых ДНК-полимераз снижают частоту ошибок. Правила спаривания направляют выбор нуклеотида, а proofreading у многих полимераз позволяет удалить часть ошибочно включённых нуклеотидов. Ошибки редки, но полностью не исключены.
  16. B — 5′-TACG-3′. Новая ДНК строится комплементарно и антипараллельно матрице: A↔T, G↔C. Поэтому напротив 3′-ATGC-5′ появляется 5′-TACG-3′.
  17. C — Удаление РНК-праймеров и замена их ДНК. Праймеры нужны временно как стартовые участки. В норме они удаляются, образовавшиеся промежутки достраиваются ДНК и затем сшиваются.
  18. D — После удаления крайнего праймера отстающей цепи обычная полимераза не может полностью заполнить самый конец. ДНК-полимеразе нужен существующий 3′-OH-конец. На самом конце линейной молекулы после удаления последнего праймера возникает участок, который обычный механизм не может полностью достроить; поэтому важны теломеры и теломераза.
  19. A — Комплементарность позволяет каждой исходной цепи служить матрицей для новой. Если известна одна цепь, правила комплементарности задают последовательность второй. Именно это делает возможным матричное копирование генетической информации.
Поделиться

Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.

Telegram WhatsApp VK OK

Поставить оценку

Была ли статья полезной и понятной?

Пока нет оценок — будьте первым