Основы биохимии Том 3 - А. Ленинджер 1985

Ответы

Глава 24

1. 8,0 ккал; 0,60 молей

2. Секрет поджелудочной железы содержит НСО₃ в высокой концентрации; благодаря этому при смешивании с желудочным соком устанавливается оптимальный для действия ферментов pH.

3. Поскольку ß-казеин обладает слабо выраженной третичной структурой и его нативная конформация напоминает беспорядочный клубок, все части белковой цепи легко доступны действию пепсина и ферментов поджелудочной железы. В отличие от этого а-кератины обладают высокоорганизованной вторичной и третичной структурой с многочисленными —S—S-мостиками; поэтому денатурация этих белков при низком pH желудка ограничена, доступность пептидных связей действию пищеварительных ферментов затруднена и гидролиз идет медленно.

4. а) В кислой среде желудка активация пепсиногена происходит спонтанно. Образующийся пепсин катализирует активацию оставшихся молекул пепсиногена. б) Пепсиноген образуется и запасается в главных клетках слизистой желудка (слабощелочная среда) в форме неактивного предшественника. Отщепляющийся от пепсиногена фрагмент прочно связывается с активным центром пепсина, действуя в качестве ингибитора.

5. Протеолитические ферменты, секретируемые поджелудочной железой, не разрушают эпителиальные клетки тонкого кишечника, потому что: а) концентрация поступившего с пищей белка выше, чем концентрация белка на поверхности эпителиальных клеток; б) ферменты поджелудочной железы после завершения переваривания пищи подвергаются самоперевариванию; в) секреция ферментов поджелудочной железы регулируется гормонами, причем секреция происходит только тогда, когда в желудок попадает пища с высоким содержанием белка; г) эпителиальные клетки тонкого кишечника выделяют слой слизи, защищающий поверхность клеток.

6. В процессе пищеварения белки расщепляются на меньшие полипептиды с помощью панкреатических эндопептидаз. Следовательно, на завершающих этапах пищеварения эффективность карбоксипептидазы возрастает за счет увеличения количества СООН-концов.

7. Ответственное за симптомы вещество — лактоза. Способность секретировать лактазу - фермент, гидролизующий лактозу,-снижается с возрастом. Неусвоенная лактоза проходит через тонкий кишечник в толстый кишечник, где она сбраживается кишечными бактериями.

8. Если в испражнениях обнаруживаются липиды, содержащие негидролизованные триацилглицеролы, то вероятной причиной стеаторреи может служить недостаточная секреция липазы поджелудочной железой. Если в липидах испражнений присутствуют гидролизованные триацилглицеролы, то вероятной причиной стеаторреи может оказаться недостаточная секреция желчи, поскольку соли желчных кислот необходимы для всасывания питательных веществ.

9. Повышенная концентрация аланина и глутамина свидетельствует о важности глюкозо-аланинового цикла и переноса аммиака, осуществляемого при помощи глутамина.

10. Почти две трети АТР, синтезируемой в почках, используется для транспорта ионов.

11. Антимицин А и иодацетат ингибируют транспорт электронов и гликолиз соответственно. Источником энергии для сокращения служит запас креатинфосфата.

12. Постоянный уровень АТР поддерживается за счет переноса фосфата от креатинфосфата. Фтор-2,4-динитробензол ингибирует креатинкиназу.

13. Аммиак очень токсичен для нервной ткани, особенно для мозга. Избыток аммиака удаляется за счет перевода глутамата в глутамин, который направляется в печень и затем превращается в мочевину. Дополнительное количество глутамина образуется в результате превращения глюкозы в глутамат через а-кетоглутарат, причем аммиак удаляется как в самом этом процессе, так и при превращении Glu в Gln.

14.

15. Количество циркулирующего альбумина зависит от общего объема плазмы. Потеря альбумина у больных с патологией почек приводит к разнице в осмотическом давлении между плазмой крови и внеклеточной жидкостью, что обусловливает отток воды из клеток во внеклеточное пространство.

16. Секреция поджелудочной железы зависит от состава и количества пиши, в особенности от содержания в ней белков. Уменьшение потребления жидкости, калорий и электролитов компенсируют путем внутривенного введения физиологического раствора с глюкозой. При раздражении ткани поджелудочной железы снижается секреция инсулина, что приводит к развитию гипергликемии.

17. Большая физическая нагрузка требует увеличения выработки АТР. что удовлетворяется за счет повышенного потребления кислорода. Во время спринта мышцы превращают часть гликогена в лактат. По окончании спринта лактат переносится в печень, где он снова превращается в глюкозу и гликоген. Для этого процесса требуется АТР, а следовательно, и кислород в дополнительном по сравнению с состоянием покоя количестве.

18. Для сохранения нейтральности мочи выделение фосфата (PO^3-₄) должно сопровождаться выделением положительных противоионов (Na⁺ или Н⁺). Чтобы уменьшить потерю Na⁺ при выведении фосфата, натрий в дистальных канальцах обменивается на протон. В результате повышается концентрация протонов в моче.

19. а) При отравлении наркотиками неглубокое и неровное дыхание приводит к накоплению СО₂ в легких. Увеличение концентрации СО₂ сдвигает приведенную ниже реакцию вправо, понижая pH плазмы крови:

СО₂ + Н_2О ⇄ Н₂СО₃⇄ Н⁺ + НСО^-₃

б) Механическая вентиляция легких снижает концентрацию СО₂ и сдвигает равновесие влево. В результате повышается pH плазмы крови в легких, что способствует увеличению сродства гемоглобина к кислороду, в) Бикарбонат повышает pH и увеличивает буферную емкость плазмы крови.

20. Глюкоза служит основным топливом мозга. Ключевая реакция в катаболизме глюкозы - это тиаминпирофосфатзависимое окислительное декарбоксилирование пирувата с образованием ацетил-СоА. Поэтому недостаток тиамина снижает утилизацию глюкозы мозгом.

21. В ходе обратного всасывания в почечных канальцах активный транспорт Na⁺ осуществляется Mg²⁺ -зависимой Na⁺, К⁺ - АТРазой. В этом сопряженном процессе поглощение трех ионов Na⁺ происходит одновременно с выделением двух ионов К⁺.

22. Если выпить большое количество морской воды, то общая концентрация электролитов во внеклеточной жидкости окажется гораздо выше, чем внутри клеток. Такой градиент концентрации вызывает отток воды из клеток во внеклеточное пространство. По мере обезвоживания клеток нежные внутриклеточные органеллы (например, митохондрии) съеживаются и в конце концов необратимо повреждаются.

Глава 25

1. 1,87∙10² м² (приблизительно два футбольных поля).

2. Быстрая инактивация служит средством быстрого уменьшения концентрации гормона. Постоянство концентрации инсулина поддерживается за счет равенства скоростей его синтеза и деградации. Кроме того, содержание гормонов в крови может регулироваться путем изменения скорости высвобождения запасенных гормонов, а также скорости транспорта и превращения прогормона в активный гормон.

3. Из-за низкой растворимости в липидах водорастворимые гормоны не проходят через клеточную мембрану. Вместо этого они связываются с рецептором на поверхности клетки. В случае адреналина такой рецептор представляет собой фермент, катализирующий образование внутри клетки второго посредника-циклического АМР (сАМР). Наоборот, жирорастворимые гормоны легко могут проникать через гидрофобную внутреннюю часть клеточной мембраны. Оказавшись внутри клетки, они могут воздействовать непосредственно на внутриклеточные рецепторы.

4. а) Поскольку аденилатциклаза белок, связанный с мембраной, при центрифугировании препаратов аденилатциклазная активность осаждается во фракции частиц.

б) Адреналин стимулирует образование сАМР - растворимого вещества, активирующего гликоген-фосфорилазу.

в) сАМР-устойчивое к нагреванию соединение. Его можно получить, обрабатывая АТР гидроксидом бария.

5. В отличие от сАМР дибутирил-сАМР проходит сквозь клеточную мембрану.

6. Холерный токсин повышает уровень сАМР в эпителиальных клетках кишечника. Приведенные факты свидетельствуют о том, что сАМР регулирует проницаемость мембраны для ионов Na⁺. Лечение холеры состоит в возмещении потерь жидкости и электролитов в организме.

7. а) В сердце и скелетной мышце отсутствует фермент глюкозо-6-фосфатаза. Следовательно, каждая образующаяся молекула глюкозо-6-фосфата направляется по гликолитическому пути и в условиях недостатка кислорода превращается в лактат, а) Электрический заряд, свойственный всем фосфорилированным интермедиатам, препятствует их выходу из клетки, так как мембрана непроницаема для заряженных молекул. В стрессовой ситуации концентрация гликолитических предшественников в мышечной ткани должна быть высокой для обеспечения предстоящей мышечной работы. Накопление предшественников в фосфорилированном состоянии препятствует их утечке из мышечной ткани. Печень, наоборот, поставляет глюкозу, сохраняя необходимый уровень ее в крови. Следовательно, в стрессовой ситуации глюкоза должна быстро поступать из клеток печени в кровь, что обеспечивается реакцией дефосфорилирования, катализируемой глюкозо-6-фосфатазой.

8. Избыточная секреция инсулина поджелудочной железой способствует повышенной утилизации печенью глюкозы, находящейся в крови; это приводит к гипогликемии. Кроме того, при высоком содержании инсулина происходит замедление катаболизма аминокислот и жирных кислот. Таким образом, в крови больных оказывается мало субстратов энергетического обмена, необходимых для образования АТР. Если состояние гиперинсулинизма продолжается долго, то возникает поражение клеток мозга, поскольку глюкоза служит для мозга основным источником энергии.

9. Тот факт, что при инкубации ткани печени с тироксином увеличивается интенсивность дыхания и теплообразования и не изменяется концентрация АТР, согласуется с утверждением, что тироксин является разобщителем окислительного фосфорилирования. Разобщающие агенты понижают отношение P/О в тканях; это заставляет ткани увеличивать интенсивность дыхания, чтобы удовлетворить потребность в АТР. Наблюдаемое выделение тепла могло быть обусловлено также повышением скорости утилизации АТР тканью, стимулированной тироксином. В такой ткани возросшая потребность в АТР удовлетворяется за счет повышения уровня окислительного фосфорилирования (дыхания), что сопровождается выделением тепла. Несмотря на многочисленные исследования, детали регуляции тиреоидными гормонами скорости аэробного метаболизма остаются загадкой.

10. Женские половые гормоны (эстрогены) способствуют развитию у женщин вторичных половых признаков. Один из таких признаков - рост и развитие молочной железы. Поскольку карцинома поражает ткань молочной железы, любое воздействие, тормозящее рост этой ткани, замедляет развитие карциномы. Торможение роста ткани молочной железы происходит при снижении концентрации эстрогенов, этого достигают путем удаления яичников. Иногда при лечении используют гормон-антагонист, т. е. гормон, который обладает противоположным по отношению к эстрогенам действием, например тестостерон.

11. Надпочечники, которые располагаются непосредственно над почками, представляют собой по существу часть нервной системы, от которой они получают сигналы. Следовательно, нет ничего удивительного в том, что синтез эндорфинов осуществляется как мозгом, так и мозговым веществом надпочечников.

12. Некоторые полипептидные гормоны, а именно инсулин и глюкагон синтезируются в виде неактивных предшественников, полипептидные цепи которых длиннее цепей самих активных гормонов. Образование прогормона дает то преимущество, что, будучи неактивным, прогормон может запасаться в большом количестве в секреторных гранулах и быстро активироваться в ответ на соответствующий сигнал путем ферментативного расщепления.

13. Адреналином лечат больных, страдающих тяжелой формой астмы, потому что этот гормон снимает спазм гладкой мускулатуры, окружающей бронхиолы легких, стимулируя образование в клетках-мишенях сАМР. Однако при гидролизе фосфодиэстеразой сАМР разрушается. Поскольку производные пурина-кофеин, теофиллин и аминофиллин-ингибируют фосфодиэстеразу, прием этих лекарств пролонгирует действие адреналина и повышает его активность за счет уменьшения скорости расщепления сАМР.

14. Эти наблюдения указывают на то, что активность фосфодиэстеразы стимулируется ионами Са²⁺, действие которых опосредовано кальмодулином. Это согласуется с известным фактом, что кальмодулин представляет собой Са²⁺-связывающий белок. Связывание комплекса кальмодулин-Са²⁺ с фосфодиэстеразой стимулирует ее гидролитическую активность по отношению к сАМР.

Глава 26

1. Для гарантии.

2. 0,21 моля АТР/г глюкозы, 0,50 моля АТР/г пальмитиновой кислоты; 4,2 ккал/г глюкозы, 9,5 ккал/г пальмитиновой кислоты; сравнение двух результатов

показывает, что соотношение количеств образовавшегося АТР и выделившегося тепла одинаково.

3. В первые несколько часов после начала голодания содержание глюкозы в крови начинает падать, поскольку глюкоза поглощается тканями. Чтобы поддержать концентрацию глюкозы в крови на требуемом уровне, организм человека приводит в действие катаболизм глюкогенных аминокислот. Этот процесс связан с выведением азота в виде мочевины и сопровождается одновременным выведением большого количества воды из организма. В последующие несколько дней голодания организм для удовлетворения своих энергетических потребностей переключается с катаболизма аминокислот на катаболизм жирных кислот, и поэтому ежедневная потеря воды в значительной мере снижается.

4. Ожирение - это результат потребления организмом избыточного количества калорий. В данном количестве пища, богатая жирами, может с большей вероятностью привести к ожирению, чем пища с большим содержанием сахара, так как первая обладает большей калорийностью в расчете на грамм. Однако, как правило, ожирение вызывается потреблением слишком большого суммарного количества калорий. Поскольку потребление сладостей доставляет удовольствие, главной опасностью для тучных людей служит пища с очень высоким содержанием сахара.

5. а) 3,16 ккал/г; б) 4,21 ккал/г. в) Исходя из имеющейся информации, можно сделать вывод, что пшеничные хлопья представляют собой смесь белка и углевода. Анализ элементарного состава свидетельствует о том, что азота в образце мало, так что основной компонент хлопьев - это углеводы, г) При окислении в организме выделится столько же энергии, сколько при окислении в калориметре только в том случае, если пища полностью переварена и усвоена.

6. Ее рацион не должен превышать следующий: 3,2 печеные картофелины; 19,2 жареного ломтика картофеля (среднего размера); 26,3 картофельных “чипсов” (среднего размера); 4,8 куска белого хлеба; 6 кусочков масла; 1,6 банки пива.

7. Если в рационе недостает одной из незаменимых аминокислот, то белковый синтез будет продолжаться до тех пор, пока запас этой аминокислоты не истощится. Чтобы пополнить запас, необходимо дополнительное потребление несбалансированной смеси аминокислот или разрушение белков организма. При этом неизбежно возникнет избыток других аминокислот, которые должны подвергнуться катаболизму, что приведет к выделению азота и в результате к отрицательному азотному балансу.

8. Крысу сажают на тщательно контролируемую диету, содержащую все аминокислоты, за исключением Phe. Чтобы на протяжении серии экспериментов поддерживать общее потребление азота на постоянном уровне, к пище добавляют соответствующее количество мочевины. Поскольку крысе недостает одной из аминокислот, будет наблюдаться отрицательный азотный баланс, т. е. количество поступающего с пищей азота будет меньше, чем количество выделяющегося азота (см. вопрос 7). Затем к пище добавляют Phe и снова измеряют баланс азота. Минимальная дневная потребность равна количеству Phe, необходимого для установления нормального (или слегка положительного) баланса.

9. Для маленьких детей, страдающих квашиоркором, характерен вздутый живот, что обусловлено задержкой воды в межклеточном пространстве; это в свою очередь вызвано недостаточным содержанием сывороточного альбумина в плазме крови. При переходе на диету с достаточным содержанием белка уровень сывороточного альбумина возвращается к норме, перепад в осмотическом давлении меняет свое направление на противоположное и вода уходит из организма. Следовательно, уменьшение веса в начальный период лечения объясняется потерей воды.

10. Больным с почечной недостаточностью нужен регулярный диализ для удаления из крови токсичных “шлаков”, главным образом мочевины и мочевой кислоты. Чтобы уменьшить зависимость больного от этой процедуры, следует свести к минимуму выделение азота. Это достигается с помощью диеты, которая сбалансирована по общему количеству аминокислот и по их относительному содержанию, т. е. пища должна состоять из белков с биологической ценностью, близкой к 100. Поскольку в яйцах содержатся все незаменимые аминокислоты и биологическая ценность яиц выше, чем зерна, с питательной точки зрения яйца более сбалансированы, чем зерно, и служат лучшей пищей для больных.

11. Витамин В₆-пиридоксин - используется при синтезе кофермента пиридоксальфосфата. Этот кофермент необходим для трансаминаз — ферментов, катализирующих первую стадию катаболизма аминокислот.

12. Желудочно-кишечные бактерии поставляют организму-хозяину значительную часть необходимых витаминов (бактерии синтезируют их сами). Пища, снижающая численность популяции кишечных бактерий, может привести к недостатку в витаминах.

13. Людям необходима сбалансированная пища для того, чтобы удовлетворить свои биохимические потребности в энергии и чтобы обеспечить организм “строительным материалом” и кофакторами для процессов биосинтеза. Эти потребности можно удовлетворить, используя пищу из множества различных источников; нет никаких данных в пользу того, что для правильного питания нужна какая-либо особая пища (например, молоко).

14. а) Пища должна содержать запас “топлива”, достаточный для выполнения тяжелой работы и поддержания температуры тела, б) Пищу, которая обеспечивает создание запасов гликогена, т.е. легкорасщепляемые углеводы (мед, сушеные фрукты, шоколад, блины и т. п.). в) Белки и жиры, г) Возможно, ионы Na⁺ и К⁺.

15. Млекопитающие, в том числе и человек, не обладают способностью превращать двухуглеродные соединения (ацетил-СоА) в трехуглеродные (пируват), необходимые для глюконеогенеза. Поэтому хотя этанол превращается в ацетил-СоА, последний не может превратиться в глюкозу.

16. 7,2 кг.

17. а) При гидролизе белка в тонком кишечнике образуется смесь аминокислот. Эти аминокислоты можно разделить на две категории: глюкогенные (в процессе катаболизма из их углеродного скелета получается пируват) и кетогенные (при катаболизме из их углеродного скелета образуется ацетил-СоА). Поскольку пируват превращается в ацетил-СоА, использование углеродного скелета всех аминокислот может привести к образованию жирных кислот и, следовательно, к отложению триацилглицеролов. б) Катаболизм аминокислот сопровождается выделением азота в виде мочевины, а также потреблением и выделением больших количеств воды.

Глава 27

1. Одна ДНК содержит 32% А, 32% Т, 18%G и 18% С; другая-17% А, 17% Т, 33% G и 33% С. Из этого следует, что обе ДНК-двухцепочечные. ДНК, содержащая 33% G и 33% С, должна принадлежать термофильной бактерии, поскольку именно такая ДНК более устойчива к нагреванию. Пары оснований G-С обладают тремя водородными связями и потому являются более прочными, чем пары оснований А-Т, у которых только две водородные связи

2. (5')GAATGCATACGGCAT(3 ).

3. 0,94 мг.

4. 372 пары оснований; действительная длина, вероятно, гораздо больше, так как почти все эукариотические гены содержат нитроны, которые могут быть длиннее, чем экзоны; большинство эукариотических генов кодирует также лидирующую, или сигнальную, последовательность своего белкового продукта.

5. 200 000 пар оснований; общая длина ДНК фага Т2 составляет 68 000 нм, тогда как размер головки фага всего 100 нм.

6. Отношение длины ДНК к диаметру составляет 6,8 для нуклеосомы и 10⁶ для ядра.

В ядре ДНК уложена гораздо более компактно.

7. Невероятно, поскольку такой палиндром не имеет максимального числа пар оснований. В хромосоме интактной клетки могут быть участки ДНК, в которых отрицательные заряды фосфатных групп остова ДНК нейтрализуются гистонами, что сделает ДНК более гибкой и позволит ей принять крестообразную структуру.

8. ДНК фага М13 одноцепочечная, поскольку количество А не соответствует количеству Т, а количество G не эквивалентно количеству С.

9. а) Одноцепочечная линейная ДНК, размер которой равен длине разорванной цепи РФІІ, и одноцепочечная кольцевая ДНК, т. е. интактная цепь РФІІ. б) Будут обнаружены три линейные одноцепочечные ДНК. Одна, представляющая собой неразорванную цепь РФІІ, состоит из 5386 оснований; две другие, образовавшиеся из разорванной цепи, будут иметь меньший размер.

10. Если не пометить 5'-конец ДНК, не будет точки отсчета, необходимой для восстановления исходной последовательности оснований.

11. Нет; две цепи двухцепочечной ДНК различаются по нуклеотидному составу (см. рис. 27-12).

12. Экзоны этого гена состоят из 3 х 12 = 576 пар оснований. Оставшиеся 864 нуклеотидные пары входят в состав нитронов и, возможно, в состав лидирующей, или сигнальной, последовательности.

13. Центрифугирование этих двух ДНК в градиенте плотности хлористого цезия покажет, что ДНК Е. coli, у которой содержание G—С-пар выше, будет тяжелее и поэтому достигнет равновесия в более низкой точке градиента, чем ДНК морского ежа (см. табл. 27-3).

14. “Глазки” образовались в результате расплетания участков двухцепочечной ДНК, богатых А—Т-парами. Эти участки менее устойчивы к нагреванию, чем пары G— С. Описанная процедура полезна при определении различий в составе оснований вдоль молекулы двухцепочечной ДНК.

15. На основании того, что гомологичные белки различных видов животных обладают гомологией аминокислотных последовательностей.

б) Это центр осевой симметрии второго порядка, поскольку поворот на 180 вокруг этой точки приводит к той же самой нуклеотидной последовательности оснований. в) Очевидно, эндонуклеаза при рестрикции образовала выступающие концы, которые удерживаются вместе за счет собственной “липкости”. Поэтому ДНК остается в форме кольца, г) Щелочная среда приводит к раскручиванию кольцевой двухцепочечной ДНК и разделению липких концов; в результате образуются две линейные одиночные цепи.

17. Нет; центральная догма молекулярной генетики гласит, что генетическая информация передается от ДНК к РНК и далее от РНК к белку. В РНК-содержащих вирусах генетическая информация также передастся в направлении РНК → белок, хотя и без участия ДНК.

Глава 28

1. Если бы репликация происходила по дисперсивному механизму, то плотность ДНК после первого удвоения соответствовала бы наблюдаемой в опыте и такая ДНК занимала бы промежуточное место между “тяжелой” и “легкой” фракциями. Однако после второго удвоения все молекулы ДНК имели бы одну и ту же плотность и давали бы одну полосу, лежащую посредине между той полосой, что наблюдалась после первого удвоения, и полосой “легкой” ДНК.

2. а) Поскольку остатки тимидина присутствуют в ДНК и отсутствуют в РНК, меченая РНК не мешала проведению эксперимента. б) Гуанозин и аденозин не подходят, поскольку они присутствуют и в ДНК, и во всех РНК. в) Тимидин фосфорилируется с помощью АТР и в несколько стадий превращается в тимидин-5-трифосфат.

3. 400000 оборотов.

4. а) 44 мин. б) Одна возможность состоит в том, что хромосома Е. coli реплицируется четырьмя репликативными вилками из двух точек начала репликации.

5. а) 0,42. б) число пар оснований в нитронах и в лидирующей, или сигнальной, последовательности.

6. а) (5') СТAATGCAACGTTGCAAGCT (3') б)

(5') AGCUUGCAACGUUGCAUUAG (3')

7. а) А-21%, U-21%, G-29%, С - 29%.

б) Он может оказаться таким же, как и в п. а), но не обязательно.

8. Новая ДНК, синтезированная на данной матрице, содержит 32,7% А, 18,5% G, 24,1% С и 24,7% Т. Новая ДНК, полученная на матрице, комплементарной данной, содержит 24,7% А, 24,1% G. 18,5% С и 32,7% Т. Суммарный нуклеотидный состав двух новых ДНК таков: А-28,7%, G-21,3%, С -21,3% и Т-28,7%. Необходимо допустить, что на обеих матричных цепях процесс репликации прошел полностью.

9. РНК транскрибируются только с одной цепи двухцепочечной ДНК.

10. а) Около 2000. б) Фрагменты Оказаки синтезируются ДНК-полимеразой III на матричной ДНК с помощью РНК-затравки. Поскольку фрагменты Оказаки в Е. coli составляют около 2000 оснований, они прочно связаны с матричной цепью за счет комплементарного взаимодействия. Каждый фрагмент быстро присоединяется к отстающей цепи в результате последовательного действия ДНК-полимеразы I и ДНК-лигазы; тем самым обеспечивается правильный порядок фрагментов. Вот почему в ходе нормальной репликации не образуется смеси разных фрагментов Оказаки, находящихся в отделенном от матрицы состоянии.

11. Ведущая цепь

Предшественники: dATP, dGTP dCTP dTTP

Ферменты: ДНК-гираза, хеликаза, ДНК-связывающие белки, ДНК-полимераза III, неорганическая пирофосфатаза Кофакторы: Zn²⁺, Mg²⁺

Отстающая цепь

Предшественники: ATP, GTP, СТР, UTP

dATP, dGTP, dCTP, dTTP

Ферменты: ДНК-гираза, хеликаза, ДНК-связывающие белки, примаза, ДНК-полимераза III, ДНК-полимераза I, ДНК-лигаза, пирофосфатаза

Кофакторы: Zn²⁺, Mg²⁺, NAD⁺

12. а) Во-первых, уотсон-криковское комплементарное взаимодействие оснований; во-вторых, гидрофобная стабилизация уложенных в стопку пар оснований; в-третьих, ферментативный гидролиз пирофосфата, образующегося в ДНК-полимеразной реакции, что гарантирует прохождение реакции на каждом этапе практически до конца; в-четвертых, удаление неправильно встроенных нуклеотидов за счет 3'-экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы III.

б) Поскольку четыре фактора, обеспечивающие точность репликации, действуют и на ведущей, и на отстающей цепи.

считается, что обе цепи синтезируются с одинаковой точностью. Однако, поскольку в образование отстающей цепи вовлечено большее количество отдельных химических реакций, можно ожидать, что именно при ее репликации возникает больше возможностей для появления ошибок.

13. а) Это свойство гарантирует, что чужеродная интактная кольцевая ДНК не сможет реплицироваться (например, в клетках Е. coli), за исключением того случая, когда ее точка начала репликации идентична таковой у Е. coli. б) ДНК-репликаза должна реплицировать хромосому Е. coli, начиная с области, называемой точкой начала репликации и имеющей характерную последовательность оснований.

14. а) Участие NTP в РНК-полимеразной реакции ведет к образованию пирофосфата, который расщепляется далее пирофосфатазой, что сдвигает реакцию в сторону завершения синтеза и обеспечивает высокую точность последнего. В полинуклеотидфосфорилазной реакции участвует NDP, и, таким образом, освобождается фосфат. Поскольку концентрация фосфата в клетках сравнительно высока, вполне вероятно, что полинуклеотидфосфорилаза работает в обратном направлении, т е. разрушает РНК. б) РНК-полимеразе необходимы все четыре NTP и матрица, тогда как полинуклеотидфосфорилаза не требует участия всех четырех NDP и матрицы; это еще раз подтверждает, что ее роль - деградация РНК.

15. Ошибка в одном основании при репликации ДНК, если она не исправлена, приведет к тому, что одна из двух дочерних клеток, а также все ее потомки будут содержать измененную хромосому. Ошибка в одном основании, совершенная РНК-полимеразой, повлечет за собой синтез некоторого количества неправильных копий одного белка. При этом, поскольку пул мРНК в клетке быстро обновляется, большинство молекул этого белка будет нормальным. Потомство такой клетки тоже будет нормальным.

Глава 29

1. a) Gly—Gln—Ser—Leu—Leu—Ile;

6) Leu—Asp—Ala—Pro; в) His—Asp— Ala—Cys—Cys—Туг; г) Met—Asp—Glu у эукариот; fMet—Asp—Glu у прокариот.

2. Поскольку почти всем аминокислотам соответствует несколько кодонов (лейцину, например, шесть), любой данный полипептид может кодироваться большим числом различных нуклеотидных последовательностей.

3. UUAAUGUAU, UUGAUGUAU, CUUAUGUAU, CUCAUGUAU, CUAAU- GUAU, CUGAUGUAU, UUAAUGUAC, UUGAUGUAC, CUUAUGUAC, CUCAU- GUAC, CUAAUGUAC, CUGAUGUAC.

4. а) (5) CGACGGCGCGAAGUCAGGG- GUGUIJAAG (3').

б) Arg—Arg—Arg—Glu—Val—Arg - Gly—Val—Lys.

в) Нет, так как комплементарные антипараллельные цепи в двухцепочечной ДНК имеют разные последовательности оснований в направлении 5→3'. РНК транскрибируется только с одной определенной цепи двухцепочечной ДНК. Поэтому РНК-полимераза должна узнавать нужную цепь и связываться с ней.

5. Для метионина существуют fMet две тРНК: одна - инициирующая тРНК^fMet, а другая - гРНК^Меt, которая может переносить метионин во внутренние положения полипептида, С помощью метиониновой аминоацил-тРНК-синтетазы тРНК^fMet взаимодействует с метионином, образуя метионил-тРНКf^Меt. Затем аминогруппа этого метионина формилируется с помощью N₁₀-формилтетрагидрофолата с образованием N-формилметионил-тРНКfMet. Свободный метионин или метионил-тРНК^Met формилироваться не могут. С инициирующим кодоном AUG на мРНК может связываться только N-формилметионил-тРНК^fMet. поскольку она узнает особый инициирующий сигнал. Этот сигнал представляет собой область, состоящую из шести или больше остатков А и G, расположенных перед AUG. Метионил-тРНК^Меt не умеет распознавать этот сигнал. AUG во внутренних положениях мРНК может связывать только метионил-тРНК.

6. Следует добавить полинуклеотидфосфорилазу к смеси UDP и CDP, в которой UDP содержится, скажем, в пять раз больше, чем CDP. В результате получится РНК-подобный полимер, в котором будет много триплетов UUU (кодирующих Phe) и небольшое количество UUC (Phe), UCU (Ser) и CUU (Leu), а также (но в гораздо меньших количествах) UCC (тоже Ser), CCU (Pro) и CUC (Leu).

7. По меньшей мере 583 высокоэнергетические фосфатные группы; может быть и больше в зависимости от количества ошибок, выявленных и исправленных аминоацил-тРНК-синтетазами. На исправление каждой ошибки затрачиваются две высокоэнергетические фосфатные группы.

8. Чтобы синтезировать из аминокислот белок, эукариотическая клетка должна осуществить синтез как минимум 20 активирующих ферментов, 70 рибосомных белков, 4 рибосомных РНК, не менее 20 тРНК и не менее 10 вспомогательных ферментов. В то же время для синтeза а(1→4)-цепи гликогена из глюкозы необходимо всего 4—5 ферментов

9. Глициновые кодоны Узнаются антикодонами

а) Ha 5'-конце и в середине антикодона.

б) “Качающиеся” пары оснований будут образовывать со своими кодонами антикодоны (5')GCC, ICC и UCC. в) В парах, в образовании которых принимают участие антикодоны (5')ACG, GCC, UCC и CCC. г) Наименее вероятно использование пар, в которых участвуют антикодоны, указанные в п. в), поскольку тРНК, содержащие эти антикодоны, из-за прочного связывания всех трех антикодоновых оснований будут освобождаться из комплекса с более низкой скоростью, чем другие тРНК для Gly.

10. Она вызовет сдвиг рамки при трансляции, начиная с места прикрепления этой необычной аминоацил-тРНК.

11. (а), (в), (д) и (ж); замены (б), (г) и (е) не могут быть результатом изменения в одном основании; для (б) и (е) требуется замена двух оснований, а для (г) необходимо заменить все три основания.

12. В ДНК два кодона для Glu (5')ТТС и (5')СТС и четыре кодона для Val-(5')TAC, (5')САС, (5')ААС и (5')GAC. Замена аминокислоты в гемоглобине серповидных эритроцитов может быть обусловлена изменением одного основания: (5')ТТС(Glu) → (5')ТАС (Val) или (5')CTC(Glu) → (5')САС (Val). Гораздо менее вероятны изменения двух оснований; (5')ТТС → (5')САС, (5')ААС и (5')GAC или (5')СТС → (5')ТАС, (5')ААС и (5')GAC.

Глава 30

1. а) Повреждение должно быть исправлено ДНК-полимеразой I, которая действует только в направлении 5'→3'. б) мРНК состоит из одной цепи, т. е. в ней отсутствует матричная цепь, необходимая для корректировки. в) Двухцепочечные разрывы, обусловленные действием рентгеновских лучей, восстановить нельзя, так как маловероятно, чтобы разорванные концы соединились нужным образом.

2. 1) Никаких изменений, если в результате мутации получился другой кодон для той же аминокислоты; 2) никаких изменений, если мутация произошла в функционально незначимой области внутри интрона. 3) замена аминокислоты, которая приведет к синтезу улучшенного, неизмененного, менее активного или неактивного белка; 4) укорочение белка в результате мутации, превратившей значащий кодон в терминирующий, или удлинение белка за счет мутации, превратившей терминирующий сигнал в кодон для аминокислоты.

3. Получатся следующие продукты (указаны липкие концы, возникшие при расщеплении под действием Eco RІ):

4. UAA вызовет терминацию синтеза полипептида только в положении 334-336 прокариотической мРНК. В положениях 330-332 и 338-340 UAA не приведет к терминации, поскольку он будет находиться вне правильной рамки считывания. В эукариотической мРНК терминация произойдет в положении 334-336, если перед UAA нет вставочных последовательностей. Если же UAA находится внутри вставочной последовательности, то он, вероятно, не окажет никакого влияния. Если UAA находится в экзоне (но не в первом экзоне), то влияние UAA на белковый продукт будет зависеть от того, сколько нуклеотидов удалено с предыдущими нитронами.

5. а) Это одно- или двухцепочечное кольцо.

б) Это двухцепочечное кольцо, ибо Eco RІ не расщепила бы одноцепочечную ДНК.

в) А = 1,3∙106; Б = 0,8∙106; В = 0,7∙106; Г = 0,6∙10⁶, г) Фрагменты В и Г расположены рядом. Из п. в) мы знаем, что фрагменты Б и Г находятся рядом, д) Сайт рестрикции на границе между фрагментами А и Б поврежден.

6. Возможно, экзоны кодируют функциональные домены белков. Определенный экзон, кодирующий один домен данного белка, может объединиться с экзоном, отвечающим за синтез какого-то домена другого белка; при этом возникнет ген, кодирующий новый белок, содержащий домены двух предшествующих.

7. а) 5 мг/л; б) 10⁵ молекул; в) 0,5 г.

8. а) Необходимо расщепить две ДНК рестриктирующей эндонуклеазой, смешать и прогреть их, чтобы инактивировать эндонуклеазу, и разделить липкие концы в точках расщепления. Дать смеси остыть, с тем чтобы образовались нековалентные рекомбинанты, после чего сшить их ковалентно с помощью ДНК-лигазы. б) Кроме требуемого кольцевого дуплекса, в котором объединены исходные кольцевые ДНК, образуются побочные продукты: исходные кольцевые ДНК (малая и большая) и две другие кольцевые ДНК, одна из которых является результатом рекомбинации двух больших ДНК, а другая - результатом рекомбинации двух малых ДНК. Кроме того, в смеси будут присутствовать линейные рекомбинанты, образованные двумя большими ДНК, двумя малыми ДНК, а также два типа рекомбинантов, состоящих из малой и большой ДНК, которые соедийены в двух разных сочетаниях.