Ответы на Коллоквиум по Биохимии № 2 (новый тип)

1 Вариант

1. В парафолликулярных клетках щитовидной железы в ходе транскрипции гена кальцитонина и последующих ковалентных модификаций образуется мРНК, участвующая в синтезе гормона кальцитонина. В головном мозге из того же первичного транскрипта после посттранскрипционных модификаций формируется мРНК, участвующая в синтезе белка, ответственного за вкусовое восприятие. Каким образом из одного и того же первичного транскрипта возможно образование разных «зрелых» мРНК? Для ответа на вопрос:

а) Изобразите схему синтеза и «созревание» мРНК в ходе ковалентных модификаций.

б) Объясните, почему в разных тканях первичный транскрипт может превращаться в мРНК, содержащие информацию о белках, имеющих в полипептидной цепи гомологичные участки.

1. а) б) Причина в альтернативном сплайсинге. То есть,

из одного и того же первичного транскрипта можно по-разному вырезать интроны. Результат такого альтернативного сплайсинга – несколько зрелых мРНК, имеющих гомологичные участки, но и негомологичные тоже. То же касается и белков, которые будут образовываться на этих мРНК. Они будут содержать похожие участки с одинаковыми аминокислотными последовательностями, а также участки, не совпадающие, негомологичные. Альтернативный сплайсинг описан для большого числа транскрибируемых генов.

2. На рисунке показана схема синтеза β-цепи Hb на стадии включения 6-ой аминокислоты в растущую полипептидную цепь.

а) Обозначьте 5΄ и 3΄-концы мРНК.

б) Составьте схему включения 6-ой аминокислоты в пептидил тРНК, назовите стадии этого процесса.

в) Вспомните, в структуре какого Hb β-цепь имеет такую первичную структуру.

г) Укажите, как изменяется стабильность такого Hb и его сродство к O₂.

2. а) и б)

в) В структуре HbS. Заболевание – серповидноклеточная анемия.

г) Стабильность снижается. Сродство к кислороду снижается.

3. Действие стероидного гормона кортизола на печень приводит к увеличению количества ключевых ферментов, участвующих в синтезе глюкозы. Какой матричный процесс кортизол индуцирует первично? Отвечая на поставленный вопрос:

а) Изобразите схему и напишите суммарное уравнение этого процесса.

3. а)

Р ис. Действие лиганда-индуктора транскрипции на клетку млекопитающих.

Лиганд-индуктор, например, стероидный гормон, связывается с внутриклеточным рецептором, находящимся в ядре или цитоплазме, и поступает в ядро. Комплекс гормон- рецептор присоединяется к определённому участку на молекуле ДНК и активирует транскрипцию гена. Образуется матрица для синтеза белка, обеспечивающего определённый клеточный ответ.

Таким образом, активируемый процесс – транскрипция.

И вот его суммарное уравнение:

kATP + lUTP + mGTP + nCTP = (при участии ДНК) = РНК + (k+l+m+n)H₄P₂O

4. Одна из форм сахарного диабета II типа обусловлена мутациями в гене рецептора инсулина. Каким современным методом молекулярной диагностики можно выявить гетерозиготных носителей неправильного гена? Перечислите компоненты реакционной смеси и опишите процесс, который даёт возможность получить продукт, изучение структуры которого позволяет установить мутацию.

4. Чтобы узнать, имеется ли мутация в гене, необходимо установить его первичную структуру, то есть первичную структуру ДНК в области этого гена. Для этого необходимо сначала получить большое число копий этого фрагмента, большое количество материала, чтобы было удобно работать с ним. Это достигается с помощью полимеразной цепной реакции. Один цикл полимеризации включает 3 этапа:

1. Плавление. На этой стадии реакционную смесь нагревают до температуры 90—97 "С. Иссле­дуемая двуцепочечная ДНК денатурирует и переходит в однонитевую форму.

2. Гибридизация или отжиг ДНК с праймерами. В результате снижения температуры до 50—60 °С происходит комплементарное связывание праймеров с цепями матричной ДНК и обра­зование двухцепочечного участка на каждой из нитей ДНК;

3. Элонгация - удлинение нитей ДНК, комплемен­тарных матричной ДНК, катализирует Taq-полимераза в направлении от 5'- к 3'-концу. Затем снова наступает этап плавления, когда за счёт повышения температуры синтез ДНК пре­кращается, и двунитевой участок между матрич­ными и вновь синтезированными молекулами ДНК денатурирует. Во втором и последующих циклах праймеры гибридизируются с исходной матричной ДНК и с вновь синтезированными мо­лекулами ДНК, количество которых нарастает в геометрической прогрессии. В последнем случае синтез ДНК заканчивается не из-за изменения температурного режима, а по достижении ДНК-полимеразой границы амплифицированного уча­стка, что определяет строго определённый раз­мер продукта с точностью до одного нуклеотида.

Саму мутацию можно определить с помощью аллельспецифических проб. Синтезируются 2 коротких ³²Р-олигодезоксинуклеотида, один из которых содержит ДНК-последовательность, включающую мута­цию, а другой не изменен. С помощью этих аллельспецифических проб ДНК пациентов прове­ряют на носительство исследуемой мутации. Для этого область гена, содержащую интересующий нас участок, амплифицируют с помощью ПЦР. Образцы наносят на узкие полоски нитроцеллю­лозы и обрабатывают мечеными олигонуклеотидами, содержащими нормальную или мутантную последовательность. Радиоавтографически оце­нивают, с какой из проб преимущественно связы­вается ДНК пациента.