Репликация днк полимераза рибонуклеотиды транскрипция рнк полимераза решу егэ

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 106    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 | 101–106

Добавить в вариант

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Всего: 106    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 | 101–106

На данном занятии мы пройдем вопросы по теме «ДНК» из разных сборников по подготовке к ЕГЭ по Биологии 2022 года.

Задание 1:
Все перечисленные понятия, кроме двух, можно использовать для характеристики молекулы ДНК. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны
1) репликация;
2) урацил;
3) триплет;
4) трансляция;
5) тимин.

Установите последовательность этапов репликации молекулы ДНК. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) разрыв водородных связей;
2) ДНК-полимераза по отстающей цепив направлении 3′ → 5′ копирует отдельные фрагменты по мере раскручивания молекулы ДНК;
3) образуются две цепи ДНК, каждая из которых состоит из «материнской» и «дочерней» цепи;
4) фермент хеликаза раскручивает двойную спираль ДНК;
5) ДНК — полимераза по лидирующей цепи в направлении 3′ → 5′ и по принципу комплементарности присоединяет соответствующие нуклеотиды;
6) фермент лигаза сшивает отдельные фрагменты.

Задание 3:
Найдите ошибки в приведенном тексте «ДНК». Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. Дайте правильную формулировку.
(1)Информация о последовательности аминокислот, составляющих первичную структуру белка, заключена в ДНК. (2)ДНК находится в цитоплазме клеток. (3)Молекула ДНК состоит из мономеров – аминокислот. (4)Каждый мономер содержит остаток фосфорной кислоты, сахар – дезоксирибозу и одно из четырех азотистых оснований. (5)Молекула ДНК состоит из двух закрученных цепей. (6)Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. (7)Напротив аденина одной цепи всегда располагается урацил другой цепи, напротив гуанина – цитозин.

Задание 4:
Найдите ошибки в приведенном тексте «ДНК». Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их. Дайте правильную формулировку.
(1)Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей. (2)При этом аденин образует три водородные связи с тимином, а гуанин – две водородные связи с цитозином. (3)Молекулы ДНК прокариот линейные, и эукариот – кольцевые. (4)Функции ДНК – это хранение и передача наследственной информации. (5)Молекула ДНК, в отличие отмолекулы РНК, не способна к репликации.

Задание 5:
Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
Выберите особенности строения молекулы ДНК.
1) одноцепочечная молекула;
2) содержит урациловый нуклеотид;
3) двуцепочечная молекула;
4) спиралевидная молекула;
5) содержит рибозу;
6) цепи удерживаются водородными связями.

Решение:
ДНК – это двуцепочечная молекула, имеющая вид спирали, в которой находятся 4 вида нуклеотидов – аденин, тимин, гуанин, цитозин, которые удерживаются по принципу комплементарности благодаря водородным связям.
Подходят пункты 3,4,6.

Задание 6:
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания молекулы ДНК. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) состоит из двух цепей, образующих спираль;
2) содержит нуклеотиды АТГЦ;
3) в состав входит сахар рибоза;
4) реплицируется;
5) участвует в процессе трансляции.

Решение:
В данном вопросе нас просят найти два признака, которые НЕ соответствуют ДНК:
Во первых, это наличие рибозы(это пятиуглеродный сахар входит в состав РНК);
Во вторых, это участие в процессе трансляции(это сборка полипептидной цепи на рибосоме).
Ответ: 35

Задание 7:
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
Модель молекулы ДНК построили
1) Эрвин Чаргафф;
2) Розалинда Франклин;
3) Джеймс Уотсон;
4) Морис Уилкинс;
5) Френсис Крик.

Решение:
В Королевском колледже(Лондон) Розалинд Франклин и Морис Уилкинс изучали ДНК. Уилкинс и Франклин использовали дифракцию рентгеновских лучей в качестве основного инструмента — пуская рентгеновские лучи через молекулу, они получали теневую картину структуры молекулы по тому, как рентгеновские лучи отражались от ее составных частей.
6 мая 1952 года Розалинд Франклин сфотографировала свою пятьдесят первую рентгеновскую дифракционную картину дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК.

А 28 февраля 1953 года ученые Кембриджского университета Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик объявили, что они определили двухспиральную структуру ДНК, молекулы, содержащей человеческие гены.
Эрвин Чаргафф – это американский биохимик, который первым доказал, что количество адениновых остатков ДНК равно количеству тиминовых остатков, а гуаниновых – числу цитозиновых(правило Чаргаффа), а также первым начал изучать денатурацию ДНК.
Ответ 35.

Задание 8:
Какие особенности строения ДНК подтверждают гипотезу о том, что ДНК хранит и передает наследственную информацию?

Решение:
Данное задание предусматривает объяснение способности ДНК к хранению и передаче наследственной информации, и ответ должен выглядеть так:
1) ДНК построена по принципу двойной спирали в соответствии с принципом комплементарности и состоит из структурных элементов – нуклеотидов;
2) Способность ДНК к репликации(самовоспроизведению) подтверждает гипотезу о том, что именно она передает наследственную информацию.

Задание 9:
Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены, объясните их.
(1)Молекула ДНК состоит из мономеров – нуклеотидов. (2)Каждый нуклеотид ДНК состоит из азотистого основания, углевода рибозы и остатка фосфорной кислоты. (3)Нуклеотиды двух цепей ДНК связаны нековалентными водородными связями по правилу комплементарности. (4)Четыре нуклеотида в цепи молекулы ДНК кодируют одну аминокислоту в молекуле белка, информация о строении которого заложена в гене. (5)ДНК контролирует синтез иРНК на одной из своих цепей. (6)Процесс синтеза иРНК на матрице ДНК называют трансляцией.

Решение:
Ошибки допущены в следующих предложениях:
2 – Каждый нуклеотид ДНК состоит из азотистого основания, углевода ДЕЗОКСИРИБОЗЫ и остатка фосфорной кислоты;
4 – ТРИ нуклеотида в цепи молекулы ДНК кодируют одну аминокислоту в молекуле белка, информация о строении которого заложена в гене;
6 – Процесс синтеза иРНК на матрице ДНК называют ТРАНСКРИПЦИЕЙ.

Задание 10:
Хромосомный набор соматических клеток редиса равен 18. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в клетках кончика корня в метафазе и конце телофазы митоза. Ответ поясните. Какие процессы происходят с хромосомами в эти фазы?

Решение:
Для выполнения данного типового вопроса необходимо вспомнить тему «Митотическое деление клетки(Митоз)».
В условии указано, что хромосомный набор соматических клеток редиса равен 18.
Соматические клетки – это диплоидные клетки, которые делятся с помощью митоза(непрямое деление клетки).
Чтобы правильно оформить ответ на этот вопрос, который входит в состав второй части ЕГЭ по Биологии, его нужно расписать по пунктам:
1) в метафазе митоза число Х(хромосом) – 18.
Пояснение: в интерфазе митоза(S — фаза) происходит удвоение числа ДНК(НЕ хромосом!), и в метафазе это количество не изменяется.
2) в метафазе митоза число молекул ДНК – 36.
Пояснение: Как было указано выше, в синтетической фазе интерфазы произошло удвоение количества ДНК в два раза, то есть 18 * 2 = 36.
3) в метафазе хромосомы двухроматидные(состоят из двух молекул ДНК).
Пояснение: Это логично, так как произошло удвоение молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты.
4) в метафазе гомологичные хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку.
Пояснение:
Этот пункт необходимо расписать, так как общие явления для той или иной фазы являются важными аспектами ответа и повышают общий балл.
5) в конце телофазы в каждой клетке число хромосом – 18.
Пояснение:
Телофаза – это последняя фаза митоза, в которой происходит полное разделение одной материнской клетки на две дочерние. В итоге, каждая клетка должна получить такое число хромосом, что и та, из которой они образовались.

Задание 11:
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания молекулы ДНК. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) обычно содержат рибозу;
2) в состав входят аденин, тимин, гуанин и цитозин;
3) у эукариот находится в ядре;
4) как правило, представлена одноцепочечными фрагментами;
5) удваивается перед делением клетки.

Решение:
Как ты уже знаешь, дезоксирибонуклеиновая кислота – это полимер, содержащий в своем составе сахар дезоксирибозу, имеет 4 нуклеотида АТГЦ и является двухцепочечной молекулой.
В данном вопросе НЕ подходят варианты ответов 14.

Задание 12:
Лекарственный препарат рекомендуется применять при инфекционно – воспалительных процессах, вызванных патогенными бактериями. Препарат блокирует действие специфического белка – фермента ДНК-гиразы и репликацию бактериальной ДНК. Что происходит с клетками бактерий в результате приёма данного препарата? Почему он не действует на клетки организма человека таким же образом? Ответ поясните.

Решение:
Это вопрос из второй части ЕГЭ, оформляется по вопросам, которых, как правило, два в такого рода заданиях.
1) прекращение деления бактерий(бактериальных клеток);
2) препарат не может воздействовать на клетки нашего организма, так как содержат специфический белок — фермент, характерный только для бактерий, а значит, данный препарат не является токсичным для человека.

Задание 13:
Выберите два верных ответа из пяти запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
Собственную ДНК содержат
1) вакуоли;
2) рибосомы;
3) хлоропласты;
4) ЭПС;
5) митохондрии.

Решение:
В эукариотических клетках есть два органоида, которые имеют собственный наследственный материал в виде кольцевой молекулы ДНК, что положило начало теории симбиогенеза – это митохондрии и хлоропласты.
Ответ 35.

Задание 14:
Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания изображенной на рисунке структуры. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1) входит в состав хромосом;
2) две полинуклеотидные цепочки, спирально закрученные одна относительно другой;
3) обеспечивает транспорт аминокислот к месту сборки белка;
4) нуклеотиды между собой соединяются с помощью пептидных связей;
5) полинуклеотидные цепи удерживаются за счет водородных связей.

Решение:
На рисунке изображена спиральная двухцепочечная молекула ДНК. Ее основные характеристики:
— входит в состав хромосом;
— две полинуклеотидные цепочки, спирально закрученные одна относительно другой;
— полинуклеотидные цепи удерживаются за счет водородных связей.
Соответственно, пункты 3 и 4 не подходят.
Ответ: 34

Задание 15:
Какую структуру будет иметь мРНК, синтезируемая на фрагменте молекулы ДНК следующей структуры: ТААГЦГАТТ? В ответе запишите соответствующую последовательность букв.

Решение:
Справиться с этим заданием можно, зная правило Чаргаффа, которое гласит, что
А = Т, а Г ≡ Ц.
Однако, на забываем, что в молекуле РНК нет Тимина, вместо него комплементарным нуклеотидом Аденину будет Урацил.
Дана цепь: ТААГЦГАТТ, теперь находим комплементарную ей цепь матричной или информационной РНК: АУУЦГЦУАА.

Задание 16:
Фрагмент молекулы ДНК кодирует 36 аминокислот. Сколько нуклеотидов содержит этот фрагмент молекулы ДНК? В ответе запишите соответствующее число.

Решение:
Для начала проясним – фрагмент, который кодирует 1 аминокислоту это триплет или кодон. Кодон состоит из трех нуклеотидов. В условии задачи сказано, что у нас есть 36 аминокислот, значит, по правилу 1 кодон – 3 нуклеотида – 1 аминокислота, можем решить эту задачу так: 36 * 3 = 108.
Ответ: 108

Задание 17:
Сколько нуклеотидов с цитозином содержит молекула ДНК, если количество нуклеотидов с тимином 120, что составляет 15% от общего числа? В ответе запишите соответствующее число.

Решение:
По правилу Чаргаффа, А = Т, Г ≡ Ц; в условии задачи сказано, что нуклеотидов с тимином 120, значит, нуклеотидов с аденином также 120. Учитывая, что в процентном соотношении сумма АТ = 30%(15% + 15%), значит, на ГЦ приходится остальные 70%, которые мы делим на 2, получаем 35% на каждое количество нуклеотидов пары гуанин-цитозин.
Чтобы узнать, сколько нуклеотидов с цитозином содержит данная молекула ДНК, нужно составить пропорцию:
120 Тимин —— 15%
х Цитозин —— 35%, х = 280.
Ответ: 280.

Задание 18:
Какие функции выполняет ДНК?
1) переносит генетическую информацию от хромосом к месту синтеза белка;
2) хранит наследственную информацию в виде последовательности нуклеотидов;
3) является матрицей для синтеза иРНК;
4) участвует в синтезе белка;
5) транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка;
6) передает наследственную информацию из поколения в поколение.

Решение:
Дезоксирибонуклеиновая кислота в соответствии с условием задания выполняет функции:
2 — хранит наследственную информацию в виде последовательности нуклеотидов;
3 — является матрицей для синтеза иРНК;
6 — передает наследственную информацию из поколения в поколение.

Задание 19:
Установите соответствие между молекулами и их особенностями.
ОСОБЕННОСТИ:
А) две спирально закрученные цепи;
Б) одноцепочечный полимер;
В) функции: структурная, транспортная;
Г) функции: хранение и передача наследственной информации;
Д) способна к редупликации;
Е) не способна к самоудвоению.

МОЛЕКУЛЫ:
1) ДНК;
2) РНК.

Решение:
Для ДНК в этом задании характерны следующие пункты:
А) две спирально закрученные цепи;
Г) функции: хранение и передача наследственной информации;
Д) способна к редупликации.
Для РНК характерны следующие особенности:
Б) одноцепочечный полимер;
В) функции: структурная, транспортная;
Е) не способна к самоудвоению.

Задание 20:
Установите соответствие между молекулами и их особенностями.
ОСОБЕННОСТИ:
А) полимер, состоящий из аминокислот;
Б) полимер, состоящий из нуклеотидов, которые содержат азотистые основания – аденин, тимин, гуанин, цитозин;
В) полимер, состоящий из нуклеотидов, которые содержат азотистые основания – аденин, урацил, гуанин, цитозин;
Г) в состав входит пентоза – рибоза;
Д) мономеры соединены ковалентными пептидными связями;
Е) характеризуется первичной, вторичной, третичной структурами.

МОЛЕКУЛЫ:
1) ДНК;
2) РНК;
3) белок.

Решение:
Это вопрос предусматривает сопоставление разных биологических полимеров в соответствии с пунктами задания:
— полимер, состоящий из аминокислот – это белок;
— полимер, состоящий из нуклеотидов, которые содержат азотистые основания(АТГЦ) – это характерно для ДНК;
— полимер, состоящий из нуклеотидов, которые содержат азотистые(АУГЦ) – это РНК;
— состав входит пентоза – рибоза – РНК;
— мономеры соединены ковалентными пептидными связями – ДНК;
— характеризуется первичной, вторичной, третичной структурами – белок.

Задание 21:
Установите последовательность процессов, происходящих при дупликации ДНК.
1) отделение одной цепи ДНК от другой;
2) присоединение комплементарных нуклеотидов к каждой цепи ДНК;
3) образование двух молекул ДНК;
4) раскручивание молекулы ДНК;
5) воздействие фермента на молекулу ДНК.

Решение:
Дупликация ДНК – это уникальный процесс, результатом которого является удвоение молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты.
Все начинается с воздействия фермента на молекулу ДНК → далее происходит раскручивание двухцепочечной молекулы ДНК → отделение одной цепи от другой → как следствие, образование двух молекул ДНК → и в конце процесса происходит присоединение комплементарных нуклеотидов к каждой цепи ДНК.
Ответ: 54132

Задание 22:
Почему не все изменения последовательности нуклеотидов ДНК приводят к возникновению мутаций? Ответ поясните.

Решение:
Данный вопрос относится ко второй части ЕГЭ по Биологии, и предусматривает оформление по пунктам с пояснением вопроса.
Действительно, в молекуле ДНК могут возникать мутации, однако, они не всегда способны оказать негативное влияние на целый организм по причине свойств генетического кода, а именно – вырожденности(избыточности) и эффекту репарации. Эти два критерия и нужно расписать.
1) За счет вырожденности генетического кода(1 аминокислоте соответствует не один кодон, а несколько) происходить усиление надежности хранения и передачи наследственной информации(изменение нуклеотидной последовательности в триплете может не привести к изменению структуры гена).
2) Для ДНК характерно явление репарации – это исправление ошибок в последовательности нуклеотидов ДНК.

Задание 23:
Найдите три ошибки в тексте «Нуклеиновые кислоты». Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.
(1)Нуклеиновые кислоты являются разветвленными полимерами. (2)Мономерами нуклеиновых кислот являются триплеты. (3)Дж. Уотсон и Ф. Крик создали модель структуры молекулы ДНК. (4)В клетках содержатся нуклеиновые кислоты двух видов: ДНК и РНК. (5)Нуклеиновые кислоты способны к редупликации. (6)ДНК – хранитель наследственной информации, РНК принимает участие в синтезе белка.

Решение:
Для правильного выполнения этого задания нужно вспомнить, что из себя представляют нуклеиновые кислоты.
НК – это биологические полимеры, которые выполняют множество функций, среди которых хранение и передача наследственной информации, участие в биосинтезе белка.
Предложения, в которых допущены ошибки:
1 – Нуклеиновые кислоты являются ЛИНЕЙНЫМИ полимерами;
2 – Мономерами НК являются НУКЛЕОТИДЫ;
5 – Способностью к редупликации обладает только ДНК.

На сегодня все!

59 вопросов.

mb-test.doc
mb-test.pdf

1. Молекулярная биология изучает:

А протекание биологических процессов на молекулярном уровне;
Б строение клетки;
В морфологическое и физиологическое многообразие бактерий и вирусов.

2. Функции мембран:

А регуляция обмена между клеткой и средой, разделительная функция, рецепторная;
Б транспортная функция, электрическая;
В верны оба варианта ответа.

3. Общая формула аминокислот:

4. Аминокислоты могут проявлять свойства:

А кислот;
Б оснований;
В верны оба варианта ответа.

5. Окончание полипептида, содержащее аминогруппу, называется:

А С – конец;
Б N – конец:
В пептидная связь.

6. Мономерами белков являются:

А нуклеотиды;
Б нуклеосомы;
В аминокислоты.

7. Нуклеотид – это мономер

А белков;
Б нуклеиновых кислот;
В жиров.

8. Простые белки состоят:

А только из нуклеотидов;
Б только из аминокислот;
В из аминокислот и небелковых соединений.

9. Белки, которые растворяются и в воде и в растворе солей, называются:

А альбумины;
Б глобулины;
В фибриллярные белки.

10. В строении белков различают:

А два уровня организации молекулы;
Б три уровня организации молекулы ;
В четыре уровня организации молекулы.

11. Полипептид образуется путем:

А взаимодействия аминогрупп двух соседних аминокислот;
Б взаимодействия аминогруппы одной аминокислоты и карбоксильной группы другой аминокислоты;
В взаимодействия карбоксильных групп двух соседних аминокислот.

12. Степень спирализации белка характеризует:

А первичную структуру белка;
Б вторичную структуру белка;
В третичную структуру белка;

13. Четвертичная структура белка характерна для:

А олигомерных белков;
Б фибриллярных белков;
В глобулярных белков.

14. Белки актин и миозин выполняют функцию:

А транспортную;
Б защитную;
В сократительную.

15. ДНК содержит:

А рибозу, остаток фосфорной кислоты, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин;
Б дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин;
В дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, урацил.

16. Генетический код был открыт:

А Гамовым
Б Гриффитом
В Очоа

17. Специфичность генетического кода состоит в:

А кодировании аминокислот более чем двумя различными триплетами;
Б кодировании каждым триплетом только одной аминокислоты;
В наличии единого кода для всех живущих на земле существ.

18. Вырожденность генетического кода – это:

А кодирование одним триплетом только одной аминокислоты;
Б кодирование одним триплетом одной либо нескольких аминокислот;
В кодирование одной аминокислоты несколькими триплетами.

19. Универсальность генетического кода – это:

А наличие единого кода для всех существ на Земле;
Б кодирование одним триплетом одной либо нескольких аминокислот;
В кодирование одной аминокислоты несколькими триплетами.

20. Возможных триплетов:

А 64;
Б 28;
В 72,

21. Основания, расположенные комплементарно друг другу:

А А – Т; Г – Ц;
Б А – Ц; Г – Т;
В А – Г; Ц – Т.

22. К первичной структурной организации ДНК относится:

А трехмерная спираль;
Б две комплементарные друг другу антипараллельные полинуклеотидные цепи;
В полинуклеотидная цепь.

23. Вторичная структура ДНК была открыта:

А Натансом и Смитом
Б Уотсоном и Криком
В Эвери, Мак-Леодом и Мак-Карти

24. Сколько уровней организации имеет хроматин:

А три;
Б два;
В четыре.

25. Последовательность организации хроматина в третичной структуре ДНК следующая:

А петли-нуклеосома-соленоид;
Б нуклеосома-соленоид-петли;
В соленоид-петли-нуклеосома.

26. Участок, разделяющий две нуклеосомы, называют:

А соленоид;
Б линкер;
В гистон.

27. РНК в ядре сосредоточено в:

А ядерной оболочке;
Б ядрышке;
В нуклеоплазме.

28. Информация о строении белка передается в цитоплазму:

А матричной РНК;
Б транспортной РНК;
В рибосомной РНК.

29. С рибосомой взаимодействует петля транспортной РНК:

А Дигидроуридиловая
Б Псевдоуридиловая
В Дополнительная

30. Процессинг – это:

А Синтез РНК;
Б Созревание РНК;
В Созревание ДНК.

31. Репликация – это:

А копирование ДНК с образованием 2-х идентичных дочерних молекул;
Б процесс переписывания информации с ДНК на РНК;
В процесс синтеза белка.

32. В репликации ДНК участвует совокупность ферментов и белков. которые образуют:

А репликазу;
Б рестриктазу;
В реплисому.

33. Основной фермент репликации:

А ДНК-полимераза;
Б геликаза;
В лигаза.

34. Начало репликации связано с образованием:

А репликационной вилки и глазка;
Б праймеров;
В фрагментов ДНК на ведущей и отстающей цепи.

35. За расплетение молекулы ДНК ответственен фермент:

А ДНК – полимераза;
Б лигаза;
В геликаза.

36. Механизм репликации ДНК является:

А полуконсервативным;
Б консервативным;
В неконсервативным.

37. Для осуществления процесса репликации в нуклеоплазме необходимо наличие:

А нуклеозидмонофосфатов;
Б нуклеозиддифосфатов;
В нуклеозидтрифосфатов.

38. Синтез дочерних цепей ДНК осуществляется:

А от 5 / конца к 3 / концу;
Б от 3 / конца к 5 / концу;
В на ведущей и отстающей цепях направление синтеза противоположно.

39. Фрагмент Оказаки – это:

А короткий участок отстающей цепи ДНК;
Б длинный участок ведущей цепи ДНК;
В участок материнской цепи ДНК.

40. Репликация ДНК у эукариот протекает:

А быстрее, чем у прокариот;
Б медленнее, чем у прокариот;
В с такой же скоростью, как у прокариот.

41. Транскрипция – это:

А Процесс самокопирования ДНК с образованием двух идентичных дочерних молекул;
Б Процесс переписывания информации, содержащейся в РНК, в форме ДНК.
В Процесс переписывания информации, содержащейся в ДНК, в форме РНК.

42. Основной фермент транскрипции:

А ДНК-полимераза;
Б РНК-полимераза;
В рестриктаза.

43. Сходство процессов репликации и транскрипции заключается в том, что:

А синтез дочерних молекул осуществляется в направлении 5′ → 3′;
Б движущая сила – гидролиз пирофосфата;
В верны оба варианта ответа.

44. Отличие процессов репликации и транскрипции:

А при репликации материнская молекула ДНК разрушается, а при транскрипции – сохраняется;
Б для функционирования основного фермента репликации необходимы ионы Mg2+, а транскрипции – Fe2+;
В в активном центре полимеразы транскрипции находятся ионы Zn, а репликации – Li.

45. В процессе транскрипции участвует:

А только одна из двух цепей материнской молекулы ДНК – смысловая;
Б только одна из двух цепей материнской молекулы ДНК – антисмысловая;
В любая из двух цепей материнской молекулы ДНК.

46. Участок ДНК, с которым связывается РНК-полимераза, называется:

А промотор;
Б терминатор;
В транскриптон.

47. В закрытом комплексе РНК-полимеразы и материнской цепи ДНК:

А цепь ДНК расплетена;
Б цепь ДНК не расплетена;
В цепь ДНК разрушена.

48. Кодон инициации – участок цепи, определяющий:

А конец синтеза мРНК;
Б начало транскрипции РНК;
В последовательность нуклеотидов в РНК.

49. Терминация осуществляется в результате:

А замедления движения РНК-полимеразы;
Б ускорения движения РНК-полимеразы;
В сплетения цепей материнской молекулы ДНК.

50. В результате транскрипции образуется:

А только матричная РНК;
Б только транспортная РНК;
В все типы РНК клетки.

51. Синтез белка обозначают термином:

А репликация;
Б транскрипция;
В трансляция;

52. Основной фермент трансляции:

А ДНК-полимераза;
Б аминоацил-тРНК-синтетаза;
В лигаза.

53. При активации аминокислота:

А присоединяется к т РНК;
Б фосфорилируется;
В верны оба варианта ответа

54. Рибосомы в процессе трансляции соединяются в структуру, называемую:

А шероховатая ЭПС;
Б полисома;
В полимер.

55. Кодон инициации кодирует аминокислоту:

А лизин;
Б аспарагин;
В метионин.

56. К аминоацильному участку рибосомы во время трансляции может присоединяться:

А только инициаторная т РНК;
Б все т РНК, несущие аминокислоту;
В все т РНК, несущие аминокислоту, кроме инициаторной.

57. Участок на большой субчастице рибосомы, где локализуется строящийся пептид, называется:

А аминоацильный;
Б пептидильный;
В инициирующий.

58. Процесс элонгации в трансляции – это:

А начало синтеза белка;
Б удлинение полипептидной цепи белка;
В окончание синтеза белка.

59. Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК – это:

А хромосомная мутация;
Б генная мутация;
В геномная мутация.

60. Мобильные генетические элементы были открыты:

А Мак-Клинток;
Б Корнбергом;
В Жакобом и Моно.

Ответы

1. А | 31. А
2. В | 32. В
3. В | 33. А
4. В | 34. А
5. Б | 35. В
6. В | 36. А
7. Б | 37. В
8. Б | 38. А
9. Б | 39. А
10. В | 40. Б
11. Б | 41. В
12. Б | 42. Б
13. А | 43. В
14. В | 44. А
15. Б | 45. А
16. А | 46. А
17. Б | 47. Б
18. В | 48. Б
19. А | 49. А
20. А | 50. В
21. А | 51. В
22. В | 52. Б
23. Б | 53. В
24. А | 54. Б
25. Б | 55. В
26. Б | 56. А
27. Б | 57. Б
28. А | 58. Б
29. Б | 59. Б
30. Б | 60. А

Нуклеиновые кислоты — носители генетической информации у всех обитателей Земли — представлены молекулами ДНК и РНК. Принцип комплементарности позволяет строить новые цепочки нуклеиновых кислот на матрице уже существующих. В клетках эукариот есть ферменты, которые катализируют синтез цепочек ДНК на матрице ДНК (репликацию) или синтез РНК на матрице ДНК (транскрипцию). У некоторых вирусов, например у ВИЧ, имеются ферменты, катализирующие синтез цепочек ДНК на матрице РНК (обратную транскрипцию). Группа американских ученых выяснила, что такой же способностью обладает и один из ферментов наших собственных клеток — ДНК-полимераза тета. Ранее было известно, что полимераза тета, играющая важную роль в репарации повреждений ДНК, при репликации делает большое количество ошибок, вставляя некомплементарные нуклеотиды. Теперь же выяснилось, что этот фермент охотно строит ДНК на матрице РНК, и к тому же ошибки в ходе такого синтеза появляются гораздо реже. По скорости синтеза ДНК на матрице РНК и по частоте ошибок при таком синтезе полимераза тета оказалась сопоставима с обратной транскриптазой ВИЧ.

В живых клетках ДНК — молекула генетической памяти — постоянно подвергается риску появления разнообразных повреждений. Само собой, это означает необходимость регулярного обслуживания по ремонту молекулы ДНК — этот процесс называется репарацией. Для репарации клетки располагают обширным набором механизмов и ферментов — выбор определяется типом повреждений, их количеством, стадией клеточного цикла и еще рядом факторов. В 2015 году за изучение систем репарации ДНК была присуждена Нобелевская премия (см. новость Нобелевская премия по химии — 2015, «Элементы», 09.10.2015).

Полимераза тета (DNA polymerase theta, Polθ) — один из ферментов системы репарации, работающий в клетках человека и других млекопитающих. Его назначение — спасти клетку от гибели в тех условиях, когда повреждений очень много и другие системы репарации не справляются (в первую очередь это касается повреждений типа 2-цепочечных разрывов ДНК). В наших клетках эта полимераза кодируется геном POLQ. Давно известная особенность Polθ — очень низкая точность синтеза ДНК. Именно эта особенность и позволяет ему беспрепятственно пройти через «трудные» места в ДНК, содержащие множество повреждений. Более точно работающие полимеразы в таких местах просто останавливаются, не будучи способными вставить какой-то нуклеотид напротив места, содержащего повреждение. Однако за использование фермента с низкой точностью становится приходится платить — в ДНК появляется много мутаций (главным образом замен) в нуклеотидной последовательности.

Интерес ученых к Polθ обусловлен в значительной мере тем фактом, что эта полимераза гораздо активнее работает в раковых клетках, чем в здоровых клетках организма. И это одна из причин, по которой раковые клетки очень быстро мутируют и «эволюционируют» внутри организма, приобретая выгодные для себя мутации (например, делающие их более устойчивыми к воздействию противораковых лекарств). Ингибирование этого фермента даже рассматривают как одну из перспективных стратегий борьбы с проблемой развития лекарственной устойчивости в ходе лечения онкологических пациентов (T. Kent et al., 2016. DNA polymerase θ specializes in incorporating synthetic expanded-size (xDNA) nucleotides).

Эволюционно Polθ происходит от Pol I — фермента, имеющегося у большинства прокариот, который обычно обеспечивает очень точную репликацию ДНК. В структуре Polθ, как и в структуре Pol I, имеется собственно каталитический домен и домен «самоконтроля» (proofreading), который позволяет высокоточной полимеразе, в случае вставки ошибочного нуклеотида, остановиться, вырезать неправильный нуклеотид позади себя и заменить его на другой. Благодаря этому домену полимераза не двинется дальше, пока не будет встроен верный нуклеотид. Однако в Polθ этот домен в ходе эволюции оказался подпорчен несколькими мутациями, из-за чего он перестал обеспечивать такой самоконтроль.

ДНК-полимеразы бывают разные. Однако все их можно подразделить на две большие группы — в зависимости от типа субстрата. Существуют ДНК-зависимые ДНК-полимеразы — таковыми являются все ранее известные ферменты, задействованные в репликации и репарации у клеточных организмов. Из названия следует, что эти ферменты строят новые цепочки ДНК на матрице родительских цепочек ДНК. Другую группу составляют РНК-зависимые ДНК-полимеразы (их же часто называют обратными транскриптазами) — они строят цепочки ДНК, используя в качестве матриц цепочки РНК. Такие ферменты есть у некоторых вирусов и у некоторых транспозонов — геномных паразитов, имеющих, предположительно, вирусное происхождение. Вопрос о том, выполняют ли обратные транскриптазы транспозонов какие-либо полезные функции для клетки является предметом дискуссий и мы его здесь касаться не будем, потому что нас в данном случае интересует совершенно родной белок клеток животных, не имеющий признаков вирусного происхождения. Однако кое в чем он оказался схож с полимеразами вирусов, поломав такую стройную картину классификации ДНК-полимераз по субстрату, которую мы только что представили.

Главное отличие между РНК и ДНК состоит в том, что в качестве сахара — обязательного компонента нуклеиновых кислот — в первом случае используется рибоза, во втором — дезоксирибоза. В сущности, вся разница сводится к наличию или отсутствию в молекуле сахара одного атома кислорода. Однако эта разница достаточно существенна, чтобы обеспечивать ферментам высокую специфичность при выборе субстрата при осуществлении матричного синтеза ДНК — это было показано для всех ранее изучавшихся ДНК-полимераз.

Наличие неактивного домена самоконтроля натолкнуло ученых из США на гипотезу, что, возможно, Polθ способна синтезировать ДНК не только на матрице ДНК, но и на матрице РНК. Для проверки этой гипотезы и было затеяно исследование, о котором пойдет речь. Параллельные испытания провели для обратной транскриптазы ВИЧ (синтез ДНК на матрице РНК — основная профессия обратной транскриптазы) и для еще одного человеческого фермента репарации, также склонного к ошибкам, — полимеразе эта (Polη).

В первом испытании ферментам дали наращивать цепочку ДНК на матрице РНК длиной 22 нуклеотида, с которой был связан ДНК-праймер длиной 11 нуклеотидов. Результаты можно видеть на рис. 2. Пятнышки, которые мы видим на фотографии электрофорезной пластинки — это фрагменты нарощенной ДНК. Если к праймеру присоединился один нуклеотид — получаем фрагмент длиной 12, нуклеотидов, если два — длиной 13 и т. д.

Как видно, чем больше времени давалось ферменту (до 32 минут в общей сложности), тем больше получалось длинных фрагментов (в этой системе максимально возможными были фрагменты длиной 22 нуклеотида) — причем, только если в качестве фермента выступали Polθ или обратная транскриптаза ВИЧ (HIV RT). А вот фермент Polη в тех же концентрациях и за то же время успевал добавить не больше трех (правда при очень сильном повышении концентрации этого фермента удавалось добиться получения более протяженных фрагментов). Дополнительно ученые показали, что способность синтезировать ДНК на матрице РНК у Polθ (а также и у HIV RT) сохраняется при достаточно широком диапазоне условий (разных значениях pH и концентрации KCl). Полимераза Polη теряла такую способность при малейшем отклонении условий от оптимальных значений. Ни у одной другой ДНК-полимеразы человека (а проверили все восемь имеющихся у человека ДНК-полимераз) этой способности не выявлялось вовсе.

Ученые также показали и субстратную специфичность обратной транскриптазы ВИЧ — она могла эффективно работать только на матрице РНК, но с большим трудом строила фрагменты на матрице ДНК (длинные фрагменты получались только при очень высоких концентрациях фермента). А вот Polθ действительно эффективно работала и на матрице ДНК, и на матрице РНК.

Следующая серия экспериментов показала, что, во-первых, Polθ обладает более высоким сродством к гибридным молекулам ДНК/РНК, чем к ДНК/ДНК, во-вторых, синтез ДНК на матрице РНК идет и быстрее, и точнее, чем на матрице ДНК. Частично результаты этих экспериментов показаны на рис. 3.

Вероятным объяснением различий в скорости и точности синтеза на ДНК- или РНК-матрицах является изменение конформации белка в зависимости от связываемого субстрата. Действительно, оказалось, что субдомены каталитического домена претерпевают достаточно заметные конформационные изменения при связывании дуплексов ДНК/РНК или ДНК/ДНК — это различие можно видеть на рис. 1. Оказалось, что несколько аминокислот в субдомене, именуемом «большой палец», образуют дополнительные водородные связи с рибозой при связывании гетеродуплекса ДНК/РНК, что, вероятно, и объясняет более высокое сродство фермента к субстрату такого типа, равно как и более высокую скорость и точность синтеза ДНК, чем при работе с субстратом типа ДНК/ДНК.

Все вышеописанные данные были получены при исследовании свойств белка вне живой системы — in vitro. Конечно, чтобы выводы были вполне убедительными, нужно было убедиться, что Polθ действительно может использовать РНК как матрицу, работая непосредственно в живой клетке в качестве починщика ДНК. Эксперименты оказались вполне успешными. Мы опишем лишь некоторые из них, выполненные на клетках человека.

Ученые работали с линией клеток остеосаркомы (опухоли кости) человека U2OS. В эти клетки был встроен репортерный ген GFP (кодирующий зеленый флуоресцентный белок). Работу такого гена можно видеть по свечению клеток. Однако в данном случае ген был «подпорчен» делецией семи нуклеотидов в середине последовательности, да еще и вставкой небольшого постороннего фрагмента сразу около делеции. Вторую тестовую линию — POLQ^e16m — получили на основе вышеописанной, добавив еще одну модификацию — в этой линии полностью вывели из строя ген Polθ.

Первый эксперимент состоял в том, что в клетки родительской линии U2OS с дефектным GFP вносили небольшую цепочку нуклеиновой кислоты, содержащий верную последовательность центральной части гена GFP — без инсерции и с возвращенными семью нуклеотидами. Этот фрагмент должен был служить матрицей для заделывания бреши в гене GFP. Для того, чтобы сделать брешь и запустить механизм репарации, использовали систему CRISPR/Cas, которую натравили на встроенный в ген GFP чужеродный участок.

Нуклеиновая кислота, которая должна была служить матрицей для починки хромосомы, представляла собой либо целиком одноцепочечную молекулу ДНК, либо содержала два рибонуклеотида, попадающие в те самые недостающие семь нуклеотидов внутри GFP. Свечение клеток в итоге могло появиться только в том случае, если при заполнении бреши будет верно «списана» последовательность соответствующей цепочки фрагмента для редактирования. Рис. 4 показывает, что свечение восстанавливалось в большинстве клеток при использовании как цепочки, полностью построенной из дезоксирибонуклеотидов, так и при использовании цепочки с вставкой из двух рибонуклеотидов. Если тот же эксперимент проделывали с линией POLQe16m, то восстановления свечения при введении цепочки с рибонуклеотидами не наблюдалось, а вот если в эту линию вносили плазмиду с геном Polθ, то возвращалась и способность чинить хромосому. Схема и результаты этих серий экспериментов показаны на рис. 4.

Присутствие в геномной ДНК участков, образованных гетеродуплексами ДНК/РНК было установлено достаточно давно. Это могут быть единичные встроенные рибонуклеотиды, а могут быть участки с достаточно большой протяженностью. Причины их образования, как и механизмы их устранения, бывают разными — этому вопросу посвящен большой недавний обзор G. M. Nava et al., 2020. One, No One, and One Hundred Thousand: The Many Forms of Ribonucleotides in DNA. Это может быть естественной частью некоторых молекулярно-биологических процессов (рис. 5): транскрипции, репарации, репликации (в частности, из рибонуклеотидов строятся фрагменты Оказаки — затравки для репликации запаздывающей цепи). Вместе с тем рибонуклеотиды достаточно часто ошибочно включаются ферментами в ходе синтеза ДНК при репликации или репарации (приблизительная частота таких ошибок 10⁻³), несмотря на высокую избирательность в пользу дезоксирибонуклеотидов. Это объясняется тем, что в наших клетках концентрация рибонуклеотидов всегда намного (до 100 раз) выше концентрации дезоксирибонуклеотидов. Впрочем, в клетках есть несколько видов охранных систем, которые настроены на выявление и удаление рибонуклеотидов из ДНК — и это очень важно для поддержания нормальной работы генов, репликации ДНК и сохранения ее в целости и сохранности.

Но вот Polθ, исходя из результатов обсуждаемого исследования, обладает способностью использовать непосредственно рибонуклеотиды в качестве матрицы для синтеза ДНК. И эта ее способность пригождается на этапе репарации повреждений ДНК, по-видимому, главным образом тогда, когда по тем или иным причинам забуксовали другие охранные механизмы.

Таким образом, у млекопитающих впервые обнаружили фермент репарации с несколькими уникальными свойствами, включающими особенности структурной пластичности, способность прочно связывать гетеродуплексы ДНК/РНК и способность быстро и сравнительно с высокой точностью осуществлять обратную транскрипцию, выстраивая ДНК на матрице РНК. Это объясняет, каким образом наши клетки справляются с одним из достаточно частых нарушений в структуре ДНК, когда часть цепочки оказывается построена не из дезоксирибонуклеотидов, а из рибонуклеотидов.

Источник: Gurushankar Chandramouly, Jiemin Zhao, Shane McDevitt, Timur Rusanov, Trung Hoang, Nikita Borisonnik, Taylor Treddinick, Felicia Wednesday Lopezcolorado, Tatiana Kent, Labiba A. Siddique, Joseph Mallon, Jacklyn Huhn, Zainab Shoda, Ekaterina Kashkina, Alessandra Brambati, Jeremy M. Stark, Xiaojiang S. Chen and Richard T. Pomerantz. Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair // Science Advances. 2021. DOI: 10.1126/sciadv.abf1771.

Татьяна Романовская

ЛЕКЦИЯ 7 ОСНОВНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ 1. Репликация ДНК. 2. Транскрипция. 3 . Трансляция.

1. Репликация ДНК

Согласно предложенной в 1953 г Уотсоном и Криком схеме репликации спиралевидная двухцепочная ДНК снача­ла расплетается, и цепи расходятся (рис. 6). При этом к нуклеотидам каждой цепи присоединяются ком­плементарные нуклеотиды, которые с помощью ферментов ДНК-полимераз связываются в новые полинуклеотидные цепи. В ре­зультате из одной образуются две дочерние двухцепочечные молекулы ДНК (рисунок 7.1). Таким образом, каждая реплицированная дочерняя молекула ДНК состоит из одной «старой» и одной «новой» цепей, вот почему такой способ репликации получил название — полуконсервативный. Два других теоретически возможных способа репликации – консервативный и дисперсный в отличии от полуконсервативного не получили экспериментального подтверждения.

В 1958 г М. Мезелсон и Ф. Сталь в блестящем эксперименте убеди-тельно доказали именно полукон-сервативный характер репликации ДНК предсказанный Уотсоном и Криком.

На первом этапе они выращива-ли клетки E. coli на питательной среде содержащей азот ¹⁵N – «тяже-лый» изотоп, который имеет на один нейтрон больше чем ¹⁴N. После культивирования на такой среде во все азотосодержащие молекулы E. coli, в том числе и ДНК включается тяжелый ¹⁵N. С помощью ультрацентрифугиро-вания в пробирках можно разделить ДНК содержащую ¹⁵N и ¹⁴N. Тяжелые молекулы ¹⁵N оседают ближе ко дну пробирки (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 – Эксперименты Мезельсона-Сталя подтверждающие полуконсервативный характер репликации ДНК

На втором этапе меченные тяжелым изотопом бактерии перено-сили на новую среду, содержащую обычный ¹⁴N. Следовательно вся вновь синтезированная ДНК E. coli содержала легкий изотоп ¹⁴N. Как видно из рис. 7 выделенная из E. coli после одного поколения культи-вирования ДНК в результате центрифугирования осаждалась в пробирке одной фракцией промежуточной плотности, так как одна цепь содержала «легкий» изотоп, а вторая – «тяжелый».

После второго поколения культивирования плотность образца ДНК, взятой из E. coli разделилась на две фракции, с промежуточной (¹⁵N/¹⁴N) и легкой (¹⁴N/¹⁴N) плотностями (рисунок 7.2). Эти результаты в точности соответствуют полуконсервативному механизму репликации ДНК.

Дальнейшие исследования показали, что процесс полуконсер-вативной репликации молекул ДНК начинается в определенной точке инициации (ori). В хромосомах эукариот имеется по нескольку таких точек. Цепи ДНК в точке инициации репликации разъединяются (раскручиваются) под влиянием фермента геликазы (рисунок 7.3). Возникает репликационная вилка с одноцепочечными участками ДНК, которые становятся матрицами для репликации (рисунок 7.3). Эти участки связываются с белками SSBP (single-stranded binding proteins), которые не позволяют им вновь соединиться в двойную спираль. Возникающая суперскрученность и напряжение в нераскрученной части ДНК репликациооной вилки (рисунок 7.3) снимает ферментный комплекс топоизомераза (ДНК-гираза у прокариот).

Д

Рисунок 7.3 – Репликационная вилка с указанием лидирующей и запаздывающей цепей вновь синтезированной ДНК.

НК-полимераза, осуществляет процесс репликации в направлении 5′-3′, она способна присоединять нуклеотиды только к 3′-ОН группе предыдущего нуклеотида и для синтеза новой цепи ей требуется затравка (праймер) со свободным 3′-концом. Поэтому сначала на ДНК-матрице с помощью праймазы (РНК-полимеразы) синтезируется короткий (~10 нуклеотидов) фрагмент РНК. Именно к такому РНК-праймеру ДНК-полимераза присоединяет дезоксинуклеотиды, синтезируя новую цепь (рис. 8). Затем РНК-праймер вырезается, замещаясь фрагментом ДНК.

Репликация начинается на материнской цепи, идущей от точки инициации в направлении 3′-5′ и идет непрерывно в виде сплошной линии. Эта цепь называется лидирующей (рис. . Синтез на второй цепи идет в обратном направлении в виде отдельных коротких (200-2000 нуклеотидов) фрагментов Оказаки, названных так по имени открывшего их ученого. Эта цепь получила название запаздывающей. После за­вершения синтеза РНК праймеры в составе фрагментов Оказаки заменяются на ДНК и все фрагменты соединяются при помощи фермента лигазы в общую полинуклеотидную цепочку. В результате репликации образуются две идентичные молекулы ДНК, которые в хромосомах эукари­от становятся двумя хроматидами.

2. Транскрипция ДНК

При рассмотрении вопроса о том как генетическая информация заложенная в ДНК реализуется в процессе синтеза белка Уотсон и Крик теоретически предсказали существование и-РНК (посредника).

РНК отличается от ДНК тем, что у нее углеводом является рибоза вместо дезоксирибозы. Кроме того, вместо нуклеотида тимина у нее урацил (рисунок 7.4). И наконец, в отличие от ДНК она имеет в основном одноцепочечное строение.

В 1962 г. Э. Волкин и Л. Астрохан обнаружили, что при синтезе белка в клетках E. coli, зараженных фагом Т2 резко усиливается синтез короткоживущих молекул РНК, которые были комплементарны одной из цепей фага Т2, но не ДНК E. coli. Позднее в многочисленных экспериментах было показано, что наследственная информация, записанная в ДНК (гене), точно транскрибируется (переписывается) в нуклеотидную последовательность короткоживущих и-РНК, которые определяют синтез конкретных белков у всех организмов.

Транскрипция осуществляется с помощью фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы и всегда идет в направлении 5′-3′. Матрицей для синтеза и-РНК служит только одна цепь ДНК — 3′-5′, которая (как ни странно) называется некодирующей.. Комплементарная ей цепь 5′-3′, последовательность нуклеотидов в которой совпадает с последовательностью и-РНК называется кодирующей. Синтез и-РНК начинается с участка инициации транскрипции, называемого промотором. Промотор расположен перед геном и включает 40-80 нуклеотидов. В нем имеются важный участок «ТАТА-бокс» (рисунок 7.5,а). При помощи белковой σ-субъединицы РНК-полимераза соединяется с промотором и разъединяет комплементарные цепи ДНК в области ТАТА последовательности (рисунок 7.5,б). Затем

Рисунок 7.5 – Схематическое изображение этапов транскрипции

этот фермент двигается вдоль гена и по мере разъединения цепей ДНК на одной (3′-5′), ведет синтез и-РНК, согласно принципу компле­ментарности присоединяя аденин к тимину, урацил к аденину, цитозин к гуанину и гуанин к цитозину (рисунок 7.5,в). Те участки гена, на которых полимераза образовала и-РНК, вновь соединяются, а синтезируемая молекула и-РНК постепенно отделяется от ДНК. Конец синтеза и-РНК определяется участком остановки транскрипции – терминатором (рисунок 7.5,г). Нуклеотидные последовательности промотора и терминатора узнаются специальными белками, регулирующими активность РНК-полимеразы.

У эукариот в структурной части гена имеются отрезки ДНК, не содержащие ин­формации, которые были названы интронами. Участки ДНК, несущие информацию, называются экзонами (рис. 11).

В ходе считывания информации с определенного участка ДНК (гена) сначала образуется первичный транскрипт всей последовательности (про-мРНК), а затем происходит процесс сплайсинга (сшивания), который заключается в том, что интроны из РНК как бы «выпетливаются» и удаляются, а информативные участки – экзоны соединяются при помощи фермента сплайсазы в одну непрерывную последовательность и-РНК. Перед выходом из ядра к начальной (5′) части и-РНК присоединяется метилированный гуанин, называемый «КЭП» (колпачек), а к 3′-концу и-РНК присоединяется примерно 200 остатков аденина, образуя поли-А хвост (рисунок 7.6). В таком виде зрелая и-РНК (матричная РНК) проходит через ядерную мембрану в ци-

Рисунок 7.6 – Упрощенная схема β-глобинового гена человека и матричной мРНК после процесса транскрипции и сплайсинга. Этот ген состоит из более чем 2 тыс. н.п. Однако из них только около 450 н.п. несут информацию об аминокислотной последовательности β-глобина. Кроме трех кодирующих участков (экзонов), ген включает два некодирующих (интроны 1 и 2). Образующийся первичный транскрипт РНК состоит из ~1600 н.п. Во время сплайсинга РНК интроны, удаляются и оба конца РНК модифицируются.

топлазму, где соединяется с рибосомой. Считают, что у эукариот «КЭП» и поли-А хвост защищают и-РНК от разрушения в ходе ее продвижения к рибосомам в цитоплазме. Предполагается также, что «КЭП» играет определенную роль в связывании и-РНК с малой субчастицей рибосомы.

3. Трансляция

Трансляция наряду с репликацией и транскрипцией является еще одним важнейшим этапом реализации генетической информации в клетке. В самом общем виде трансляция – это процесс биосинтеза белка по матрице иРНК, который протекает на рибосомах. В этом процессе кроме информационной РНК принимают активное участие еще два типа РНК – транспортные и рибосомные.

Транспортные РНК. Роль тРНК заключается в том, что они переносят аминокис­лоты к рибосомам и участвуют в процессе синтеза белка. Транспортные РНК, которых насчитывается более 60-ти, состоят из 75-90 нуклеотидов и имеют структуру в виде клеверного листа (рисунок 7.7). Каждая аминокислота присоединяется к определенной тРНК. На одном конце тРНК находится акцепторный триплет ЦЦА, к аденину которого присоединяется специфическая аминокислота. На другом конце (в антикодонной петле) каждой тРНК находится антикодон – специфический триплет, с помощью которого тРНК «узнает» соответствующий комплементарный кодон в иРНК, и тем самым определяет место, куда должна быть поставлена данная аминокислота в синтезируемой молекуле белка. Боковые петли тРНК, по-видимому, используются для связывания с рибосомой и со специфичес­кой аминоацил-тРНК-синтетазой.

Рибосомные РНК. Размер рибосомных рРНК составляет 120–3100 нуклеотидов. Они служат каркасом рибосом и способствуют первоначальному связыванию иРНК с рибосомой в ходе биосинтеза белка.

Рибосомы являются клеточными органеллами, на которых протекает процесс биосинтеза белка. Их число в клетке прокариот составляет примерно ≈ 10⁴, а у эукариот ≈ 10⁵. В период синтеза белка рибосомы могут объединяться в полисомы. Рибосомы состоят из двух субъединиц разного размера и формы. Размер эукариотической рибосомы составляет 80S (S – ед. Сведберга, характеризующая скорость седиментации при центрифугировании). Большая субъединица величиной 60S состоит из рРНК трех типов — 28S, 5S и 5,8S и 50 белков, а малая величиной 40S — из 18S рРНК и 33 белков. У прокариот рибосома имеет величину 70S и состоит из боль­шой (50S) субъединицы, в состав которой входит 23S и 5S рРНК, а также 34 белка и малой (30S), состоящей из 16S рРНК и 21 белка.

Как уже отмечалось, трансляция заключается в том, что последовательность расположения кодонов в иРНК переводится в строго упорядоченную последовательность расположения аминокислот в молекуле синтезируемого белка (рисунок 7.8). Процесс

трансляции включает два этапа: активирование аминокислот и присоединение их к «своим» тРНК и непосредственно синтез белковой молекулы.

Активирование свободных аминокислот и присоединение их к тРНК осуществляется при помощи специализированных ферментов – аминоацил-тРНК-синтетаз. В молекуле каждой аминоацил-тРНК-син-тетазы имеется по крайней мере три центра связывания: для аминокислоты, тРНК и АТФ. Сначала осущест­вляется связь аминоацилтРНК-синтетазы с определенной аминокислотой, а затем активированная с помощью АТФ аминокислота присоединя­ется к аденину акцепторного триплета ЦЦА тРНК (рисунок 7.9). В ре­зультате образуется аминоацил-тРНК (аа-тРНК). Аминоацил-тРНК взаимодействует с одним из белковых факторов, который в комплексе с ГТФ необходим для транспор­та и связывания аа-тРНК с рибосомой.

Процесс синтеза белка на рибосомах подразделяется на три стадии: инициация, элонгация и терминация (рисунок 7.10).

Инициация. Инициация синтеза полипептидной цепи начинается с присо­единения малой субъединицы рибосомы к соответствующему цент­ру связывания на иРНК (рисунок 7.10, А). Сигналом инициации трансляции слу­жит кодон для метионина АУГ, который расположен в начале иРНК. К кодону АУГ своим антикодоном УАЦ присо­единяется аа-тРНК с метионином (у бактерий с формилметионином). Затем к этому комплексу, присоединяется большая субъединица ри­босомы. В результате образуется полная рибосома (80S), включающая молекулу иРНК и инициаторную аа-тРНК с метионином, которая располагается в пепти­дильном центре большой субъедницы (рисунок 7.10, А).

Элонгация. В свободный аминоацильный центр рибосомы со второй аминокислотой поступает следующая аа-тРНК, которая своим антикодоном соединяется со строго с комплементарным кодоном иРНК (рисунок 7.10, Б). В этот момент при помощи фермента пептидилтрансферазы предшествующая аминокислота (метионин) своей карбоксильной груп­пой (СООН) соединяется с аминогруппой (NH₂) вновь пришед­шей аминокислоты. Между ними образуется пептидная связь (–СО–NH–). В результате тРНК, принесшая метионин, осво­бождается, а в аминоацильном центре к тРНК присоединен уже дипептид. Дипептидил-тРНК благодаря перемещению рибосомы на один кодон при участии фермента транслоказы и белкового фактора элонгации про­двигается из аминоацильного центра в пептидильный. Освободившаяся тРНК и связанный с ней кодон иРНК АУГ выходят из рибосомы. (рис. 15, Б). Следующая аа-тРНК приносит новую аминокислоту в освободившийся аминоацильный центр в соответствии с поступившим туда кодоном. Эта аминокислота при помощи пеп­тидной связи соединяется с предыдущей. При этом рибосома снова продвигается еще на один кодон, и процесс повторяется (рисунок 7.10, Б).

Терминация. Как только в аминоацильный центр рибосомы поступит один из терминирующий кодонов иРНК (УАА, УАГ или УГА), к нему присоединяется белковый фактор терминации и блокирует дальнейшую элонгацию цепи (рисунок 7.10, В). После этого синтезированная полипептидная цепь отделяется от тРНК, рибосомные субъединицы диссоциируют и освобождают тРНК и иРНК, которые могут принять учас­тие в синтезе следующей полипептидной цепи (рисунок 7.10, В).

На одной молекуле иРНК работает не одна рибосома, а мно­гие (до 100). На каждой из рибосом строится полипептидная цепь. У бактерий транскрипция и трансляция связаны между собой и трансляция начинается до завершения синтеза иРНК на ДНК. Образующиеся при синтезе полипептидные цепи претерпевают ряд посттрансляционных преобразований и только после этого начинают выполнять в организме свои специфические функции.

10