Вопросы и упражнения
1. Почему не молекулы белков или углеводов, а именно молекула ДНК обладает способностью к репликации? С какими особенностями строения ДНК это связано?
Ответ:
Молекула ДНК обладает способностью к репликации благодаря следующим особенностям её строения:
1. Двухцепочечная структура: ДНК состоит из двух спирально скрученных цепей, образующих двойную спираль. Это позволяет ей разделяться на две отдельные цепочки и служить матрицей для синтеза новых комплементарных цепей.
2. Комплементарность оснований: В ДНК четыре различных нуклеотида (аденин, тимин, гуанин и цитозин) образуют комплементарные пары: аденин всегда связывается с тимином, а гуанин - с цитозином. Это правило комплементарности обеспечивает точное копирование информации при репликации.
3. Присутствие ферментов: Репликация ДНК осуществляется с помощью ферментов, включая ДНК-полимеразу. ДНК-полимераза катализирует синтез новых нуклеотидов и помогает воссоздать комплементарную цепь на каждой отдельной цепочке ДНК.
4. Репликационные форки: Репликация начинается с образования репликационных вилок, где две цепи ДНК разделяются и новые цепи начинают синтезироваться. Репликационные вилки продвигаются в противоположных направлениях по молекуле ДНК, позволяя эффективно копировать всю ДНК.
Все эти особенности строения ДНК обеспечивают ей способность к точному копированию генетической информации в процессе репликации. Благодаря этим особенностям, ДНК является основной молекулой, отвечающей за передачу генетической информации от одного поколения к другому.
2. На каких принципах основана точность передачи генетической информации от материнской клетки к дочерней?
Ответ:
Точность передачи генетической информации от материнской клетки к дочерней основана на следующих принципах:
1. Комплементарность оснований: ДНК состоит из четырех оснований - аденина (A), тимина (T), гуанина (Г) и цитозина (Ц). При репликации ДНК каждое основание на материнской цепи точно комплементарно связывается с соответствующим основанием на новой синтезируемой цепи. Аденин всегда связывается с тимином, а гуанин - с цитозином. Этот принцип комплементарности обеспечивает точность передачи последовательности генетической информации.
2. Репликация ДНК: Процесс репликации ДНК позволяет точно копировать генетическую информацию. ДНК-полимераза - фермент, ответственный за синтез новой ДНК-цепи - обеспечивает вставку комплементарных нуклеотидов в соответствии с последовательностью оснований на материнской цепи. Таким образом, происходит точное дублирование генетической информации.
3. Ремонт ДНК: В случае возникновения ошибок в ДНК или ее повреждений, клеточные механизмы ремонта ДНК исправляют эти ошибки и восстанавливают целостность генетической информации. Такие механизмы ремонта обнаруживают и исправляют неправильно вставленные нуклеотиды или восстанавливают поврежденные участки ДНК.
4. Генетический код: Генетический код - это набор правил, которые связывают последовательность нуклеотидов в мРНК с последовательностью аминокислот в синтезируемом белке. Этот универсальный код обеспечивает правильное прочтение и интерпретацию генетической информации, что гарантирует синтез белков с правильной последовательностью аминокислот.
Вместе эти принципы обеспечивают точность передачи генетической информации от материнской клетки к дочерней, что является основой для наследования и правильного функционирования клеток и организмов.
3. Что такое единица репликации и прерывистый синтез цепей ДНК? Почему молекула ДНК не реплицируется сразу целиком?
Ответ:
Единица репликации - это участок ДНК, который реплицируется в процессе репликации ДНК. Она обычно состоит из нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов и включает обе комплементарные цепи ДНК.
Прерывистый синтез цепей ДНК означает, что одна из цепей ДНК синтезируется непрерывно, в то время как другая цепь синтезируется фрагментами.
Молекула ДНК не реплицируется сразу целиком по нескольким причинам:
Во-первых, двухцепочечная структура ДНК требует разделения двух комплементарных цепей перед репликацией. Это достигается распутыванием спиральной структуры ДНК и разделением цепей.
Во-вторых, ДНК-полимераза, фермент, ответственный за синтез новой цепи ДНК, работает только в направлении от 5'-конца к 3'-концу. Поскольку две цепи ДНК расположены антипараллельно, ДНК-полимераза способна синтезировать новую цепь только вдоль одной из цепей, называемой ведущей цепью. Другая цепь, называемая отстающей цепью, синтезируется фрагментарно.
Отстающая цепь синтезируется в виде коротких фрагментов, называемых фрагментами Оказаки. Каждый фрагмент Оказаки синтезируется отдельно и затем соединяется ферментом, называемым лигазой, чтобы образовать непрерывную цепь.
Таким образом, прерывистый синтез цепей ДНК обусловлен структурой ДНК и ограничениями направленности синтеза ДНК-полимеразой. Этот механизм обеспечивает эффективную и точную репликацию ДНК во время клеточного деления.
4. Какую функцию при репликации выполняют короткие фрагменты РНК?
Ответ:
Короткие фрагменты РНК, известные как фрагменты РНК-праймеры, выполняют функцию инициации синтеза новой ДНК-цепи в процессе репликации ДНК.
Во время репликации ДНК, фрагменты РНК-праймеры образуются на матричной ДНК и служат стартовыми точками для ДНК-полимеразы. Они связываются с одноцепочечной матричной ДНК и позволяют ДНК-полимеразе начать синтез новой ДНК-цепи.
Фрагменты РНК-праймеры обладают комплементарной последовательностью к матричной ДНК и являются необходимыми для инициирования синтеза новых ДНК-цепей. После синтеза первого нуклеотида на фрагменте РНК-праймере, ДНК-полимераза продолжает синтез новой ДНК-цепи.
Таким образом, короткие фрагменты РНК выполняют важную функцию инициирования синтеза новых ДНК-цепей в процессе репликации ДНК. Они обеспечивают точность и эффективность репликации, позволяя ДНК-полимеразе начать синтез новой цепи на правильной позиции на матричной ДНК.
5. Какова функция теломеразной РНК?
Ответ:
Функция теломеразной РНК заключается в обеспечении продления теломеров на концах хромосом. Теломеразная РНК служит матрицей для синтеза новых теломеров, компенсируя их потерю при репликации ДНК. Это помогает поддерживать стабильность хромосом, предотвращает их укорачивание и обеспечивает нормальное функционирование клеток.
6. Что происходит с ДНК хромосом в поколениях клеток, где теломераза не работает?
Ответ:
В поколениях клеток, где теломераза не работает или работает недостаточно эффективно, происходит укорачивание теломеров на концах хромосом при каждом делении клетки. Теломеры представляют собой последовательности повторяющихся нуклеотидов, которые защищают хромосомы от нежелательных процессов.
В процессе каждого деления клетки, при репликации ДНК, теломеры не могут быть полностью скопированы, что приводит к потере некоторых нуклеотидов на концах хромосом. Постепенное укорачивание теломеров приводит к тому, что хромосомы становятся нестабильными и подвержены повреждениям и потере генетической информации.
Когда теломеры становятся критически короткими, клетки перестают делиться и входят в состояние сенесценции или подвергаются программированной клеточной гибели (апоптозу). Это предотвращает неконтролируемое деление клеток, которое может привести к развитию рака.
Таким образом, в клетках, где теломераза не работает, постепенное укорачивание теломеров ограничивает способность клеток делиться и может приводить к старению клеток и возникновению различных возрастных заболеваний.
Всего комментариев: 0 | |