Модульная единица 2

1. На рисунке показаны события на рибосоме на стадии включения 6-ой аминокислоты в растущую β-цепь Нb. Продолжив схематическое изображение стадий синтеза белка, определите, какая аминокислота займет 6 положение в β-протомерах Нb. В ходе ответа:

три-илей-гис-вал-мет

про

(┴) [ ]

АUG-……-……-……-……-……-GUG…………….мРНК

1 2 3 4 5 6

а) укажите: 5΄ и 3΄–концы мРНК;

б) изобразите включение 6-ой аминокислоты в пептидил-тРНК, назовите отдельные стадии этого этапа;

в) вспомните, в структуре какого Нb β-цепь имеет такую первичную структуру;

г) объясните, как меняется стабильность такого β-цепь Нb и его сродство к О₂ по сравнению с Нb взрослых здоровых людей.

2. Процесс синтеза белка на рибосоме включает стадию изображенную на рисунке. Какназывается этот этап трансляции? Укажите, компоненты, которые отсутствуют на представленной схеме. В ходе ответа:

АУГ-ЦЦЦ-ГЦУ-ААА-ГГА-УЦА-................мРНК

60S мет-тРНК^мет

40S

мет

АУГ-ЦЦЦ-ГЦУ-ААА-ГГА-УЦА-................мРНК

а) напишите реакцию образования Мет-тРНК^Мет

б) назовите следующий этап синтеза белка и изобразите, по стадиям, образование дипептидил-тРНК в Р-центре.

3. Процесс синтеза белка на рибосоме включает стадию изображенную на рисунке. На каком этапе происходит указанная реакция и каково ее значение? В ходе ответа:

мет про

АUG-CCC-GCU-ААА-GGА-UCА-................мРНК

про- мет

АUG-CCC-GCU-ААА-GGА-UCА-................мРНК

а) назовите фермент, который катализирует изображенную реакцию и источник энергии при образовании дипептидил-тРНК;

б) напишите реакцию активации третьей аминокислоты при синтезе данного фрагмента.

в) на примере Нb, укажите, каким посттрансляционным модификациям подвергаются вновь синтезированные полипептидные цепи и какую роль они играют в функционировании белков.

4. В клинике для лечения язвенной болезни, причиной которой является бактериальная инфекция, врач прописал пациенту препарат «Пилобакт». Известно, что одним из его компонентов является антибиотик «кларитромицин». Он оказывает противомикробное действие путем взаимодействия с 50S рибосомальной субъединицей бактерий. В результате воздействия кларитромицина на бактериальные клетки нарушается их рост и возникает недостаток одних из компонентов, являющихся составной частью мембран. Почему прием данного лекарства приводит к гибели бактерий? Для ответа:

а) опишите строение рибосом;

б) напишите схему процесса, в котором участвуют рибосомы;

в) укажите, на каком этапе подавляется процесс при действии препарата;

г) объясните, почему препарат не действует на клетки организма человека.

5. Пользуясь РНК-аминокислотным кодом определите, какое строение имеет фрагмент белка, закодированного в м РНК следующего строения:

5′………….-GUC-CAC-UCA-………..3′

………….- 20 - 21 - 22 - …………

Для ответа:

а) укажите, в каком направлении будет идти прочтение матрицы и синтез пептида;

б) перечислите компоненты, необходимые для синтеза пептида;

в) напишите реакцию образования аа-тРНК для аминокислоты занимающей 22 позицию в синтезируемом пептиде и на схеме изобразите механизм включения ее в растущую полипептидную цепь.

6. Митохондриальная ДНК кодирует 13 ферментов, участвующих в биологическом окислении. При синдроме МЕLAS у пациентов обнаруживается накопление в крови молочной кислоты, энцефалопатия и инсультоподобные эпизоды. Оказалось, что причиной заболевания является мутация в гене, кодирующем строение тРНК^Лей. Объясните, какие этапы в синтезе митохондриальных ферментов будут нарушены при этой патологии по сравнению с нормой. Для этого:

а) напишите реакцию связывания Лей с тРНК^Лей, назовите фермент;

б) на схеме представьте включение Лей-тРНК^Лей в растущую полипептидную цепь;

в) назовите этапы этого процесса и укажите, какая из стадий этого этапа будет нарушена при синдроме МЕLAS.

7. В яйцеклетке в смысловой части гена, кодирующего строение фермента диоксигеназы гомогентизиновой кислоты, произошла замена 7-го нуклеотида с образованием терминирующего кодона. Какие изменения в структуре фермента произойдут в ходе трансляции мутантного белка? Для ответа на вопрос:

а) изобразите схему процесса синтеза этого белка на рибосоме и покажите, какой продукт будет образовываться в ходе трансляции мутантной мРНК.

8. Пациенту, страдающему полиомиелитом, назначено введение интерферона. Объясните правомерность такого назначения. Для этого:

а) опишите механизм действия интерферонов на синтетические процессы в клетке;

б) укажите, с какими клетками – здоровыми или пораженными вирусами – взаимодействуют интерфероны и что происходит с клетками после взаимодействия с интерферонами.

9. Камптотецин и левомицетин (хлорамфеникол) – ингибиторы матричных биосинтезов. Нашедшие применение в медицинской практике. Камптотецин образует комплекс с ДНК-топоизомеразой I и нарушает ее активность, а левомицетин присоединяется к 50S-субъединице рибосомы и ингибирует активность пептидилтрансферазы. Предположите, для лечению каких заболеваний используется каждый из описанных препаратов? Для ответа:

а) назовите, какие матричные биосинтезы и в каких клетках ингибируют эти препараты;

б) изобразите схемы процессов и отметьте стадии, протекание которых блокируют указанные лекарства;

в) укажите, какова степень их избирательности и токсичности.

10. В клетках E.coli аминокислота Иле синтезируется из из аминокислоты Тре. В присутствии высоких концентраций Иле в питательной среде выращивания синтез этой аминокислоты прекращается. Информация о каких белках закодирована в структурных генах Иле-оперона и как меняется их экспрессия в этих условиях? Для ответа:

а) нарисуйте схему Иле-оперона и отметьте регуляторные и структурные участки;

б) объясните функции этих участков;

в) укажите, по какому принципу Иле регулирует активность оперона.

11. В случае синтеза в организме избыточного количества гормона альдостерона наблюдается снижение содержания ионов Nа⁺ в моче при одновременном повышении их концентрации в крови и внеклеточной жидкости за счет увеличения количества белков-переносчиков этих ионов в канальцах нефронов. Почему при гиперпродукции альдостерона меняется содержание ионов Nа⁺ в моче и крови? В ходе ответа:

а) представьте схему, отражающую влияние альдостерона на содержание белков-переносчиков ионов Nа⁺ в канальцах нефронов;

б) назовите участок ДНК, с которым будет взаимодействовать комплекс гормон-рецептор;

в) представьте схему процесса, активация которого вызывает увеличение количества белков-переносчиков Nа⁺ в мембранах клеток.

12. Первичная структура мРНК кодирует только одну последовательность аминокислот в белке.

Можно ли, исходя из строения белкового гормона глюкагона (29 аминокислот), предсказать

нуклеотидную последовательность мРНК, кодирующую этот белок? Для обоснования ответа,

вспомните свойства генетического кода и,используя N-концевой участок молекулы гормона

Н₂N-Гис-Сер-Гли-…….., объясните способ кодирования белков в молекулах ДНК и РНК.

13. В эукариотических клетках дифтерийный токсин вызывает АДФ-рибозилирование фактора EF2 и нарушает синтез белка. На каком этапе роста полипептидной цепи необходим этот фактор? Для ответа на вопрос:

а) представьте схему событий на рибосоме и отметьте стадию, на которой произойдет остановка

белкового синтеза;

б) объясните, что произойдет с клетками, на которые подействовал дифтерийный токсин.

14. В лабораторию поступил биологический материал, который засеяли на питательную среду. В результате на среде выросли колонии бактерий. Чувствительность к антибиотикам оценивали по отсутствию роста колоний бактерий (зона лизиса) вокруг дисков, пропитанными антибиотиками. Самая обширная зона лизиса наблюдалась вокруг диска с фторхинолоном. Этот антибиотик действует на топоизомеразу II и топоизомеразу IV прокариотических клеток. Также данный микроорганизм проявил высокую чувствительность к тетрациклину, который связывается с 30S субъединицей рибосомы. Чем обусловлены зоны лизиса колоний бактерий на питательной среде? При ответе на вопрос:

a) укажите какие процессы ингибируют эти антибиотики, представьте их схемы;

б) объясните селективное действие данных антибиотиков на прокариотические клетки.

15. Развитие ряда опухолей сопровождается экспрессией гена белка bcl-2, отвечающего за подавление апоптоза опухолевых клеток. В химиотерапии применяется препарат – ренасенс. Он представляет собой олигонуклеотид, который комплементарен мРНК белка bcl-2. Образование такого двуцепочечного фрагмента активирует работу РНКазы, которая разрушает мРНК в клетке. Какой процесс подавляет данный препарат? Для ответа:

а) изобразите схему процесса, который нарушается в присутствии лекарственного препарата;

б) объясните, к каким последствиям приводит образование комплекса ренасенс-мРНК^bcl2.

16. Искусственный синтез антисмысловых РНК находит применение в химиотерапии рака и борьбе с ВИЧ-инфекцией. Сущность метода использования заключается в том, что антисмысловые РНК комплементарно связываются с мРНК содержащими информацию о структуре определенных белков. Образуются двуцепочечные комплексы мРНК-антисенс∙РНК, которые активно расщепляются РНК-азами. Объясните, почему антисмысловые РНК замедляют экспрессию определенных генов. Для ответа:

а) приведите схему процесса, скорость которого снижается при введении антисенс-РНК;

б) укажите, какие виды РНК принимают в нем участие и какой этап блокируют антисенс РНК.

17. Клетки E. сoli обычно растут на среде, содержащей в качестве источника энергии и донора субстратов – глюкозу. Если в среде заменить глюкозу на лактозу, то через некоторое время образуются галактоза и глюкоза. Почему? Для ответа на вопрос, напишите:

а) название фермента, участвующего в утилизации лактозы;

б) схему регуляции гена, отвечающего за этот фермент.

18. Установлено, что в клетках Е.соli, растущих на среде, содержащей глюкозу имеется 3-5 копий молекул ферментов и белков, участвующих в утилизации лактозы. Как изменится количество этих белков при переносе клеток на среду, содержащую лактозу в качестве единственного источника углерода? Для ответа на вопрос:

а) назовите способ регуляции количества этих белков в клетках Е.соli;

б) изобразите схему, отражающую влияние лактозы на скорость их синтеза;

в) предположите, как изменится скорость этого процесса при добавлении тетрациклина в среду

культивирования клеток.

19. Интерфероны – семейство белков, синтез которых повышается в организме человека в ответ на заражение вирусными инфекциями. Будучи получены промышленным путем, они используются для лечения многих заболеваний. Ингибиторами каких матричных биосинтезов являются интерфероны? Для ответа:

а) изобразите процесс, который блокируется интерферонами;

б) укажите, на каких этапах и по какому механизму они действуют.

20. У больного после перенесенного инфаркта миокарда спустя некоторое время стала развиваться дислипидемия. Врач назначил пациенту принимать фибраты, которые повышают экспрессию генов белков, обеспечивающих катаболизм липидов и снижают индукцию белков, участвующих в синтезе жирных кислот и ТАГ. Каким образом фибраты могут влиять на содержание этих белков, если известно, что их мишенями являются ядерные рецепторы PPAR, которые функционируют в качестве факторов транскрипции?

Для ответа на вопрос:

а) назовите регуляторные участки ДНК с которыми может взаимодействовать комплексы рецепторов PPAR с фибратами;

б) напишите схему процесса, активность которого регулируют фибраты в ядре клеток мишеней; укажите значение этого процесса;

в) объясните, в каком случае скорость представленного процесса возрастает или снижается и почему.