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Biologie I/B: Klassische und molekulare Genetik, molekulare Grundlagen der Entwicklung
Theoretische Übungen
SS 2014, Termin 1
Biologie I/B: Klassische und molekulare Genetik, molekulare
Grundlagen der Entwicklung
Theoretische Übungen
SS 2014
Vorbemerkung für die Erlangung des Testats:
Bearbeiten Sie die unten gestellten Aufgaben vor der jeweiligen Übungsstunde.
Während der Stunde werden Sie zufallsgemäß aufgefordert, die Lösung bestimmter
Aufgaben vorzutragen. Sie können sich nicht darauf verlassen, bei Ihrem
Lieblingsthema „dran“ zu kommen. Es wird erwartet, dass Sie sich mit der
Fragestellung intensiv befasst haben. Bitte kontaktieren Sie ggf. Ihre/n Tutor/in vor
der Stunde, wenn Sie gravierende Schwierigkeiten haben.
Anwesenheitspflicht besteht immer und wird in jeder Stunde kontrolliert.
Fragen für die Übungsstunde 1 (19.05. - 23.05.)
A)
DNA-Aufbau und Struktur (Lernziel 2)
1.
Die Nukleotidsequenz des einen Stranges in einem DNA-Molekül ist
5’-GGATTTTTGTCCACAATCA-3’.
Wie lautet die Sequenz des komplementären Stranges? Markieren Sie das 5’- und 3’Ende des komplementären Stranges.
2.
Die DNA bestimmter Bakterienzellen besteht zu 13 % aus dem Nukleotid
Adenin. Wie hoch sind die prozentualen Anteile der anderen Nukleotide?
3.
Ein etwas zerstreuter technischer Assistent analysiert in Ihrem Labor
genetisches Material aus drei Spezies. Leider sind ihm die Beschriftungen der
Proben verloren gegangen und somit die Ergebnisse seiner Analysen nicht mehr den
Proben zuzuordnen. Da Sie wissen, dass es sich bei den Spezies um ein RNA-Virus,
ein DNA-Virus und ein Säugetier handelt, versuchen Sie trotzdem eine Zuordnung:
Probe
Adenin
Cytosin
Guanin
Thymin
Uracil
A
28,0 %
22,0 %
22,0 %
0,0 %
28,0 %
B
21,0 %
29,0 %
29,0 %
21,0 %
0,0 %
C
27,0 %
24,0 %
26,0 %
23,0 %
0,0 %
Begründen Sie für jeden Fall Ihre Zuordnung.
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4.
Wie viele mögliche Nukleotidsequenzen gibt es für einen einzelsträngigen
DNA-Abschnitt, der aus 8 Nukleotiden besteht? Welche allgemeine Formel können
Sie für N Nukleotide ableiten?
5.
In welcher Reihenfolge „schmelzen“ die folgenden drei DNA-Moleküle in einer
Lösung, deren Temperatur man erhöht? Begründen Sie Ihre Antwort.
a)
5’-GCGGGCCAGCCCGAGTGGGTAGCCCAGG-3’
3’-CGCCCGGTCGGGCTCACCCATCGGGTCC-5’
b)
5’-ATTATAAAATATTTAGATACTATATTTACAA-3’
3’-TAATATTTTATAAATCTATGATATAAATGTT-5’
c)
5’-AGAGCTAGATCGAT-3’
3’-TCTCGATCTAGCTA-3’
6.
Alfred Hershey und Martha Chase untersuchten 1952 die Frage, ob das
genetische Material aus Protein oder Nukleinsäure besteht. Beschreiben Sie das
Experiment, mit dem die beiden Forscher diese Frage beantworten konnten.
Multiple Choice Fragen
Wichtig: Begründen Sie jeweils Ihre Antworten!
7.
Welche der folgenden, in Organismen vorkommenden Elemente kommen
nicht in DNA vor?
8.
a) Kohlenstoff
b) Wasserstoff
c) Sauerstoff
d) Phosphor
e) Schwefel
f) Stickstoff
Welche der folgenden Verbindungen sind Bestandteile der DNA?
a) Cytosin
b) Arginin
c) Glycerin
d) Tyrosin
e) Alanin
Zu welchen Stoffklassen gehören die ausgeschlossenen Verbindungen?
9.
Welche der folgenden Aussagen treffen für normale doppelsträngige DNA zu:
a)
A plus C ist immer gleich G plus T.
b)
A plus G ist immer gleich C plus T.
c)
Die Anzahl der Purine ist gleich der Anzahl der Pyrimidine.
d)
Die Anzahl der Phosphatreste ist gleich der Anzahl der Desoxyribose-Zucker.
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10.
Wieviele Telomere liegen in einer menschlichen, sich nicht teilenden
Stäbchenzelle der Retina vor?
a) 1
b) 2
c) 23
d) 46
e) 92
11.
Sie untersuchen eine diploide Pflanze mit 2n = 24 Chromosomen. Aus
Voruntersuchungen wissen Sie, dass keine Chromosomen-Anomalien vorliegen. Sie
extrahieren vorsichtig intakte DNA aus Gewebe dieser Pflanze und trennen sie auf
einem „Pulsed Field“ Elektrophoresegel auf. Wie viele DNA-Banden erwarten Sie
maximal auf dem Gel nach der Elektrophorese?
a) 6
b) 12
c) 24
d) 48
e) 96
Wie machen Sie die DNA-Banden sichtbar? Erklären Sie die Grundlage dieser
Methode.
12.
Welche der folgenden Aussagen sind wahr/falsch
Aussage
wahr
falsch
Für doppelsträngige DNA gilt: (A+G)/(C+T) = 1
GC-reiche DNA schmilzt bei höherer Temperatur als
AT-reiche DNA
In eukaryotischen Zellen wird rRNA im Cytoplasma
synthetisiert
Histone enthalten viele basische Aminosäuren
Introns findet man in den Protein-kodierenden
Regionen von Prokaryoten
Die DNA eines eukaryotischen Chromosoms ist eine
einzige lange Doppelhelix
Ein Centromer befindet sich immer in der Mitte eines
Chromosoms
Ein Telomer befindet sich immer am Ende eines
Chromosoms
13.
In einem Experiment markieren Sie Phagen mit radioaktivem Schwefel
und infizieren Bakterien mit den markierten Phagen. Was erwarten Sie für die
Phagen-Nachkommen nach Lyse der Bakterienzellen?
Die neu-gebildeten Phagen
a) sind nicht radioaktiv.
b) enthalten radioaktive DNA.
c) enthalten radioaktive Proteine.
d) enthalten radioaktive DNA und Proteine.
e) enthalten radioaktive Kohlenhydrate.
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B) DNA – Replikation
1.
In einer Zelle wurde ein Gen, das für eines der an der DNA-Replikation
beteiligten Proteine kodiert, durch eine Mutation inaktiviert. In Abwesenheit dieses
Proteins versucht die Zelle, ihre DNA ein allerletztes Mal zu replizieren. Welche DNAProdukte würden in jedem Fall entstehen, wenn die folgenden Proteine fehlen?
a)
DNA-Polymerase
b)
DNA-Ligase
c)
Gleitring für die DNA-Polymerase
d)
Nuklease, die die RNA-Primer entfernt
e)
DNA-Helikase
f)
Primase
2.
Meselson und Stahl führten Experimente durch, die bewiesen, dass DNA
semikonservativ repliziert wird. Beschreiben Sie die Grundzüge dieser Experimente.
Was wäre das Ergebnis der Experimente gewesen, wenn DNA konservativ repliziert
würde?
3.
Sie führen eine Variante des Meselson-Stahl-Experimentes durch:
Sie lassen E. coli Zellen für viele Generationen in Medium mit schwerem Stickstoff
(15N) wachsen (Generation 0), danach überführen Sie einen Teil der Zellen in
Medium mit leichtem Stickstoff (14N) und lassen sie sich dreimal synchron teilen.
Angenommen, 4 x 109 DNA-Moleküle befanden sich in den Zellen, die als Generation
0 in das normale Medium überführt wurden, wie viele DNA-Moleküle befinden sich in
den Kulturen nach einer, zwei und drei Generationen und welche Dichten finden Sie?
4.
Das folgende DNA-Segment ist Teil eines (natürlich viel längeren)
Chromosoms:
5’.....ATTCGTACGATCGACTGACTGACAGTC.....3’
3’.....TAAGCATGCTAGCTGACTGACTGTCAG.....5’
Nehmen Sie an, die DNA-Polymerase startet von links mit der Replikation des
Segments.
a) Welcher Strang ist die Matrize für den Leitstrang?
b) Zeichnen Sie das Segment zu dem Zeitpunkt, wenn die Polymerase die Hälfte der
Strecke geschafft hat. Wo liegen DNA-Polymerase Moleküle? Wo RNA-Primer?
Bezeichnen Sie 3’ und 5’ Enden.
c) Zeichnen Sie die kompletten Tochtermoleküle, bezeichnen Sie 3’ und 5’ Enden.
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5.
Zeichnen Sie in dem folgenden Diagramm, das den Ursprung einer
bidirektionalen Replikation auf einem DNA-Strang darstellen soll, die Primer, die
Okazaki-Fragmente, die Lage der an der Replikation beteiligten Moleküle (DNAPolymerase I, DNA-Polymerase III, Ligase, Helikase und Gyrase) ein und beschriften
Sie die Polaritäten der DNA-Stränge. Unterscheiden Sie klar, wo kontinuierliche und
diskontinuierliche Replikation stattfindet.
6.
Alle bekannten DNA-Polymerasen verlängern Polynukleotidketten in 5’  3’Richtung von einem Primer aus. Im Verlauf der Replikation werden diese RNAPrimer später enzymatisch entfernt. In E. coli und in eukaryotischen Genomen
werden verschiedene Strategien angewandt, um den Verlust terminaler Sequenzen
zu vermeiden. Beschreiben Sie diese kurz!
7.
Betrachten Sie die unten abgebildete Verbindung (Didesoxycytidintriphosphat,
ddCTP). Was passiert, wenn zu einer DNA-Replikationsreaktion ddCTP in einem
großen Überschuss über das verfügbare Desoxycytosintriphosphat (dCTP) gegeben
wird? Was erwarten Sie, wenn ddCTP in einer Konzentration von 10% des
verfügbaren dCTP zugegeben wird?
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Multiple Choice Fragen
Wichtig: Begründen Sie jeweils Ihre Antworten!
8.
E. coli Zellen werden für genau eine Generation in Medium wachsen
gelassen, das 3H-markiertes Thymidin enthält. Danach werden die Zellen wieder in
normales Medium mit unmarkiertem Thymidin überführt und wieder für genau eine
Generation wachsen gelassen. Wie hoch wird nun der Anteil radioaktiv markierter
Bakterienzellen sein?
a) 1/16
9.
b) 1/8
c) 1/4
d)1/2
e) alle
Okazaki-Fragmente werden gebildet:
a) an der mRNA
b) am 3’-Ende eines DNA-Strangs, der gerade polymerisiert wird
c) am Leitstrang
d) am Folgestrang
e) in der großen Furche (major groove) der DNA
10.
Nehmen Sie an, ein 1000 kb langes DNA-Fragment besitzt 10 gleichmäßig
über die DNA verteilte Replikationsursprünge und die Geschwindigkeit der DNAPolymerase beträgt 1 kb pro Sekunde. Wie lange dauert die Produktion von 2
Tochter-DNA-Strängen?
a) 20’’
b) 30’’
c) 40’’
d) 50’’
e) 100’’
11.
Welche der folgenden, die in vivo Replikation des E. coli Genoms betreffenden
Aussagen sind wahr?
a)
Während der Replikation wird die DNA entwunden.
b)
Die Syntheserichtung für beide Stränge ist 5’ nach 3’.
c)
RNA dient als Primer.
d)
Die Kopie der 5’  3’-Matrize wird in kurzen Fragmenten synthetisiert.
e)
Das E. coli Chromosom repliziert nach dem Rolling Circle Modell und bildet
Konkatamere.
12.
Warum kann die Generationszeit von E. coli 20 min betragen, obwohl die
Duplikation der DNA 40 min dauert?
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