Log in to StudySoup
Get Full Access to MiraCosta College - BIO 204 - Study Guide - Midterm
Join StudySoup for FREE
Get Full Access to MiraCosta College - BIO 204 - Study Guide - Midterm

Already have an account? Login here
Reset your password

MIRACOSTA COLLEGE / Biology / BIOL 204 / What is a single strand binding protein?

What is a single strand binding protein?

What is a single strand binding protein?


School: MiraCosta College
Department: Biology
Course: Metabolic Biochemistry
Professor: S. bailey
Term: Spring 2016
Cost: 50
Name: Unit 4
Description: Unit 4 vocab and questions
Uploaded: 05/17/2016
12 Pages 55 Views 8 Unlocks

(Rating: )


What is the single strand binding protein these proteins bind to the?

∙ The process through which  the genetic information of a  cell is copied through a series  of enzymatic reactions to pass identical DNA to daughter 


5’ to 3’ Polarity

∙ refers to the carbon numbers  of the sugars ribose and 

deoxyribose which contain  hydroxyl groups to which 

incoming nucleotides are 

attached during 

polymerization, with addition  specifically to the 3' hydroxyl  group, resulting in increases  in length at the 3' end, in 

polymerization in the 5' to 3'  direction


∙ The configuration of a DNA  molecule that is made up of  two strands held together by  complimentary base pairing.  This results in one strand 

What is an exonuclease?

reading 5’3’ one direction  and 5’3’ in the opposite 


RNA Primase

∙ An enzyme that lays down  complimentary RNA 

nucleotides to the template  strand of DNA known as 

RNA primers.

∙ Necessary before DNA  Polymerase III can lay down  new DNA


∙ The enzyme that “unzips” the  original DNA strand to start  replication and create  We also discuss several other topics like What is a rhone style red wine?

replication forks and two 

template strands

Single strand binding protein ∙ These proteins bind to the  unpaired, separated DNA 

strands and keep them from  re­pairing.  


∙ The enzyme that stays ahead  of the replication fork 

What is meant by the terms deamination and depurination?

relieving the strain on the yet  to be separated DNA because  the untwisting of the double  helix causes strain.

DNA Polymerase III

∙ The enzyme that begins  If you want to learn more check out How would you describe abnormality?
If you want to learn more check out What is weber's law?

laying down new nucleotides  complimentary to the template strand on both the leading and lagging strand after the RNA 

primer has been established o alpha­subunit: Enzymatic  polymerization of DNA in 

the 5’3’ direction

o epsilon­subunit: 

Exonuclease that proofreads  in a 3’5’ direction

o beta­subunit: holds the  whole complex onto the  Don't forget about the age old question of What is the significance of the paleolithic era in world history?

DNA strand

o tau­subunit: Tethers the two alpha subunits of DNA 

polymerase III to each other DNA Polymerase I

∙ Replaces the RNA primer  with DNA after RNase 

degrades the RNA primer.

∙ Polymerizes in the 5’3’  direction 

DNA Ligase

∙ An enzyme that connects the  fragments of lagging strand  DNA 

Okazaki Fragment

∙ Lagging strand segments that  contain the RNA primer and  nucleotides laid down by 

DNA Polymerase III 

Leading Strand

∙ DNA synthesized 

continuously 5’3’ following  the replication fork (helicase) Lagging Strand

∙ DNA synthesized in segments away from the replication fork also in the 5’3’ direction 


∙ An enzyme that works by  cleaving nucleotides one at a  time from the end (exo) of a  polynucleotide chain. We also discuss several other topics like How do plants control viral diseases?


∙ An enzyme that works by  cleaving nucleotides one at a  time from the 


∙ Rare forms of nucleotides that can “confuse” DNA 

polymerase when the enzyme  selects nucleotides to pair up ∙ Nucleotides have a floating  proton that can give the 

molecule a different structure 

causing an incorrect pairing  that could lead to point 

mutations due to DNA’s 

semi­conservative replication  properties


∙ Repetitive DNA added to the  3’ ends of chromosomes early in development

∙ End replication problem  occurs because lagging 

strands would be staggered  leaving them uncopied

∙ Telomeres prevent the  staggered ends from 

activating the cells systems  for monitoring damaged 


∙ Also acts as a buffer that  provides protection against  the organism’s genes 

shortening.  They do get 

shorter after every round of  replication eventually leading  to somatic cell apoptosis or  senescence= no more cell  Don't forget about the age old question of Pick the term consumer culture apart- what does it mean to be a consumer?



∙ The enzyme that adds 

telomeres to DNA strands.


∙ Set of genes that are related  and coordinate functionally  for a protein 

∙ Includes the switch segment  of DNA called an operator,  the promoter sequence and the genes they control.


∙ Describing a type of 

messenger RNA that can 

encode more than one 

polypeptide separately within  the same RNA molecule.


∙ An RNA molecule that  encodes for only one protein Promoter

∙ The DNA sequence where  RNA polymerase attaches and initiates transcription. 

RNA Polymerase

∙ An enzyme that pries the two  strands of DNA apart and 

joins together RNA 

nucleotides complementary to the DNA template strand.

∙ Assemble a polynucleotide in 

the 5’3’ direction.


∙ TATA binding protein that  recognizes the promoter 

sequence and recruits general  transcription factors to bind  and assemble


∙ A helicase enzyme that  unwinds parent DNA and 

phosphorylates RNA 

polymerase II at the C

terminal domain

∙ Phosphates become binding  sites for “hitchhiker” proteins  such as Capping Enzymes and Cleavage factors

∙ Also used as a promoter  clearance


∙ A nucleotide sequence  containing TATA, about 25  nucleotides upstream from the transcriptional start point.

Template Strand

∙ The strand of DNA that is  used to make a new strand of  RNA during transcription by  matching complimentary 

nucleotides to it.

Non­template Strand

∙ The other strand of DNA not  being used to create RNA 

during transcription

C­terminal Domain

∙ The carboxyl end of an amino acid where more amino acids  are attached to create the 

growing polypeptide chain 

during translation

General Transcription Factor ∙ class of protein transcription  factors that bind to specific  sites (promoter) on DNA to  activate transcription of 

genetic information from 

DNA to mRNA.

Poly A Signal

∙ Polyadenylation signal  sequence in DNA (TTATTT)  that specifies a signal 

sequence in mRNA 


∙ Once this stretch of 

nucleotides appears, it is 

immediately bound by 

cleavage factors to release the  mRNA to head to ribosomes 

for translation.

Poly A Tail

∙ At the 3’ end, Poly A 

polymerase adds about 200  more adenine nucleotide

∙ Used to facilitate the export of the mRNA from the nucleus,  used to protect the mRNA 

from degradation by 

exonucleases, and they help  ribosomes identify and attach  to the 5’ end of the mRNA.

5’ Cap

∙ A modified form of guanine  nucleotide added to the 5’ end after transcription 

∙ Done for same reasons as  Poly­A tail. (Export of 

nucleus, prevent degradation,  point of attachment for 



∙ Regions of mRNA that are  expressed by being translated  into AAs.


∙ Regions of mRNA that are  noncoding segments that are  usually between coding 

regions and are cut out by 

large complex of proteins and  snRNA called splicesomes.


∙ A complex of snRNA and  proteins that bind to introns to splice them out of mRNA


∙ The formal name of the  complex made up of snRNA  and binding proteins that 

cleave out introns from 



∙ Molecule of nucleotides that  is transcribed from DNA and  translated into AAs via 



∙ Transfer RNA used to transfer amino acids from the 

cytoplasmic pool to a growing polypeptide in a ribosome.


∙ RNA molecules that, together  with proteins, make up 

ribosomes; the most abundant  type of RNA


∙ Small nuclear RNA that,  together with proteins, make  up spliceosomes


∙ Micro RNA that regulates the  expression of genes by 

interacting directly with DNA or w mRNA copy

∙ Capable of binding to 

complementary sequences in  mRNA molecules.  

∙ Allows complex to bind to  any mRNA molecule with at  least 7 or 8 nucleotides of 

complementary sequence.

∙ miRNA and protein complex  either degrades the target 

mRNA or blocks its 



∙ RNA molecules that function  as enzymes

∙ found in the ribosome where  they join amino acids together to form protein chains

5’/3’ UTRs

∙ Parts of the mRNA that will  not be translated into protein,  but they have other functions,  such as ribosome binding.

Start codon

∙ Codon AUG that signals the  protein­synthesizing 

machinery to begin translating the mRNA at that location.

Stop codon

∙ Termination codon that  signals the end of a 


Aminoacyl tRNA Synthetase  (AARS)

∙ Correct matching up of tRNA  and amino acid is carrier out  by these enzymes.

∙ Active site of each AARS fits  only a specific combo of AA  and tRNA making there be 20 different synthases for each  AA.

∙ Catalyzes the covalent  attachment of the AA to 

tRNA driven by hydrolysis of  ATP

Ribosomal Subunit

∙ Small subunit

o Binds to both mRNA and a specific initiator tRNA, 

which carriers the AA 

methionine.  Binds the 

mRNA at a specific RNA 

sequence, just upstream 

from the start codon, AUG

o Binds to the 5’ cap of the  mRNA and then moves, or  scans, downstream along 

the mRNA until it reaches 

the start codon

∙ Large subunit

o Completes the initiation  complex. 

o Hydrolysis of GTP 

provides the energy for the  assembly.  Initiator tRNA 

is in the P site; the A site is

available to the tRNA with  the next AA

Initiation Factors

∙ Proteins that are required to  bring all the translation 

components together.

Elongation Factors

∙ Several proteins that are  required to add AAs one by  one to the previous amino 

acid at the C­terminus of the  growing polypeptide chain.

lac operon

∙ Set of genes that are related  and coordinate functionally  for lactose

o Lac Z: encodes beta

galactosidase which 

cleaves and begin 

metabolism of lactose

o Lac Y: encodes lactose  permease which is a 

membrane transport 


o Lac A: encodes 


transacetylase which is still

not understood


∙ Positioned within the 

promoter, or between 

promoter and enzyme­coding  genes.

∙ Controls the access of RNA  polymerase to the genes.


∙ A protein that binds to the  operator and blocks 

attachment of RNA 

polymerase to the promoter  preventing transcription of the genes.


∙ Small molecule that 

cooperates with a repressor  protein to switch an operon  off


∙ Small molecule that 

inactivates the repressor if the  operon is always active and  requires a repressor to turn it  off.

Catabolite Activator Protein  (CAP)

∙ A protein (activator) that  binds to DNA and stimulates  transcription of a gene.

∙ “senses” the transport of  another sugar and binds to site near promoter and interacts  with RNA polymerase, 

stabilizes it on a weak 


o Promoters have specific  sequences of nucleotides 

and if sequence doesn’t 

match ideal sequence of 

promoter, it will not recruit

RNA polymerase well


∙ A protein that accumulates  when glucose is scarce that  allosterically regulates by 

binding to CAP protein.


∙ Distal control element which  maybe thousands of 

nucleotides upstream or 

downstream of a gene or even within an intron.

∙ Activator proteins bind to the  enhancer area which has three binding sites.  DNA bends via bending proteins that bring 

activators closer to the 

promoter.  General 

transcription factors, mediator proteins, and RNA 

polymerase II are nearby.

∙ Activators bind to certain  mediator proteins and general  tx factors helping them form  an active transcription 

initiation complex on the 


Regulatory Transcription Factor

∙ Activate or inhibit gene  expression by recruiting 

chromatin modifying enzymes to genes.

Combinatorial Code

∙ Only a dozen or so nucleotide  sequences appear in control  elements for different genes.   Each enhancer is composed of about ten control elements 

each of which can bind only  one or two specific tx factors. ∙ The particular combination of  control elements in an 

enhancer associated with a 

agene, rather than the 

presence of a single unique  control element that is 

important in regulating 


Histone Acetyltransferase (HAT) ∙ Modify chromatin so its more  open and RNA 


factors can bind easier and 

transcribe a gene.

Histone Deacetylase (HDAC) ∙ Remove functional group  from histone tail causing a 

highly condensed chromatin  state.


∙ histone­modifying enzymes  that catalyze the transfer of  methyl groups to histone 


∙ gene is brought into a closed  chromatin state so it may not  be expressed such as silencing pancreatic cell from 

expressing the sequence for  hemoglobin production.


∙ also referred to as closed  chromatin or gene poor 

because it is inaccessible to  the machinery of the cell 

responsible for transcribing  the genetic information coded  in the DNA


∙ true chromatin is loosely  packed making its DNA 

accessible to machinery so the genes present in euchromatin  can be transcribed.

Maternal Effect Gene

∙ these genes specify polarity of

a developing cell into anterior, posterior, dorsal, and ventral. ∙ Expressed by mother during  oogenesis (egg development) ∙ Bicoid and Nanos mRNA are  localized at opposite poles of  the oocyte.

Segmentation Gene

∙ Established by the maternal  effect gene

∙ Determine the position and  polarity of each segment of a  developing organism created  by morphogen concentrations  that encode for transcription  factors

Homeotic (HOX) Gene

∙ Homeobox genes encode for 

tx factors with conserved  DNA binding domains 


∙ Similar sequence amongst  many organism and they 

control pattern formation in  the late embryo, larva, and  adult 


∙ Gene that is expressed and  mRNA is transported from  nurse cell to oocyte and 

specifically localized to the  region in contact with the  nurse cells to become the  anterior of the organism


∙ Gene that is expressed and  mRNA is transported from 

nurse cell to oocyte and  localized to opposite end to  become posterior of organism

1. Where does the energy for the synthesis of nucleic acid molecules come from?  How does this necessarily constrain the  direction of synthesis of new nucleic acid strands?

∙ The linkage of nucleic acid molecules is a dehydration synthesis reaction.  Adjacent nucleotides are joined by a  phosphodiester linkage consisting of a phosphate group that links the sugars of two nucleotides.  The bond results in a  repeating patter of sugar­phosphate units called the backbone.  The two free ends of the polymer are different.  One has a  phosphate attached to a 5’ carbon and tother end has a hydroxyl group on the 3’ carbon.  

∙ This restricts a nucleic acid polymer to only be able to add more sugar­phosphate molecules to the 3’ end of the previous  sugar­phosphate structure because during hydrolysis, a water molecule is added and the Oxygen molecule leaves the  hydroxyl on the 3’ carbon the oxygen on the phosphate group can bind to the carbon

2. How did the Meselsen­Stahl experiment provide support for the semi­conservative model of DNA replication?  How  would the results have been different if the mode of DNA replication were conservative?

∙ Their experiment eliminated the conservative model for DNA because the first replication produced a band of hybrid  DNA.  The second replication produced both light and hybrid DNA, a result that refuted the dispersive model and  supported the semiconservative model.  This proves that unlike a conservative model, daughter cells will contain one  old strand from the parent molecule and a newly made strand.  A conservative model would have the two parental  strands somehow come back together after the process and be seen in its entirety in the daughter cells.

3. What are the specific functions of E. coli DNA Polymerases I and III in DNA Replication? ∙ DNA Polymerase III adds DNA nucleotides to an RNA primer using the parental strand as a template to add  complimentary nucleotides.  

∙ DNA Polymerase I replaces the RNA nucleotides of the primer after RNase degrades the primer. 4. Define the functions of the alpha, epsilon, beta and tau subunits of E. coli DNA Polymerase III during replication. ∙ Alpha: the enzymatic polymerization of DNA in the 5’3’ direction

∙ Epsilon: exonuclease 3’5’ that acts as a proofreader to ensure nucleotides are complimentarily paired ∙ Beta: The subunit that clamps polymerase to the DNA strands

∙ Tau: Tethers two parental strands and the polymerase to one another. 

5. What is an exonuclease?  How do 5’ to 3’ and 3’ to 5’ exonucleases differ from one another functionally?  How does an  endonuclease differ from an exonuclease?

∙ An exonuclease is an enzyme that degrades nucleotides from the one end of the molecule which is different than an  endonuclease which degrades nucleotide molecules from with in the molecule.

∙ The difference is on which strand the exonuclease is acting on.  DNA polymerase III, for example, proofreads the  template strand in the 3’5’ direction but lays new nucleotides in the 5’3’ direction.  RNase acts as an exonuclease,  deleting RNA primer in the 5’3’ direction on the leading/lagging strands.

6. Define the roles of each of the following in DNA replication:  Helicase, DNA Polymerase I, DNA Polymerase III,  Primase, Single Strand Binding Protein, Topoisomerase, DNA Ligase, RNAse.

∙ Helicase: unwinds parental double helix at the replication forks

∙ DNA Polymerase I: replaces the RNA nucleotides of the RNA primer with DNA nucleotides.

∙ DNA Polymerase III: adds new DNA nucleotides to the RNA primer that must first be laid down ∙ Single Strand Binding Proteins: Binds to and stabilizes single­stranded DNA until it is used as a template to prevent  the just unwound helix from coming back together

∙ Topoisomerase: Relieves over­winding strain ahead of replication forks by breaking, swiveling, and rejoining DNA  strands

∙ DNA Ligase: Joins okazaki fragments of lagging strand once the RNA primer is replaced with DNA nucleotides.  On  the leading strand, it joins the 3’ end of DNA that replaces primer to the rest o the leading strand of DNA ∙ RNase: an exonuclease that degrades the RNA primer before DNA polymerase I can replace the nucleotides 7. What’s the difference between the leading strand and the lagging strand?  Why is it necessarily true that every  replication bubble will have two leading strands and two lagging strands?

∙ The difference between the leading strand and the lagging strand is that the leading strand is continuously formed once  the primer is laid down, DNA polymerase III moves towards the replication fork adding nucleotides.  The lagging  strand must wait as the double helix is unzipped because nucleotides can only be added on the 3’ end causing the DNA  polymerase III to add nucleotides segment by segment in the opposite direction of the replication fork.

∙ There are two of each strand because replication occurs in a bidirectional format from the origin of replication creating  two replication forks.

8. Although both catalyze new covalent bond synthesis in DNA, DNA Polymerase requires no ATP for energy, whereas  DNA ligase does require the energy of ATP.  Explain why this is so.

∙ This is because hydrolysis can drive the connection of new nucleotides to a growing strand by DNA polymerase but to  connect a sugar­phosphate backbone of a 3’ carbon to a 5’ carbon the the strand “in front” of it requires ATP to create  the new bond.

9. Define the end replication problem in eukaryotes, and explain how eukaryotic cells deal with the problem. ∙ Replication machinery cannot complete the 5’ ends of daughter DNA strands because a DNA polymerase can add  nucleotides only to a 3’ end of a preexisting polynucleotide.  Once a primer is removed from the last fragment there is  no 3’ end for new nucleotides to be added so repeated rounds of replication produce shorter and shorter DNA  molecules with staggered ends.  Eukaryotic chromosomal DNA molecules have special sequences called telomeres at  the end that do not contain genes but multiple repetitions of one short nucleotide sequence.  

∙ Telomeres prevent the cell from activating mechanisms to handle damaged DNA such as cell cycle arrest or apoptosis.   Also the telomeric DNA acts as a buffer so the DNA does not shorten too fast.  An enzyme called telomerase catalyzes  the lengthening of telomeres in eukaryotic germ cells, thus restoring their original length and compensating for the  shortening that occurs during DNA replication.

10. What is the Hayflick limit?  How is it related to telomeres, cellular aging and senescence? ∙ The Hayflick limit is the number of times a normal human cell population will divide until cell division stops ∙ This is related to telomeres, cellular ageing, and senescence in that telomeric DNA tends to be shorter in dividing 

somatic cells of older individuals and in cultured cells that have divided many times.  It has been proposed that  shortening of telomeres is somehow connected to the ageing process of certain tissues and even to aging of the  organism as a whole.  Once a telomere is too short the cell will be signaled for apoptosis or senescence which is no  more cell division leading to aging tissues/aging organism.

11. What is meant by the terms deamination and depurination?  How does the cell “deal with” each of these problems? ∙ Deamination is the removal of an amine group from a molecule. Enzymes that catalyze this reaction are called  deaminases. In DNA, deamination of cytosine is corrected by the removal of uracil.  This site is then recognized by  endonucleases that break a phosphodiester bond in the DNA, permitting the repair of the resulting lesion by  replacement with another cytosine. A DNA Polymerase may perform this replacement by its 5'­­>3' exonuclease  activity, followed by a fill­in reaction by its polymerase activity. DNA ligase then forms a phosphodiester bond to seal  the resulting nicked duplex product, which now includes a new, correct cytosine.  This is done is similar fashion for all  nucleotides

∙ Depurination occurs when a purine (A or G) is released from a sequence.  The cell can repair this with an endonuclease that cuts a segment of DNA and then DNA polymerase rewrites the sequence to insert the missing base pair. 12. What is an intercalating agent?  How do intercalating agents lead to mutation and DNA damage? ∙ Such as ethidium bromide and proflavine, are molecules that may insert between bases in DNA, causing frameshift  mutation during replication.  Frameshift mutation can lead to cancer cell growth or cause the cell to create proteins in  incorrect order once transcribed to RNA and translated by ribosomes

13. How does exposure to ultraviolet radiation lead to DNA damage and potentially to mutations? ∙ UV is a physical mutagen known as mutagenic radiation which can cause disruptive thymine dimers in DNA.  This  new structure no longer hydrogen­bonds to adenine, and creates a noticeable kink that will signal a base mismatch. If  left to its own devices, DNA polymerase will “idle” at this site.  The other side can be replicated, leaving a gap at the  dimer. This would be lethal in the next round of replication, because it would produce a double­stranded break.

14. Define the four essential steps that excision repair pathways in both prokaryotic and eukaryotic cells have in common. ∙ Teams of enzymes detect and repair damaged DNA, such as a thyamine dimer (caused by UV radiation) which can  distort a DNA molecule.  A nuclease enzyme cuts the damaged DNA strand at two points, and the damaged section is  removed.  Repair, synthesis by a DNA polymerase fills in the missing nucleotides.  DNA ligase seals the free end of the new DNA to the old DNA, making the strand complete.

15. Why is cancer the logical consequence of damage to DNA repair mechanisms like the UV Repair pathway? ∙ Skin cancer can be caused by an inherited defect in a nucleotide excision repair enzyme because this can cause  mutations to go unnoticed by the cell.  The formation of thyamine dimers like those in UV damage caused DNA to  buckle and interfere with DNA replication and if these go uncorrected, skin cancer can result.

16. How do some chemotherapeutic strategies exploit defective DNA repair mechanisms in cancer cells? ∙ Some chemotherapeutic strategies target the DNA repair and replication mechanisms in cancerous cells to prevent them from repairing DNA that has mutations and continuing to replicate it once repaired.  Many cancerous cells do not have  a replication limit and they will continue to divide and move mutated DNA to new cells spreading cancer. 17. Compare the enzyme responsible for transcription to the enzyme responsible for initiating each new nucleic acid  strand in replication and the enzyme that does the bulk of DNA replication.  How are the enzymatic activities similar? How are they distinct?

∙ RNA Polymerase II and DNA Polymerase III are similar in that they both read template DNA in the 5’3’ direction.  ∙ The enzymes are different in that RNA Pol can initiate new nucleic acids whereas DNA Pol must have an RNA primer  laid down first.  RNA Pol also requires general transcription factors to initiate the transcription of mRNA. 18. What is the relationship between the sequence of the transcribed RNA molecule and the template and non­template  strand of the gene?

∙ The mRNA molecule that is transcribed comes from an RNA polymerase II enzyme reading the template strand and  producing a complimentary strand.  The non­template strand is inside the RNA polymerase enzyme, however, it is not  read to create an mRNA strand.

19. During transcription, where does the energy for the synthesis of the RNA molecule come from?  How does this  necessarily constrain the direction of synthesis of the transcribed RNA?  How is this related to the synthesis of DNA  during replication?

∙ This is the same as the construction of a new DNA molecule during replication in that nucleotides are added to the 3’  end of the RNA molecule via hydrolysis reactions.  Only sugar­phosphate backbone molecules can be attached at the 3’ carbon of the last molecule.

20. What is meant by coding versus non­coding RNA?  What classes of RNA fall into each category and what are their  major functions?

∙ Coding RNA refers to triplet nucleotide sequences that will code for a protein.  Non­coding RNA consist of nucleotide  sequences that will not be translated into proteins but have other important functions.

∙ mRNA: (coding) strand that is read by ribosome known as “messenger” RNA. Molecule of nucleotides that is  transcribed from DNA and translated into AAs via ribosomes.

∙ tRNA (non­coding) Transfer RNA used to transfer amino acids from the cytoplasmic pool to a growing polypeptide in  a ribosome.

∙ rRNA (non­coding) RNA molecules that, together with proteins, make up ribosomes; the most abundant type of RNA ∙ snRNA (non­coding) Small nuclear RNA that, together with proteins, make up spliceosomes ∙ miRNA (non­coding) Micro RNA that regulates the expression of genes by interacting directly with DNA or w mRNA 

copy.  Capable of binding to complementary sequences in mRNA molecules.  Allows complex to bind to any mRNA  molecule with at least 7 or 8 nucleotides of complementary sequence. miRNA and protein complex either degrades the  target mRNA or blocks its translation

21. What is meant by the term ribozyme?  What classes of RNA are categorized as such and what are their major  functions?

∙ Ribozymes are RNA molecules that function as enzymes.  Intron RNA functions as a ribozyme and catalyzes its own  excision.  (rRNA) RNA is single­stranded, a region of an RNA molecule may base­pair, in an antiparallel arrangement,  with a complementary region elsewhere in the same molecule; this gives the molecule a particular 3D structure.   Specific structure is essential to the catalytic function of ribozymes, just as it is for enzymatic proteins. ∙ Some of the bases in RNA contain functional groups that can participate in catalysis.

∙ Acid molecules add specificity to its catalytic activity

22. What distinguishes eukaryotic RNA Polymerase II from Pol I, III, IV and V?

∙ RNA polymerase I synthesizes a pre­rRNA which matures and will form the major RNA sections of the ribosome. ∙ RNA polymerase II synthesizes precursors pre­mRNA.  It controls transcription for the most part and a range of 

transcription factors are required for its binding to promoters.

∙ RNA polymerase III synthesizes tRNAs, rRNA and small RNAs found in the nucleus and cytosol. ∙ RNA polymerase IV synthesizes siRNA in plants.

∙ RNA polymerase V synthesizes RNAs involved in siRNA­directed heterochromatin formation in plants.   23. Why are general transcription factors required for transcription by Pol II?  What are the major functions of the two  general transcription factors we discussed­TFIID(TBP) and TFIIH?

∙ Transcription factors mediate the binding of RNA polymerase and the initiation of transcription.  Only after tx factors  are attached to the promoter does RNA polymerase II bind to it.

∙ TFIID/TBP: TATA binding protein that recognizes the promoter sequence and recruits general transcription factors to  bind and assemble

∙ TFIIH: A helicase enzyme that unwinds parent DNA and phosphorylates RNA polymerase II at the C­terminal  domain.  Phosphates become binding sites for “hitchhiker” proteins such as Capping Enzymes and Cleavage factors.   Also used as a promoter clearance

24. In general terms, how do the functions of general transcription factors like TFIID and regulatory transcription  factors differ?

∙ General tx factors are essential for transcription of all protein­coding genes.  A few general tx factors bind to a DNA  sequence such as the TATA box with in the promoter but most bind to proteins, including other tx factors and RNA pol II.  

∙ Regulatory tx factors determine the rate of gene expression.  Tx factors bind to activation domains that bind other  regulatory proteins and tx machinery, facilitating a series of protein­protein interactions that result in enhanced  transcription off a given gene.  Some tx factors act as repressors and can inhibit gene expression in several ways  (directly binding to control element of DNA, blocking activator binding or interfering with the activator itself so it  can’t bind to the DNA)

25. What is a promoter? What is a TATA box and why is it called that?

∙ A promoter is the DNA sequence where RNA Pol II binds to begin transcription.  The TATA box is a crucial sequence  of DNA that is part of the promoter sequence where RNA polymerase binds.  It is called this because the sequence is  just that TATA.  

26. What is the polyA signal sequence?  What role does this sequence play in terminating transcription of a eukaryotic  gene? What is its relationship to the polyA tail of eukaryotic mRNAs?

∙ The polyA signal sequence refers to the sequence TTATTT on DNA that is seen at the 5’ end of the template strand  that is transcribed in the 3’5’ direction.  When transcribed into mRNA it reads AAUAAA and is the sequence  recognized by cleavage facts to end the transcription to create the pre­mRNA strand.  The polyA tail is added to the 3’  end of the newly transcribed mRNA by polyA polymerase to increase efficiency of translation and to slow degradation 27. What is the 5’ cap on eukaryotic mRNA?  What is its functional significance?

∙ The 5’ cap on mRNA is a methylated Guanine nucleotide that is added immediately after tx begins.  The cap protects  the mRNA from exonucleases and is the initiation of translation for the ribosome to bind.

28. What are exons and introns?  What molecular machine is responsible for recognizing these sequences and controlling  their processing in eukaryotic mRNAs?

∙ Exons are regions of mRNA that are expressed by being translated into AAs and Introns are regions of mRNA that are  noncoding segments that are usually between coding regions and are cut out by large complex of proteins and snRNA  called spliceosomes.

∙ Transcription factors that bind to a DNA sequence, other transcription factors, and RNA polymerase II facilitate the  correct positioning of the DNA­enzyme­tx factor complex on the promoter sequence of DNA and initiate transcription  (RNA synthesis).  The interactions of enhancers also affect the rate of gene expression by binding to activators or  repressor proteins that in turn interact with the transcription initiation complex.  It is the combinatorial code of all these  things that regulate transcription.

29. What advantage does alternative splicing confer to eukaryotic cells?

∙ This is one of several opportunities for regulating gene expression.  Different mRNA molecules are produced form the  same primary transcript depending on which RNA segments are treated as exons and which as introns.  Regulatory  proteins specific to a cell type control intron­exon choice by binding to regulatory sequences within the primary  transcript.  

∙ This expands the repertoire of a eukaryotic genome.  The extent of alternative splicing greatly multiplies the number of  possible human proteins, which may be better correlated with the complexity of the organism. 

30. What is the relationship between the exon and a “functional domain” on a protein?  How is this related to the concept  of protein evolution over time?

∙ Different exons code for the different domains of a protein including the functional domains of the active sites and cell 

membrane binding sites.  The presence of introns in a gene may facilitate the evolution of new and potentially  beneficial proteins as a result of a process known as exon shuffling.  Introns increase the probability of crossing over  between the exons of alleles of a gene simply by providing more terrain for crossover without interrupting coding  sequences.  

∙ This might result in new combos of exons and proteins with altered structure and function.  The occasional mixing and  matching of exons between different genes could occur and this may also lead to new proteins with novel combinations of functions.

31. What are the four fundamental properties of the genetic code?

∙ Genetic code is written in triplets:  3 nucleotides in mRNA known as codons specify 1 amino acid. ∙ Codons are redundant so that each amino acid (except Met and Trp) encoded by more than 1 codon. ∙ Codons are unambiguous; each codon specifies only 1 amino acid

∙ “Universal” coding for all organism that use essentially the same codes for amino acids

32. What are the two “business ends” of a tRNA molecule?  What is their functional significance in translation? ∙ The two business ends include the Amino acid attachment site which uses the AARS to attach an amino acid to the  tRNA and the Anticodon end which has the complimentary nucleotides to the mRNA being translated.  33. How is it that the process of linking tRNAs to their cognate amino acids is a relatively high fidelity process, given the  similarity in structure between some amino acids, for example leucine and isoleucine?

∙ The active site of each type of AARS fits only a specific combination of amino acid and tRNA.  There are 20 different  synthetases, one for each amino acid.  Each synthetase is able to bind to all the different tRNAs that code for its  particular amino acid.  The synthetase catalyzes the covalent attachment of the amino acid to its tRNA in a process  driven by the hydrolysis of ATP.  

34. Describe the structure of the eukaryotic (80S) ribosome, what role is played by the large and small subunits of this  molecular complex?

∙  Small subunit Binds to both mRNA and a specific initiator tRNA, which carriers the AA methionine.  Binds the  mRNA at a specific RNA sequence, just upstream from the start codon, AUG.  It binds to the 5’ cap of the mRNA and  then moves, or scans, downstream along the mRNA until it reaches the start codon

∙ Large subunit Completes the initiation complex. Hydrolysis of GTP provides the energy for the assembly.  Initiator  tRNA is in the P site; the A site is available to the tRNA with the next AA

35. What do the “E”, “P” and “A” stand for in describing the three tRNA binding sites within the large ribosomal  subunit?  Describe the cycling of tRNAs through these three sites during the process of translation.  What is  happening to the mRNA molecule as this is occurring?

∙ The P site (peptidyl­tRNA binding site) holds the tRNA carrying the growing polypeptide chain while the A site (aminoacyl­tRNA binding site) holds the tRNA carrying the next amino acid to be added onto the chain.  Discharged  tRNAs leave the ribosome from the E site (exit site).  The positions of the ribosome hold the tRNA and mRNA in a  close proximity and positions the new amino acid so that it can be added to the carboxyl end of the growing  polypeptide.  It then catalyzes the formation of the peptide bond.  

36. What is the general role of initiation factors in translation?  What roles are played by elongation factors?  What role  is played by release factors?

∙ Initiation factors are required to bring all the components of translation together.  The cell also expends energy  obtained by hydrolysis of a GTP molecule to form the initiation complex.

∙ Elongation factors are required by the addition of amino acids to the growing polypeptide chain.  The mRNA is moved  through the ribosome in one direction (same as saying ribosome moves 5’3’ down RNA).  Codon recognition requires hydrolysis of one molecule of GTP, which increases the accuracy and efficiency.  One more GTP is hydrolyzed to  provide energy for the translocation step.

∙ Release factors bind directly to the stop codon in the A site.  The release factor causes the addition of a water molecule  instead of an amino acid to the polypeptide chain.  This reaction breaks the bond between the completed polypeptide  and the tRNA in the P site releasing the chain through the exit tunnel of the ribosomes large subunit.

37. How does a given mRNA direct protein synthesis by either free ribosomes in the cytoplasm, or bound ribosomes at the rough ER?

∙ Polypeptide synthesis begins on a free ribosome in the cytosol.   A signal­recognition particle binds to the signal  peptide which targets the protein to the ER.  The SRP binds to a receptor protein complex that forms a pore and has a  signal­cleaving enzyme.  The SRP leaves and polypeptide synthesis resumes, with simultaneous translocation across  the membrane.  The signal cleaving enzyme cuts off the signal peptide.  The rest of the completed polypeptide leaves  the ribosome and folds into tits final conformation.

38. What is meant by the terms silent, missense, nonsense and frameshift mutation?  How can a base change in a protein  coding gene that causes a single amino acid substitution have either no effect, minimal effect or devastating effect on  the protein function?

∙ Point mutations are changes in a single nucleotide causing the following mutations:

o Silent mutation is a change in a nucleotide pair that may transform one codon into another that is translated into the  same amino acid and there is no observable effect on the phenotype.

o Missense mutations are substitutions that change one amino acid to another.  This mutation may have little effect on the protein because the new amino acid has similar properties as the one it replaced or it may be in a region of the protein  where the exact sequence of amino acids is not essential to the proteins function.  This may be detrimental if the new 

amino acid is substantially different than the one it replaced or if the region in the protein complex is sensitive to  changes.

o Nonsense mutations occur when a point mutation to a nucleotide changes an amino acid to a stop codon and it causes  translation to be terminated prematurely; the resulting polypeptide will be shorter than the polypeptide encoded by the  normal gene.  These usually lead to nonfunctional proteins.  

∙ Insertion and deletions are additions or losses of nucleotide pairs in a gene.  These have devastating effects on the  resulting proteins and the organism as a whole.

o Frameshift mutations are the alterations of the reading frame of the genetic message, the triplet grouping of  nucleotides on the mRNA that is read during translation.  All nucleotides downstream of the deletion or insertion will be improperly grouped into codons and will result in extensive missense usually ending sooner or later in nonsense and  premature termination. 

39. How could a mutation within an intron lead to disruption of protein function?  What percentage of human diseases  are thought to be the result of this type of mutation?

∙ A mutation in an intron may disrupt protein function because a mutation in an intron would cause a different site for  RNA splicing.  This leads to different outcomes of exons which ultimately serve as the coding regions of mRNA. 40. What is the molecular explanation for the diauxic growth curve of a culture of E. coli grown in the presence of glucose and an alternate sugar like lactose?

∙ The biphasic bacterial growth in the presence of glucose and alternate sugars like lactose is due to the preferred sugar  by E. coli.  A shift then occurs in the expression in genes to metabolize the next sugar.  Bacteria utilize the glucose first because more energy from the monosaccharide than having to isomerize and split the disaccharide lactose.

41. What are the functions of the three structural genes of the lac operon of E. coli?  Which, if any, of the three genes are  indispensable for normal lactose metabolism?

∙ Lac Z: encodes the lactose beta­galactosidase which cleaves and begins metabolism of lactose. ∙ Lac Y: encodes for lactose permease which is a membrane transport protein

∙ Lac A: (dispensible) encodes galactosidase transacetylase enzyme which is not understood completely

42. Distinguish between the promoter, operator and CAP binding sites of the lac operon.  Where are they located relative  to the structural genes and to one another?  Which of these are considered “regulatory elements”?  What are they  regulated by?  Why is the I gene expressed independently of the lac operon structural genes?

∙ Promoter directs RNA polymerase to bind to gene and begin transcription located upstream next to operator and  upstream from the +1 location.

∙ Operator is the binding site for the regulatory protein that negatively regulates transcription known as a repressor.  It is located next to +1 and the lac Z gene.

∙ CAP Site is where the regulatory protein CAP binds which is located next to and upstream from the promoter.  CAP  protein interacts with RNA polymerase II to stabilize promoter because the promoter is “weak” without it. ∙ The CAP site is considered regulatory because when cAMP binds to the CAP protein it is because glucose is not  present.  This occurs because glucose will block adenylyl cyclase from catalyzing cAMP.  

∙ The I gene is expressed independently because it encodes for a repressor regulatory protein.  This repressor will bind to the operator site when no lactose is present because there is no allolactose to allosterically inhibit the repressor from  binding. 

43. Why is the lactose operon referred to as an inducible operon? What is the molecular mechanism of induction?  How  does this mechanism effectively allow the E. coli genome to “sense” when lactose is present?

∙ The lac operon is referred to as inducible because it is usually off but can be stimulated when a specific small molecule  interacts with a regulatory protein. The regulatory protein is the, usually inactive, repressor protein that gets activated in the presence of allolactose (lactose).

44. What is the molecular mechanism that leads to higher levels of lac operon transcription when glucose is absent?  How  does this mechanism effectively allow the E. coli genome to “sense” when glucose is present? ∙ When glucose is not present cAMP concentrations can increase because its catalysis is not inhibited by the presence of  glucose.  The cAMP allosterically activates CAP which can bind to the CAP site on the operon.  When CAP binds it  increases the transcription rate of RNA polymerase II.  It acts as a sensor for the presence of glucose because if glucose

where present, concentrations of cAMP would be lower and CAP would be less likely to be activated. 45. Generally speaking, what “types” of eukaryotic genes are regulated and what types would you expect to be expressed  constitutively over the life of the cell? Why?

∙ Constitutive genes are not regulated and may code for proteins that are necessary for normal cell function such as cell  membrane proteins, organelles, etc.  Facultative genes are regulated as needed such as genes signaling rapid cell  replication as seen during embryonic development.  

46. What functional distinction can be made between general transcription factors like TFIID and gene specific  transcriptional activators and repressors?

∙ General transcription factors are used by both eukaryotes and prokaryotes; regulatory transcription factors are used by  eukaryotes.  General tx factors like TFIID are required for transcription to first occur, whereas, gene specific tx factors  and regulatory tx factors alter the expression/repression of genes.

47. What is meant by the term “enhance”?  How is it that such elements can carry out their function in a distance,  location and orientation independent fashion?

∙ Enhancers may be thousands of nucleotides upstream or downstream of agene or even within an intron.  Activator  proteins bind to the enhancer groups in the DNA.  A DNA ending protein brings the activator­enhancer complexes  closer to the promoter.  General tx factors, mediator proteins, and RNA pol II are now closer.  The activators bind to  certain mediator proteins and general tx factors helping them form a transcription initiation complex. 48. What is meant by the “combinatorial code” model of transcriptional regulation?

∙ The correct combination of regulatory transcription factors must bind to enhancer elements to achieve transcription.   Each combo of control elements will be able to activate tx only when the appropriate activator proteins are present,  which may occur at a precise time during development or in a particular cell type.

49. How is coordinate control of functionally related genes accomplished in eukaryotes?  How is this distinct from  coordinate regulation of operons in prokaryotic organisms?

∙ In prokaryotes, genes are often clustered into an operon, which is regulated by a single promoter and transcribed into a  single mRNA molecule.  This is different then eukaryotes, in that, coordinate gene expression depends on the  association of a specific combination of control elements with every gene of a dispersed group.  Activator proteins in  the nucleus that recognize the control elements bind to them, promoting simultaneous transcription of the genes, no  matter where they are in the genome.

∙ Coordinate control of dispersed genes in a eukaryotic cell often occurs in a response to chemical signals from outside  the cell.  Steroid hormones, for example, enter a cell and bind to a specific intracellular receptor protein forming a  complex that serves a tx activator. 

50. What are the two general mechanisms by which eukaryotic transcriptional activators and repressors influence the  rate of transcription?

∙ DNA Methylation occurs usually to the cytosine nucleotide.  The gene is brought into closed chromatin state which is  often not expressed.  Protein chromatin remodeler is recruited to alter the expression of genes (silencing).  Removal of  the extra methyl groups can turn on some of these genes.  Once methylated, genes usually stay that way through  successive cell divisions in a given individual.  

∙ Histone Acetylation appears to promote transcription by opening up the chromatin structure.  The N­terminus of each  histone molecule in a nucleosome protrudes outward from the nucleosome.  These tails are susceptible to alterations by  the addition/subtraction of acetyl groups.   

51. Define the term chromatin.  What does it mean when we say that chromatin has been “remodeled”? ∙ Chromatin is the complex of DNA and proteins that makes up eukaryotic chromosomes.  When the cell is not dividing,  chromatin exists in its dispersed form, as a mass of very long, thin fibers.

∙ Chromatin remodelers such as ncRNAs change the spacing and level of coiling to create modification.  Chromatin that  is more open can express genes more easily.  Chromatin that is more tightly packed are considered gene poor. 52. What is meant by the terms heterochromatin and euchromatin?  In what chromosomal regions is heterochromatin  characteristically found?

∙ Heterochromatin is a more condensed form of chromatin structure.  This is usually found in the centromere or  telomere regions of DNA.  

∙ Euchromatin refers to a more open chromatin structure that can express genes more easily.

53. What functional distinction can be made between DNA methylation and histone modification, in terms of the type of  regulation each confers to a gene?

∙ DNA methylation occurs on certain bases like cytosine of DNA instead of histone tails.  Unlike histone modification,  methylation causes genes to usually stay that way through successive cell divisions.  Histone modification occurs via  enzymes that add or remove methyl, acetyl and phosphate groups to the exposed tails of histones.    This type of  regulation is reversible.  Adding acetyl promotes transcription by opening up the chromatin structure while adding  methyl usually condenses structure.

54. What is the molecular mechanism by which a transcription factor induces remodeling of chromatin in the region of a  specific gene?

∙ Regulatory tx factors recruit chromatin modifying enzymes to genes.  N­terminal domains tails get modified via  covalent functional group binding or removal.  The addition/removal of phosphate, methyl, or acetyl groups changes  chromatin structure.  Acetylation is associated with more open chromatin (less condensed means more accessible to  transcription machinery).  More transcription as a result creates more gene expression.   

55. What are HATs and HDACs?  What role do they play in regulating gene expression?

∙ HATs (Histone Acetyltransferase) modify chromatin so its more open and RNA polymerase/transcription factors can  bind easier and transcribe genes.

∙ HDACs (Histone Deactlyase) remove functional groups from histone tail causing a highly condensed chromatin state.   ∙ Regulatory tx factors that bind to enhancers can recruit HATs and HDACs to gene region.   

56. Generally speaking, what types of genes might be subject to irreversible versus reversible gene regulation over the life of the cell?  Describe one molecular mechanism by which cells commonly irreversibly silence genes. ∙ Genes that are related to embryo development would most likely be irreversibly regulated to be turned off such as rapid replication or genes that are specialized..  Genes that can be reversibly regulated include those regulate hormone  production etc.

57. What are maternal effect genes?  What developmental role is played by the maternal effect genes bicoid and nanos in  the immediate postfertilization period in drosophila?

∙ these genes specify polarity of a developing cell into anterior, posterior, dorsal, and ventral.  Expressed by mother  during oogenesis (egg development).  Bicoid and Nanos mRNA are localized at opposite poles of the oocyte and they  establish the posterior and anterior structure cells in drosophila.

58. What is the function of maternal effect genes like bicoid and nanos?  Why is it accurate to say that their expression in  the earliest stages of embryonic development determines and ultimately controls events that happen much later, for  example, correct limb formation?

∙ Maternal effect genes in nurse cell nucleus diffuse across the organisms’ egg and establish at the anterior and posterior  regions.  High concentrations of Bicoid create the nuclei of cells that will populate the anterior region and ultimately  create the structures such as head.  Nanos will create the cells farther from the nurse cells to make posterior structrures  such as back legs and tail.  

59. What would happen to an embryo that had a loss of function mutation in the bicoid gene?  Could an embryo ever be  affected by a loss of function mutation in the bicoid gene?  If so, how?  If not, why not?

∙ If there was a loss of function mutation to the Bicoid it would cause the development of two anterior tails on the  embryo and as it began to develop improperly it would eventually die.  

60. Why is it accurate to say that in drosophila the establishment of the basic body axes (anterior/posterior,  dorsal/ventral) depends on regulated gene expression in both the mother and the embryo?

∙ Cytoplasmic determinants that are localized in the unfertilized egg provide positional information for the placement of  anterior­posterior and dorsal­ventral exes even before fertilization.  These determinants are coded by genes in the  mother called maternal effect genes.  Egg polarity genes which are the Bicoid and Nanos set up the posterior­anterior  axes of the embryo.

61. What do segmentation genes encode?   What is their developmental relationship to the maternal effect genes?  What  functional role do segmentation genes play in drosophila development?

∙ Maternal effect genes establish downstream segmentation genes which determine the next phase of embryo  development for drosophila.  They encode for the segmentation and determine position and polarity of each segment to  a more specific structure of the embryo and will eventually, downstream, influence homeotic genes.

62. What do homeotic genes encode?  What is their developmental relationship to segmentation genes?  What functional  role do homeotic genes play in drosophila development?

∙ Homeotic genes encode for specific body structures and are influenced by segmentation genes. Every segment is  associated with turning on effector genes (homeotic) and encode a family of tx factors that specify body parts.   ∙ Homeobox (HOX genes) encode tx factors with condensed DNA binding domains and gene duplication events are the  reason HOX gene family has expanded so much.   

63. How do the effects of a homeotic gene mutation differ from the effects of a mutation in the maternal effect or  segmentation genes?

∙ Mutation of homeotic genes can cause abnormalities in the structures once they are established but may not be lethal.   Mutations in maternal effect or segmentation genes are referred to as embryonic lethals because as the embryo  develops, it will not be able to survive past a certain point because necessary events will not occur properly.  

64. Researchers in the field of molecular genetics and the regulation of development sometimes refer to drosophila as  “little people with wings”.  In what sense(s) are flies at all similar to people?

∙ This is a comparison of genetic material that can relate to many eukaryotic organisms.  Both humans and flies (along  with many other organisms) contain similar machinery to construction of an embryo with maternal effect,  segmentation, and homeotic genes.  Studying these across organisms shows that the genes are similar and their  influence are similar.  The difference between humans and flies is that humans have 4 sets of HOX genes which is why  mutations in some of these do not show extreme abnormalities like legs growing where our antennae should be.

Page Expired
It looks like your free minutes have expired! Lucky for you we have all the content you need, just sign up here