Тема занятия: «Организация наследственного материала у про- и экариот. Реализация генетической информации в признак и ее регуляция».

ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры»

Методическая разработка

лабораторного занятия № 2 для студентов

Сургут, 2011 г.

Цель:Ознакомиться с молекулярной структурой и свойствами нуклеиновых кислот, хромосом, стадиями биосинтеза белка, принципами регуляции генной активности.

Задачи:

1. Изучить молекулярную структуру и свойства нуклеиновых кислот, хромосом, стадии биосинтеза белка, принципы регуляции генной активности.

2. Овладеть решением генетических задач с использованием генетического кода.

3.Усвоить закономерности репродукции клеток, размножения организмов и явлений наследственности и изменчивости.

Необходимый исходный уровень знаний:

1. Данная тема базируется на знаниях, полученных студентами в школьном курсе “Общей генетики”, или программы мед. училища.

2. Внутрипредметные связи – на данную тему опираются практические занятия в курсе биологии по генетике человека, теория эволюции, молекулярная биологии.

2.2. Межпредметные связи:

а) цитология, эмбриология и гистология;

б) анатомия и патологическая анатомия;

в) нормальная и патологическая физиология;

г) микробиология;

д) лабораторная диагностика;

е) биохимия.

Вопросы для самоподготовки студентов

1. Каковы особенности организации наследственного материала у про- и эукариот?

2. Какова молекулярная организация и функции нуклеиновых кислот?

3. Что такое ген? Какое определение гена вы считаете более точным?

4. Каковы особенности строения генов у про- и эукариот?

5. Что такое генетический код и каковы его свойства?

6. Каковы основные этапы биосинтеза белка, в чем их сущность?

7. Каковы механизмы регуляции генной активности у прокариот (схема Жакоба-Моно)?

8. Каковы механизмы регуляции генной активности у эукариот (схема Бриттена-Дэвидсона)?

Самостоятельная работа студентов:

Работа 1.ДНК в ядрах клеток

На постоянном препарате под большим увеличением микроскопа рассмотрите в ядрах клеток печени ДНК, выявленную с помощью реакции Фельгена.

Зарисуйте несколько ядер, в которых ДНК окрашена в пурпурно-малиновый цвет.

Работа 2.Молекулярная структура ДНК эукариот.

Рассмотрите рисунок.

Рис. 1. Строение ДНК эукариот.

А - аденин; Г - гуанин - пуриновые азотистые основания; Ц - цитозин; Т - тимин - пиримидиновые азотистые основания; Д - дезоксирибоза; Ф - остаток фосфорной кислоты; Н - нуклеотид.

Работа 3. Структурно-функциональная организация ДНК у про- и эукариот

Изучите табл. 1 и 2.

Таблица 1.

Участок ДНК

Функция

Структурные гены Экзоны Оператор Промотор Терминатор Сенсорный ген Ген-регулятор Ген-интегратор Гены-модуляторы: энхансеры; сайленсеры; мутаторы; антимутаторы Неинформативные участки ДНК: интроны спейсеры сателлитная ДНК

Имеются у про- и эукариот и содержат информацию о строении белков, выполняющих специфические и общеклеточные функции, а также информацию о тРНК и рРНК. Информативные участки генов. Расположен у прокариот перед структурными генами и служит для связи с белком-репрессором. Служит длясвязи с ферментом РНК-полимеразой. У прокариот представлен ТАТААТ-последовательностью (блок Прибнова), а у эукариот — ТАТА-блоком или ЦААТ-блоком, которые расположены на разных расстояниях от стартовой точки транскрипции. Служит для прекращения роста цепи РНК и ее освобождения от матрицы ДНК. У большинства прокариот в связи с наличием факторов антитерминации транскрипция продолжается за пределами терминатора, что ведет к образованию полицистронной мРНК. У эукариот терминатор останавливает движение РНК-полимеразы и в итоге образуется моноцистронная мРНК Служит у эукариот для восприятия химического индукционного сигнала. У прокариот содержит информацию о структуре белков-репрессоров, регулирующих работу других генов. Координирует работу других генов и может оказывать у эукариот плейотропный эффект Обнаружены только у эукариот Усиливают транскрипцию Тормозят транскрипцию Способствуют мутациям других генов Снижают мутагенный эффект Имеются в составе генов эукариот и не содержат информацию о белке, кодируемом данным геном. Некодируюшие последовательности, разделяющие структурные гены. Участвует в конъюгации хромосом эукариот? Может содержать мобильные элементы

Таблица 2

Признаки	Прокариоты	Эукариоты
Количество генов Количество ДНК Кодирующие последовательности ДНК Связь ДНК с гистонами Укладка ДНК Количество репликонов Активно работающие участки Процессинг Регуляция транскрипции	4 тыс. (Е. coli) 4 млн. пар нуклеотидов Более 90 % Отсутствует Кольцевая, содержит 100 петель по 40 тыс. пар нуклеотидов Один Более 90 % генов Отсутствует Оперонная	Около 30 тыс. (человек) 3-7 млрд. пар нуклеотидов Менее 10 % Формирует нуклеосомы Линейная с замкнутыми в теломеры концами, имеет 4 уровня спирализации 50 тыс. Менее 10 % генов Осуществляется при переходе пре-мРНК из ядра в цитоплазму Сложная каскадная

Работа 4.Организация наследственного материала у прокариот (нуклеоид).

Рассмотрите рис. 2 и обратите внимание на укладку ДНК в виде петель.

Рис. 2.Укладка ДНК в нуклеоиде прокариот.

1 - кольцевая молекула ДНК; 2 - укладка ДНК в виде петель; 3 - белки, связывающие петли ДНК.

Работа 5. Организация наследственного материала у эукариот (нуклеосомная нить)

Рассмотрите по рис. 6 первый уровень организации наследственного материала у эукариот.

Рис. 3. Строение нуклеосомной нити у эукариот. 1 - нуклеосома; 2 - ДНК; 3 - гистоны Н2А, Н2В, НЗ и Н4; 4 - гистон Н1.

Работа 6.Биосинтез белка у прокариот (а) и эукариот (б).

Изучите и зарисуйте процесс биосинтеза белка по схеме 1.

Схема 1.Биосинтез белка у прокариот (а) и эукариот (б)

Работа 7. Транскрипция и процессинг у эукариот.

Изучите транскрипцию и процессинг по рис. 4.

Рис. 4. Транскрипция и процессинг у эукариот.

1 - ДНК: 2 - пре-м РНК;3 - РНК-полимераза; 4 - кодогенная цепь ДНК; 5 - зкзоны; 6 - интроны; 7 - зрелая мРНК; Т - терминатор; КЭП и поли-А - концевые последовательности нуклеотидов; ТАЦ и АУГ - инициаторные триплеты.

Работа 8. Трансляция. Этапы рибосомного цикла (1 - инициация; 2 - элонгация; 3 - терминаиия). Изучите и зарисуйте по рис. 5 процесс трансляции

Рис. 5. Процесс трансляции.

1 - малая субъединица рибосомы; 2 - большая субъединица рибосомы; 3 – аминоацильный (А) центр; 4 - пептидильный (П) центр; 5 - АУГ-инициаторный триплет мРНК; 6 - терминатор мРНК; 7 - инициаторная тРНК; 8 - аминокислоты формирующегося полипептида; 9 - колпачок.

Рис. 6. Регуляция синтеза белка путем индукции (а, б) и репрессии (в, г).

а - структурные гены оперона блокированы; б - дерепрессирование генов индуктором; в - при недостаточном количестве конечного продукта (корепрессора) оперон дерепрессирован.

Рис. 7. Продолжение.

г - при избыточном количестве конечного продукта оперон репрессирован активным голорепрессором.

Работа 9. Коллинеарность триплетов ДНК, мРНК, тРНК и аминокислот в молекуле белка при заданных кодогенах ДНК.

Используя таблицу генетического кода, заполните табл. 3.

Таблица 3

Кодогены ДНК	ТАЦ	АТА	ГЦА	ТГЦ	АЦЦ	ЦЦА	ГАТ	ТЦА	ААА	АЦГ
Кодоны мРНК Антикодоны тРНК Аминокислоты в белке

Контроль итогового уровня знаний:

Тестовые задания

1. Выберите несколько правильных ответов.

СВОЙСТВАМИ ДНК КАК ВЕЩЕСТВА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Химическая стабильность.

2. Репликация.

3. Репарация.

4. Способность к трансляции.

2. Установите соответствие.

ТРИПЛЕТЫ ДНК: ТРИПЛЕТЫ мРНК:

1.ААГ. а) ГГЦ; д) ГУА;

2. АГЦ. б) ЦЦУ; е) ГЦГ;

в) УУЦ; ж) ЦУЦ;

г) ГГА: з) УЦГ.

3. Выберите один правильный ответ.

ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ЕДИНИЦЕЙ ФУНКЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА ЯВЛЯЕТСЯ:

1. Мутон. 3. Ген.

2. Рекон. 4. Оперон.

4. Установите правильную последовательность

УПАКОВКИ ДНК В ХРОМОСОМЕ ЭУКАРИОТ:

1. Хромонема. 3. Нуклеосомная нить.

2. Хроматида. 4. Микрофибрилла.

5. Выберите несколько правильных ответов.

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА ПРОИСХОДИТ С УЧАСТИЕМ ОРГАН ЕЛ Л:

1. Лизосомы. 3. Рибосомы.

2. Гладкая ЭПС. 4. Полисомы.

6. Установите правильную последовательность

БИОСИНТЕЗА БЕЛКА У ЭУКАРИОТ:

1.Трансляция. 3. Процессинг.

2.Транскрипция. 4. Посттрансляция.

7. Выберите один правильный ответ.

ТРАНСКРИПЦИЮ ОСУЩЕСТВЛЯЕТ ФЕРМЕНТ:

1. ДНК-полимераза. 3. Геликаза.

2. РНК-полимераза. 4. Лигаза.

8. Выберите один правильный ответ.

МУЛЬТИГЕННЫЕ СЕМЕЙСТВА И КОМПЛЕКСЫ В ГЕНОМЕ СОДЕРЖАТ:

1. Прокариоты. 3. Эукариоты.

2. Вирусы. 4. Фаги.

7. Установите правильную последовательность

ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ПРОКАРИОТ (СХЕМА ЖАКОБА-МОНО):

1. Считывание информации со структурных генов.

2. Образование комплекса индуктор—репрессор.

3. Поступление индуктора в цитоплазму прокариота.

4. Освобождение оператора от репрессора.

5. Образование полицистронного транскрипта.

6. Синтез отдельных пептидов.

10. Выберите несколько правильных ответов.

ОСОБЕННОСТЯМИ РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ЭУКАРИОТ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Отсутствие оперонной организации генов.

2. Наличие оперонной организации генов.

3. Наличие комбинационной регуляции транскрипции.

4. Регуляция экспрессии генов на всех этапах реализации генетической информации.

Термины:

Аминоациальный центр, антикодон, генетический код, геном, инициация, интрон, кодон, коллинеарность, комплементарность, лигаза, модификация, нуклеоид, пептитидильный центр, полимер, полимераза, промотор, процессинг, ревертаза, репликация, репликон, рестриктаза, сайт, сплайсинг, терминация, трансдукция, транскрипция, трансляция, трансформация, ферменты Оказаки, хроматин, цистрон, экзон, элонгация.

Основная литература

1. Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. -Кн. 1. - С. 65-138, 147-152, 163-171.

2. Пехов А.П. Биология с общей генетикой. - М.: Изд-во РУДН, 1993. -С. 95-112, 141-154, 166-171.

Дополнительная литература

1. Альберт Б. и др. Молекулярная биология клетки. - М.: Мир, 1994. -Т. 1.

2. Гильберт С. Биология развития. - М.: Мир, 1994.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: