Вопросы для самопроверки

1. Какой длины должны быть корешки лука для изучения фаз митоза?

2. Что входит в состав фиксатора Карнуа?

3. Как приготовить ацетокармин?

4. Техника приготовления временных ацетокарминовых препаратов.

5. Назовите фазы митоза.

6. Что такое метафазная пластинка?

Тема 2. Молекулярные основы наследственности

Цель занятия: основываясь на матричном принципе (комплементарности) ДНК, научиться осуществлять репликацию, транскрипцию и трансляцию, расшифровывать генетический код.

Материалы и оборудование: 1. Задачник. 2. Калькулятор. 3. Учебные плакаты.

Содержание занятия

Преподаватель знакомит студентов с кодом наследственности; особенностями расшифровывания триплетов, кодирующих аминокислоты; принципом комплементарности азотистых оснований в молекулах нуклеиновых кислот; порядком репликации нитей в молекуле ДНК, процессом транскрипции и трансляции белка на рибосомах; поясняет алгоритм и оформление решения задач.

Пояснение к заданию

Задача. Участок цепи ДНК представляет следующую последовательность нуклеотидов: 3’ Т-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-А-А-АА-Ц-Ц-Ц-Г-Т- 5’.

Вопросы: 1) Постройте комплементарную ДНК. 2) Какую структуру имеет и-РНК, транскрибируемая с этого участка? 3) Какую последовательность аминокислот кодирует полинуклеотид? 4) Какую последовательность аминокислот будет иметь полипептид при замене 6-го нуклеотида на тимин и 9-го нуклеотида на цитозин? 5) Какую структуру будет иметь полипептид при утере нуклеотида в 7-м положении с 3‘- конца?

При решении задачи вспомним, что фермент ДНК-полимераза способен двигаться только в направлении 5' – 3', следовательно, синтез новой цепи пойдет слева направо. Параллельная цепь строится по принципу комплементарности, т.е. при присоединении нуклеотида должны составляться пары А-Т и Г-Ц. В результате двуцепочечный участок ДНК выглядит следующим образом:

3' Т-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-А-А-А-Ц-Ц-Ц-Г-Т- 5'

5' А-Т-Г-Ц-Т- Г-Г- Т-Т-Т- Г- Г-Г-Ц-А- 3'

Транскрипция означает построение и-РНК на матрице ДНК. Вспомним при этом, что информация о структуре белка считывается только с одной цепи двунитчатой ДНК, эта цепь называется кодогенной. При синтезе и-РНК фермент РНК-полимераза может двигаться только в направлении 5' – 3'. Следовательно, кодогенной будет исходная цепь ДНК. Синтез и-РНК осуществляется по матричному принципу на основе комплементарности, однако вместо пары А-Т, характерной для ДНК, формируется пара А-У.

ДНК 3' Т-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-А-А-А-Ц-Ц-Ц-Г-Т- 5’

и-РНК 5' А-У- Г-Ц-У-Г- Г-У-У-У- Г-Г- Г-Ц-А- 3'

Для определения структуры полипептида необходимо обратиться к таблице генетического кода. Вспомним, что код триплетен, разобьем участок и-РНК на триплеты и определим направление трансляции и структуру полипептида:

пептид мет --- лей --- вал --- трп --- ала-

и-РНК 5’ А-У-Г*-Ц-У-Г*-Г-У-У*-У-Г-Г*-Г-Ц-Ц*- 3’

Как видно из таблицы кода, кодон АУГ является сигналом начала трансляции информации с и-РНК. За ним следуют кодоны, соответствующие аминокислотам лейцину, валину, триптофану и аланину.

При замене нуклеотидов в ДНК изменится и структура транскрибируемой и-РНК:

ДНК 3' Т-А-Ц-Г-А- Т-Ц-А-Ц-А-Ц-Ц-Ц-Г-Т- 5’

и-РНК 5' А-У- Г-Ц-У-А- Г-У-Г-У- Г-Г- Г-Ц-Ц- 3'

Определим с помощью генетического кода последовательность аминокислот в пептиде. Кодоны (триплеты) и-РНК, соответствующие каждой из 20-ти аминокислот, указаны в таблице 5.

и-РНК 5' А-У- Г*-Ц-У-А*- Г-У-Г*-У- Г-Г*- Г-Ц-Ц*- 3'

пептид мет --- лей --- вал --- трп --- ала ---

Структура полипептида не изменилась благодаря тому, что аминокислоты могут кодироваться различными по составу нуклеотидами, т.е. вырожденности генетического кода.

При утере нуклеотида в 7-м положении изменится состав следующих кодонов и, следовательно, начиная с 8-го положения изменится смысл участка ДНК.

пептид мет --- лей --- фен --- гли --

и-РНК 5' А-У-Г*-Ц-У-Г*-У-У-У*-Г-Г-Г*-Ц-А- 3'

В данном случае проявляется свойство непрерывности генетического кода.

Ответы: 1) Комплементарный участок ДНК имеет структуру: 5'-А-Т-Г-Ц-Т-Г-Г-Т-Т-Т-Г-Г-Г-Ц-А-3'; 2) последовательность нуклеотидов в и-РНК 5'-А-У-Г-Ц-У-Г-Г-У-У-У-Г-Г--Г-Ц-А-3', исходная цепь ДНК – кодогенная; 3) участок ДНК определяет последовательность аминокислот в полипептиде: метионин-лейцин-валин-триптофан-аланин; 4) при замене нуклеотидов в 6-м и 9-м положении структура полипептида не изменится; 5) при утере нуклеотида в 7-м положении полипептид будет иметь структуру: метионин-лейцин-фенилаланин-глицин.

Таблица 5