М ал. 1 0. Схема транскрипції ірнк

Біосинтез білка складається з таких етапів: транскрипція, акти­вація амінокислот, трансляція (мал. 12).

Транспортна РНК приєднує до себе амінокислоти і переносить їх до рибосом. Вона має два активні центри: в одному розміщений триплет нуклеотидів, який називається антикодоном, а до другого приєднується амінокислота (мал. 11).

Анти кодон

Мал. 11. Схема будови тРНК

ДНК

Мал. 12. Схема біосинтезу білка

У процесі транскрипції водневі зв’язки між ланцюгами ДНК розриваються, ланцюги розкручуються і на кожному з них за при­нципом комплементарності за допомогою ферменту РНК-полімера- зи синтезується ядерна молекула іРНК.

Про-іРНК переписує повну послідовність нуклеотидів з ДНК. У молекулі ДНК містяться мозаїчні гени, які містять інтрони та екзони. Інтрони — це ділянки, які не несуть інформації про синтез білка. Екзони — це ділянки, що визначають послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі. За допомогою ферментів із первинної іРНК вирізаються інтрони і з’єднуються ділянки, що відповідають екзо- нам, тобто відбувається сплайсинг. Зріла ІРНК виходить у цитоплаз­му і на неї нанизуються рибосоми, в яких синтезуються білки.

Послідовність амінокислот у білковій молекулі визначається послідовністю трьох нуклеотидів-триплетів, які в молекулі ІРНК на­зивають кодонами.

Оскільки різних кодонів є 64, а амінокислот — 20, то певні амі­нокислоти кодуються більше ніж одним кодоном. Тому генетичний код називають виродженим, або надмірним. Із 64 кодонів 61 відпові­дає тій чи іншій амінокислоті, а три кодони не кодують, жодної амінокислоти, їх називають нонсенс, або беззмістовними, кодонами. Вони визначають завершення синтезу білка. Активація амінокислот відбувається за допомогою АТФ і ферментів. Амінокислоти з’єднуються з тРНК. Кожна амінокислота з’єднується лише з від­повідною тРНК, яка несе антикодон, комплементарний кодону іРНК. тРНК приєднують відповідні амінокислоти, доставляють їх до рибосом, знаходять їх кодони за допомогою антикодонів.

Таким чином амінокислота залишається на рибосомі, а тРНК від’єднується і переходить у цитоплазму. іРНК просувається на ри­босомі вперед на один триплет. Амінокислоти на рибосомі за допо­могою пептидних зв’язків сполучаються послідовно і утворюють первинну структуру білка, який є метаболічно неактивним. Переве­дення інформації, записаної у вигляді послідовності нуклеотидів в іРНК, на послідовність амінокислот у білку називається трансля­цією. Пептидні ланцюги надходять у цитоплазму, в комплекс Голь- джі, де утворюються вторинна, третинна і четвертинна структури білка. Такі білки набувають функціональної активності. Порушення порядку транскрипції, випадання з ланцюга ДНК одного чи кількох нуклеотидів під час подвоєння або обмін і місцями нуклеотидів зу­мовлюють зміни в структурі білка, що є однією з причин виникнен­ня мутацій.

У запропонованих задачах, знаючи первинну структуру білка, можна розшифрувати будову ділянки ДНК, що кодує цей білок, і навпаки, знаючи будову ділянки ДНК або зміни в ній, можна пере­дбачити будову кодованого нею білка чи зміни в його структурі.

ЗАВДАННЯ ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

1. Визначити молекулярну масу білка за складом його компонен­тів.

2. Визначити структуру білка за послідовністю мономерів ДНК.

3. Визначити послідовность нуклеотидів у ДНК за послідовністю амінокислот у білку.

4. Визначити молекулярну масу і довжину гена за масою білка, за­кодованого цим геном, і навпаки.

Хід заняття

Задання 1. Визначити молекулярну масу білка за складом його ком­понентів. Використати формулу М = ^--100,

Ь

де М — мінімальна молекулярна маса білка; а — атомна або молеку­лярна маса компонентів; Ь — процентний вміст компонентів.

Задача 1.1. Гемоглобін крові людини містить 0,34 % Феруму. Обчислити молекулярну масу гемоглобіну.

Задача 1.2. Білок містить 0,5 % гліцину. Молекулярна маса глі­цину — 75,1. Яка молекулярна маса білка?

Завдання 2. Визначити структуру білка, закодованого в одному з ланцюгів ДНК.

Задача 2.1. Правий ланцюг молекули ДНК містить такі нуклео- тиди: АТА-ГІДГ-ГТЦ-ЦГТ-ТАА. Визначити послідовність амінокис­лот у білку, закодованому в лівому ланцюзі молекули ДНК.

Задача 2.2. Як зміниться структура білка, якщо в ДНК під впли­вом хімічних факторів випаде одинадцятий нуклеотид ТАТ-ТЦТ- ТТТ-ТГТ- І'ГА- ЦГА?

Завдання 3. Визначити нуклеотидний склад ділянки ДНК, в якій закодовано білок з відповідною послідовністю амінокислот.

Задача 3.1. Початкова ділянка молекули білка має таку будову: асп-лей-ала-сер-ала. Визначити нуклеотидний склад молекули ДНК та коефіцієнт специфічності.

Завдання 4. Визначити молекулярну масу та довжину гена за ма­сою білка, закодованого в цьому гені.

Задача 4.1. Білок складається з 248 амінокислот. Що має більшу молекулярну масу: білок чи ген, який його кодує?

Задача 4.2. Яка молекулярна маса гена (двох ланцюгів ДНК), якщо в одному ланцюзі запрограмований білок, молекулярна маса якого становить 3000?

Запитання і завдання для самостійного опрацювання та самоконтролю

1. Початкова ділянка ланцюга інсуліну складається з 10 амінокис­лот, розміщених у такому порядку: фенілаланін-валін-аспарагінова кислота-глутамін-гістидин-лейцин-цистеїн-гліцин-серин-гістидин. Визначити коефіцієнт специфічності в молекулі ДНК, що кодує цю ділянку інсуліну, та масу гена.

2. Початкова ділянка молекули білка містить такі амінокислоти: асп-трип-лей-ала-сер-ала. Визначити коефіцієнт специфічності в молекулі ДНК, яка кодує цей білок.

3. Ділянка молекули ДНК містить такі азотисті основи: АТА- ГЦГ-ГТЦ-ЦТТ-ТАА. Якою буде послідовність амінокислот у білку? Визначити масу білка.

4. У хворого на серпоподібно-клітинну анемію склад амінокис­лот четвертого пептиду такий: вал-гіс-лей-тре-про-вал-глу-ліз. Виз­начити масову частку нуклеотидів і довжину відповідного фрагмента ДНК, якщо довжина нуклеотиду становить 0,34 нм. Як називається ділянка ДНК, в якій закодований четвертий пептид?

5. Визначити антикодони тРНК, які беруть участь у синтезі біл­ка, закодованого фрагментом ДНК з такою послідовністю нуклео­тидів: ГГТ-АЦГ-АТГ-ТЦА-АГ А.

6. У фрагменті ДНК знайдено 1120 аденінових нуклеотидів, що становить 28 % загальної кількості нуклеотидів. Скільки в цьому фрагменті міститься гуанінових, цитозинових, тимінових нуклео­тидів? Яка довжина цього фрагмента молекули ДНК?

7. До складу білка входить 800 амінокислот. Яка довжина гена, в якому закодовано цей білок?

8. Хімічний аналіз показав, що іРНК містить ЗО % аденіну, 18 % гуаніну, 20 % урацилу. Який нуклеотидний склад відповідної ділян­ки дволанцюгової ДНК?

9. Скільки аденінових, тимінових, гуанінових нуклеотидів міс­титься у фрагменті молекули ДНК, якщо в ньому знайдено 950 ци­тозинових нуклеотидів, що становить 20 % від загальної кількості нуклеотидів ДНК?

10. Яка довжина гена, що кодує молекулу інсуліну, до складу якого входить 51 амінокислота, якщо довжина нуклеотиду 0,34 нм?

11. У молекулі іРНК виявили 440 гуанінових, 325 аденінових, 128 цитозинових, 348 урацилових нуклеотидів. Визначити: а) скіль­ки нуклеотидів міститься в ділянці ДНК, на якій синтезувалася іРНК; б) яка довжина цієї ділянки ДНК?

12. У систему штучного синтезу білка ввели тРНК, які містять антикодони: ГГЦ, ЦГА, УАУ, АЦА, ЦЦА. Визначити, які амінокис­лоти зможуть брати участь у біосинтезі білка.

13. Фрагмент кортикотропного гормону гіпофіза людини має та­кий склад: сер-тир-сер-мет. Визначити антикодони тРНК, які бе­руть участь у синтезі цього фрагмента гормону.

14. Молекула РНК вірусу тютюнової мозаїки складається із 6500 нуклеотидів. Одна молекула білка вірусу складається зі 158 аміно­кислот. Визначити: а) довжину гена, в якому закодовано цей білок;

б) масу білка і гена, що його кодує; в) скільки видів білків закодова­но в молекулі РНК вірусу?

15. Один із ланцюгів ДНК має молекулярну масу 68310. Визна­чити кількість мономерів білка, запрограмованого в цьому ланцюзі ДНК.

16. Скільки нуклеотидів містить ген (два ланцюги ДНК), в яко­му запрограмовано білок, що містить 100 амінокислот? Які маса і розмір цього гена?

17. Яка молекулярна маса гена (двох ланцюгів ДНК), якщо в одному ланцюзі запрограмовано білок, молекулярна маса якого дорівнює 3000?

18. Поданий ланцюг ДНК: Ц-А-А-А-Т-Г-ІД-А-А-А-Г-Т-Г-Т-... Визначити первинну структуру білка, закодованого в цій ділянці ДНК, кількість (%) нуклеотидів у гені (удвох ланцюгах), довжину та масу гена.

19. Скільки молекул рибози і ортофосфорної кислоти міститься в молекулі ІРНК, якщо кількість цитозину становить 1000, урацилу — 500, гуаніну — 600, аденіну — 400?

20. У здорової людини із сечею виділяються такі амінокислоти: аланін, серин, глутамінова кислота, гліцин. У людини, хворої на цистинурію, виділяються амінокислоти, яким відповідають такі триплети ІРНК: УЦУ, УГУ, ГЦЦ, ГГЦ, ЦАГ, ЦГУ, ААА. Які саме амінокислоти виділяються у пацієнтів з цистинурією?

Генетичний код ІРНК

Положення азотистої основи в колоні

1-е

2-е

3-с

У

Ц

А

г

У

УУУ

УУУ

Сер

УУУ

Три

УУУ

Цис

У

УУЦ

УУЦ

УУЦ

УУЦ

ц

УУА

Лей

УУА

УУА

Стоп

УУА

Стоп

А

УУГ

УУГ

УУГ

УУГ

Тре

Г

Ц

УУУ

Лей

УУУ

Про

УУУ

Гіс

УУУ

Apr

У

УУЦ

УУЦ

УУЦ

УУЦ

ц

УУА

УУА

УУА

Глі

УУА

А

УУГ

УУГ

УУГ

УУГ

Г

А

УУУ

Ілей

УУУ

Тре

УУУ

Асп

УУУ

Сер

У

УУЦ

УУЦ

УУЦ

УУЦ

Ц

УУА

УУА

УУА

Ліз

УУА

Apr

А

УУГ

Мєт

УУГ

УУГ

УУГ

Г

Г

УУУ

Вал

УУУ

Ала

УУУ

Асп

УУУ

Глі

У

УУЦ

УУЦ

УУЦ

УУЦ

ц

УУА

УУА

УУА

Глу

УУА

А

УУГ

УУГ

УУГ

УУГ

Г

Практичне заняття № 4

ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ КЛІТИН. МІТОЗ. АМІТОЗ

Мета. Засвоїти періоди клітинного циклу та процеси, що відбува­ються в кожній фазі мітозу. Засвоїти відмінності мітозу від амітозу.

Забезпечення заняття: таблиці мітозу, амітозу. Мікропрепарати поділу клітин корінця цибулі, епітелію сечового міхура миші. Мікроскопи.

вміти:

1. Розпізнавати на препараті фази мі­тозу, особливо метафазу, яка дає мож­ливість підрахувати число хромосом для визначення каріотипу.

2. Відрізнити мітоз від амітозу.

3. Пояснити виникнення соматичних геномних мутацій.

Студент повинен знати:

1. Процеси, які відбувають­ся в інтерфазі.

2. Зміни хромосом у кож­ній фазі мітозу.

3. Амітоз, його відмінність від мітозу.

4. Вплив факторів на мі­тоз.

Зміст заняття

Життєвий цикл клітини — це період від утворення клітини внаслі­док поділу материнської клітини до наступного поділу або загибелі клітини. У цей період клітини ростуть, диференціюються і викону­ють певні функції. Поділ клітин забезпечує існування організму, його ріст, розвиток, самооновлення тканин.

Клітинний цикл — це процес підготовки клітини до поділу і влас­не поділ. Він складається з інтерфази, поділу та цитокінезу (мал. 13).

Існують такі види поділу клітин: мітоз, амітоз і мейоз. Мітотич­ний поділ — це комплекс процесів, унаслідок яких відбувається рів­номірний розподіл хромосом між дочірніми клітинами.

Інтерфаза складається з трьох періодів: С_р 8, в₂. В інтерфазі клітини можуть виконувати властиві їм функції і готуються до поді­лу, активізується синтез речовин. Ядро заповнене сіткою довгих пе­реплетених ниток хроматину. У передсинтетичному періоді (в,) клі­тина росте, в ній нагромаджуються сполуки, необхідні для побудови хромосом і ахроматинового веретена (ДНК, РНК і білки), збіль­шується кількість рибосом і мітохондрій, нагромаджується АТФ. Набір генетичного матеріалу — 2п2С. 2п — диплоїдний набір хромо­сом, а 2С — кількість хроматид). У синтетичному періоді інтерфази (8) подвоюється кількість ДНК, кожна внаслідок реплікації створює подібну собі структуру. Продовжується синтез РНК і білків, відбу­вається точне подвоєння центріолей. Набір генетичного матеріалу становить 2/;4С (диплоїдний набір хромосом, кожна хромосома складається з двох хроматид).

У післясинтетичному періоді (Сг₂) накопичується енергія, синте­зуються білки для ахроматинового веретена. Після в, періоду почи­нається мітоз (мал. 13).

Під час ембріонального розвитку життєвий цикл клітини збі­гається з клітинним. Життєвий цикл диференційованих клітин дов­ший за клітинний.

Мітозом діляться соматичні клітини еукаріотів.

Мітоз відбувається в 4 фази: профаза, метафаза, анафаза і тело- фаза.

На початку профази (мал. 14, б, в) центросома ділиться на дві центріолі, які розходяться до полюсів клітини. З білка тубуліну фор-