Занятие 1

Изучение клеточного цикла. Патология митоза.

Клеточный (жизненные) цикл — период времени от образования клетки до конца ее деления.

Клеточный цикл состоит из двух частей:

1. Интерфаза (наиболее продолжительная часть):

1.1. Пресинтетический период G1

1.2. Синтетический период S

1.3. Постсинтетический период G2

2. Митоз:

2.1. Профаза

2.2. Метафаза

2.3. Анафаза

2.4. Телофаза

Пресинтетический период (фаза G1) — наступает сразу после деления клетки:

1. Интенсивный рост клетки

2. Биосинтез белков, РНК

3. Диплоидный (2n) набор хромосом и 2с генетического материала ДНК.

Этот период может длится от 10 часов до нескольких суток.

Синтетический период (фаза S):

1. Репликация всей ядерной ДНК;

2. Хромосомы становятся двухроматидными;

3. Диплоидный (2n) набор хромосом и 4с генетического материала ДНК.

Продолжительность периода — 6-12 часов.

Постсинтетический период (фаза G2) — подготовка клетки к делению:

1. Синтез белков, липидов, углеводов

2. Синтез АТФ

3. Синтез РНК

4. Диплоидный (2n) набор хромосом и 4с генетического материала ДНК.

Продолжительность периода — 3-6 часов.

После завершения интерфазы клетки вступают в митоз. Митоз, или непрямое деление — при котором из одной клетки образуются две дочерние с хромосомным набором, идентичным материнскому.

Суть митоза: из одной клетки образуются две дочерние с хромосомным набором, идентичным материнскому.

Характеристика фаз митоза:

1. Профаза. Ядро увеличивается (в нем видны хромосомные нити). Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой. В конце профазы исчезают ядрышки и ядерная оболочка, хромосомы оказываются в цитоплазме. Формируется веретено деления. Происходит расхождение центриолей, которые образуют два полюса клетки.

2. Метафаза. Хромосомы становятся короче и перемещаются к экватору клетки. Завершается формирование веретена деления.

3. Анафаза. Кажда хромосома состоит из двух хроматид, которые расходятся к полюсам клетки. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, тянут дочерние хроматиды к полюсам клетки. Происходит точное распределение генетического материала. Два диплоидных наборах хромосом.

4. Телофаза. Хромосомы на каждом полюсе деспирализуются (раскручиваются) и становятся невидимыми. Митотическое веретено разрушается. Восстанавливается ядерная оболочка и появляются ядрышки. Разделение ядер клетки — кариокинез. Деление цитопламы (цитокинез) и образование двух дочерних клеток.

Биологическое значение митоза:

1. Происходит точное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками.

2. Обеспечивает замещение клеток истощенных или поврежденных тканей.

3. В ряду поколений сохраняется постоянный набор хромосом.

4. Служит механизмом бесполого размножения, при котором создается потомство, генетически идентичное родителям.

При патологии митоза может страдать любая из этих фаз. Руководствуясь этим, создана классификация патологии митоза (Алов И.А., 1972г), согласно которой выделяются следующие типы патологии митоза.

I. Повреждение хромосом:

1. Задержка клеток в профазе

2. Нарушение спирализации и деспирализации хромосома

3. Фрагментация хромосом

4. Образование мостов между хромосомами в анафазе

5. Ранее разъединение сестринских хроматид

II. Повреждение митотического аппарата:

1. Задержка развития митоза в метафазе

2. Рассредоточение хромосом в метафазе

3. Трехгрупповая метафаза

4. Полая метафаза

5. Многополюсные митозы

6. Асимметричные митозы

7. Моноцентрические митозы

8. К-митозы.

Патология митоза, связанная с повреждением хромосом:

1. Задержка митоза в профазе наблюдается при нарушениях репликации ДНК

2. Нарушение спирализации и деспирализации хромосом прослеживается в результате действия на делящуюся клетку различными митотическими ядами. Например, воздействие колхицина приводит к гиперспирализации хромосом, которые приобретают укороченную и утолщенную форму.

3. Фрагментация хромосом возникает в опухолевых клетках, при вирусной инфекции, в результате воздействия на нормальные клетки ионизирующего излучения или мутагенов.

4. Набухание и слипание хромосом наблюдается в опухолевых клетках и при воздействии токсичных доз различных миторических ядов. Вследствие набухания хромосомы теряют свои нормальные очертания и слипаются, превращаясь в комковатые массы. Расхождения хромосом не происходит и клетки в таком состоянии зачастую погибают.

Занятие 2

Изучение кариотипа человека

Кариотип — это совокупность хромосом соматических клеток организма. Нормой содержания хромосом в соматических клетках человека являются 46 хромосом, организованных в 23 пары.

Исследование кариотипа проводят методом световой микроскопии с целью выявления патологии хромосом. Чаще всего это исследование проводят у детей для выявления заболеваний, обусловленных нарушениями в хромосомах и у супругов при бесплодии или невынашивании беременности. Выявление хромосомных перестроек в этом случае позволяет установить причину бесплодия и прогнозировать риск рождения в данной семье детей с хромосомной патологией. Для процедуры определения кариотипа могут быть использованы любые популяции делящихся клеток. Для определения человеческого кариотипа используют, как правило, лимфоциты периферической крови, а также клетки костного мозга или первичная культура фибробластов кожи.

Типы дифференциального окрашивания хромосом:

1. G-окрашивание — применяется при выявлении небольших аберраций и маркерных хромосом (сегментированных иначе, чем нормальные гомологичные хромосомы).

2. Q-окрашивание — чаще всего применяется для исследования Y- хромосом (быстрое определение генетического пола, выявление транслокаций между Х- и Y-хромосомами или между Y-хромосомой и аутосомами).

3. C-окрашивание — применяется для анализа центромерных районов хромосом.

4. Т-окрашивание — применяют для анализа теломерных районов хромосом.

Классификация и номенклатура равномерно окрашенных хромосом человека впервые были приняты на международном совещании в 1960 году в г. Денвере, в дальнейшем несколько измененные и дополненные (Лондон, 1963 и Чикаго, 1966). Согласно Денверской классификации все хромосомы человека разделены на 7 групп, расположенных в порядке уменьшения их длины и с учетом центриольного индекса (отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы, выраженное в процентах). Группы обозначаются буквами английского алфавита от А до G. Все пары хромосом принято нумеровать арабскими цифрами.

Группа А (1-3) — содержит 3 пары самых длинных хромосом (метацентрические).

Группа В (4-5) — содержит 2 пары длинных субметацентрических хромосом.

Группа С (6-12) объединяет семь пар субметацентрических хромосом.

Группа D (13-15) — содержит три пары акроцентрических хромосом.

Группа E (16-18) — состоит из трех пар коротких метацентрических хромосом.

Группа F (20-21) — состоит из двух пар коротких метацентрических хромосом.

Группа G (21-22) — состоит из двух пар очень коротких акроцентрических хромосом.

К ним примыкает Y-хромосома, которая несколько длиннее и имеет на длинном плече вторичную перетяжку.

Занятие 3

Моделирование генетического кода

Цель: изучить молекулярную природу гена.

Генетический код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

ДНК: Аденин-Тимин, Гуанин-Цитозин.

РНК: Аденин-Урацил, Гуанин-Цитозин.

Задание 1

Установить комплиментарный фрагмент цепи ДНК.

ДНК: АЦЦ АТА ГТЦ ЦАА ГГА

ДНК: ТГГ ТАТ ЦАГ ГТТ ЦЦТ

Задание 2

Установить последовательность цепи и-РНК по ДНК.

ДНК: ЦТА АЦЦ АТА ГТТ ГАЦ

и-РНК: ГАУ УГГ УАУ ЦАА ЦУГ

Задание 3

Установить последовательности цепи и-РНК и триплетов т-РНК по ДНК.

ДНК: ГЦЦ ТАЦ ТАА ГТЦ

и-РНК: ЦГГ АУГ АУУ ЦАГ

т-РНК: ГЦЦ УАЦ УАА ГУЦ

Задание 4

Установить последовательность цепи и-РНК и соответствующие аминокислоты по ДНК

ДНК: ГГА АЦЦ АТА ГТЦ ЦАА

и-РНК: ЦЦУ УГГ УАУ ЦАГ ГУУ

Аминокислоты: Пролин Триптофан Тирозин Глутамин Валин

Задание 5

Установить соответствующие аминокислоты по цепи ДНК.

ДНК: ТТГ ЦАЦ ГГТ АГТ

Аминокислоты: Аспарагиновая Валин Пролин Серин

кислота

Задание 6

Установить последовательность цепи ДНК и соответствующие аминокислоты по и-РНК

и-РНК: АУА ГУЦ АУГ УЦА УУГ УАУ ГУУ АУУ

ДНК: ТАТ ЦАГ ТАЦ АГТ ААЦ АТА ЦАА ТАА

Аминокислоты: Изолейцин Валин Метионин Серин Лейцин Тирозин Валин Изолейцин

Задание 7

В результате мутации на участке гена, содержащим 6 триплетов:

ААЦ ТАТ ГАЦ АЦЦ ГАА ААА

произошло замещение в третьем триплете: вместо гуанина цитозин. Напишите состав аминокислот в полипептиде до мутации и после нее.

ДНК норма: ААЦ ТАТ ГАЦ АЦЦ ГАА ААА

ДНК патология: ААЦ ТАТ ЦАЦ АЦЦ ГАА ААА

Аминокислоты норма: Лейцин Изолейцин Лейцин Триптофан Лейцин Фенилаланин

Аминокислоты патология: Лейцин Изолейцин Валин Триптофан Лейцин Фенилаланин

Занятие 4

Решение задач на 1 и 2 законы Менделя

Задание 1.

Сколько типов гамет образуется в данных генотипах:

1. АА — 1 тип (А)

2. Аа — 2 типа (А) (а)

3. АаВВ — 2 типа (АВ) (аВ)

4. аа — 1 тип (а)

5. АаВb — 4 типа (АВ) (Аb) (аВ) (ab)

Задача 1.

Скрещивались мыши серые с белыми. В F1 получились серые мыши. В F2 198 серых и 72 белых. Как наследуются признаки?

Ответ:

Серый — доминантный признак (А).

Белый — рецессивный признак (а).

Родители: мать АА (серый) + отец аа (белый)

Гаметы: (А) (а)

F1: Aa — серые

Родители: мать Аа (серый) + отец Аа (серый).

Гаметы: (А) (а)

F2: АА (серые) Аа (серые) Аа (серые) аа (белые)

Задача 2.

У собак жесткая шерсть доминирует над мягкой. 2 жесткошерстных родителя дают жескошерстного щенка. С кем его нужно скрестить, чтобы выяснить, имеет ли он в генотипе аллель мягкошерстности?

Ответ:

Жесткая шерсть — доминантный (А)

Мягкая шерсть — рецессивный (а)

Родители могут быть:

мать АА (жесткая) + отец АА (жесткая)

мать АА (жесткая) + отец Аа (жесткая)

мать Аа (жесткая) + отец Аа (жесткая)

мать Аа (жесткая) + отец АА (жесткая)

Щенок может быть:

АА (жесткая)

Аа (жесткая)

Нужно провести анализирующее скрещивание с рецессивной гомозиготной особью. Если получатся щенки с мягкой шерстью, то у обоих родителей присутствует рецессивный ген. Если щенки все с жесткой шерстью, то рецессивный ген отсутствует.

Задача 3.

У морской свинки курчавая шерсть доминирует над гладкой. Напишите генотипы всех животных в следующих скрещиваниях:

а) мать курчавая + отец гладкий = все потомки курчавые

б) мать гладкая + отец гладкий = все потомки гладкие

Ответ:

Гладкая шесть (а)

Курчавая шесть (А)

а) мать АА + отец аа

б) мать аа + отец аа

Задача 4.

Написать следующие типы гамет, продуируемых организмами со следующими генотипами:

а) ААВВ

б) ddtt

Гаметы:

а) (АВ)

б) (dt)

Задача 5.

Однотонная окраска арбузов наследуется как рецессивный признак. Какое потомство получится от скрещивания двух гетерозиготных растений с полосатыми плодами?

Однотонный — рецессивный (а)

Полосатый — доминантный (А)

Родители: мать Аа (полосатый) + отец Аа (полосатый)

Гаметы: (А) (а)

F1: АА (полосатый) Аа (полосатый) Аа (полосатый) аа (однотонный)

Задача 6.

От скрещивания комолого (безрогого) быка с рогатыми коровами получились комолые и рогатые телята. У коров комолых животных в родословной не было. Какой признак доминирует? Каков генотип родителей и потомства?

Комолость — рецессивный (а)

Рогатость — доминантный (А)

Родители: мать Аа + отец аа

Гаметы: (А) (а) (а) (а)

F1: Аа (рогатый) аа (комолый) аа (комолый) аа (комолый)

Занятие 5

Решение задач на 3 закон Менделя

Задача №1

Голубоглазый правша, отец которого был левшой, женится кареглазой левше, мать которой была голубоглазой правшой. Какое потомство в отношении двух этих признаков можно ожидать от этого брака?

А — ген карих глаз (доминантный)

а — ген голубых глаз (рецессивный)

В — ген правши (доминантный)

b — ген левши (рецессивный)

Родители: мать Ааbb + отец ааВb

Гаметы: (Аb) (ab) + (aB) (ab)

	Ab	ab
aB	AaBb (кареглазый правша)	aaBb (голубоглазый правша)
ab	Aabb (кареглазый левша)	aabb (голубоглазый левша)

Вероятность любого исхода — 25%

Задача №2

У гороха желтая окраска семян (А) доминирует над зеленой (а), гладкая форма семян над морщинистой. Определите окраску и форму семян в потомстве от следующих скрещиваний:

а) мать АаВВ + отец АаВb

б) мать ааВb + отец ааbb

в) мать Ааbb + отец Ааbb

А — ген желтой окраски

а — ген зеленой окраски

В — ген гладкой формы

b — ген морщинистой формы

а) Родители: мать АаВВ + отец АаВb

Гаметы: (АВ) (аВ) + (АВ) (Аb) (аВ) (аb)

	АВ	аВ
АВ	ААВВ (желтый гладкий)	АаВВ (желтый гладкий)
Аb	ААВb (желтый гладкий)	АаВb (желтый гладкий)
аВ	АаВВ (желтый гладкий)	ааВВ (зеленый гладкий)
аb	АаВb (желтый гладкий)	ааВb (зеленый гладкий)

Все потомки будут гладкими, т. к. материнское растение гомозиготно по доминантному гену. Расщепление по цвету 3:1 по третьему закону Менделя, т. к. оба родителя гетерозиготны.

б) Родители: мать ааВb + отец ааbb

Гаметы: (аВ) (аb) + (ab)

	aB	ab
ab	aaBb (зеленые гладкие)	aabb (зеленые морщинистые)

Все потомки будут зелеными, т. к. оба родителя гомозиготны по рецессивному гену. Расщепление по качеству кожуры 1:1 т. к. материнское растение гетерозиготно, а отцовское — гомозиготно по рецессивному гену.

в) Родители: мать Ааbb + отец Ааbb

Гаметы: (Аb) (ab) + (Ab) (ab)

	Ab	ab
Ab	AAbb (желтые морщинистые)	Aabb (желтые морщинистые)
ab	Ааbb (желтый морщинистые)	aabb (зеленые морщинистые)

Все потомки будут морщинистыми, т. к. оба родителя гомозиготны по рецессивному гену. Расщепление по цвету 3:1 по третьему закону Менделя, т. к. оба родителя гетерозиготны.

Задача №3

Полидактилия (многопалость) и отсутствие малых коренных зубов передаются как доминантные признаки. Признаки наследуются независимо. Какова вероятность рождения детей без аномалий в семье, где оба родителя страдают обоими болезнями и гетерозиготны по этим парам генов?

А — полидактилия

а — нормодактилия

В — отсутствие малых коренных зубов

b — наличие малых коренных зубов

Родители: мать АаВb + отец AaBb

Гаметы: (AB) (Ab) (aB) (ab) + (AB) (Ab) (aB) (ab)

	AB	Ab	aB	ab
AB	ААВВ (полидактилия, нет зубов)	ААBb (полидактилия, нет зубов)	AaBB (полидактилия, нет зубов)	AaBb (полидактилия, нет зубов)
Ab	AABb (полидактилия, нет зубов)	AAbb (полидактилия, есть зубы)	AaBb (полидактилия, нет зубов)	Aabb (полидактилия, есть зубы)
aB	AaBB (полидактилия, нет зубов)	AaBb (полидактилия, нет зубов)	aaBB (нормодактилия, нет зубов)	ааВb (нормодактилия, нет зубов)
ab	АаВb (полидактилия, нет зубов)	Aabb (полидактлия, есть зубы)	aaBb (нормодактилия, нет зубов)	aabb (нормодактилия, есть зубы)

Расщепление по третьему закону Менделя: 9:3:3:1. Вероятность рождения здорового ребенка 1/16, или 6,25%