Рабочая тетрадь освоения лабораторно-практических навыков по биологии. Часть I. Цитология с основами молекулярной биологии
..pdf
волоконец - хроматин в терминологии классической морфологии. Генетики наполняют этот термин (исторически морфологический) иным содержанием. Под хроматином они понимают вещество хромосомы, как таковое. Исходя из представления о сохранении структурной целостности хромосом в клеточном цикле, подчеркивается, что химический состав хроматина и плотность его упаковки различаются по длине хромосомы в зависимости от стадии этого цикла.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
1.Организация ДНК: строение, свойства и функции.
2.РНК, её разновидности, строение. Роль РНК в процессе реализации наследственной информации.
3.Репликация ДНК, её этапы (фазы). Особенности репликации вирусных и бактериальных ДНК.
4.Репарационные механизмы ДНК.
5.Жизненный цикл клетки, его периоды (циклы). Интерфаза. Митотический цикл, определение, периоды. Соотношение ДНК(с) и хромосом (п) в митотическом цикле.
Задание 1. Строение нуклеотида.
Рассмотрите схему строения нуклеотида на рис.1. Обозначьте составные части нуклеотида. Обозначьте цифрами положения атомов углерода.
|
|
3 |
|
1 |
2 |
||
|
|||
|
|
|
Рис.1. Схема строения нуклеотида
1.____________________________________________
2.____________________________________________
3.____________________________________________
2
Задание 2. Молекулярная структура ДНК эукариот.
Рассмотрите схему строения ДНК на рис.2. Сделайте обозначения рис. 2.
Рис.2. Схема строения ДНК
Н - Ф – ОН - Д –
С1 – С5 - А – Т – Г – Ц –
Задание 3. Репликация ДНК у эукариот.
Изучите репликацию ДНК на рис. 3. Назовите основные этапы репликации ДНК эукариот и заполните табл. 1.
http://present5.com/presentation/1/44640805_165319307.pdf-img/44640805_165319307.pdf-8.jpg
Рис.3. Область репликационной вилки в молекуле ДНК
3
Сделайте обозначения:
1 ____________________________________________________________________________
2____________________________________________________________________________
3____________________________________________________________________________.
4____________________________________________________________________________
5____________________________________________________________________________
6____________________________________________________________________________
7____________________________________________________________________________
8____________________________________________________________________________
9____________________________________________________________________________
10___________________________________________________________________________
11___________________________________________________________________________
Таблица 1
Ферменты репликации и их функции
Ферменты |
Функции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 4. Репарация.
Изучите разные классификации репарации по таблицам 2 и 3. Рассмотрите механизмы репарации по таблице 4.
Таблица 2
Классификация по времени проведения репарации
Время проведения репарации |
Фаза клеточного цикла |
|
|
Дорепликативная |
G1 |
|
|
В процессе репликации ДНК |
фаза S |
|
|
Пост репликативная |
фаза G2 |
|
|
4
Таблица 3
Классификация по виду репарируемых повреждений:
–удаление пиримидиновых димеров;
–устранение однонитиевых разрывов;
–устранение двухнитевых разрывов;
–репарация АР-сайтов и т.д.
Таблица 4
Классификация основных механизмов репарации
Механизм |
|
Описание |
Прямая репарация |
Фотореактивация пиримидиновых димеров. |
|
|
Репарация АРсайтов прямой вставкой пуринов. |
|
|
Прямая репарация однонитевых разрывов ДНК. |
|
Эксцизионная репарация |
1 |
этап. Распознавание повреждения. |
|
2 |
этап. Надрезание нити пентозофосфатного остова ДНК. |
|
3 |
этап. Эксцизия участка, содержащего повреждение. |
|
4 |
этап. Репаративный синтез на неповрежденной матрице. |
|
5 |
этап. Сшивание (лигирование ) двух цепей ДНК. |
SOS-репарация |
На поврежденной матрице ДНК комплекс белков SOS- |
|
|
репарация (белков UmuD и UmuC со спиралью RecA) |
|
|
замещают ДНК полимеразу III и начиная полимеризацию |
|
|
случайных нуклеотидов. В результате клетка спасается от |
|
|
гибели на данном этапе и может обеспечить митоз, хотя будут |
|
|
ошибки и высокий риска гибели клетки. |
|
Рекомбинантная |
Для реализации этого вида репарации необходима вторая |
|
репарация |
неповрежденная копия нуклеотидной последовательности, |
|
|
гомологичной поврежденному участку. Происходит |
|
|
одноцепочечный обмен между неповрежденным дуплексом и |
|
|
разорванным. |
|
Задание 5. Жизненный цикл клетки.
Рассмотрите жизненный цикл клетки на рис.4. Укажите в таблице 5 периоды жизненного цикла клетки и процессы, происходящие в эти периоды.
I – митотический цикл
IIпереход клетки в дифференцированное состояние
III – гибель клетки
Рис.4. Жизненный цикл клетки многоклеточного организма
5
Таблица 5
Жизненный цикл клетки
|
Периоды жизненного цикла |
Процессы |
|
|
|
R1 |
(постмитотический) |
|
|
|
|
R2 |
(премитотический), (G0) |
|
M - ….. |
|
|
|
|
|
G1 |
- ....... |
|
|
|
|
S - ...... |
|
|
|
|
|
G2 |
- …… |
|
|
|
|
Задание 6. Митотический индекс (коэффициент).
Митотический индекс определяется числом клеток, находящийся в митозе на всех стадиях: профазе, метафазе, анафазе, телофазе и к общему числу учтенных клеток (n) исследуемой ткани и выражается в промилях ( 0 / 00 )
Рассмотрите и определите митотический индекс по рис. 5.
1. ______________
2. _______________
3._______________
4.________________
5.________________
6. ________________
7._______________
Рис.5. Митоз в корешке лука
6
|
Фазы митоза |
|
|
Фаза митоза |
Количество клеток |
Профаза (П)
Метафаза (М)
Анафаза (А)
Телофаза (Т)
Интерфаза
Сумма всех клеток (n)
Список литературы:
1.Биология : учебник в 2-х т. / В.Н. Ярыгин, В.В. Глинкина, И.Н. Волков [и др.]. под ред. В.Н. Ярыгина. – Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2011. - Т. 1. -725 с.
2.Биология : учебник в 2-х т. / под ред. В.Н. Ярыгина. – Москва: ГЭОТАР-
Медиа, 2015. – Т. 1. - 725 с.
3.Пехов А.П. Биология. Медицинская биология, генетика и паpазитология : учебник для медицинских вузов / А.П. Пехов. - Москва: ГЭОТАР-Медиа,
2011. - 656 c.
4.Гигани О.Б. Биология: руководство к лабораторным занятиям : учебное пособие / под ред. О.Б. Гигани. - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2012. - 272 с.
5.Маркина В.В. Биология: руководство к практическим занятиям / В.В. Маркина, Ю.Д. Оборотистов, Н.Г. Лисатова [и др.] / под ред. В.В. Маркиной - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 448 с.
6.Чебышев Н.В. Биология : учебное пособие / Н.В. Чебышев, Г.Г. Гринева. – Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 416 с.
7
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4
Тема: Строение эукариотического и прокариотического гена. Биосинтез белка.
Цель занятия: изучить основные принципы передачи наследственной информации у эукариотических и прокариотических организмов.
Материально-техническое обеспечение: учебная литература,
ситуационные задачи, тестовые задания.
Вопросы для самоподготовки
1.Синтез РНК на ДНКматрице. Общие принципы транскрипции.
2.Теории мозаичного строения генов эукариот.
3.Организация и функции промоторов.
4.Ферменты транскрипции.
5.Интроны и экзоны. Основные характеристики интронов.
6.Процессинг рнк эукариот и прокариот. Альтернативный сплайсинг
7.Обратная транскрипция, ее медицинское и хозяйственное значение
8.Трансляция у прокариот и уэкариот
9.Строение и функции рибосом у про- и эукариот.
Генетическая (биологическая) информация записана по длине молекул ДНК в виде последовательности нуклеотидов, тогда как способность передавать эту информацию от клетки к клетке, а также использовать для обеспечения клеточной жизнедеятельности определяется надмолекулярной организацией ДНК в виде двойной спирали, в которой осуществлен принцип комплементарности. Осуществление этого принципа, делает возможным матричный синтез, составляет молекулярно-биологический базис обеих главных функций ДНК:
1.Использование информации в целях организации клеточных функций (через механизмы транскрипции и трансляции);
2.Передача информации в ряду клеточных поколений (через механизмы репликации ДНК и митоза).
На макромолекулярном уровне в связи с первой функцией речь идет об образовании молекул информационных (матричных) РНК и рибосомном цикле биосинтеза белка, со второй - копирование и распределение между дочерними клетками биспиралей ДНК [В.Н. Ярыгин./биология. Т.1. М. 2015].
1
Альтернативный сплайсинг — процесс, позволяющий одному гену производить несколько мРНК и соответственно белков.
Большинство генов в эукариотических геномах содержат экзоны и интроны. После транскрипции в процессе сплайсинга интроны удаляются из пре-мРНК. А вот экзон может включаться (или нет) в состав конечного транскрипта. Таким образом, с помощью альтернативного сплайсинга можно получить множество транскриптов, а следовательно и белков.
Объединение различных сайтов сплайсинга позволяет индивидуальным генам экспрессировать множество мРНК, которые кодируют белки, порой, с антагонистическими функциями. Экзон одного варианта сплайсинга может оказаться интроном в альтернативном пути. Разные варианты сплайсинга могут приводить к образованию разных изоформ одного и того же белка. Например, ген тропонина состоит из 18 экзонов и кодирует многочисленные изоформы этого мышечного белка. Разные изоформы тропонина образуются в разных тканях и на определенных стадиях их развития.
Предположено, что у эукариот альтернативный сплайсинг может быть важным эволюционным достижением: повысилась эффективность хранения информации [http://www.bioscience-explained.org/ENvol4_1/pdf/spliceeng.pdf]
Недавно было показано, что у примерно 95% мультиэкзонных генов человека наблюдается альтернативный сплайсинг.
Задание 1. Строение эукариотического гена
Изучите рис. 1, зарисуйте схему строения эукариотического гена.
2
Рис.1. Строение эукариотического гена
Задание 2. Заполните таблицу «Строение эукариотического гена»
Таблица 1
Строение эукариотического гена
Название структуры гена |
функция |
Промотор 5, лидер экзоны интроны 3, трейлер
Терминатор
3
Задание 3. Заполните таблицу «Организация генома прокариот»
Таблица 2
Организация генома прокариот
Структура генома |
Особенности организации |
оперон
Интрон-экзонная
организация
М РНК
Временная организация
транскрипции и трансляции
Задание 4. Сплайсинг иРНК
Изучите рис.2. Используйте изображенную на нем схему альтернативного сплайсинга в качестве образца для выполнения задания 5.
Рис.2. Альтернативный сплайсинг первичного транскрипта
4