Volkova EM Kaspirovich DA Genetika s osnovami biometrii EUMK

Генетика с основами биометрии

Для определения простой и взвешенной средней гармонической

n –объем совокупности; при этом >0. Обычно среднюю геометрическую вычисляют с помощью десятичных логарифмов:

Генетика с основами биометрии

Первую формулу применяют для вычисления средней геометрической из абсолютных прибавок величины признака; вторая формула служит для вычисления средней геометрической из относительных прибавок величины признака за равные промежутки времени, а третью формулу используют для

которых вычисляют среднюю; r – в личина, по которой определяют вид средней. Так, при r =1 получа тся ср дняя арифметическая, при r = 2 – средняя квадратическая, при r = 1 образуется средняя гармоническая и т.д.

Необходимо отметить, что м жду ст пенными средними существуют определенные соотношения, выражаемые следующим рядом мажорантности

ряда и делящая его на две равные части (с уменьшающимися и увеличивающимися значениями x от медианы):

Генетика с основами биометрии

где: Wo – начало класса, в котором находится медиана; i – величина классового промежутка; n – общее число вариант в группе; – сумма частот классов, предшествующих классу, где находится медиана; – частота класса, в котором находится медиана.

Часто исследования предполагают расчет коэффициента достоверности разницы между средними арифметическими значениями сравниваемых групп по определенным признакам, например, по среднесуточному приросту живой массы поросят разных генотипов по локусу гена IGF-2.

Этот показатель рассчитывается по следующей формуле:

где: n – объем выборки (число изм р ний или и пытуемых)/

Зная коэффициент достов рности, можно по таблице, приведенной ниже, определить характ р разницы м жду значениями показателя – тенденция или закономерность.

Генетика с основами биометрии

ÏолесÃÓ

Генетика с основами биометрии

Лабораторная работа № 1

ТЕМА: Клетка как основа наследственности и размножения (2 часа)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить материальные основы менделеевских закономерностей наследования признаков.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:

В ÏолесÃÓприроде существует два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различие в названиях

Наследственность – это свойство организмов передавать потомству и

воспроизводить родительские признаки в других поколениях.

В сороковых годах XX века было установлено, что материальным носителем наследственной информации являются нуклеиновые кислоты, и в первую очередь дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Первые прямые доказательства роли ДНК как хранителя генетической информации получил

О. Эвери в 1944 году в экспериментах бактериями.

ДНК локализована в хромо омах виру ов, нуклеоидах бактерий, ядрах

эукариот, а также в некоторых цитоплазматических структурах

(митохондриях, хлоропластах, плазмидах бактерий). В молекулах ДНК зашифрованы все признаки, присущие данному виду организмов. И только у РНК-содержащих вирусов п рвичным г н тическим материалом являются РНК – рибонуклеиновые кис оты.

ХОД РАБОТЫ:

Задание 1: Изучить химическую структуру ДНК.

Нуклеин вые кис ты – фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, беспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Они были ткрыты в 1869 г. швейцарским биохимиком Ф.

Мишером в ядрах лейк цитов, сперматозоидов лосося. Впоследствии нуклеиновые кислоты обнаружили во всех растительных и животных клетках, вирусах, бактериях и грибах.

объясняется тем, что молекула ДНК содержит пяти-углеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу. В настоящее время известно большое число разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по

строению и значению в метаболизме.

Структура молекулы ДНК была открыта в 1953 году Дж.Уотсоном и Ф.Криком. Молекула ДНК представляет собой полимер (полимерами химики называют длинные цепочки, состоящие и одинаковых или разных звеньев мономеров). Мономерами ДНК являются нуклеотиды (от латинского nucleus – ядро).

Генетика с основами биометрии

Каждый нуклеотид состоит из трех различных молекул: остатка фосфорной кислоты (фосфата), углевода (дезоксирибозы или рибозы) и самого важного звена – азотистого основания.

Если посмотреть на химические формулы азотистых оснований, то можно увидеть, что аденин имеет сходное строение с гуанином (так называемые пуриновые азотистые основания или просто пурины). А цитозин – с тимином (пиримидиновые основания).

В состав нуклеотидов молекулы ДНК входят четыре вида азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин и цитозин. В полинуклеотидной цепочке

соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуютсяÏолесÃÓмежду фосфатной группой одного нуклеотида и З-гидроксильной

группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З-углеродом одного пентозного цикла и 5-углеродом следующего. Остов цепей ДНК образован, таким образом, сахарофосфатными остатками (рис.1).

Рис 1. Фрагмент мо еку ы ДНК (между А—Т– две водородные связи; между Г—Ц –

три водородные связи).

Задание 2. Изучить пространственную структуру молекулы ДНК

согласно м дели У тс на и Крика.

Впервые м дель м лекулы ДНК была предложена в 1953 г. американским ученым Дж. Уотсоном и англичанином Ф. Криком. За разработку двухспиральной модели молекулы ДНК они были удостоены в 1962 г.

Нобелевской премии.

Согласно модели Уотсона-Крика молекула ДНК состоит из 2 антипараллельных цепочек, закрученных друг относительно друга. При этом любой аденин, расположенный на одной цепи, соединяется с противоположным ему тимином на другой цепочке, а гуанин – с цитозином. Такой принцип соединения двух цепочек ДНК получил название принципа комплементарности. По этой причине в любом образце ДНК молярное содержание тимина соответствует молярному содержанию аденина, а гуанина

– цитозину (правило эквивалентности Чаргаффа). А соотношение пар А-Т и Г- Ц имеет значительные колебания при сравнении образцов ДНК организмов разных видов.

Генетика с основами биометрии

Задание 3. Изучить строение и типы РНК в клетке.

РНК. Строение молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Однако имеется и ряд существенных отличий. В молекуле РНК вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов входит рибоза, вместо тимидилового нуклеотида (Т) – уридиловый (У). Главное отличие от ДНК состоит в том, что молекула РНК представляет собой одну цепь. Однако ее нуклеотиды способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах тРНК,

рРНК), но в этом случае речь идет о внутрицепочечном соединении комплементарных нуклеотидов. Цепочки РНК значительно короче ДНК.

ТранспÏолесÃÓртная (трансферная) РНК(тРНК). Молекула тРНК состоит в среднем из 80 нукле тид в. Содержание тРНК в клетке – около 15% всей

В клетке существует несколько видов РНК, которые различаются по

величине молекул, структуре, расположению в клетке и функциям:

Информационная (матричная) РНК (иРНК). Этот вид наиболее разнороден по размерам и структуре. иРНК представляет собой незамкнутую полинуклеотидную цепь. Она синтезируется в ядре при участии фермента РНК-полимеразы, комплементарна участку ДНК, на котором происходит ее синтез. Несмотря на относительно низкое одержание (3-5% РНК клетки), она

выполняет важнейшую функцию в клетке: лужит в качестве матрицы для синтеза белков, передавая информацию об их труктуре с молекул ДНК. Каждый белок клетки кодиру тся п цифич кой иРНК, поэтому число их типов в клетке соответству т числу видов б лков.

Рибосомная РНК (рРНК). Это одноц почечные нуклеиновые кислоты, образующие в комп ексе с б ками рибосомы – органеллы, на которых

происходит синтез бе ка. Рибосомные РНК синтезируются в ядре.

РНК. Функция тРНК – перен с аминокислот к месту синтеза белка. Число различных типов тРНК в клетке невелико (20-60). Все они имеют сходную пространственную организацию. Благодаря внутрицепочечным водородным связям молекула тРНК приобретает характерную вторичную структуру, называемую клеверным листам.

Задание 4.

Задача 1: в молекуле ДНК содержится 31% аденина. Определите, сколько (в %) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.

Задача 2: укажите порядок нуклеотидов в цепочке ДНК, образующейся путем самокоприрования цепочки:

ЦАЦЦГТАЦАГААТЦГЦТГАТ Задача 3: дана последовательность нуклеотидов молекулы ДНК:

ТТЦЦГТАТАГГА. Найти: последовательность нуклеотидов и-РНК, число т- РНК.

Генетика с основами биометрии

Задача 4: фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ГГЦТЦТАГЦТТЦ. Постройте на ней и-РНК и определите последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка (для этого используйте таблицу генетического кода).

ÏолесÃÓ

Генетика с основами биометрии

Лабораторная работа № 2

ТЕМА: Природа генетического материала вирусов, про- и эукариот (2 часа)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить природу генетического материала вирусов, наследственные структуры прокариот и эукариот.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:

Вирусы – это особая форма жизни, объединяющая организмы с

НапримерÏолесÃÓ, у фага φХ174 в пределах одного гена может располагаться еще один ген. В частности, ген В находится в пределах гена А, а ген Е – в пределах

вне

не

– Структурные гены, которые кодируют белки. Занимают примерно 95 % вирусной хромосомы. Белки вирусов можно разделить на несколько групп:

Гены, кодирующие рРНК и тРНК, в геноме вирусов обычно отсутствуют. Однако в геноме крупного фага Т4 имеются гены, кодирующие несколько

тРНК.

Геном вирусов отличается высокой плотности упаковки информации.

гена D. У мелкого РНК-содержащего фага f2 ген регуляторного белка, блокирующего лизис (созревание вирионов и разрушение клетки), перекрывается с двумя другими генами, удаленными друг от друга.

ДНК-содержащие вирусы. К ДНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы бактерий – бактериофаги (или просто фаги). Некоторые мелкие фаги (например, фаг М13) при репродукции не разрушают клетку.

Генетика с основами биометрии

Репродукция крупных фагов (например, фага Т–4) приводит к гибели клетки.

Примеры организации генома ДНК-содержащих вирусов:

1. Кольцевая двухцепочечная ДНК длиной около 5 тпн.

– Обезьяний вирус SV 40. Мелкий эукариотический вирус. Вирионы в виде икосаэдра. Капсид белковый. Используется в генной инженерии как вектор переноса генов. Кодирует 5 белков.

– Вирусы бородавок человека.

2. Кольцевая одноцепочечная ДНК длиной около 5 тн; может быть как кодирующей, так и антикодирующей.

– Мелкие бактериофаги типа М13. Не разрушают клетку. Капсид

дополнительнаяÏолесÃÓб чка из вирусных и клеточных белков. Кодирует 5 белков.

включает 8 белков.

– Вирус золотистой мозаики фасоли.

3. Линейная двухцепочечная ДНК длиной 30-150 тпн.

– Бактериофаги типа Т4. Вирионы крупные. Белковый капсид из 130

белков включает: головку, хвостовой отдел и хвостовые нити. Эти вирусы могут существовать в виде профага длительное время.

– Аденовирусы млекопитающих и человека. Вирионы средних размеров в виде икосаэдра. Капсиды белковые. Вызывают ОРВИ, конъюнктивиты, желудочно-кишечные заболевания, иногда обладают онкогенными

свойствами.

– Вирусы оспы, герп са и им подобные. Вирионы крупные. Имеется

липопротеиновая оболочка.

4. Линейная одноцепоч чная ДНК длиной около 5 тн; ДНК может быть как кодирующей, так и антикодирующ й. У человека известны как спутники

аденовирус в.

5. Двухцеп чечная ДНК, замкнутая в кольцо из перекрывающихся

сегментов. Длина ДНК – 3-8 тн.

– Вирус гепатита В. Вирион сферический, средних размеров. Имеется

– Вирус мозаики цветной капусты (CaMV). Промотор 35S-RNA (CaMV35S) этого вируса широко используется в традиционной генной инженерии для создания генетических конструкций.

К РНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы растений, возбудители заболеваний человека и животных: вирус полиомиелита, вирусы гриппа А, В и С, вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки), бешенства, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). В отдельную группу выделяются арбовирусы, которые переносятся членистоногими (клещами, москитами), например, вирусы клещевого энцефалита, желтой лихорадки. Многие РНК-содержащие вирусы вызывают ОРВИ (например, коронавирусы), желудочно-кишечные заболевания (реовирусы птиц,