method2
.pdfРис. 2. Влияние точечных мутаций (замены оснований) на структуру гемоглобиновой молекулы.
Тип замены |
Молекула |
|
|
Генетические |
|
Аминокислота |
Кодоны |
последствия |
|||
оснований |
белка |
||||
|
|
мутаций |
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
пример: |
HвА, -цепь |
Глутамин-26 |
ГАА или ГАГ |
мутация |
|
транзиция |
|
|
|
не |
|
|
HвА, -цепь |
Глутамин |
ГАГ или ГАА |
проявится |
|
|
|
|
|
|
|
|
HвА, -цепь |
Лизин-61 |
ААА или ААГ |
|
|
|
Hв Хикари, |
Аспарагин |
ААУ или ААЦ |
|
|
|
-цепь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HвА, -цепь |
Глутамин-6 |
ГАА или ГАГ |
|
|
|
HвS, -цепь |
Валин |
ГУА или ГУГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HвА, -цепь |
Тирозин-145 |
УАУ |
|
|
|
Hв МакКисРок, |
нонсенс-кодон |
УАА |
|
|
|
-цепь |
(стоп) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Работа 2. Мутации сдвига рамки считывания.
Используя рис. 3, определите для каждого примера:
а) тип мутации (делеция, вставка);
б) стрелкой обозначьте сайты вставок и делеций;
в) цифрой в кружке укажите число встроенных или делетированных нуклеотидов;
г) фигурной скобкой отметьте искаженную последовательность в полипептиде.
В качестве образца используйте пример 1.
31
Рис. 3. Примеры различных вариантов изменений в структуре мРНК и |
|
||||
полипептидной цепи, вызванных мутациями в кодирующей области гена (сдвиг |
|
||||
рамки считывания) |
|
|
|
|
|
НОРМА |
|
|
|
|
|
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ УЦУ УГЦ ААА ГГЦ УАУ АГУ АГУ УАГ... |
|
||||
Полипептид |
мет - ала - сер - цис - лиз - глу - тир - сер - сер - СТОП |
|
|||
Пример 1 делеция (-1) |
|
|
|
|
|
|
-1 У |
|
|
|
|
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ ЦУУ ГЦА ААГ ГЦУ АУА ГУА ГУУ АГ... |
|
||||
Полипептид |
метала - лей - ала - лиз - ала - иле - вал - вал - сер - |
|
|||
|
|
Искаженная последовательность |
|
||
Пример 2 |
|
|
|
|
|
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ УЦУ ААА ГГЦ УАУ АГУ АГУ УАГ... |
|
||||
Полипептид |
мет - ала - |
сер - лиз - глу - тир - сер - сер - |
СТОП |
|
|
Пример 3 |
|
|
|
|
|
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ ЦУЦ УУГ ЦАА АГГ ЦУА УАГ УАГ УУАГ |
|
||||
Полипептид |
мет - ала - лей - лей - глн - арг - лей - СТОП |
|
|
||
Пример 4 |
|
|
|
|
|
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ УЦУ УУГ ЦАА АГГ УАУ АГУ АГУ УАГ... |
|
||||
Полипептид |
мет - ала - сер - лей - глн - арг - тир - сер - сер - СТОП |
|
|||
Работа 3. Мутации функциональных генов. |
|
|
|
||
В клетках человека транскрибируется не только последовательность ДНК, |
|
||||
кодирующая данный белок (структурный ген), но и значительные по длине |
|
||||
|
|
участок |
|
|
|
регуляторная |
промоторная |
инициации |
|
|
|
транскрипции |
|
сайт окончания |
|
||
область |
область |
|
|
||
экзон |
экзон |
транскрипции |
|
||
|
|
|
|||
ДНК 5’ |
ТАТА |
|
ААТААА |
3’ |
|
|
|
некодирую- |
интрон |
некодирующая |
|
|
|
щая область |
|
|
|
|
|
|
область |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4. Схема организации транскрипции эукариот |
|
|
|
32
участки генома, прилегающие к структурному гену (регуляторные участки).
Сигналы инициации транскрипции находятся именно в этих регуляторных участках ДНК (рис.4).
Во многих эукариотических промоторах необходимыми элементами начала транскрипции служат ЦААТ и ТАТА последовательности, где ЦААТ
является сайтом узнавания для РНК-полимеразы, а ТАТА последовательность служит точкой инициации транскрипции. Повреждение структуры регуляторных участков промотора приводит к тому, что структурный ген не поврежден, но его транскрипция невозможна. К примеру, изменения в ТАТА участке приводят к тому, что транскрипция инициируется на других нуклеотидах и с гораздо более низкой частотой.
Используя схему организации транскрипции эукариот (рис. 4),
заполните таблицу (рис. 5). В выводе укажите генетические последствия мутаций в функциональных генах.
Рис. 5. Мутации функциональных генов, которые приводят к количественным
изменениям белковых молекул.
|
Кодоны |
|
||
Механизм мутации |
промоторной |
Генетические последствия мутаций |
||
|
области |
|
||
пример: |
ЦААТ |
РНК полимераза не узнает кодон; |
||
трансверсия |
|
↓ |
транскрипция не происходит; |
|
(Ц ↔ Г) |
ГААТ |
белок не синтезируется. |
||
|
ЦААТ |
|
||
|
|
↓ |
|
|
|
ЦГАТ |
|
||
|
ЦААТ |
|
||
|
|
|
|
|
|
Утеря сайта |
|
||
|
ТАТА |
|
||
|
|
↓ |
|
|
|
ТААА |
|
||
|
ТАТА |
|
||
|
|
↓ |
|
|
|
ТААТ |
|
||
|
|
|
|
33 |
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ
1. Мутагенные факторы среды |
2. В молекуле ДНК произошла |
могут менять структуру ДНК. |
замена аденина на тимин. |
Такие изменения – это: |
Мутация называется: |
A. Геномные мутации; |
A. Транзицией; |
B. Транслокации; |
B. Трансверсией; |
C. Генные мутации; |
C. Инверсией; |
D. Хромосомные аберрации; |
D. Вставкой нуклеотида; |
E. Генные комбинации. |
E. Выпадением нуклеотида. |
3.В результате транскрипции в цепи и-РНК преждевременно образовался нонсенс-кодон.
Такую мутацию можно считать результатом:
A.Замены оснований;
B.Делеции гена промотора;
C.Сдвига рамки считывания;
D.Делеции гена оператора;
E.Дупликации.
5.Ген, отвечающий за развитие групп крови по системе АВ0,
имеет три аллеля, которые появились в результате:
A.Комбинации генов;
B.Мутации гена;
C.Комбинаций хромосом;
D.Транслокации;
E.Аберрации.
4.При серповидноклеточной анемии в 6-м положении -
цепи глутаминовая кислота заменяется валином. Мутация называется:
A.Транзицией;
B.Трансверсией;
C.Инверсией;
D.Вставкой нуклеотидов;
E.Выпадением нуклеотидов.
6.Под действием среды в молекуле ДНК происходят транзиции. Для них харак-
терны замены:
A.A→У
B.A→Ц
C.Г→У
D.Ц→Г
A. А→Г или Т→Ц
34
7. Изменения в структурном гене |
8. Качественные |
изменения |
|
приведут к: |
|
белковых молекул |
связаны с |
A.Образованию |
аномального |
изменением: |
|
белка; |
|
A. Структурных генов; |
|
B. Синтезу белка |
в небольшом |
B. Промотора; |
|
количестве |
|
C. Регулятора; |
|
C. Образованию |
нормального |
D. Оператора; |
|
белка; |
|
E. Инициатора. |
|
D.Отсутствию синтеза белка;
E.Синтезу белка в большом количестве.
Варианты тестовых заданий для итогового контроля Вы получите у преподавателя.
КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ
на практическом занятии по теме «МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ. ГЕННЫЕ МУТАЦИИ»
Для эффективной работы на практическом занятии ознакомьтесь с его основными этапами и методикой проведения занятия, изложенными ниже.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЯ
1.Актуализация (мотивация) темы занятия.
2.Изучение графа логической структуры темы и инструкции по выполнению практических работ.
3.Самостоятельное выполнение практических работ и оформление протоколов под контролем и при консультативной помощи преподавателя.
4.Анализ выполненной работы и коррекция самостоятельной работы студента.
5.Коррекция протоколов занятий преподавателем и работа по устранению замечаний.
6.Итоговый тестовый контроль для проверки усвоения конечных целей обучения.
35
ЗАНЯТИЕ № 4
ТЕМА: МОРФОЛОГИЯ ХРОМОСОМ. КАРИОТИП ЧЕЛОВЕКА
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Ведущая роль в генетическом контроле признаков организмов принадлежит хромосомам ядра, которые содержат наследственную информацию и передают ее последующим поколениям при размножении. Для правильного понимания поведения хромосом во время митоза и мейоза,
механизма возникновения хромосомных и геномных мутаций, а также наследственных болезней, обусловленных хромосомным дисбалансом,
необходимы знания молекулярной и морфологической организации хромосом и кариотипа человека.
Материал, изучаемый в этой теме, необходим для усвоения курса медицинской генетики, педиатрии, акушерства, гинекологии, психиатрии,
невропатологии с последующим использованием его в практике врачей любой специальности, где будут встречаться больные с наследственной патологией.
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь:
оценить значение ядра и особенности строения его структур для
жизнедеятельности клетки.
КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ:
1.Определять строение структур ядра на молекулярном уровне.
2.Характеризовать уровни упаковки хромосомного аппарата.
3.Интерпретировать структурную организацию хроматина.
4.Характеризовать морфологическую организацию хромосомного аппарата на клеточном уровне.
5.Распознавать в кариотипе хромосомы разных групп.
6.Анализировать кариотип человека и составлять идиограмму.
36
СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ
Теоретические вопросы, на основании которых возможно выполнение
целевых видов профессиональной деятельности
1.Что такое хроматин?
2.Какова молекулярная организация хроматина?
3.Опишите уровни упаковки хроматина.
4.Объяснть отличие интерфазного и метафазного хроматина.
5.Дайте морфологическую характеристику эухроматина и гетерохроматина.
6.Какое значение имеет эухроматин и гетерохроматин?
7.Опишите морфологию и типы хромосом.
8.Объясните правила хромосом (постоянства, парности,
индивидуальности, непрерывности).
9.Как классифицируют хромосомы?
10.Какие выделяют группы хромосомы?
11.Что такое кариотип?
12.Что такое идиограмма?
Для усвоения теоретических вопросов Вам не обходимо ознакомиться с графом логической структуры темы и информацией, заключѐнной в литературных источниках и конспекте лекций.
37
ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ТЕМЫ «МОРФОЛОГИЯ ХРОМОСОМ. КАРИОТИП ЧЕЛОВЕКА»
|
|
ХРОМОСОМЫ ЧЕЛОВЕКА |
|
Молекуляр- |
|
(ХРОМАТИН) |
|
ДНК –40% |
|
БЕЛКИ – 60% |
|
ный уровень |
|
||
|
|
НЕГИСТОНОВЫЕ |
|
|
|
ГИСТОНОВЫЕ |
|
|
|
(КИСЛЫЕ) |
|
|
|
Н1, Н2, Н3, Н2А, |
|
|
|
|
|
|
ИНТЕРФАЗНЫЕ |
|
МЕТАФАЗНЫЕ |
Уровни |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НУКЛЕО- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
упаковки |
|
СОМНЫЙ |
|
|
СОЛЕНОИДНЫЙ |
|
|
ПЕТЛЕВОЙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МИТОТИЧЕСКИЕ |
|
|
МЕЙОТИЧЕСКИЕ |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Струк- |
|
|
|
|
|
Э У Х Р О М А Т И Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г Е Т Е Р О Х Р О М АТ И Н |
|
|
|
|
||||||||||||||
турная |
|
|
|
|
|
(СЛАБО ОКРАШЕН) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ИНТЕНСИВНО ОКРАШЕН) |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
организа- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ДЕКОНДЕНСИРОВАН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КОНДЕНСИРОВАН |
|
|
|
|
||||||||||||||||
ция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
(СОДЕРЖИТ СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(БЕДЕН СТУКТУРНЫМИ ГЕНАМИ) |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
хромати- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
на |
|
|
|
|
|
НИТИ ХРОМАТИНА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГЛЫБКИ ХРОМАТИНА |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕТЯЖКА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕТЯЖКА |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
е Морфологическая |
|
|
|
|
|
|
(ЦЕНТРОМЕРА) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
т |
организация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
о |
|
|
|
|
|
|
ПЛЕЧИ ХРОМОСОМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р – СПУТНИК |
|
|
q – ПЛЕЧО |
|
|
|||||||||||||||||||
хроматина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
ч |
р – КОРОТКОЕ |
|
q – ДЛИННОЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МЕТАЦЕНТРИЧЕСКИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
СУБМЕТАЦИНТРИЧЕСКИЕ |
|
|
|
|
|
АКРОЦЕНТРИЧЕСКИЕ |
|
|
|||||||||||||||||||||||
й |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
р=q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p<q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p<<q |
|
|
|
|
||||||||
у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КАРИОТИП ЧЕЛОВЕКА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(группы хромосом) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
в |
Классифика- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
В |
|
|
|
|
С |
|
|
|
D |
|
|
E |
|
F |
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|||||||||
н |
ция хромосом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
1-3 |
|
|
4-5 |
|
|
|
|
6-12, Х |
|
|
|
13-15 |
|
|
16-18 |
|
|
|
19-20 |
|
|
|
21-22,У |
|
|
|
|
|
||||||||
ь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
38 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Обязательные источники информации
1.Медична бiологiя / За ред. В.П. Пiшака, Ю.I. Бажори. Пiдручник. Вiнниця:
НОВА КНИГА, 2004. С. 71-80.
2.Конспект лекций.
Дополнительная литература
1.Медична біологія: Посібник з практичних занять / О.В.Романенко,
М.Г.Кравчук, В.М. Грiнкевич та ін.. К.: Здоров’я, 2005.
ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Инструкции по проведению практических работ
Работа 1. Уровни организации хроматина.
Выделяют 4 уровня компактизации ДНК. При этом нить ДНК
"укорачивается" в 10 000 раз.
Два первых уровня компактизации эукариотического генома обеспечиваются гистонами.
1. Нуклеосомный – ДНК укорачивается в 7 раз.
Нуклеосома – это структурная единица хроматина. В основе нуклеосомы лежит гистоновый октамер. Его образуют 8 молекул белков: Н2А, Н2В, Н3, Н4 – по 2
молекулы каждого белка. Октамер образует сердцевину нуклеосомы – кор. На кор наматывается ДНК.
1 |
Нуклеосома |
|
Кор |
Гистоновый октамер
39
2. Супернуклеосомный (соленоидный) – ДНК укорачивается в 6-10 раз.
Обеспечивается Н1 гистоном, который сближает октамеры.
2
3. Петлевой – ДНК укорачивается в 20-30 раз.
Обеспечивается негистоновыми белками, которые узнают определѐнные последовательности ДНК, связываются с ними и образуют петли. Одна петля образует домен, который обеспечивает экспрессию одного гена, и является функциональным образованием.
3
4. Метафазная хромосома – ДНК укорачивается в 20 раз.
Метафазная хромосома удвоена и состоит из двух хроматид. Каждая из них содержит одну молекулу ДНК.
4
Рис. 4. Метафазная хромосома
1 – центромера, 2 – теломера, 3 – хроматиды, 4 – плечи.
40