Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
METODFFM.doc
Скачиваний:
118
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
1.03 Mб
Скачать

Тема 1, 2. Основы молекулярной биологии. Основы молекулярной генетики

Нуклеиновые кислоты — биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды, соединенные между собой фосфодиэфирными связями. Нуклеотиды состоят из трех компонентов: азотистого основа­ния (аденина, гуанина, цитозина, урацила или тимина), моносахарида (D-рибозы или 2-дезокси-D-рибозы) и фосфорной кислоты. В зависимости от типа мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотиды или рибонуклеотиды), входящих в состав нуклеиновых кислот, различают дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты. Молекулы ДНК, как правило, состоят из 2-х полинуклеотидных цепей, тогда как молекулы РНК, в основном, одноцепочечные.

Оба типа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) присутствуют во всех клеточных организмах, и только вирусы могут содержать один тип полимера.

Функции нуклеиновых кислот состоят в хранении, передаче и реализации генетической информации.

У эукариотических организмов ДНК локализована, в основном, в ядрах клеток, у прокариот она образует нуклеоид, в котором содержится вся бактериальная хромосома. Митохондрии и хлоропласты содержат свою собственную ДНК. Кроме того, в цитоплазме многих прокариот и низших эукариот обнаружены внехромосомные ДНК – плазмиды.

В клетках как про-, так и эукариот РНК бывают трех основных типов: информационная (матричная, мРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК). мРНК является матрицей для синтеза белка. тРНК переносят специфические аминокислоты к месту белкового синтеза и, собственно, переводят последовательность нуклеотидов мРНК в последовательность аминокислотых остатков полипептида. рРНК являются структурно-функциональной основой рибосом.

Лабораторная работа 1. Определение состава нуклеопротеидов

В клетке нуклеиновые кислоты, в основном, находятся в комплексе с белками, т. е. в виде нуклеопротеидов. В зависимости от типа нуклеиновой кислоты различают дезоксирибонуклеопротеиды – хроматин, и рибонуклеопротеиды – рибосомы, информосомы, РНК-содержащие вирусы.

Гидролиз нуклеопротеидов дает возможность установить их химический состав с помощью качественных реакций.

Одним из источников для выделения нуклеопротеидов являются дрожжи.

1. Биуретовая реакция. К 5-ти каплям гидролизата добавить 10 капель 10 % раствора NaOH и 1 каплю СuSO4. Фиолетовое окрашивание свидетельствует о наличии в гидролизате пептидов.

2. Проба на пуриновые основания. 10 капель гидролизата нейтрализовать одной каплей концентрированного раствора NH4OH и добавить 5 капель 1 % раствора АgNО3. Через несколько минут образуется рыхлый осадок соединений пуриновых оснований с серебром, окрашенный в бурый цвет.

3. Качественная реакция на углеводный компонент. К 5–7 каплям гидролизата добавить 1–2 капли -нафтола, перемешать и осторожно наслоить 0,5 мл концентрированной H2SO4. На границе раздела жидкостей появляется фиолетовое коль­цо, свидетельствующее о наличии углеводного компонента в нуклеопротеидах.

4. Молибденовая проба на фосфорную кислоту. К 10-ти каплям молибденового реактива (раствор молибдата аммония в азотной кислоте) добавить 5 капель гидролизата и кипятить смесь на пламени горелки. В присутствии фосфорной кислоты жидкость окрашивается в лимонный цвет. После охлаждения в струе воды наблюдается появление желтого кристаллического осадка образовавшегося фосфомолибдата аммония.

Лабораторная работа 2. Определение концентрации мочевой кислоты

Переваривание нуклеопротеидов пищи начинается в желудке, где под действием пепсина и соляной кислоты они распадаются на полипептиды и нуклеиновые кислоты. Последние под влиянием ферментов тонкого кишечника гидролизуются сначала до мононуклеотидов, а затем до нуклеозидов и фосфорной кислоты. В кишечнике осуществляется всасывание, в основном, нуклеозидов, но возможен и дальнейший распад нуклеозидов до свободных азотистых оснований и пентоз, которые затем поступают в кровяное русло.

И нуклеозиды, и свободные азотистые основания могут частично использоваться для синтеза нуклеиновых кислот и нуклеотидов, однако поступление в организм с пищей азотистых оснований, по-видимому, не имеет решающего значения. Синтез нуклеиновых кислот определяется скоростью синтеза гетероциклических оснований de novo из низкомолекулярных азотистых и безазотистых предшественников: аспарагиновой кислоты и карбамоилфосфата – для пиримидиновых нуклеотидов, и активированной формы рибозы, глицина, глутамина, СО2, аспарагиновой кислоты и производных тетрагидрофолата – для пуриновых нуклеотидов.

В тканях, прежде всего в печени, свободные пуриновые основания как экзогенного, так и эндогенного происхождения подвергаются катаболизму с образованием мочевой кислоты – конечного продукта пуринового обмена у человека и большинства приматов, птиц и некоторых рептилий. Конечными продуктами распада пиримидинов являются СО2, аммиак (выводится в виде мочевины), -аланин и -аминоизомасляная кислота. Существует сложная система регуляции синтеза, повторного использования и распада азотистых оснований. Нарушения этих регуляторных механизмов особенно резко сказываются на обмене пуринов. Снижение биосинтеза пуринов вызывает ограничение роста и размножения клеток, тогда как усиленный распад пуринов до мочевой кислоты, которая обладает плохой растворимостью в воде, сопровождается ее отложением в суставах (подагра). В норме образующаяся в печени и тканях при окислении пуринов мочевая кислота по­ступает в кровь и затем через почки вместе с мочой вы­деляется из организма.

Принцип метода: мочевая кислота в щелочной среде восстанавливает фосфорновольфрамовый реактив в краситель синего цвета. Интенсивность окраски раствора пропорциональна концентрации мочевой кислоты в анализируемой пробе.

Материалы и реактивы:

1. Фосфорно-вольфрамовый реактив: Na2WO4 – (0,12  0,01) М,

H3PO4 – (0,47  0,05) М,

Li2SO4 – (0,29  0,02) М;

2. Кислота серная (0,35  0,02) М

3. Вольфрамат натрия (0,30  0,1) М

4. Калибровочный раствор мочевой кислоты (300  3) мкМ

или 0,05 г/л

5. Карбонат натрия

Образец: сыворотка крови, негемолизированная плазма крови; моча, разведенная дистиллированной водой в 10 раз.

Ход работы. Анализ проводится в соответствии со схемой, представленной в таблице.

Отмерить в кювету, мл

Опытная проба

Калибр. проба

Холостая проба

Дистиллированная вода

4,0

4,0

4,5

Сыворотка (плазма), разбавленная моча

0,5

Калибровочный раствор мочевой кислоты

0,5

Кислота серная

0,25

0,25

0,25

Вольфрамат натрия

0,25

0,25

0,25

Перемешать, выдержать 10  1 мин. при комнатной температуре (от +20 до +25 0С), центрифугировать 10  1 мин при 2000–5000 об/мин, отобрать необходимое количество центрифугата (вместо центрифугирования допускается фильтрование полученного раствора).

Центрифугат (фильтрат)

3,0

3,0

3,0

Раствор карбоната натрия

1,5

1,5

1,5

Фосфорновольфрамовый реактив

1,0

1,0

1,0

Перемешать, выдержать 30  2 мин. при комнатной температуре (от +20 0С до +25 0С), измерить оптическую плотность опытной Епробы и калибровочной пробы Екалиб. против холостой в кюветах толщиной 10 мм при длине волны 650 нм. Окраска стабильна в течение 30  2 мин.

Расчет результатов:

С (мкМ) = 300  Епробы калибр. или

С (г/л) = 0,05  Епробы калибр.

Для расчета концентрации мочевой кислоты в моче полученное значение (С) необходимо умножить на коэффициент разведения – 10.

Клинико-диагностическое значение. В норме с мочой у человека выделяется 1,60–3,54 ммоль/сутки (270–600 мг/сут) мочевой кислоты. Нормальная концентрация мочевой кислоты в сыворотке крови составляет для мужчин 240–530 мкМ (0,05–0,06 г/л), для женщин на 25 % меньше – 185–440 мкМ (0,04–0,05 г/л).

Концентрация мочевой кислоты в крови увеличивается при тяжелой мышечной работе, приеме пищи, богатой нуклеопротеидами, а также при лейкемии, анемии и ряде других заболеваний.

При подагре (отложение в тканях кристаллов уратов, вызванное врождёнными энзимопатиями) наблюдается особенно резкое увеличение концентрации мочевой кислоты в крови, концентра­ция ее может повышаться до 0,2 г/л и более. Кристаллы уратов приводят к высвобождению в экстрацеллюлярное пространство как цитоплазматических, так и лизосомальных ферментов; в тканях развивается асептическое воспаление.

Для лечения подагры используют препараты, тормозящие образование мочевой кислоты (аллопуринол) или стимулирующие их выведение почками (антуран, цинхофен, атофан).

Уменьшение содержания мочевой кислоты в сыворотке крови наблюдают при болезни Коновалова–Вильсона, некоторых злокачественных новообразованиях, употреблении таких препаратов, как салицилаты, пиперазин, атофан, кортикотропин.

Контрольные вопросы по теме «Основы молекулярной биологии»:

  1. Азотистые основания, нуклеозиды и нуклеотиды – составляющие компоненты молекул нуклеиновых кислот. Минорные азотистые основания и нуклеотиды.

  2. Свободные нуклеотиды (АТФ, НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, ЦТФ, УТФ, 3’,5’-АМФ, 3’,5’-ГМФ) и их биохимические функции.

  3. Нуклеиновые кислоты. Общая характеристика ДНК и РНК, их биологическое значение в сохранении и передаче генетической информации.

  4. Особенности первичной структуры ДНК и РНК. Связи, которые стабилизируют первичную структуру нуклеиновых кислот.

  5. Вторичная структура ДНК, роль водородных связей в ее образовании (правила Чаргаффа, модель Уотсона–Крика), антипараллельность цепей.

  6. Третичная структура ДНК. Физико-химические свойства ДНК: взаимодействие ДНК с катионными лигандами, образование нуклеосом.

  7. Молекулярная организация ядерного хроматина эукариотов: нуклеосомная организация; гистоновые и негистоновые белки.

  8. Строение, свойства и биологические функции РНК. Типы РНК: мРНК, тРНК, рРНК. Особенности структурной организации различных типов РНК.

  9. Нуклеопротеиды: строение, биологические функции.

  10. Биосинтез пуриновых нуклеотидов: схема реакций синтеза ИМФ; образование АМФ и ГМФ; механизмы регуляции.

  11. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов: схема реакций, регуляция синтеза.

  12. Биосинтез дезоксирибонуклеотидов. Образование тимидиновых нуклеотидов, ингибиторы биосинтеза дТМФ как противоопухолевые средства.

  13. Катаболизм пуриновых нуклеотидов; наследственные нарушения обмена мочевой кислоты.

  14. Схема катаболизма пиримидиновых нуклеотидов.

  15. Репликация ДНК: биологическое значение; полуконсервативный механизм репликации.

  16. Последовательность этапов и ферменты репликации ДНК у прокариотов и эукариотов.

  17. Транскрипция: РНК-полимеразы прокариотов и эукариотов, сигналы транскрипции (промоторные, инициаторные и терминальные участки генома).

  18. Процессинг – посттранскрипционная модификация синтезированных мРНК.

  19. Генетический (биологический) код; триплетная структура кода, его свойства.

  20. Транспортные РНК и активация аминокислот. Аминоацил-тРНК-синтетаза.

  21. Этапы и механизмы трансляции (биосинтеза белка) в рибосомах: инициация, элонгация и терминация. Процессинг.

Контрольные вопросы по теме «Основы молекулярной генетики»:

  1. Посттрансляционная модификация пептидных цепей. Регуляция трансляции.

  2. Ингибиторы транскрипции и трансляции у прокариотов и эукариотов: антибиотики и интерфероны – их применение в медицине; дифтерийный токсин.

  3. Регуляция экспрессии генов прокариотов: регуляторные и структурные участки лактазного (Lac-) оперона (регуляторный ген, промотор, оператор).

  4. Мутации: геномные, хромосомные, генные; механизмы действия мутагенов; роль индуцированных мутаций в возникновении энзимопатий и наследственных болезней человека.

  5. Биологическое значение и механизмы репарации ДНК. Репарация УФ-индуктированных генных мутаций: пигментная ксеродерма.

  6. Генная инженерия: конструирование рекомбинантных ДНК; клонирование генов; генно-инженерный синтез ферментов, гормонов, интерферонов и др.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]