MOLEKULJARNO-GENETICHESKII_UROVEN

«Саратовский государственный медицинский университет

имени В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения

Российской Федерации

(ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрав России)

Молекулярно-генетический уровень организации

биологических систем

Учебно-методическое пособие

Издательство Саратовского медицинского университета

2012

1

УДК 573 (072.8)

ББК 28. Оя 73

Б44

Учебно-методическое пособие содержит основополагающую информацию по разделу «Клеточный и молекулярно-генетический уровни организации биологических систем». Материал пособия представлен в форме заданий для самостоятельной внеаудиторной и аудиторной работы студентов, а также ситуационных задач и тестовых заданий, способствующих достижению целей изучения раздела и контролю успешности их достижения.

Издание предназначено для практических занятий по биологии для студентов 1 курса медицинских вузов, обучающихся по специальностям лечебное дело, педиатрия, медико-профилактическое дело, стоматология, фармакогнозия.

Авторский коллектив: докт. биол. наук, профессор С.И. Белянина; докт. биол. наук, профессор Н.В. Полуконова; докт. биол. наук, доцент Н.А. Дурнова; канд. биол. наук, доцент Л.Е. Сигарева; канд. биол. наук, доцент Т.А. Андронова; канд. биол. наук, старший преподаватель Ю.В. Белоногова; канд. биол. наук, доцент О.В. Синичкина

Рецензенты:

доктор медицинских наук, профессор И.О. Бугаева; доктор биологических наук, профессор В.В. Аникин

Рекомендовано к печати ЦКМС СГМУ

©Авторский коллектив: С.И. Белянина, Н.В. Полуконова, Н.А. Дурнова,

JI.E. Сигарева, Т.А. Андронова, Ю.В. Белоногова, О.В. Синичкина

ISBN

©Саратовский государственный медицинский университет, 2012

2

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА

Цель занятия

З н а т ь :

Структуру, свойства и функции нуклеиновых кислот.

Основные способы передачи генетической информации.

Особенности репликации ДНК у про- и эукариот.

Особенности ядерного и внеядерного геномов человека.

Ум е т ь использовать полученные знания при решении типовых

иситуационных задач на молекулярные основы наследственности.

О з н а к о м и т ь с я с информацией по генетическому материалу

прокариотической клетки.

В н е а у д и т о р н а я р а б о т а

Задание 1. Химический состав нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты (НК) являются носителями генетической информации. Во всех клетках имеется два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК),

представляющие собой биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из пентозы (в ДНК – дезоксирибоза, в РНК – рибоза), остатка фосфорной кислоты и одного из азотистых оснований (рис. 1). Пуриновые азотистые основания - аденин (А), гуанин (Г); пиримидиновые - цитозин (Ц),

тимин (Т), урацил (У). Согласно правилу Чаргаффа, количество пуриновых азотистых оснований в ДНК равно количеству

3

пиримидиновых. Кроме этих нуклеотидов, в составе НК присутствуют редкие минорные азотистые основания, возникающие вследствие химической модификации (например, инозин). Особенно много их в транспортной РНК (до 20%) и в рРНК (до 2%).

Предполагают, что они защищают РНК от действия разрушающих ферментов. Нуклеотиды способны соединяться в длинные цепи при помощи фосфодиэфирных связей. Кроме того, полинуклеотидные цепи могут образовывать двухцепочечную пространственную структуру, формируя водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями (табл. 1).

Рис. 1. Схема строения нуклеотида О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Какие азотистые основания являются пуриновыми и пиримидиновыми в ДНК и РНК? Какая пентоза входит в состав ДНК и РНК?

4

Как называются необычные азотистые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот? В какой нуклеиновой кислоте их

особенно много?

Задание 2. Уровни структурной организации ДНК

1. Первичный – полинуклеотидная линейная цепь.

При синтезе цепи ДНК или РНК новый нуклеотид присоединяется 5'(Ф) - концом к 3'(ОН) - концу предыдущего. Таким образом, полинуклеотидная цепь растет в направлении 5' 3'.

2. Вторичный – две комплементарные антипараллельные полинуклеотидные цепи. У двухцепочечных ДНК ,

полинуклеотидные цепи антипараллельны, т. е. напротив 5' (Ф) -

конца одной цепи стоит 3' (ОН) - конец другой цепи.

Третичный – трехмерная двойная спираль полинуклеотидных цепей, чаще закрученных вправо (В-цепь). Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в двойную спираль.

Ширина спирали около 2 нм. Длина шага (полного оборота) спирали

5

– 3,4 нм, в одном шаге – 10 пар нуклеотидов. Кроме классической правозакрученной В-формы, описанной в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком, существуют ещѐ несколько форм ДНК. Самые распространенные из них: A-форма (правозакрученная, в неѐ трансформируется В-форма при транскрипции) и Z-форма

(левозакрученная, образуется при сильной спирализации В-формы).

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

За счет каких химических связей формируются первичный и вторичный уровни ДНК? К какому концу (5'- или 3'-) нуклеотида присоединяется новый нуклеотид? В каком направлении растет полинуклеотидная цепь?

Сколько полных витков в гене муковисцидоза, состоящего из

250 тыс. пар нуклеотидов (п. н.)? Чему равна длина (в нм) этого участка ДНК?

Задание 3. Функции нуклеиновых кислот

Заполните в таблице 2 графы о локализации и функции ДНК и основные формы РНК

6

Таблица 2

Функции и основная локализация нуклеиновых кислот

в эукариотической клетке

7

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Где в клетке синтезируются все виды РНК?

Какие нуклеиновые кислоты функционируют только в ядре и ядерных структурах? Только в цитоплазме?

Какой тип РНК участвует в формировании субъединиц рибосом и скапливается в виде ядрышка в ядре?

Какой тип РНК принимает участие в созревании информационной РНК?

Какой тип РНК участвует в РНК-интерференции и вызывает разрушение информационных РНК опасных чужеродных организмов,

попадающих в клетки человека?

Задание 4. Реакции матричного синтеза в клетке

Матричный синтез – это реакция, в ходе которой происходит синтез сложной полимерной молекулы в живой клетке. При этом в качестве эталона (матрицы), который полностью определяет строение полимера, используются нуклеиновые кислоты ДНК или РНК.

Реакции подобного типа происходят очень быстро и позволяют максимально точно передать генетическую информацию.

Направление движения генетической информации описывает центральная догма молекулярной биологии: ДНК → иРНК → белок.

Ознакомьтесь по таблице 3 с разными способами передачи генетической информации у организмов в природе.

8

Таблица 3

Способы передачи генетической информации

Задание 5. Репликация ДНК у эукариот

Одна из основных функций ДНК – сохранение и передача наследственной информации. В основе этой функции лежит способность ДНК к самоудвоению – репликации. В результате репликации из одной материнской молекулы ДНК образуются две

9