ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры»
Методическая разработка
практического занятия № 2 для студентов
Тема занятия: «Организация наследственного материала у про- и экариот. Реализация генетической информации в признак и ее регуляция».
Сургут, 2014 г.
Цель: Ознакомиться с молекулярной структурой и свойствами нуклеиновых кислот, хромосом, стадиями биосинтеза белка, принципами регуляции генной активности.
Задачи:
1. Изучить молекулярную структуру и свойства нуклеиновых кислот, хромосом, стадии биосинтеза белка, принципы регуляции генной активности.
2. Овладеть решением генетических задач с использованием генетического кода.
3.Усвоить закономерности репродукции клеток, размножения организмов и явлений наследственности и изменчивости.
Необходимый исходный уровень знаний:
1. Данная тема базируется на знаниях, полученных студентами в школьном курсе “Общей генетики”, или программы мед. училища.
2. Внутрипредметные связи – на данную тему опираются практические занятия в курсе биологии по генетике человека, теория эволюции, молекулярная биологии.
2.2. Межпредметные связи:
а) цитология, эмбриология и гистология;
б) анатомия и патологическая анатомия;
в) нормальная и патологическая физиология;
г) микробиология;
д) лабораторная диагностика;
е) биохимия.
Вопросы для самоподготовки студентов
-
Каковы особенности организации наследственного материала у про- и эукариот?
-
Какова молекулярная организация и функции нуклеиновых кислот?
-
Что такое ген? Какое определение гена вы считаете более точным?
-
Каковы особенности строения генов у про- и эукариот?
-
Что такое генетический код и каковы его свойства?
-
Каковы основные этапы биосинтеза белка, в чем их сущность?
-
Каковы механизмы регуляции генной активности у прокариот (схема Жакоба-Моно)?
-
Каковы механизмы регуляции генной активности у эукариот (схема Бриттена-Дэвидсона)?
Самостоятельная работа студентов:
Работа 1. ДНК в ядрах клеток
На постоянном препарате под большим увеличением микроскопа рассмотрите в ядрах клеток печени ДНК, выявленную с помощью реакции Фельгена.
Зарисуйте несколько ядер, в которых ДНК окрашена в пурпурно-малиновый цвет.
Работа 2. Молекулярная структура ДНК эукариот.
Рассмотрите рисунок.
Рис. 1. Строение ДНК эукариот.
А - аденин; Г - гуанин - пуриновые азотистые основания; Ц - цитозин; Т - тимин - пиримидиновые азотистые основания; Д - дезоксирибоза; Ф - остаток фосфорной кислоты; Н - нуклеотид.
Работа 3. Структурно-функциональная организация ДНК у про- и эукариот
Изучите табл. 1 и 2.
Таблица 1.
Участок ДНК |
Функция |
Структурные гены
Экзоны
Оператор
Промотор
Терминатор
Сенсорный ген
Ген-регулятор
Ген-интегратор
Гены-модуляторы: энхансеры; сайленсеры; мутаторы; антимутаторы
Неинформативные участки ДНК: интроны
спейсеры
сателлитная ДНК
|
Имеются у про- и эукариот и содержат информацию о строении белков, выполняющих специфические и общеклеточные функции, а также информацию о тРНК и рРНК.
Информативные участки генов.
Расположен у прокариот перед структурными генами и служит для связи с белком-репрессором.
Служит для связи с ферментом РНК-полимеразой. У прокариот представлен ТАТААТ-последовательностью (блок Прибнова), а у эукариот — ТАТА-блоком или ЦААТ-блоком, которые расположены на разных расстояниях от стартовой точки транскрипции.
Служит для прекращения роста цепи РНК и ее освобождения от матрицы ДНК. У большинства прокариот в связи с наличием факторов антитерминации транскрипция продолжается за пределами терминатора, что ведет к образованию полицистронной мРНК. У эукариот терминатор останавливает движение РНК-полимеразы и в итоге образуется моноцистронная мРНК
Служит у эукариот для восприятия химического индукционного сигнала.
У прокариот содержит информацию о структуре белков-репрессоров, регулирующих работу других генов.
Координирует работу других генов и может оказывать у эукариот плейотропный эффект
Обнаружены только у эукариот Усиливают транскрипцию Тормозят транскрипцию Способствуют мутациям других генов Снижают мутагенный эффект
Имеются в составе генов эукариот и не содержат информацию о белке, кодируемом данным геном. Некодируюшие последовательности, разделяющие структурные гены.
Участвует в конъюгации хромосом эукариот? Может содержать мобильные элементы
|
Таблица 2
Признаки |
Прокариоты |
Эукариоты |
Количество генов
Количество ДНК
Кодирующие последовательности ДНК
Связь ДНК с гистонами
Укладка ДНК
Количество репликонов
Активно работающие участки
Процессинг
Регуляция транскрипции |
4 тыс. (Е. coli)
4 млн. пар нуклеотидов
Более 90 %
Отсутствует
Кольцевая, содержит 100 петель по 40 тыс. пар нуклеотидов
Один
Более 90 % генов
Отсутствует
Оперонная |
Около 30 тыс. (человек)
3-7 млрд. пар нуклеотидов
Менее 10 %
Формирует нуклеосомы
Линейная с замкнутыми в теломеры концами, имеет 4 уровня спирализации
50 тыс.
Менее 10 % генов
Осуществляется при переходе пре-мРНК из ядра в цитоплазму
Сложная каскадная |
Работа 4. Организация наследственного материала у прокариот (нуклеоид).
Рассмотрите рис. 2 и обратите внимание на укладку ДНК в виде петель.
Рис. 2. Укладка ДНК в нуклеоиде прокариот.
1 - кольцевая молекула ДНК; 2 - укладка ДНК в виде петель; 3 - белки, связывающие петли ДНК.
Работа 5. Организация наследственного материала у эукариот (нуклеосомная нить)
Рассмотрите по рис. 6 первый уровень организации наследственного материала у эукариот.
Рис. 3. Строение нуклеосомной нити у эукариот. 1 - нуклеосома; 2 - ДНК; 3 - гистоны Н2А, Н2В, НЗ и Н4; 4 - гистон Н1.
Работа 6. Биосинтез белка у прокариот (а) и эукариот (б).
Изучите и зарисуйте процесс биосинтеза белка по схеме 1.
Схема 1. Биосинтез белка у прокариот (а) и эукариот (б)
Работа 7. Транскрипция и процессинг у эукариот.
Изучите транскрипцию и процессинг по рис. 4.
Рис. 4. Транскрипция и процессинг у эукариот.
1 - ДНК: 2 - пре-м РНК; 3 - РНК-полимераза; 4 - кодогенная цепь ДНК; 5 - зкзоны; 6 - интроны; 7 - зрелая мРНК; Т - терминатор; КЭП и поли-А - концевые последовательности нуклеотидов; ТАЦ и АУГ - инициаторные триплеты.
Работа 8. Трансляция. Этапы рибосомного цикла (1 - инициация; 2 - элонгация; 3 - терминаиия). Изучите и зарисуйте по рис. 5 процесс трансляции
Рис. 5. Процесс трансляции.
1 - малая субъединица рибосомы; 2 - большая субъединица рибосомы; 3 – аминоацильный (А) центр; 4 - пептидильный (П) центр; 5 - АУГ-инициаторный триплет мРНК; 6 - терминатор мРНК; 7 - инициаторная тРНК; 8 - аминокислоты формирующегося полипептида; 9 - колпачок.
Рис. 6. Регуляция синтеза белка путем индукции (а, б) и репрессии (в, г).
а - структурные гены оперона блокированы; б - дерепрессирование генов индуктором; в - при недостаточном количестве конечного продукта (корепрессора) оперон дерепрессирован.
Рис. 7. Продолжение.
г - при избыточном количестве конечного продукта оперон репрессирован активным голорепрессором.
Работа 9. Коллинеарность триплетов ДНК, мРНК, тРНК и аминокислот в молекуле белка при заданных кодогенах ДНК.
Используя таблицу генетического кода, заполните табл. 3.
Таблица 3
Кодогены ДНК |
ТАЦ |
АТА |
ГЦА |
ТГЦ |
АЦЦ |
ЦЦА |
ГАТ |
ТЦА |
ААА |
АЦГ |
Кодоны мРНК Антикодоны тРНК Аминокислоты в белке |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|