Методические указания к лабораторному занятию на 3 неделе.
Работа № 1. Изучение ферментативного действия амилазы на содержание крахмала в растительном объекте.
-
Смочить кусочек марли соком клубня картофеля.
-
Нанести одну-две капли раствора Люголя.
-
Отметить наличие синего окрашивания марли (качественная реакция на крахмал).
-
Смочить слюной окрашенный участок марли, поместить в пробирку и подогреть на водяной бане.
-
Дать теоретическое обоснование всему эксперименту
-
Смочить кусочек марли соком клубня картофеля. Нанести одну-две капли раствора Люголя. Отметить наличие синего окрашивания марли (качественная реакция на крахмал).
-
Смочить слюной окрашенный участок марли, поместить в пробирку и подогреть на водяной бане. Окрашивание должно исчезнуть. Дать теоретическое обоснование всему эксперименту. Объяснить полученные результаты.
Работа № 2. Изучение модели молекулы ДНК.
-
Рассмотреть и определить составные части модели.
-
Собрать из соответствующих частей учебной модели двухцепочечную нить молекулы ДНК.
Методические указания для самоподготовки к занятию на 3 неделе.
Тема. Органические вещества и энергетика клетки.
Цель самоподготовки. Расширить и закрепить представления по вопросам темы.
Вопросы для самостоятельного изучения задания.
-
Полярность цепей ДНК.
-
Антипараллельность цепей ДНК.
-
Длина нити ДНК.
-
Атомный (элементарный) уровень жизни. Критерии классификации химических элементов живых систем.
Блок дополнительной информации.
ДНК и Хромосомы.
В ядре диплоидной клетки человека — 46 хромосом.
В пресинтетический (постмитотический) период жизненного цикла делящихся клеток, а также всегда в неделящихся клетках каждая хромосома содержит лишь одну молекулу ДНК. Каждая из этих столь протяженных молекул включает 2 полинуклеотидные цепи, образующие двойную спираль.
Последняя связана с основными (гистоновыми) и кислыми (негистоновыми) белками. Общая длина всех 46 молекул ДНК, находящихся в ядре человеческой клетки, — около 190 см. Эти молекулы существенно различаются по размеру; средняя же длина одной из них, как нетрудно найти, — примерно 4 см.
В свою очередь, каждая цепь — это линейная последовательность нуклеотидов (точнее, дезоксирибонуклеотидов) четырех видов: дАМФ, дГМФ, дЦМФ и дТМФ.
Любой из названных нуклеотидов имеет 3 компонента (рис. 1.).
Исходя из этого, и составляются названия нуклеотидов ДНК: дАМФ —дезоксиаденозинмонофосфат, дГМФ — дезоксигуанозинмонофосфат, дЦМФ — дезоксицитидинмонофосфат, дТМФ — дезокситимидинмонофосфат.
В цепи ДНК нуклеотиды связываются с помощью фосфатных групп (рис. 2).
Рис. 2.Структура ДНК
5' Конец з' конец
З' конец 5' конец
Как видно из рис. 2, остов цепей образуется чередующимися остатками пентозы и фосфата. При этом фосфатные остатки расположены между 5'- и 3'-положениями пентоз соседних нуклеотидов. (В нумерации атомов углерода пентозы используются штрихи.)
Азотистые же основания цепей обращены друг к другу, спариваясь по принципу комплементарности: А с Т, Г с Ц.
Принципиальное значение для протекающих на ДНК процессов имеет полярность цепей. На т. н. 5'-конце цепи свободно (5' атом углерода не участвует в образовании межнуклеотидной связи). Соответственно, на З'-конце в образовании межнуклеотидной связи не участвует этот З' атом углерода.
Из представленной схемы также видно, что цепи в молекуле ДНК являются антипараллельными.
При «горизонтальном» изображении ДНК принято располагать ее так, чтобы у верхней цепи слева находился 5'-конец; например:
(5)--АТТГАЦАГГЦ--(3)
(3)--ТААЦТГТЦЦГ--(5)
В двойной спирали на 1 виток ДНК приходится 10 нуклеотидных пар. Длина витка — 3,4 нм.
Примерно 60-80 % хромосомных белков представлены гистонами. Последние обогащены аминокислотами с основными (аргинин, лизин) и гидрофобными (валин и т. п.) радикалами. Благодаря основным радикалам, гистоны взаимодействуют с ДНК, а благодаря гидрофобным радикалам — друг с другом. Эти взаимодействия приводят к образованию нуклеосом. Основа нуклеосомы — глобула из 8 белковых молекул (октамер): она включает по 2 молекулы гистонов четырех видов (Н2А, Н2В, НЗ и Н4). Вокруг одной такой глобулы молекула ДНК делает примерно 2 оборота, что и образует в итоге нуклеосому (рис. 3).
Рис. 3. Три последовательные нуклеосомы.
Нуклеосомы расположены на молекуле ДНК не вплотную: между ними имеются линкерные (соединительные) участки (iDNA) длиной 60 н. п. С каждым линкерным участком связана 1 молекула еще одного вида гистонов — HI.
Следовательно, всего в хромосомах встречаются гистоны 5 видов, а период нуклеосомной организации составляет 200 н. п.
Молекула ДНК участвует в образовании очень большого числа нуклеосом (в среднем 600 000). В результате на данном уровне организации каждая хромосома (не считая негистоновых белков) представляет собой длинную нить «бусинок» — нуклеосом диаметром 10 нм. По сравнению с молекулой ДНК, длина нуклеосомной нити примерно в 6,2 раза меньше.
В неделящемся ядре клетки хромосомы не различимы, а воспринимаются все вместе как хроматин.
При этом выделяют гетеро-и эухроматин.
В хроматине к нуклеосомному уровню добавляются последующие уровни укладки хромосомы. Считается, что нуклеосомная нить закручивается в спираль типа соленоида, а та, возможно, образует суперспираль. В этих процессах, видимо, ключевую роль играет гистон HI. В итоге формируется хроматиновая нить диаметром 30 нм.
Хроматиновая нить короче нуклеосомной примерно в 18 раз и короче упакованной в ней молекулы ДНК в 6,2 х 18=100 раз.
В свою очередь, хроматиновые нити образуют петли, которые собираются в розетки, где основания петель крепятся к белкам ядерного матрикса. Наибольшей компактизации хромосомы достигают в процессе деления - митоза (на стадии метафазы). Точная укладка хромосомных нитей при этом неизвестна. По одной из версий, хроматиновая нить многократно складывается по длине хромосомы (рис. 4).
