Приклади розв’язання елементарних вправ.

Задача № 1. Якою послідовністю нуклеотидів молекули іРНК кодується ділянка молекули білка, якщо він має таку будову: СЕРИН – ГЛІЦИН – АСПАРАГІН – ЦИСТЕЇН – СЕРИН – ЛІЗИН – ВАЛІН – АРГІНІН?

Розв’язання.

Молекула іРНК може мати таку послідовність нуклеотидів:

СЕРИН – УЦУ (УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ);

ГЛІЦИН – ГГУ (ГГЦ, ГГА, ГГГ);

АСПАРАГІН – ААУ (ААЦ);

ЦИСТЕЇН - УГУ (УГЦ);

СЕРИН – УЦУ (УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ);

ЛІЗИН – ААА (ААГ);

ВАЛІН – ГУУ (ГУЦ, ГУА, ГУГ);

АРГІНІН – ЦГУ (ЦГЦ, ЦГА, ЦГГ, АГА, АГГ).

Задача № 2. Якою послідовністю нуклеотидів молекули ДНК кодується ділянка молекули білка, якщо він має таку будову: ЛІЗИН - ГЛІЦИН – ЦИСТЕЇН – ГЛУТАМІН – АСПАРАГІН – ТРЕОНІН?

Розв’язання.

Якщо молекула іРНК матиме такий вигляд: ААА ГГУ УГУ ЦАА ААУ АЦУ, то молекула ДНК матиме наступну послідовність нуклеотидів: ТТТ ЦЦА АЦА ГТТ ТТА ТГА.

Задача № 3. Яка послідовність амінокислот кодується такою послідовністю нуклеотидів іРНК: ГЦУГЦАУАААЦЦУГАЦАГЦУА? Якою стане послідовність амінокислот, якщо внаслідок мутації з цієї молекули випаде другий нуклеотид?

Розв’язання.

Послідовність амінокислот буде такою: аланін – аланін – стоп-кодон – треонін – стоп-кодон – глютамін – лейцин. Якщо в наслідок мутації з цієї молекули випаде другий нуклеотид, то послідовність амінокислот буде такою: валін – гістидин – лізин – пролін – аспарагінова кислота – серин.

Задача № 4. Молекула ДНК становить таку послідовність нуклеотидів: ТЦГ ГАА АЦГ ТАА ЦАГ ГТА ЦАТ ТАТ. У якій послідовності будуть підходити молекули тРНК, що транспортують амінокислоти, до рибосоми, яка бере участь у синтезі білкової молекули?

Розв’язання.

Якщо молекула іРНК матиме такий вигляд: АГЦ ЦУУ УГЦ АУУ ГУЦ ЦАУ ГУА АУА, то молекули тРНК будуть підходити у такій послідовності: серин – лейцин – цистеїн – ізолейцин – валін – гістидин – валін – ізолейцин.

Завдання для самостійної роботи.

1. Фрагмент першого ланцюга ДНК має таку нуклеотидну послідовність: ТАЦАГАТГГАГТЦГЦ. Визначте послідовність мономерів білка, закодованого фрагментом другого ланцюга ДНК.

2. Фрагмент ланцюга А білка нормального гемоглобіну складається із 7 амінокислот, розміщених у такій послідовності: вал-лей-лей-тре-про-глн-ліз. Яка будова фрагмента іРНК, що є матрицею для синтезу цього фрагмента молекули гемоглобіну? Яка будова фрагмента ДНК, що кодує дану іРНК?

3. Некодуючий ланцюг молекули ДНК має таку будову: ГАГ – АГГ – ЦГТ – АГА – ЦГГ. Визначте будову відповідного фрагмента молекули білка, синтезованої за участю кодую чого ланцюга ДНК.

Практична робота № 3

Тема: Порівняння мітозу і мейозу.

Мета: Закріпити матеріал, засвоєний під час проходження теоретичного курсу. Уміти на схемах і мікропрепаратах визначити ті чи інші фази мітотичного або мейотичних поділів.

Обладнання: мікроскопи, готові мікропрепарати мітотичного поділу клітин корінців цибулі, мікрофотографії різних стадій мітотичного поділу.

Методичні вказівки.

Мейоз – особливий спосіб поділу еукаріотичних клітин, унаслідок якого їх хромосомний набір зменшується вдвічі. Під час мейозу відбуваються два послідовні поділи, інтерфаза між якими вкорочена. Кожний з цих поділів, як і мітоз, складається з чотирьох послідовних фаз: профази, метафази, анафази і телофази.

Під час профази першого мейотичного поділу (профази І) починається ущільнення хромосом, які набувають вигляду паличкоподібних структур. Потім гомологічні хромосоми зближуються і кон’югують між собою. У цей час здається, що в ядрі не диплоїдний, а гаплоїдний набір хромосом. Насправді, кожна його складова частина – це пара сполучених між собою гомологічних хромосом. Під час кон’югації може відбуватись і кросинговер: гомологічні хромосоми обмінюються своїми певними ділянками. Отже, внаслідок кросинговеру утворюються нові комбінації спадкового матеріалу і різні гомологічні хромосоми можуть відрізнятись за набором спадкової інформації. Таким чином, кросинговер є одним з джерел спадкової мінливості.

Через певний час гомологічні хромосоми починають відходити одна від іншої. При цьому стає помітним, що кожна з них складається з двох хроматид, сполучених між собою в певних точках. Наприкінці профази І гомологічні хромосоми розходяться, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка і починає формуватися веретено поділу.

У метафазі першого поділу мейозу (метафаза) нитки веретена поділу приєднуються до центромер гомологічних хромосом. При цьому центромери гомологічних хромосом розташовані одна навпроти іншої, а не на одній лінії, як під час мітозу.

Під час анафази першого мейотичного поділу (анафаза І) гомологічні хромосоми пересуваються до протилежних полюсів клітини. При цьому кожна з них складається з двох хроматид. Таким чином, наприкінці анафази І у кожного з полюсів клітини опиняється половинний набір хромосом. Якщо клітина до початку мейозу була диплоїдною (2n), то після завершення першого мейотичного поділу стає гаплоїдною (1n).

У телофазі першого поділу мейозу (телофаза І) формується ядерна оболонка. У клітинах тварин і деяких видів рослин хромосоми деспіралізуються і поділяється цитоплазма материнської клітини. Але в клітинах багатьох видів рослин цитоплазма може і не поділятись.

Інтерфаза між першим і другим мейотичними поділами вкорочена: молекули ДНК в цей період не подвоюються. А в клітинах багатьох рослин інтерфаза взагалі відсутня, тому вони відразу переходять до другого поділу.

Другий мейотичний поділ відбувається з клітинами, які утворилися під час першого поділу. Профаза ІІ: у клітин, які мають гаплоїдний набір хромосом, зникають ядерні оболонки, ядерця і починається утворення ниток веретена поділу. Метафаза ІІ: завершується ущільненням хромосом. Анафаза ІІ: до полюсів клітини розходяться окремі хроматини кожної з хромосом. Телофаза ІІ: зникають веретена поділу, формуються ядерні оболонки, ядерця й поділяється цитоплазма. Результат другого мейотичного поділу: з однієї диплоїдної материнської клітини утворилися 4 гаплоїдні. До того ж вміст молекул ДНК в кожній із дочірніх клітин зменшується вдвічі порівняно з материнською.

Під час профази другого мейотичного поділу (профази ІІ) хромосоми, кожна з яких, як ви пам’ятаєте, складається з двох хроматид, ущільнюються, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка, хромосоми починають пересуватись до центральної частини клітини, знову починає формуватися веретено поділу.

У метафазі другого мейотичного поділу (метафазі ІІ) завершується ущільнення хромосом і формування веретена поділу. Як і під час мітотичного поділу, центром ери хромосом розташовані в одній площині в центральній частині клітини, і до них прикріплюються нитки веретена поділу.

В анафазі другого мейотичного поділу (анафазі ІІ) поділяються центром ери і хроматини кожної з хромосом розходяться до різних полюсів клітини.

Під час телофази другого мейотичного поділу (телофази ІІ) хромосоми знову деспіралізуються, зникає веретено поділу, формуються ядерця і ядерна оболонка. Завершується телофаза ІІ поділом цитоплазми. У результаті другого мейотичного поділу кількість хромосом залишається такою самою, як і після першого, але число хроматид кожної з хромосом зменшується вдвічі.

Таким чином, після двох послідовних мейотичних поділів диплоїдної материнської клітини утворюється чотири гаплоїдні дочірні. При цьому дочірні клітини можуть відрізнятись за набором спадкової інформації.

Біологічне значення мейозу: мейоз становить доскональний механізм, який забезпечує сталість каріотипу тих видів, які розмножуються статевим способом. Завдяки двом мейотичним поділам статеві клітини мають половинний, порівняно з нестатевим, набір хромосом. А набір хромосом, характерний для організмів певного виду, відновлюються під час запліднення.

Мейоз також забезпечує і спадкову мінливість організмів. По-перше, в профазі І відбувається обмін ділянками гомологічних хромосом. А по-друге, в анафазі І гомологічні хромосоми, які можуть містити різний набір спадкової інформації, опиняються в різних дочірніх клітинах. Таким чином, клітини, які утворилися внаслідок мейотичного поділу, можуть мати відмінний одна від одної набір спадкової інформації.