Тема 5. Закономерности наследования на молекулярном уровне. Строение нуклеиновых кислот. Биосiштез белка. Регуляция генной активности

Время. 135 минут (3 часа)

Мотивационная характеристика:

Изучение данной темы необходимо для понимания теоретических основ генетики. Основной структурно-функциональной единицей наследственности является ген, знание строения и функции генов позволяет решать многие проблемы биологии и медицины с совершенно новых позиций. Б!. Размножение наследственной информации Важное значение в наши дни приобретает биотехнология - основное направление промышленности по созданию пищевого белка и лекарственных препаратов. Лечение многих болезней (болезни обмена веществ и рак), возможно, будет только с точки зрения генетической инженерии. Генетическая инженерия использует введение в геном генов и хромосом с определенными свойствами. Все это будет возможно, если знать структуру и функции генов, а, следовательно, применять эти достижения, основываясь на теоретических и практических данных.

Учебная цель: Студенты должны знать:

1. Строение нуклеиновых кислот. Хранение и передачу наследственной информации.

2. Изучить строение гена у эукариот и механизмы реализации наследственной информации.

З. Знать регуляцию синтеза белка у эукариотической клетки.

4. Уметь решать ситуационные задачи.

Необходимый уровень знаний.

1. Уровни изучения наследственного материала.

2. Основные законы генетики.

З. Строение интерфазного и митотического ядра.

4. Мейоз.

Контрольные вопросы к занятию.

1. История развития молекулярной генетики.

2. Доказательства генетической роли д}{К:

А. Трансформация у бактерий.

Б. Трансдукция у бактерий.

С. Коньюгационный перенос генетического материала и

мутации, клонирование генов.

З. Химический состав хромосом. Правила Чаргаффа.

4. Химический состав хромосом модель Крика и Уотсона.

5. Нуклеосомное строение хромосом.

6. Функции ДНК как наследственного материала. Запись и хранение наследственной информации. Биологический код, его характеристика (редупликация). Обеспечение реализации наследственной информации. Роль РНК.

7. Особенности строения и виды РНК.

8. Строение гена у эукариот: экзоны, интроны. Типы нуклеотидных последовательностей.

9. Гены структурные. Гены функциональные. Гены модификаторы, гены-мутары.

10. Реализация наследственной информации у эукариот:

транскрипция, процессинг. трансляция.

11. Регуляция генной активности:

А. Путем индукции (схема Жакоба и Моно). В. Путем репрессии.

12. Репаративные процессы в ДНК:

13. С. Световая репарация, фотореактивация.

14. Темновая репарация.

15. Генная инженерия. Социальные и этические аспекты генной инженерии.

16. Цитоплазматическая наследственность.

План занятия.

1. Организационная часть занятия с мотивацией тем.

2. Проверка исходного уровня знаний: решить ситуационные задачи и ответить на вопросы исходного уровня знаний.

3. Решение ситуационных задач по теме занятия.

4. Построение схемы транскрипции и трансляции эукариот.

5. Подведение итогов (итоговый контроль).

6. Заключение преподавателя по теме.

Самостоятельная работа на занятии.

РАБОТА 1. Ответить на вопросы исходного контроля.

РАБОТА 2. Решить ситуационные задачи (приложение 1.).

РАБОТА 3. Проанализировать особенности транскрипции, трансляции, процессинга на схемах.

РАБОТА 4. Ответить на вопросы итогового тестового контроля. Контроль итогового уровня знаний.

ВАРИАНТ 1.

ВОПРОС

1. Строение и функции ДНК. ВОПРОС

2. Описать процесс созревания и-РНК.

ЗАДАЧА 1. Сколько нуклеотидов содержат две цепи ДНК, одна из которых кодирует белок, состоящий из 350 аминокислот? Найти массу и длину этого гена.

ЗАДАЧА 2. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в следующей последовательности: ААА-ЦГЦТТТ-ТАц -ггг-ЦцЦ-ТТЦ: Найти последовательность ДНК второй цепи; Объяснить какими свойствами ДНК при этом пользовались; Какая длина и масса этого фрагмента ДНК?

ЗАДАЧА 3. И-РНК содержит 28% А нуклеотидов, 10%Г, 27% (270 нуклеотидов), 30% Ц. Найти вес, длину и нуклеотидный состав молекулы ДНК с которой снята эта и-РНК.

ЗАДАЧА 4. Полипептид имеет 5х108 мономеров. Найти длину и массу гена, кодирующего этот полипептид

ЗАДАЧА 5. Вес молекулы ДНК в клетке 8х 1 0 мкг. Найти длину этой ДНК. Сколько белков закодировано в ней, если он содержит 150 мономеров? Длина нуклеотида 3,4 А0, вес его 300. вес аминокислоты 110.

ВАРИАНТ 2.

ВОПРОС

1. Строение расположение и функции всех видов РНК.

2. Дать определение понятиям: ген, генетический код, трансляция и транскрипция.

ЗАДАЧА 1. Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий полипептид из 450 мономеров. Найти вес и длину этого гена. Длина нуклеотида 34 А0 ,вес — 300.

ЗАДАЧА 2. И-РНК содержит 28%-А нуклеотидов, 18% -Г, 37% (370 нуклеотидов)-У. Найти вес, длину и нуклеотидный состав молекулы ДНК с которой снята эта и-РНК. Найти длину и массу этой и-РНК.

ЗАДАЧА 3. Молекула ДНК весит 910. Сколько полипептидов закодировано в ней, если средний белок содержит 210 мономеров.

ЗАДАЧА 4. Все молекулы ДНК в клетке имеют общую длину 238 см. Найти их вес. Какой их нуклеотидный состав, если на долю А нуклеотидов приходится 18%?

ЗАДАЧА 5. Провести трансляцию следующей последовательности нуклеотидов: ААА-ТТТ-ЦАА-ТЦЦ-ГГАГГГ- ААТ-ТАТ.

ВАРИАНТ З.

ВОПРОС

1. Описать этапы биосинтеза белка.

2. Что такое генетический код. Описать свойства генетического кода.

ЗАДАЧА 1. Молекула ДНК весит 61 0. Сколько полипептидов закодировано в ней, если средний белок содержит 210 мономеров.

ЗАДАЧА 2. Длина гена составляет 976 А° Сколько аминокислот входит в состав полипептида, закодированного в этом участке ДНК? Какова масса этого гена? ЗАДАЧА 3. В состав фрагмента ДНК входит 789 интронов и 1567 экзонов. Определить: Какова длина первоначальной и-РНК, переписанной с этого фрагмента ДНК? Какова длина окончательного варианта и-РНК? Сколько аминокислот входит в состав синтезируемого белка?

ЗАДАЧА 4. Полинуклеотид весит 61 О8мкг. Сколько генов в нем находится, если один белок, кодируемый этим геном, содержит примерно 310 мономеров? Вес нуклеотида — 300, вес аминокислоты - 110.

ЗАДАЧА 5. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в следующей последовательности: ЦЦА-ГГЦАГА-ГГЦ-ТТТ-ТАЦ-ГГГ-ЦТЦ-ТТЦ: Найти последовательность ДНК второй цепи; Объяснить какими свойствами ДНК при этом пользовались: Какова длина и масса этого фрагмента ДНК?

ВАРИАНТ 4.

ВОПРОС

1. Описать свойства ДНК.

2. Правило Чаргаффа. Кто впервые дал пространственную модель ДНК.

ЗАДАЧА 1. Провести транскрипцию следующей последовательности: ГЦА-ЦГЦ-АГА.-ГГЦ-ТГТ-ТАЦ-ГГГцтЦ-ттц.

ЗАДАЧА 2. Найти вес и длину гена. который кодирует полипептид весом 65800. Что тяжелее: ген или полипептид? Длина нуклеотида 3,4 А0, вес нуклеотида — 300, а аминокислоты —110.

ЗАДАЧА З. Молекула ДНК весит 59 10. Сколько полипептидов закодировано в ней, если средний белок содержит 200 мономеров.

ЗАДАЧА 4. Полинуклеотид весит 4IО9мкг. Сколько генов в нем находится, если один белок, кодируемый этим геном, содержит примерно 420 мономеров?

ЗАДАЧА 5. И-РНК содержит 280-У нуклеотидов, 480-Г, 184-А, 470-Ц. Найти длину, вес и нуклеотидный состав двух цепочечной ДНК с которой проведена эта транскрипция.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Решить ситуационные задачи.

ЗАДАЧА 1. Полипептид имеет 5х1048 мономеров. Найти длину и массу гена, кодирующего этот полипептида.

ЗАДАЧА 2. Вес молекулы ДНК в клетке 8х109 мкг. Найти длину этой ДНК. Сколько белков закодировано в ней, если он содержит 150 мономеров? Длина нуклеотида 3,4 Ам, вес его 300, вес аминокислоты 110.

ЗАДАЧА З.С помощью микроманипулятора из клетки удалили клеточный центр. Как это отразится на её дальнейшей жизнедеятельности?

ЗАДАЧА 4. Каким органеллам отводится значительная роль в метаморфозе бабочки белянки?

ЗАДАЧА 5. В период формирования сперматозоида произошло разрушение митохондриального комплекса. Как это отразится на подвижности сперматозоидов? Почему?

ЗАДАЧА 6. При метаморфозе головастика в лягушку, некоторые органы исчезают, например: жабры, хвост. Какие органеллы играют в этом процессе существенную роль?

ЗАДАЧА 7. Какая длина молекулы ДНК, если на одной ее цепи записана информация о белке из 670 мономеров?

ЗАДАЧА 8. Найти вес и длину молекулы ДНК, если и-РНК, переписанная с одной из ее цепей, имела: А - 25%, Г - 18%, Ц - 31 %. Причем цитозиновых нуклеотидов было 387.

ЗАДАЧА 9. Средняя молекулярная масса нуклеотида 300, а аминокислоты — 110. Определить а) сколько аминокислот входит в состав белка, если кодирующий ее участок имеет массу 45670000? б) какова длинна гена?

ЗАДАЧА 10. В состав фрагмента ДНК входит 1290 нуклеотидов из них 465 нуклеотидов образуют интронный участок (то есть гены, которые не несут информации). Найти:

а) какова длина первоначальной и РНК, переписанной с этого фрагмента ДНК

ЗАДАЧА 11. Все молекулы ДНК в клетке имеют общую длину 238см. Найти их вес. Какой их нуклеотидный состав, если на долю А нуклеотидов приходится 18%? Длина гена составляет 976 А0. Сколько аминокислот входит в состав полипептида, закодированного в этом участке ДНК? Какова масса этого гена?

ЗАДАЧА 12. В состав фрагмента ДНК входит 789 интронов и 1567 экзонов. Определить: Какова длина первоначальной и-РНК, переписанной с этого фрагмента ДНК? Какова длина окончательного варианта и-РНК? Сколько аминокислот входит в состав синтезируемого белка?

ЗАДАЧА 13. Полинуклеотид весит 610мкг. Сколько генов в нем находится, если один белок, кодируемый этим геном, содержит примерно 310 мономеров? Вес нуклеотида — 300, вес аминокислоты - 110.

ЗАДАЧА 14. И-РНК содержит 280-У нуклеотидов, 480-Г, 184- А, 470-Ц. Найти длину, вес и нуклеотидный состав двух цепочечной ДНК с которой проведена эта транскрипция.

Литература.

Основная:

1. Лекционный материал.

2. Биология / под ред. Ярыгина./ Медицина. 1984. Стр.

66-69, 81-83.

3. Биология / под ред. Ярыгина, в 2-х томах!. 1 том. М. “Высшая школа”.

4. Слюсарев А.А., Жукова С.В., биология, К., Вища шк.,

1987,стр 64-75.

5. Каредина В.С., Масленникова Л.А., Веревкина Л.В.. Божко ГГ. Сцепление генов. Владивосток, 2003, 98 стр.

6. Чебышев Н.В., Гринева Г.Г., Козарь М.В., Гуленков С.И. Биология, М. ВУНМЦ. 2001, стр.592.

7. Руководство к лабораторным занятиям по биологии (под ред. Чебышева Н.В.). М. «Медицина», 2001, стр.2007.

Дополнительная:

1. Айала Ф., Кайгер Д.Ж., Современная генетика: в 3-х Т. Мир. 1 987,стр. 37-63.

2. Биология. Грин Н.. Стаун У., Тейлор Д-Мир, 1990стр. 225-231. 241-245.

3. Вилли К.. Детье В., Биология — М. Мир,1974.стр. 191-203.

4. Гершензон С.М. Основы современной генетики. К. Наукова Думка. 1979. стр.57-58. 78.

5. Дубинин Н.П./ред.! Общая биология.М. :Просвещение, 1 980,стр.88-9 1.

6. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М. Высш. шк.1989стр.23-55.

Тема следующего занятия: «Изменчивость».