Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
Тема № 7. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ. Современные представления о реализации наследственной информации в клетке.
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ:
- Доказательства химической природы гена. Значение работ Н.К. Кольцова в развитии молекулярной биологии.
- Доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации. (Опыты по трансформации и трансдукции у бактерий и гибридизация вирусов).
- Строение нуклеиновых кислот (ДНК, РНК). Структура ДНК.
- Механизм репликации ДНК.
- Репарация ДНК, ее виды и механизмы.
- Ген – функциональная единица наследственности. Сущность правила Бидла-Татума.
- Реализация наследственной информации в клетке. Биологический (генетический) код и его свойства.
- Транскрипция и ее механизм. Постранскрипционные процессы.
- Трансляция: этапы, механизм.
- Сущность обратной транскрипции, ее значение.
- Механизмы регуляции синтеза белка в клетке. Гипотеза Жакоба и Моно. Работа лактозного оперона у кишечной палочки.
- Особенности организации и экспрессии генетической информации у про- и эукариот.
Литература:
- Чебышев Н.В. и др. Биология.- М.:ВУНМЦ, 2005г
- Биология. В 2 кн. /Под ред. В.Н. Ярыгина.- М.: Высшая школа, 2008 .- 120 с.
- Яковлев Г.П., Челомбитько В.А., Ботаника.- Санкт-Петербург: СПХФА, 2008г
- Слюсарев А.А., Биология. — М. : Альянс, 2011г.
- Ченцов Ю.С., Общая цитология, 1984г.
- Цитология, Оренбург, 2011// под ред. Соловых Г.Н.
- Лекция.
Задание № 1. Опыты по доказательству роли ДНК в передаче наследственной информации.
Изучите опыты по трансформации и трансдукции у бактерий, доказывающие, что носителем генетической информации является ДНК. Заполните таблицу:
| |
— изменение наследственных свойств клетки в результате проникновения в нее чужеродной ДНК. Впервые обнаружил Гриффитс (1928) у пневмококков. Эвери (1944) доказал, что __________________________ фактором является ДНК.
|
| |
Штамм пневмококка S2: |
Штамм пневмококка R3: |
| |
Вирулентный, образующий полисахаридную капсулу, колонии блестящие |
Авирулентный, без капсулы, колонии матовые |
| |
| I серия опытов |
Ввели внутрибрюшинно мышам |
Ввели внутрибрюшинно мышам |
| |
|
|
| |
Все мыши погибли |
Все мыши остались живы |
| |
| II серия опытов |
Нагрели (штаммы погибли) |
|
| |
|
|
| |
Ввели внутрибрюшинно мышам |
|
| |
|
|
| |
Все мыши живы |
|
| |
| III серия опытов |
В колбе смешали
убитых температурой штамм S2 и живой штамм R3 |
| |
|
| |
Ввели внутрибрюшинно мышам |
| |
|
| |
Часть мышей погибла |
| |
| Вывод: у бактерий есть трансформирующий фактор (позже, в 1944г Эвери доказал, что им является ДНК), который привел к приобретению вирулентных свойств штаммами R3 |
| |
— перенос генетического материала от одной бактериальной клетки к другой. Переносчиком информации является ДНК – бактериофага. Вирус передает клетке реципиенту только отдельные фрагменты генетического аппарата клетки донора. |
| |
|
Опишите опыты по трансдукции __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Задание № 2. Отличия РНК от ДНК .
Изучите строение и функции ДНК и РНК и заполните таблицу
| Признаки |
РНК |
ДНК |
| Местонахождение в клетке |
|
|
| Местонахождение в ядре |
|
|
| Строение макромолекулы |
|
|
| Мономеры |
|
|
| Состав нуклеотида |
|
|
| Типы нуклеотидов |
|
|
| Свойства |
|
|
| Функции |
|
|
Задание №3. Механизмы передачи генетической информации
Заполните таблицу, впишите недостающие слова
| Записать название механизма |
Механизмы передачи генетической информации |
| |
1. Перенос генетической информации от ДНК к ДНК называется__________________________, т.е. самоудвоением ДНК в клетке при делении. Единицей _______________ является _______________. Матрица – _____________________. Продукт ________________ – дочерние цепи ДНК.
|
| |
2. Перенос генетической информации от ДНК к РНК называется ________________. Единицей _______________ является транскриптон у эукариот и оперон у прокариот. Матрица – участок лидирующей цепи ДНК. Продукт _______________ — все виды РНК (тРНК, рРНК, мРНК).
|
| |
3. Перенос генетической информации с м-РНК на белок называется _______________. При этом осуществляется перевод информации с «языка» нуклеотидной последовательности на «язык» аминокислотной последовательности.
В некоторых живых системах (вирусах) существует ________________________________, когда информация вирусных РНК в заражённых клетках транскрибируется путём синтеза ДНК, которая включается в геном клеток хозяина и служит матрицей для синтеза новых вирусных РНК (например, ретровирусы, вирус СПИДа).
|
| Все виды передачи генетической информации основаны на _________________________________, которые в клетке обеспечивает:
· Высокую скорость передачи генетической информации
· Высокую точность (ошибка не превышает 1 на 103 -1010 нуклеотидов)
· Экономичность (как времени передачи информации, так и энергии).
|
Задание № 4. Тонкое строение гена
Заполните таблицу
| цистрон |
— элементарная единица функции гена |
| рекон |
— элементарная единица рекомбинации гена |
| мутон |
— элементарная единица мутации гена |
Задание №5. Генетический код и его свойства
Генетический код –это________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Изучите свойства генетического кода и заполните таблицу:
| Свойство кода |
Характеристика |
| 1. |
Аминокислоту кодируют три рядом стоящих нуклеотида (кодон или триплет) |
| 2. |
для большинства аминокислот существует несколько кодонов, различающихся по последнему нуклеотиду |
| 3. |
один нуклеотид не входит в состав двух рядом стоящий триплетов |
| 4. |
Каждому кодону соответствует только одна аминокислота |
| 5. |
Последовательность триплетов определяет порядок аминокислот в белке |
| 6. |
у всех живых организмов один и тот же кодон ДНК обусловливает включение в полипептид одной и той же аминокислоты |
Задание № 6. Транскрипция РНК.
а) Изучите строение транскриптона и заполните таблицу:
| Участок |
Структура |
Функция |
| |
Полидромный участок ДНК, разделяющий транскриптоны, образуя так называемые «шпильки» в ДНК. Состоит из инвертированных нуклеотидов (чаще гуанин и цитозин) по принципу «КАЗАК» |
|
| |
ЦААТ блок – активный участок, состоящий их 70-80-100 пар нуклеотидов и заканчивается ЦААТ |
|
| ТАТА блок (блок Хогнесса) – состоит из 30 пар нуклеотидов, обогащен последовательностями аденина и тимина |
|
| |
— который при трансляции будет соответствовать АК – метионин (ТАЦ на ДНК) |
|
| |
Или акцепторная зона — с него начинается синтез и-РНК и с ним взаимодействует особый белок репрессор или индуктор |
|
| |
Экзоны (Э) – смысловые участки |
|
| Интроны (И) – несмысловые |
|
| Донорные сайты сплайсинга (ДСС) – между И и Э |
|
| |
Триплеты ДНК, соответствующие стоп кодонам и-РНК |
|
| |
Нуклеотидная последовательность поли-А
|
|
|
|
|
|
Транскриптон – моноцистронная модель
| ССР |
Промотор |
Структурный блок |
Т |
ССР |
| ЦААТ |
ТАТА |
Э |
ДСС |
И |
ДСС |
Э |
ДСС |
И |
ДСС |
Э |
ДСС |
И |
ДСС |
Э |
| ТАЦ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оперон – полицистронная модель
| Промотор |
Оператор |
Структурный блок |
Терминатор |
| S1 |
S2 |
S3 |
|
|
|
|
|
|
б) Изучите механизм транскрипции и заполните таблицу:
| ТРАНСКРИПЦИЯ –
|
| Единица транскрипции –
|
| Матрица для транскрипции –
|
| Принцип транскрипции – |
| Продукт транскрипции – |
| Условия для транскрипции:
|
| Где идет процесс – |
| Этапы транскрипции: |
| |
Процесс начинается с ______________________________ промотора к которому прикрепляется РНК- полимераза |
| |
По принципу комплементарности от 5/ к 3/ концу. |
| |
Процесс идет до терминального кодона (______, _______, _______). В результате образуется ____________. |
| |
Созревание про-РНК до и-РНК.
1.Кэпирование 5′-конца, заключающееся в присоединении к этому концу мРНК так называемой шапочки (кэп-структуры, которая образована ГТФ)
2.Полиаденирование – присоединение поли-А, так же для сохранения информации на терминальном конце
3.Сплайсинг — вырезание протяженных внутренних участков мРНК, так называемых интронов, и ковалентное воссоединение оставшихся фрагментов (экзонов) через обычную фосфодиэфирную связь. |
| Затем происходит транспорт и-РНК из ядра в цитоплазму
через ядерные поры |
| _____________________________________ – передача генетической информации от РНК на ДНК с помощью фермента обратной транскриптазы (РНК зависимой ДНКазы или ревертазы). Вирусы. Используется в генной инженерии. |
в). Изучить обобщенную схему транскрипции
Задание № 7. Трансляция. Биосинтез белка
Трансляция – это___________________________________________________________
___________________________________________________________________________
В трансляции выделяют два этапа:
1.
Изучите механизм трансляции и заполните таблицу:
|
| Матрица для трансляции – |
| Принцип трансляции:
1. –
2. –
3. – |
| Продукт трансляции – первичная структура белка (полипептидная цепочка) |
| Условия трансляции: |
| |
доставляет АК к рибосоме |
| |
петля в которой работают ферменты_________________ ________________, которые активируют аминокислоты и нагружают ими тРНК. Каждая синтетаза (их должно быть не меньше 20) узнает только свою аминокислоту и навешивает ее на свою тРНК. |
| |
Петля в которой работают ферменты, обеспечивающие присоединение тРНК к субчастице рибосомы. |
| |
Петля, определяющая какая аминокислота должна присоединиться к данной тРНК. |
| |
Место прикрепления аминокислот. |
| |
Матрица для трансляции |
| |
около 80%, образуют структурный каркас и функциональные центры универсальных белок-синтезирующих частиц — рибосом. Именно рибосомные РНК ответственны — как в структурном, так и в функциональном отношении — за формирование ультрамикроскопических молекулярных машин, называемых рибосомами |
| |
играет роль организующего центра в чтении генетической информации. Это молекулярная машина, построенная по единой схеме у всех организмов с некоторыми вариациями. Она состоит из двух рибонуклеопротеидных субчастиц: малой и большой. На рибосоме происходит взаимодействие иРНК с тРНК и синтезируется белок. При этом «руководит» образованием пептидных связей между аминокислотными остатками сама рибосома. Имеет 2 центра: _______________________ (центр узнавания аминокислоты) и _______________________ (центр присоединения аминокислоты к пептидной цепочке). |
| |
|
| |
строительный материал для белков |
| |
АТФ |
| ______________________ этап трансляции: на этом этапе происходит узнавание и отбор аминокислот и присоединение их к тРНК в цитоплазме. |
| Стадии: |
| 1. активация аминокислоты |
| 2. перенос активной аминокислоты на тРНК |
| ______________________ этап трансляции: на этом этапе происходит сборка полипептидной цепи на рибосомах в соответствии с генетическим кодом. |
| Стадии: |
| 1.Инициация –
|
| 2.Элонгация –
|
| 3.Терминация –
|
| 1. |
К участку м(и)-РНК с инициирующим кодоном АУГ присоединяется первая т-РНК с АК- _____________, которая является затравочной. При формировании данного инициирующего комплекса происходит объединение двух субъединиц рибосом. В результате этого к концу инициации в пептидильном участке рибосомы располагается – АК-метионин, а в аминоацильном – следующая т-РНК с соответствующей АК. Рибосома делает «шаг» на один триплет. |
| 2. |
Удлинение по принципу ____________________ ______________________________________________. Пептидильный и аминоацильный участки рибосомы находятся очень близко, поэтому между двумя АК, расположенными в них образуется пептидная связь под действием пептидилтрансферазы. |
| 3. |
Весь процесс идет до терминального кодона (______, _______, _______), который входит в акцепторный участок рибосомы, после чего связь и РНК с рибосомой теряется, рибосома распадается на 2 субъединицы. |
| Пострансляционные изменения (модификация) |
Образовавшийся первичный белок через ЭПС проходит в аппарат Гольджи, где осуществляется его модификация (белок приобретает вторичную, третичную и четвертичную структуру). |
|
|
|
Задание№ 8. Особенности регуляции активности генов у эукариот
Разберите и выучите особенности регуляции биосинтеза белка у эукариот
- Моноцистронная, а не полицистронная модель гена.
- 2. Активность каждого гена регулируется большим спектром генов-регуляторов (ТАТА-блок, энхансер, элемент расположенный перед промотором и др.).
- Преобладает позитивный клеточный контороль при котором активация небольшой части генома более экономична, чем репрессия основной массы генов.
- Регулирующее влияние гормонов (индукторы транскрипции).
- Роль хроматина – комплекс ДНК с гистонами.
Декомпактизация хроматина ® транскрипция.
Компактизация ® нет транскрипции.
- Регуляторные механизмы, которые работают на других, кроме транскрипции, этапах:
А) Роль интронов: один и тот же транскриптон, в ходе сплайсинга,. Вырезая разные последовательности, обеспечивает много матриц для разных пептидов;
Б) Регуляция транскрипции идет на стадии инициации, когда метионин с т-РНК присоединяется к малой субъединице рибосом;
В) Регуляция пострансляционных процессов:
Прекращение ® задержка формирования активных молекул белка (вторичной или третичной структуры) даже при наличии пептидных цепей.
Например:
| Препроинсулин→ |
протеаза→ |
проинсулин→ |
протеаза→ |
Инсулин |
| 107 а\к |
|
84 а\к |
|
51 а\к |
| |
Н2О и сигнальный пептид 23а\к |
|
Н2О и С- пептид 33 а\к |
|
Если этого не произойдет, то и инсулина не будет
ВЫВОД: для эукариот характерны более сложные взаимосвязи между генами в геноме и они зависят от множества условий.
Задание № 9. Задачи на молекулярную генетику.
Решите задачи:
1.Одна из цепочек молекулы ДНК имеет следующий порядок нуклеотидов: ЦЦГТАЦЦТАГТЦ…
- Определите последовательность аминокислот в соответствующем полипептиде, если известно, что иРНК синтезируется на комплементарной цепи ДНК.
- Как изменится первичная структура полипептида, если выпадет четвертый нуклеотид?
2.Полипептид имеет следующий порядок аминокислот: гли- тре-ала-сер-арг… Определите один из вариантов структуры гена, кодирующего данный полипептид.
3.Одна из цепочек ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:
ГЦТАЦГГЦТТЦГ. Какие т-РНК (с какими антикодонами) принимают участие в синтезе белка, закодированного комплементарной цепочкой ДНК?
4.Считая, что средняя молекулярная масса аминокислоты около 110, а нуклеотида около 300, определите, что тяжелее и во сколько раз: белок или кодирующий его ген.
5.В молекуле ДНК на долю цитозиновых нуклеотидов приходится 18%. Определите процентное содержание других нуклеотидов, входящих в эту молекулу ДНК.
|
|
Преподаватель: __________________________
|
Ссылка на первоисточник:
http://bepo86.ru
