Методические указания до практического занятия
для студентов 1-го курса медицинского факультета
ЗАНЯТИЕ № 3
Тема: СТРОЕНИЕ ГЕНА ПРО-И ЭУКАРИОТ. ГЕНЫ СТРУКТУРНЫЕ, РЕГУЛЯТОРНЫЕ, тРНК, рРНК. ОРГАНИЗАЦИЯ ПОТОКА ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКЕ. РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ У ЧЕЛОВЕКА.
Количество часов: 6
Цель: Выучить классификацию генов, их основные характеристики, ознакомиться со строением структурных генов про- и эукариотов, понять принцип разшифровкигенетического кода, его свойства.
Выучить основные направления потока информации в клетке, их этапы и молекулярные механизмы реализации.
Профессиональная ориентация студентов. Все соматические клетки организма имеют однаковий набор генов и несут посную генетическюу информацию, свойственную даному виду. Но клетки одного и того же организма разные построению, функции, составом белков. Основу этих отличий составляет активность разных частей генома. Знание структуры и функционирования разных генов, и их елементов раскрывает основные механизмы потока информации в клетке.
Четкая организация в живом связана с хранениеми потоком информации в следующих поколиниях клетоки организмов. В клетке в этом потоке последовательно берут участие ДНК хромосом ядра, молекулы РНК, рибосомы, ферменты активации аминокислот. Согласованная вовремени и пространстве работа всех составных приводит к передаче информациии лиреализаци и в виде белкових молекул. Нарушения этих процес сов может привести к патологическим изменениям в клетке и организма в целом.
Методика выконания практической работы: (900 – 1200).
І. Строение гена про- и еукариотов. Гены структурные, регуляторные, т-РНК, р-РНК.
Работа 1. Схема регуляции структурнех генов (нарисовать схему).
ІІ. Организация потока информации в клетке. Регуляция экспрессии генов.
Работа 2. Схема потока информации в клетке.
А) Нарисовать схему этапов биосинтеза белка:
Б) Схема центральной догмы молекулярной биологии
Нарисовать в протоколе схему и обозначить названия этапов (1-4,9) и ферментов (5-7,8):
1 2,9 3 4
ДНК _____ ДНК _____ и-РНК _____Полипептидная цепь ____ Белок
5 6,8 7
ІІІ. Молекулярные механизме изменчивости у человека.
Работа 3. Процессинг (сплайсинг) – механизм молекулярной изменчивости.
Нарисовать схему вариантов процесинга:
ДНК: А А Т – Ц Г Т – Ц Т Т – А А А – Г Г Ц
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Транскрипция
Про-И-РНК У У А – Г Ц А – Г А А – У У У – Ц Ц Г
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Процессинг
И-РНК Вариант-1 *** Вариант-2
У А Ц – А Ц Г *** У Г Ц – У Ц Ц
2 3 5 9 13 15 *** 1 4 7 12 13 14
Трансляция
АМИНОКИСЛОТЫ: ТИР ТРЕ *** АМИНОКИСЛОТЫ: ЦИС СЕР
Работа 4. Решение ситуационных задач.
Для решения ситуационных задач необходимо знать:
Масса одного нуклеотида = 345 а.о.м. (атомных единиц массы).
Длина одного нуклеотида 0,34 нм. Масса одной аминокислоты = 100 а.о.м.
Задача 1. Участок молекулы ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов: АЦЦ-АТА-ГЦТ-ЦАА-ГГА. Определите последовательность амінокислот вполипептидной цепи.
Решение:
ДНК: АЦЦ-АТА-ГЦТ-ЦАА-ГГА
и РНК : УГГ-УАУ-ЦГА-ГУУ-ЦЦУ
белок: Триптофан-тирозин-аргинин-валин-пролин
Ответ. Триптофан-тирозин-аргинин-валин-пролин.
Задача 2. На одном из цепочек ДНК синтезирована иРНК, в которой А-14% , Г-20%, У-40%, Ц-26%. Определите процентное содеожание нуклеотидов вмолекуле ДНК.
Решение:
ИРНК: А(14%) Г(20%) У(40%) Ц(26%)
ДНК: Т(14%) Ц(20%) А(40%) Г(26%)
А(14%) Г(20%) Т(40%) Ц(26%)
А=Т=(40+14):2=54:2=27%; Г=Ц=(20+26):2=46:2=23%
Ответ: А(27%), Г(23%), Т(27%), Ц(23%)
Задача 3. В фрагменте ДНК найдено 1040 гуаниновых нуклеотидов, что составляет 26% от общего количества нуклеотидов. Определитете:
1) Сколько в даннм фрагменте содержится адениновых, цитидиновых и тимидиновых нуклеотидов?
2) Какая длина даного фрагмента молекулы ДНК?
3) Какая масса даного фрагмента молекулы ДНК?
4) Какая масса соответственной молекулы иРНК?
5) Сколько аминокислот будет иметь полипептид, если в про-и-РНК 86 нуклеотидов интронных (неинформативных)?
Решение:
1) В молекуле ДНК нуклеотиды Г-Ц и А-Т комплементарные, потому Г=Ц (1040+1040=2080, что соответствует 52%). На остальные нуклеотиды припадает: 100% -52%-=48% (по 24%). Далее определяем общее количество нуклеотидов в фрагменте ДНК за пропорцией:
2080 – 52%
х – 48%; х=1920; А+Т=1920; А=960 нуклеотидов; Т=960 нуклеотидов.
2) Г+Ц+А+Т=2080+1920=4000; (4000:2)х0,34 нм=680 нм
3) Масса ДНК: 4000х345=1380000
4) Масса молекулы про-и-РНК: 2000х345=690000
Количество аминокислот в полипептиде, кодироованном про-и-РНК: (2000-86):3=638.
Семинарское обсуждение теоретических вопросов:(1230 – 1400).
Программа самопидготовки студентов:
І. Будова гена про- та эукариотов. Гены структурные, регуляторные, т-РНК, р-РНК.
1.Ген як одиниця генетичнои функции. Будова гена прокариот та эукариот.
2.Классификация генов.
3.Принципы организации генов (оперон, промотор, оператор, терминатор, ген структурный, ген-регулятор.
4.Генетический код, його свойства.
ІІ. Организация потока энергии в клетке. Регуляция експресии генов.
1.Организация потока информации в клетке.
2.Транскрипция. Процессинг, сплайсинг.
3.Трансляция (инициация, элонгация, терминация).
4.Посттрансляционная модификация белков.
5.Регуляция экспрессии генов прокариот.
6.Экзонно-интронная организация генома эукариот.
ІІІ. Молекулярные механизмы изменчивости у человека.
1. Молекулярные механизмы изменчивости у человека.
Тестовые задания и ситуационые задачи
1. Химический анализ показал, что 26% (520 нуклеотидов) от общего количества нуклеотидов про-иРНК выпадает на урацил, 18% – на гуанин, 32% – на аденин.Определитете:
а) каким должен бать нуклеотидный состав определенного участка двухцепочечной молекулы ДНК?; б) какая длина данного фрагмента ДНК?; в) какая масса ДНК ииРНК?
г) Сколько аминокислот входит в состав полипептида, если в про-иРНК 50 нуклеотидов – интронные?
2. Химчний анализ показал, что иРНК содержит 28% аденина, 22% – гуанина, 24% – урацила. Какой нуклеотидный состав определенного участка двухцепочечной молекулы ДНК?
3. Какая длина и масса гена, который кодирует инсулин? В состав инсулина входит 51 аминокислота.
4. Длина фрагмента ДНК 680 нм. Какое количество азотистых оснований в данном фрагменте?
5. Какая молекулярная масса гена (двух цепочек ДНК), если в одной его цепочке запрограмирован белок с молекулярной массой 3 000?
6. В молекуле ДНК тимидиновые нуклеотиды составляют 20 % от общего количества. Определить процентный состав и других нуклеотидов.
7. Гемоглобин крови человека местится 0,34 % железа (Fe). Определить минимальную молекулярную массу гемоглобина.
8. Белок состоит из 248 аминокислот. Что имет большую молекулярную массу: белок или ген, который его кодирует?
9. Вмолекуле ДНК два гена имают 663 и 1530 нуклеотидов. Какое количество триплетов ДНК закодировано в этих генах? Какое количество амінокислот закодирвано в РНК этими генами?
Самостоятельнаяработастудентов: (1415 – 1500).
Письменноетестированиестудентов всистеме «MOODLE», сдачаматрикуловпрактическихнавыков, просмотртематическихучебныхвидеофильмов, тренингтестовлицензионногоэкзамена “Крок – 1», углубленноеизучениематериала тем, вынесенных на самостоятельнуюработу.
Студент должен знать:
1. Строение гена.
2. Генетический код, его свойства.
3. Транскрипцию, ее суть и этапы. Ферменты транскрипции.
4. Основные направления потока информации в клетке.
5. Суть транскрипции, процессинга, трансляции; ферменты, которые обезпечивают эти процессы.
6. Значение послетрансляционной модификации полипептидной цепи.
Студент должен уметь:
1. Анализировать механизмы репликации и репарации ДНК
2. Определять последовательность аминокислот, закодованную в последовательность нуклеотидов ДНК и и-РНК.
3. Использовать таблицу генетического кода для построения полипептидной цепи.
4. Объяснить роль нуклеиновых кислот в збережении, реализации и передаче генетической информации в ряде поколений.
5. Объяснить механизмы транскрипции, процессинга, трансляции.
6. Решать ситуационные задачи, которые моделируют этапы потока информации в клетке.
Исходный уровень знаний и умений проверяется путем решения ситуационных задач.
Правильные ответы на тесты и ситуационных задач:
1. а) А и Т по 26% (по 580 нуклеотидив); Г и Ц по 21%; всего нуклеотидов – 4000; б) 680 нм; в) ДНК – 1380000 и РНК – 690000; г) 650 аминокислот. 2. А и Т по 26%, Г и Ц по 24%; 3. 52 нм; 105570 а.о.м.; 4. 4000 оснований; 5. Молекулярна масса гена 62100; 6. А = Т = 30 %; Г = Ц = 20 %; 7. Масса молекулы гемоглобина = 16471; 8. Молекулярна масса гена в 20,7 раз больше отмолекулярной массы белка; 9. Триплетов: 663 : 3 = 221; 1530 : 3 = 510.
Источники информации:
Основные:
1. Биология: Учебник для студентов медицинских специальностей Вузов ІІІ-ІУ уровней аккредитации / Кол. авт.; Под ред. проф. В.П.Пишака и проф.ІО.И.Бажоры. Винница: Новая книга. 2004. – 656 с.; ил.
2. Биология: Учебник для студентов медицинских специальностей Вузов. В 2-х книгах /Кол. авт.; Под ред. проф. Ярыгина В. Н. – М: Высшая школа, 2001 (1997). – 432 (448) с. (книга I): 334 (340) с. (книга II); ил.
3. Слюсарєв А.О., Жукова С.В. Биология: Учебник для студентов медицинских специальностей Вузов (Перевод с русского языка к.биол.н. В.О.Мотузного). – К.: Высшая школа. Главное издательство, 1992. – 422 с.; ил.
4. Сборник задач и упражнений из биологии: Учебное пособие / Кол. авт.: За заг. ред. проф. А.Д. Тимченко. – К.: Высшая школа. 1992. – 391 с.
5. Матеріали для підготовки студентів до практичних занять.
Дополнительные:
1. Медицинская биология: Пособие из практических занятий / О.В. Романенко, М.Г. Кравчук, В.М. Гринкевич и др.:; За ред. О.В.Романенка. – К.: Здоровье, 2005.
2. Альбертс Б., Брей Д, Льюис Д. Ж. Молекулярная биология клетки – В з-х т. Пер. с англ. Г.:Мир, 1994.
3. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. Руководство для врачей. Пер. с англ. Г.:БИНОМ – Пресс, 2003. – 272с.
Автор: асист. Гоч І.В.
Утверждено на заседании кафедры 13.01.2014 р.,протокол № 6
