Методичні вказівкм до практичного заняття
для студентів 2-го курсу стоматологічного факультету
ЗАНЯТТЯ № 3
Тема: Будова гена про- та еукаріотів. Гени структурні, регуляторні, т-РНК, р-РНК. Організація потоку інформації у клітині. Регуляція експресії генів. Молекулярні механізми мінливості в людини.
Кількість годин: 6
Мета. Вивчити класифікацію генів, їх основні характеристики, ознайомитися із будовою структурних генів про- та еукаріотів, зрозуміти принцип розшифрування генетичного коду, його властивості. Вивчити основні напрямки потоку інформації у клітині, їх етапи і молекулярні механізми реалізації.
Професійна орієнтація студентів. Всі соматичні клітини організму містять однаковий набір генів і несуть повну генетичну інформацію властиву даному виду. Проте клітини одного і того самого організму різні за будовою, функцією, складом білків. Основу цих відмінностей складає активність різних частин геному. Знання структури і функціонування різних генів, та їх елементів розкриває основні механізми потоку інформації у клітині.
Чітка організація у живому пов’язана із зберіганням і потоком інформації у наступних поколіннях клітин і організмів. У клітині в цьому потоці послідовно беруть участь ДНК хромосом ядра, молекули РНК, рибосоми, ферменти активації амінокислот. Злагоджена у часі та просторі робота всіх складових приводить до передачі інформації або її реалізації у вигляді білкових молекул. Порушення цих процесів може привести до патологічних змін у клітині і організмі в цілому.
Методика виконання практичної роботи: (900 – 1200).
І. Будова гена про- та еукаріотів. Гени структурні, регуляторні, т-РНК, р-РНК.
Робота 1. Схема регуляції структурних генів (намалювати схему).
ІІ. Організація потоку енергії у клітині. Регуляція експресії генів.
Робота 2. Схема потоку інформації у клітині.
А) Намалювати схему етапів біосинтезу білка:
Б) Схема центральної догми молекулярної біології
Намалювати у протоколі схему і позначити назви етапів (1-4) і ферментів (5-7):
1 2 3 4
ДНК _____ ДНК _____ РНК _____Поліпептидний ланцюг ____ Білок
5 6 7
ІІІ. Молекулярні механізми мінливості в людини.
Робота 3. Процесинг (сплайсинг) – механізм молекулярної мінливості.
Накреслити схему варіантів перебігу процесингу:
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
Транскрипція
Про-І-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
Процесинг
І-РНК
Варіант-1. У А Ц – А Ц Г
2 3 5 9 14 15
трансляція
АМІНОКИСЛОТИ: ТИР ТРЕ
Варіант-2 У Г Ц – У Ц Ц
1 4 7 12 13 14
трансляція
АМІНОКИСЛОТИ: ЦИС СЕР
Робота 4. Розв’язування ситуаційних задач.
Для розв’язання ситуаційних задач необхідно знати:
Маса одного нуклеотида = 345 атомних одиниць маси (а.о.м.)
Довжина одного нуклеотида 0,34 нм
Маса однієї амінокислоти = 100 а.о.м.
Задача 1. Ділянка молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів: АЦЦ-АТА-ГЦТ-ЦАА-ГГА. Визначте послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюгу.
Р о з в ’ я з а н н я
ДНК: АЦЦ-АТА-ГЦТ-ЦАА-ГГА
і РНК : УГГ-УАУ-ЦГА-ГУУ-ЦЦУ
білок: Триптофан-тирозин-аргінін-валін-пролін
Відповідь. Триптофан-тирозин-аргінін-валін-пролін.
Задача 2. На одному з ланцюгів ДНК синтезована іРНК, в якій А-14% , Г-20%, У-40%, Ц-26%. Визначте процентний вміст нуклеотидів у молекулі ДНК.
Р о з в ’ я з а н н я
ІРНК: 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%
Відповідь: А(27%), Г(23%), Т(27%), Ц(23%)
Задача 3. У фрагменті ДНК знайдено 1040 гуанілових нуклеотидів, що становить 26% від загальної кількості нуклеотидів. Визначте:
1) скільки в даному фрагменті міститься аденілових, цитидилових і тимідилових нуклеотидів?
2) Яка довжина даного фрагмента молекули ДНК?
3) Яка маса даного фрагмента молекули ДНК?
4) Яка маса відповідної молекули іРНК?
5) Скільки амінокислот матиме поліпептид, якщо в і-РНК 86 нуклеотидів інтронних (неінформативних)?
Р о з в ’ я з а н н я
1) умолекулі ДНК нуклеотиди Г-Ц і А-Т комплементарні, тому Г=Ц (1040+1040=2080, що становить 52%). На решту нуклеотидів припадає: 100% -52%-=48% (по 24% ). Далі визначаємо загальну кількість нуклеотидів у фрагменті ДНК за пропорцією:
2080 – 52%
х – 48%
х=1920
А+Т=1920; А=960 нуклеотидів; Т=960 нуклеотидів.
2) Г+Ц+А+Т=2080+1920=4000; (4000:2)х0,34 нм=680 нм
3) Маса ДНК: 4000х35=1380000
4) Маса молекули про-і-РНК: 2000х345=690000
Кількість амінокислот у поліпептиді, кодованому і-РНК: (2000-86):3=638 амінокислот.
Семінарське обговорення теоретичних питань: (1230 – 1400).
Програма самопідготовки студентів:
І. Будова гена про- та еукаріотів. Гени структурні, регуляторні, т-РНК, р-РНК.
1. Ген як одиниця генетичної функції. Будова гена прокаріот та еукаріот.
2. Класифікація генів.
3. Принципи організації генів (оперон, промотор, оператор, термінатор, ген структурний, ген-регулятор.
4. Генетичний код, його властивості.
ІІ. Організація потоку енергії у клітині. Регуляція експресії генів.
1. Організація потоку інформації у клітині.
2. Транскрипція. Процесинг, сплайсинг.
3. Трансляція (ініціація, елонгація, термінація).
4. Посттрансляційна модифікація білків.
5. Регуляція експресії генів у прокаріотів.
6. Екзонно-інтронна організація генома еукаріотів.
ІІІ. Молекулярні механізми мінливості в людини.
1. Молекулярні механізми мінливості в людини.
Тестові завдання та ситуаційні задачі
1. Хімічний аналіз показав, що 26% (520 нуклеотидів) від загальної кількості нуклеотидів іРНК припадає на урацил, 18% – на гуанін, 32% – на аденін. Визначте:
а) яким повинен бути нуклеотидний склад відповідної ділянки дволанцюгової молекули ДНК?
б) яка довжина даного фрагмента ДНК?
в) яка маса ДНК та іРНК?
г) Скільки амінокислот матиме поліпептид, якщо в іРНК 50 нуклеотидів – інтронні (неінформативні)?
2. Хімчний аналіз показав, що іРНК має 28% аденіну, 22% – гуаніну, 24% – урацилу. Який нуклеотидний склад відповідної ділянки дволанцюгової ДНК?
3. Яка довжина і маса гена, який кодує інсулін? До складу інсуліну входить 51 амінокислота. 3. Яка довжина і маса гена, який кодує інсулін? До складу інсуліну входить 51 амінокислота.
4. Довжина фрагмента ДНК 680 нм. Визначте кількість азотистих основ у даному фрагменті..
5. Яка молекулярна маса гена (двох ланцюгів ДНК), якщо в одному його ланцюгу запрограмований білок з молекулярною масою 3 000?
6. У молекулі ДНК тимідилові нуклеотиди складають 20 % від загальної кількості. Визначити відсотковий вміст інших нуклеотидів.
7. Гемоглобін крові людини містить 0,34 % заліза (Fe). Обчислити мінімальну молекулярну масу гемоглобіну.
8. Білок складається з 248 амінокислот. Що має більшу молекулярну масу: білок чи ген, який його кодує?
9. У молекулі ДНК два гени мають 663 і 1530 нуклеотидів. Яка кількість триплетів ДНК закодована в цих генах? Яка кількість амінокислот закодована в РНК цими генами?
Самостійна робота студентів: (1415 – 1500).
Письмове тестування студентів за системою «MOODLE», здача матрикулів практичних навичок, перегляд тематичних навчальних відеофільмів, тренінг тестів ліцензійного іспиту «Крок – 1», поглиблене вивчення матеріалу тем, винесених на самостійне опрацювання тощо.
Студент повинен знати:
1. Будову гена.
2. Генетичний код, його властивості.
3. Транскрипцію, її суть та етапи. Ферменти транскрипції.
4. Основні напрями потоку інформації у клітині
5. Суть транскрипції, процесингу, трансляції; ферменти, що забезпечують ці процеси.
6. Значення після трансляційної модифікації поліпептидного ланцюга.
Студент повинен вміти
1. Аналізувати механізми реплікації та репарації ДНК
2. Визначати послідовність амінокислот, закодовану в послідовності нуклеотидів ДНК та і-РНК.
3. Використовувати таблицю генетичного коду для побудови поліпептидних ланцюгів.
4. Пояснити роль нуклеїнових кислот у збереженні, реалізації та передачі генетичної інформації у ряді поколінь.
5. Пояснити механізми транскрипції, процесингу, трансляції.
6. Розв’язувати ситуаційні задачі, які моделюють етапи потоку інформації у клітині.
Вихідний рівень знань та вмінь перевіряється шляхом розв’язування ситуаційних задач.
Вірні відповіді на тести і ситуаційні задачі:
1. а) А і Т по 26% (по 580 нуклеотидів); Г і Ц по 21%; всього нуклеотидів – 4000; б) 680 нм; в) ДНК – 1380000 і РНК – 690000; г) 650 амінокислот. 2. А і Т по 26%, Г і Ц по 24%; 3. 52нм; 105570 а.о.м.; 4. 4000 основ; 5. Молекулярна маса гена 62100; 6. А = Т = 30 %; Г = Ц = 20 %; 7. Маса молекули гемоглобіну = 16471; 8. Молекулярна маса гена в 20,7 разів більша від молекулярної маси білка; 9. Триплетів: 663 : 3 = 221; 1530 : 3 = 510.
Джерела інформації
1. Біологія: Підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів ІІІ-ІV рівнів акредитації / Кол. авт.; За ред. проф. В.П.Пішака та проф. ІО.І.Бажори. Вінниця: Нова книга. 2004. – 656 с.; іл.
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. (книгаI): 334 (340) с. (книга II); ил.
3. Слюсарєв А.О., Жукова С.В. Біологія: Підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів (Переклад з російської мови к.біол.н. В.О.Мотузного). – К.: Вища школа. Головне видавництво, 1992. – 422 с.; іл.
4. Збірник задач і вправ із біології: Навчальний посібник / Кол. авт.: За заг. ред. проф. А.Д. Тимченка. – К.: Вища школа. 1992. – 391 с.; іл.
5. Альберт Б., Брей Д., Льюис Д.Ж. и др. Молекулярная биология клетки. В 3-х т. Пер. с англ..- М.: Мир, 1994.
6. Матеріали для підготовки студентів до практичних занять.
Автор: асист. Гоч І.В.
Затверджено на засіданні кафедри 13.01.2014 р., протокол № 6
