Методичка по биологии
.pdfЗАНЯТИЕ № 4 (Лабораторное). Тема: Структурно-функциональная организа-
ция генетического аппарата в живых системах.
Цель занятия: Знать строение, свойства и роль нуклеиновых кислот в наследовании признаков. Сформировать понятия о гене и его свойствах, Вирусном геноме, геноме прокариот и эукариотов.
Перечень практических навыков.
1.Уметь моделировать структуру белка по структуре молекулы ДНК.
2.Уметь моделировать структуру молекулы ДНК по молекуле белка.
3.Уметь моделировать процессы биосинтеза белка.
4.Уметь моделировать процессы репарации и редупликации ДНК.
5.Уметь дифференцировать различные виды и структурные компоненты хромосом в кариотипе человека.
6.Уметь различать аутосомы и половые хромосомы в кариотипе человека.
7.Уметь различать эу - и гетерохроматиновые участки в политенных хромосомах насекомых.
8.Уметь составлять кариограммы хромосомного набора человека по фотокопиям метафазных пластинок.
Основные вопросы, предлагаемые для обсуждения.
1.Химическое строение и структура ДНК и РНК.
2.Особенности строения нуклеотида. Первичная, вторичная и третичная структура нуклеиновых кислот.
3.Локализация ДНК и РНК в клетке.
4.Структурно-функциональная организация вирусного генома. РНК- и ДНКсодержащие вирусы.
5.Структурно-функциональная организация генома прокариот. Нуклеоид бактерий.
6.Структурно-функциональная организация генома эукариотов. Ядерные (хромосомные) детерминанты наследственности.
7.Сателлитная ДНК.
8.Понятие о гетеро - и эухроматине.
9.Генетическая организация хромосом. Их морфология, типы и функции.
10.Правила хромосом.
11.Понятие о кариотипе человека.
12.Основные методы изучения хромосом.
Краткое содержание темы.
Дезоксирибонуклеиновая кислота. В 1935г. Д.Уотсон и Ф. Крик пред-
ложили модель структуры молекулы ДНК. Согласно ей природная молекула ДНК представляет собой две полимерные цепочки, соединенные между собой и закрученные в форме двойной спирали.
31
1. |
Виды РНК |
6. |
|
||
т-РНК |
РНК |
мц-РНК |
2.
и-РНК 5. мя-РНК
3. 4.
р-РНК гя-рНК
ПОНЯТИЕ О ГЕНЕ.
Ген- это участок молекулы ДНК, который содержит информацию о структуре белка. Гены клеток эукариот распределены по хромосомам.
Вся совокупность генов организма ведет себя как единое целое и образу-
ет единую систему, которая называется генотип.
Все гены по функциям разделяют - на структурные и функциональные.
Структурные гены:
кодирующие аминокислотные последовательности структурных и ферментативных белков.
кодирующие аминокислотные последовательности белков, функционирующих во всех клетках (н.п. рибосомных, гистонов).
кодирующие аминокислотные последовательности нуклеотидов в молеку-
лах р-РНК и т-РНК.
Функциональные - регулируют работу структурных генов.
Взависимости от механизма действия выделяют:
модуляторы (ингибиторы и супрессоры)
интенсификаторы
модификаторы
регуяторы.
Свойства генов.
1.Ген дискретен т.е. имеет в воем составе субъединицы (мутон, рекон).
2.Ген специфичен в своем проявлении, т.е. каждый структурный ген имеет свой собственный порядок расположения нуклеотидов и детерминирует синтез определенного белка и отвечает за строго определенный признак.
3.Ген может действовать градуально, т.е. может усиливать степень проявления признака при увеличении числа доминантных аллелей.
4.Целостность гена – при кодировании ген – неделимая единица (цистрон). При изменении состава и количества нуклеотидов в гене изменяется и структура полипептида.
5.Гены стабильны и изменяются редко.
6.Плейотропное действие гена – один ген отвечает за проявление нескольких
32
признаков (н.п. синдром Марфана).
7. Экспрессивность и пенетрантность гена.
|
Процесс синтеза белка осуществляется по схеме: |
|||
ДНК |
РНК |
полипептид |
фермент |
признак. |
Состоит из 2 этапов - транскрипции (синтез РНК на матрице ДНК) и
трансляции (синтез белка на рибосомах).
ПОНЯТИЕ О ХРОМОСОМАХ.
В период между делениями клетки вся генетическая информация представлена в ядре в виде нитей хроматина, который состоит из ДНК в комплексе с гистоновыми и не гистоновыми белками и РНК.
В период деления нити хроматина спирализуются, укорачиваются, утолщаются. Наибольшей компактизации они достигают в период метафазы митоза, здесь хроматин образует хорошо видимые, интенсивно окрашивающиеся структуры – которые называются метафазной хромосомой.
Морфологически хроматин разделяется на два вида: эухроматин и гетерохроматин.
Эухроматин: Слабо окрашивается красителями, в период между делениями деконденсируется и становится не видимым в световой микроскоп. Эухроматин генетически активный хроматин, и соответствует участкам хромосом с которых идет считывание генетической информации.
Гетерохроматин: Хорошо окрашивается красителями. Остаётся конденсированными даже в период межу делениями клеток. Гетерохроматин генетически не активный хроматин, т.е. с него не происходит считывание генетической информации. Функции гетерохроматина не достаточно изучены, но считается что выполняет преимущественно структурную роль.
Гетерохроматин бывает двух видов
∙структурный: находится преимущественно в участках расположенных рядом с центромерой и теломерных участках.
∙факультативный: он возникает при спирализации одной из половой Х- хромосомы человека в ядрах соматических клеток. Такая хромосома образует особую структуру называемую тельце Бара или половой хроматин.
ПРАВИЛА ХРОМОСОМ.
1. Правило постоянства числа хромосом. Каждый вид растений и животных имеет строго определенное и постоянное число хромосом, то есть число хромосом и их специфичное строение это видовой признак. Например у комнатной мухи 12 хромосом, у человека – 46, у шимпанзе 48. У организмов одного вида количество хромосом в ядре клеток строго постоянно и ни когда не изменяется.
2.Правило парности хромосом. В клетках всех организмов каждая хромосо-
ма имеет пару и поэтому их всегда четное число.
3. Правило индивидуальности хромосом. Хромосомы из одной пары обяза-
тельно отличаются от хромосом другой пары по строению, внешнему виду и дру-
33
гим признакам.
4. Правило непрерывности хромосом. Каждая хромосома происходит от хромосомы. То есть каждая новая молекула ДНК синтезируется на основе старой молекулы ДНК.
Вживом организме все хромосомы можно разделить на 2 группы:
1.аутосомы – хромосомы которые имеют одинаковое строение для мужского и женского организма.
2.гетерохромосомы или половые хромосомы - разные у мужского и женского организма.
Например, кариотип человека содержит 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом. У женщин это ХХ, у мужчин ХУ.
Для изучения хромосом находящихся в кариотипе используют цитогенетический метод, который основан на исследовании кариотипа. В основе этого метода лежит составление идиограмм.
Идиограмма – это кариотип, в котором хромосомы располагаются по мере уменьшения их размаров, кроме половых хромосом. Половые хромосомы выделяются особо.
Классификация хромосом человека.
Группа |
Номер |
Размер |
(мкм), |
центро- |
Характеристика |
|
||
мерный индекс |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1 и 3 – крупные метацентриче- |
||
А |
1, 2, 3. |
11 – 8,3 |
мкм. |
|
ские |
|
|
|
|
2 - крупные субметаценриче- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ские |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В |
4, 5. |
7,7 |
мкм. |
|
|
Крупные субметаценрические |
||
|
|
|
|
|
|
|||
С |
6-12 |
7,2 |
- 5,7 мкм. |
|
Средние субметаценрические |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
D |
13 -15 |
4,2 |
мкм. |
|
|
Средние акроцентрические |
||
|
|
|
|
|
|
|
||
E |
16-18 |
3,6 |
- 3,2 мкм. |
|
Мелкие субметаценрические |
|||
|
№ 18акроцентрическая |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
19-20 |
2,3-2,8 мкм. |
|
Самые |
мелкие |
метацентриче- |
||
|
ские |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
21-22 |
2,3 |
мкм. |
|
|
Самые |
мелкие |
акроцентриче- |
|
|
ские |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные этапы работы на лабораторном занятии:
34
1.Рассмотрите под микроскопом микропрепараты политенных хромосом насекомых и нормальных хромосом человека.
2.Зарисуйте политенные хромосомы насекомых, отметьте темные диски и светлые междисковые пространства.
Название м/п______________________________________________________
Способ приготовления_____________________________________________
Увеличение_______________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
3.С использованием Денверской классификации хромосом составьте кариограмму хромосомного набора человека по фотокопиям метафазных пластинок.
35
Основные вопросы, предлагаемые для самостоятельной проработки:
13.Заполните таблицу «Структурно-функциональная характеристика нуклеиновых кислот».
ДНК |
РНК |
Особенности строения
Виды
Локализация в клетке
Свойства
Роль в наследовании признаков
14.Зарисуйте особенности строения РНК- и ДНК-содержащих вирусов.
15.Проведите сравнительный анализ отличий в структурно-функциональной организации генома прокариот и эукариотов. Результат оформите в виде таблицы.
№ |
Признак |
Геном прокариот |
Геном эукариот |
|
п\п |
||||
|
|
|
||
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36 |
||
9.
10.
11.
12.
4. Дайте сравнительную характеристику основных этапов биосинтеза белка – транскрипции и трансляции, как основных механизмов реализации наследственной информации в вирусных геномах, а также у прокариот и эукариотов.
Этап |
Вирусы |
Прокариоты |
Эукариоты |
транскрипция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трансляция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Объясните суть генных перестроек, причины и роль в наследовании генных дефектов в живых системах. Приведите примеры.
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
37
ЗАНЯТИЕ № 5 (Лабораторное). Тема: Размножение клеток.
Цель занятия: Знать этапы и биологический смысл основных видов деления клеток.
Перечень практических навыков.
1.Уметь распознавать этапы клеточного цикла.
2.Уметь различать основные виды деления клеток.
3.Уметь дифференцировать этапы митотического цикла.
4.Уметь выявлять причины и последствия нарушения митотического деления.
5.Уметь дифференцировать этапы мейотического цикла.
6.Уметь выявлять причины и последствия нарушения мейоза.
Основные вопросы, предлагаемые для обсуждения.
1.Понятие о клеточном цикле, основные его периоды.
2.Основные виды деления клеток.
3.Прямое деление (амитоз).
4.Митотическое деление и его биологический смысл. Фазы митоза и их механизмы.
5.Митотическая активность различных тканей.
6.Основные этапы и биологический смысл мейоза.
7.Нарушения митотического цикла - причины и механизмы.
8.Причины, механизмы и последствия нарушения мейоза.
Краткое содержание темы.
КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ
Промежуток жизни клетки от ее образования до деления на две дочерние называют клеточным циклом. У разных организмов и в разных тканях продолжительность клеточных циклов различна. Клеточный цикл соматических клеток высших растений и животных можно разделить на две стадии: митоз и интерфазу.
Под интерфазой понимают период клеточного цикла между концом одного деления и началом следующего, т.е. между двумя последовательными митозами. При световой микроскопии ядра, находящегося на стадии интерфазы, хромосомы как отдельные структуры не видны, а их окрашенное вещество имеет вид гранул, более или менее равномерно распределенных в поле зрения.
Интерфазу принято разделять на три периода: G 1- пресинтетический,
S – синтетический,
G2 - постсинтетический.
38
МИТОЗ.
Митоз - непрямое деление клетки, состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы, телофзы.
Нарушения митоза. При различных патологических процессах нормальное течение митоза нарушается.
Выделяют три основных вида патологии митоза:
1.Повреждения хромосом, которые называют хромосомными аберрациями. Вариантами хромосомных аберраций служат набухание, склеивание, фрагментация, повреждения центромеров, отставание отдельных хромосом при движении, нарушение их спирализации и деспирализации, раннее разъединение хроматид. Хромосомные аберрации могут возникать спонтанно, но чаще развиваются вследствие действия на клетки мутагенов и ионизирующего облучения.
2.Повреждения митотического аппарата (задержка митоза в метафазе, мно-
гополюсный, моноцентрический и асимметричный митозы, трёхгрупповая и полая метафазы). Особое значение в этой группе патологии имеет колхициновый митоз или К-митоз, который вызывается алкалоидом колхицином (отсюда название), используемым в качестве мутагена. К-митозы возникают и самопроизвольно в культуре ткани и опухолях. При К-митозе нарушаются расхождение центриолей и поляризация ими веретена деления, подвергается дезорганизации митотический аппарат, не происходит разъединения хроматид.
3.Нарушения цитотомии. Патологические митозы возникают после воздействия митотических ядов, токсинов, экстремальных факторов (ионизирующее излучение, аноксия, гипотермия), при вирусной инфекции и в опухоли. Резкое увеличение числа патологических митозов типично для злокачественных опухолей.
39
МЕЙОЗ.
Мейозом называется особый способ деления эукариотических клеток, при котором исходное число хромосом уменьшается в 2 раза (от древнегреч. «мейон» – меньше – и от «мейозис» – уменьшение). Исходное число хромосом в мейоцитах (клетках, вступающих в мейоз) называется диплоидным хромосомным числом (2n) Число хромосом в клетках, образовавшихся в результате мейоза, называется гаплоидным хромосомным числом (n). Главной особенностью мейоза является конъюгация (спаривание) гомологичных хромосом с последующим расхождением их в разные клетки. Мейотическое распределение хромосом по дочерним клеткам назы-
вается сегрегацией хромосом.
Общий ход мейоза.
Типичный мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений, которые соответственно называются мейоз I и мейоз II. В первом делении происходит уменьшение числа хромосом в два раза, поэтому первое мейотическое деление называют редукционным, реже – гетеротипным. Во втором делении число хромосом не изменяется, такое деление называют эквационным (уравнивающим), реже – гомеотипным. Выражения «мейоз» и «редукционное деление» часто используют как синонимы. В ходе двух делений мейозом ДНК делится поровну между 4 клетками. Мейоз длится много дольше митоза: например, у пшеницы он продолжается 24 часа, у лилии — 9—12 суток, у мыши — 11—14 суток, у человека — 24. У ряда животных и человека во время образования женских половых клеток мейоз останавливается на срок до нескольких лет и завершается только во время оплодотво-
рения.
Основные этапы работы на лабораторном занятии:
1. Заполните таблицу «Основные виды деления клеток»
Вид деления |
Механизмы |
Биологическая сущность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40