1 курс / Биология / [Методические указания] по биологии №1

Работа 2. Поток энергии в клетках

Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспечивается брожением, фото-, хемосинтезом, дыханием.

Основная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит

дыхательному обмену, включающему реакции расщепления низкокалорийного органического «топлива» (глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты), а также использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного «топлива» в виде аденозинтрифосфата (АТФ). Энергия АТФ в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы —

химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, регуляторную.

Соединение, в химических связях которого запасена энергия в форме,

доступной для использования в биологических процессах, называют

макроэргическим. Универсальным соединением такого рода служит АТФ.

Используя учебную литературу и конспект лекций, запишите в

протоколы занятий уравнения бескислородного и кислородного этапов расщепления глюкозы. Отметьте, где в клетке происходит каждый из этих этапов. Укажите, сколько запасается энергии в виде макроэргических связей АТФ на каждом из этапов. Внимательно рассмотрите рис. 2 и укажите в

ячейках с вопросами вид работы, выполняемой в клетке, где используется энергия АТФ.

Рис. 2. Поток энергии в клетке

				КЛЕТКА
ПИЩА	Глюкоза,
	аминокислоты,
	жирные
		Энергия АТФ преобразуется в работу:
	Дыхательный
	обмен клетки с
	образованием	АТФ	?	?	?	?	?
СО2 + Н2О	и выделением
							11

Работа 3. Структурная организация нуклеиновых кислот

Используя литературные источники, граф №2 логической структуры темы, внимательно рассмотрите рис. 3 и зарисуйте схему вторичной структуры ДНК. Укажите общее количество нуклеотидов, которые входят во фрагмент ДНК, изображѐнный на схеме Б.

	Нуклеотид	А	В
Фосфат
	Азотистое	Пурины – А, Г
Углевод	основание
		Пиримидины–Т,Ц,У
		Б
		1
		2

А – строение нуклеотида; Б – первичная и вторичная структуры ДНК; В – третичная структура ДНК (две полинуклеотидные цепи, свѐрнутые в спираль):

1 – первичная структура ДНК (одна полинуклеотидная цепь); 2 – вторичная структура ДНК (две полинуклеотидные цепи).

12

	ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ
		ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ
1. Основными структурами эука-			2. Третичная		структура	молекулы
риотической клетки являются:			ДНК представлена:
A.	Поверхностный	аппарат	A.	Полинуклеотидной цепью;
	клетки;		B.	Двумя	полинуклеотидными
B.	Генетический аппарат;			цепями;
C.	Ядро;		C.	Спиралью из одной цепи;
D.	Цитоплазма;		D.	Двумя	комплементарными
E.	Поверхностный	аппарат		цепями, свѐрнутыми в спираль;
	клетки, цитоплазма и ядро.		E.	Полинуклеотидной		цепью,
				связанной с белками.
3. Гиалоплазма содержит непосто-			4. Митохондрии способны к само-
янные компоненты клетки. Это:			удвоению благодаря			наличию в
A.	Ядрышки;		них:
B.	Лизосомы;		A.	Хромосом;
C.	Пластиды;		B.	Крист;
D.	Митохондрии;		C.	Двойной мембраны;
E.	Включения.		D.	Кольцевой ДНК;
			E.	АТФ.
5. В бактериальной клетке можно			6. Функцию аэробного дыхания в
обнаружить такие органеллы:			клетках эукариот выполняют:
A.	Митохондрии;		A.	Митохондрии;
B.	Ядро;		B.	Эндоплазматическая сеть;
C.	Комплекс Гольджи;		C.	Комплекс Гольджи;
D.	Рибосомы;		D.	Рибосомы;
E.	Пластиды.		E.	Микротрубочки.

13

7. Надмембранный слой плазма-	8. Процессы, связанные с обменом
леммы, образуемый гликолипи-	веществ, энергией и информа-
дами и гликопротеидами, назы-	цией, характеризуют клетку как:

вается:		A.	Инертную систему;
A.	Гликокаликс;	B.	Обновляющуюся систему;
B.	Клеточная стенка;	C.	Открытую систему;
C.	Плазмалемма;	D.	Закрытую систему;
D.	Гиалоплазма;	E.	Стабильную систему.

E. Кариолемма.

9.В зелѐных листьях растений из 10. Две полинуклеотидные цепи ДНК,

двумембранных органелл встре-	соединѐнные по принципу комп-
чаются преимущественно:	лементарности,	образуют
A. Лейкопласты;	структуру ДНК:

B.	Хромопласты;	A.	Четвертичную;
C.	Хлоропласты;	B.	Первичную;
D.	Лейкопласты и хромопласты;	C.	Вторичную;
E.	Лейкопласты и хлоропласты.	D.	Третичную;
		E.	Хромосомную.
11.В клетках животных полное		12.Окисление глюкозы до пирови-
окисление глюкозы заканчива-		ноградной кислоты происходит в:
ется в:		A.	Митохондриях;
A.	Ядре;	B.	Ядре;
B.	Аппарате Гольджи;	C.	Рибосомах;
C.	Митохондриях;	D.	Аппарате Гольджи;
D.	Рибосомах;	E.	Цитоплазме.

E.ЭПС.

14

13.В формировании и выделении се-

кретов клетки, а также в образо-

вании лизосом принимает учас-

тие:

A.Ядрышко;

B.Комплекс Гольджи;

C.ЭПС;

D.Кариоплазма;

E.Клеточная стенка.

Варианты тестовых заданий для итогового контроля Вы получите у

преподавателя.

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

на практическом занятии по теме «МОЛЕКУЛЯРНЫЙ И КЛЕТОЧНЫЙ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО»

Для эффективной работы на практическом занятии ознакомьтесь с его основными этапами и методикой проведения занятия, изложенными ниже.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЯ

1.Актуализация (мотивация) темы занятия.

2.Изучение графа логической структуры темы и инструкции по выполнению практических работ.

3.Самостоятельное выполнение практических работ и оформление протоколов под контролем и при консультативной помощи преподавателя.

4.Анализ выполненной работы и коррекция самостоятельной работы студента.

5.Коррекция протоколов занятий преподавателем и работа по устранению замечаний.

6.Итоговый тестовый контроль для проверки усвоения конечных целей обучения.

15

ЗАНЯТИЕ № 2

ТЕМА: МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Для понимания явлений наследственности и изменчивости необходимы знания молекулярно-биологической сущности гена, его структуры и функций.

Полученные знания окажут существенную роль в понимании вопросов этиологии, патогенеза, а, следовательно, и лечения многих болезней как наследственной моногенной, так и мультифакториальной природы. Материал,

изучаемый в этой теме, необходим для усвоения курса медицинской генетики,

педиатрии, акушерства, гинекологии, психиатрии, невропатологии с последующим использованием его в практике врачей любой специальности.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь:

связывать структурно-функциональную организацию генома с процессами регуляции жизнедеятельности организмов.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ:

1.Различать структуры гена (ДНК).

2.Характеризовать экзон-интронную структуру генома.

3.Распознавать этапы синтеза белковых молекул.

4.Интерпретировать процессы регуляции генов.

5.Различать функции структурных и регуляторных генов.

16

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ

Теоретические вопросы, на основании которых возможно выполнение

целевых видов профессиональной деятельности.

1.Что такое ген и какова его структура?

2.Что такое геном, экзон, интрон, процессинг?

3.Как в ядре осуществляется процессинг?

4.Из каких этапов состоит биосинтез белка?

5.Где в клетке происходят этапы транскрипции и трансляции?

6.Что такое оперон, как он устроен?

7.Как осуществляется экспрессия генов прокариот и эукариот?

8.Какие функции выполняют структурные гены?

9.Какова роль регуляторных генов в процессе синтеза белка?

Для усвоения теоретических вопросов Вам необходимо ознакомиться с графом логической структуры темы и информацией, заключенной в литературных источниках и конспектах.

17

ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ТЕМЫ: «МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ»

Молекулярная

организация

генома

ФОСФАТ

УГЛЕВОД

АЗОТИСТОЕ

ОСНОВАНИЕ

		ДНК
НУКЛЕОТИД
		(ПОЛИМЕР)
(МОНОМЕР)
		ГЕН

ПОЛИНУКЛЕОТИДНАЯ ЦЕПЬ -- I - структура

ДВЕ КОМПЛЕМЕНТАРНЫЕ ПОЛИНУКЛЕОТИДНЫЕ ЦЕПИ-- II –структура

ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ -- III - структура

Экзон-интронная
	Начало гена	ЭКЗОН	ИНТРОН		ЭКЗОН	ИНТРОН		ЭКЗОН		Конец гена
организация генома
	5'- конец	Информативный	Неинформативный							3'- конец
		участок	участок

Функциональная организация генома

Передача

наследственной информации:

этапы синтеза белка

Регуляция

активности

генов

Функции

структурных и регуляторных генов

СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

РЕГУЛЯТОР ПРОМОТОР ОПЕРАТОР ТЕРМИНАТОР

Транскрипция

(ядро)

	и-РНК процессинг	и-РНК
		ЗРЕЛАЯ т-РНК
	ПРО т-РНК
	р-РНК	р-РНК

Т рансляция

(цитоплазма)

ПОЛИПЕПТИД

ОПЕРОН

РЕГУЛЯТОР

ПРОМОТОР

ОПЕРАТОР

структурный ген

ТЕРМИНАТОР

Отвечают за

Отвечает за

Место

Место

Место

синтез белков

синтез

прикрепления

прикрепления

окончания

Белка-

РНК-

Белка-

и всех РНК

транскрипции

репрессора

полимеразы

репрессора

18

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

Обязательные источники информации

1.Медична бiологiя / За ред. В.П. Пiшака, Ю.I. Бажори. Пiдручник. Вiнниця:

НОВА КНИГА, 2004. С. 82-109.

2.Конспект лекций.

Дополнительная литература

1.Медична біологія: Посібник з практичних занять / О.В.Романенко, М.Г.

Кравчук, В.М. Грiнкевич та ін.. К.: Здоров’я, 2005.

ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Инструкции по проведению практических работ

Работа 1. Экзон-интронная организация генома эукариот

Участок ДНК, кодирующий последовательность аминокислот в белковой молекуле называется . Сумма всех нуклеотидных последовательностей

(количество ДНК) содержащихся в гаплоидном наборе хромосом данного вида называется . Большинство генов эукариот имеют мозаичное

(прерывистое) строение − в них чередуются кодирующие (экзоны) и

некодирующие (интроны) области.

Ген человека — это участок ДНК, который слева имеет начало гена (5'-

конец), справа конец гена (3'-конец), и в середине расположенные экзоны и интроны (рис. 2 и граф логической структуры). В процессе транскрипции снимается копия всего гена (про-иРНК), затем при помощи специальных ферментов интроны вырезаются (рестрикция), а экзоны «склеиваются»

(сплайсинг) между собой. Такие преобразования РНК называются

процессингом.

Внимательно рассмотрите и зарисуйте схему на рис. 1.

19

Рис. 1. Схема структуры гена и процессинга и-РНК

ГЕ Н

Э К	З	О	Н	Ы
5'				3'
И	Н	Т	Р	О Н Ы

Т Р А Н С К Р И П Ц И Я

Про и-РНК

П Р О Ц Е С С И Н Г

Рестрикция Сплайсинг

Зрелая и-РНК

Ввыводе укажите, в результате каких процессов образуются незрелая

изрелая и-РНК, а также в чѐм заключается различие между ними.

Работа 2. Поток информации в клетках

Генетическая информация, заключенная в молекулах ДНК, передаѐтся в

здоровой клетке в двух направлениях:

1)от ДНК к ДНК (во время репликации) и

2)от ДНК через и-РНК к белку (при биосинтезе).

Вклетке, пораженной ретровирусом (например, вирусом СПИДа),

происходит передача наследственной информации от и-РНК к ДНК.

3) от и-РНК к ДНК (при обратной транскрипции).

Синтез белка состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции.

В ходе транскрипции образуется про-иРНК, она подвергается процессингу, после чего в виде зрелой и-РНК (зрелой м-РНК) поступает в цитоплазму.

Транскрипция и процессинг осуществляются в ядре.

Трансляция происходит в цитоплазме на рибосомах. В ходе трансляции образуется полипептидная цепь.

Рассмотрите на рис. 2 схему синтеза белка. Используя табличный материал и учебную литературу, запишите в протоколы занятий три направления потока информации в клетке.

20