Рис. 2. Схема синтеза белка
Ядро 
Транскрипция
про иРНК |
Процессинг |
Рестрикция |
|
Сплайсинг |
|
Зрелая иРНК→ |
|
иРНК
Трансляция |
Рибосомы |
|
|
и РНК |
|
Цитоплазма
тРНК
Белок
Основное направление потока информации в здоровой клетке:
ДНК транскрипция проиРНК процессинг (м)и РНК трансляция
ПОЛИПЕПТИД комплектация БЕЛОК
Работа 3. Регуляция активности (экспрессии) генов.
Модель работы оперона
Все соматические клетки организма имеют одинаковый набор генов,
однако транскрибируются только те гены, продукты которых нужны клетке в данный момент для выполнения еѐ функций. По выполняемым функциям выделяют структурные и функциональные гены.
Регуляция экспрессии (работы) генов осуществляется в основном на уровне транскрипции с участием регуляторных белков. Она может быть
21
негативной или позитивной. При негативной (осуществляется белком-
репрессором) − экспрессия гена подавляется, при позитивной (осуществляется белком-активатором или индуктором) – активируется. Например, веществом-
индуктором может служить лактоза; при еѐ связывании с белком-репрессором происходит его диссоциация от операторного участка и осуществляется транскрипция структурных генов.
Схему регуляции экспрессии генов предложили Ф.Жакоб и Ж.Моно на примере лактозного оперона.
Оперон это единица транскрипции, состоящая из промотора,
оператора, структурных генов и терминатора.
Промотор − место присоединения РНК-полимеразы к молекуле ДНК.
Оператор − последовательность ДНК, с которой связывается белок-репрессор.
Терминатор – участок ДНК, где происходит окончание транскрипции.
Ген-регулятор – контролирует работу оперона.
На основе информации, заложенной в гене-регуляторе, синтезируется
белок-репрессор, который связывается с оператором и блокирует транскрипцию оперона.
Рассмотрите предложенные на рис.3 схемы. Зарисуйте в протокалах занятий одну из этих схем на выбор (А или Б). Пользуясь конспектом лекций,
табличным материалом и графом логической структуры темы, запишите гены,
входящие в состав оперона и укажите их функции. В выводе укажите, активен или неактивен оперон и почему?
22
Рис. 3. Схема регуляции (экспрессии) генов прокариот (лактозный оперон)
А |
|
НЕ активен |
Б |
|
Активен |
|
|
|
иРНК
|
РНК- |
Транскрипция НЕ происходит |
|
иРНК |
|||
полимераза |
|
||
|
|
|
Ферменты образуются
РНК- Транскрипция
полимераза иРНК→
Белки-ферменты
Индуктор -лактоза
А – оперон НЕ активен, т.к. белок-репрессор связан с оператором,
Б – оперон активен, т.к. белок-репрессор блокирован индуктором (лактозой).
23
|
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ |
||||
|
|
|
ОБУЧЕНИЯ |
|
|
1. |
Структурной |
единицей |
наслед- |
2. |
Место присоединения РНК- |
|
ственности является: |
|
|
полимеразы к молекуле ДНК, |
|
|
A. Геном; |
|
|
|
называется: |
|
B. Триплет; |
|
|
|
A. Опероном; |
|
C. Нуклеотид; |
|
|
|
B. Оператором; |
|
D. Первичная структура ДНК; |
|
C. Промотором; |
||
|
E. Вторичная структура ДНК. |
|
D. Регулятором; |
||
|
|
|
|
|
E. Терминатором. |
3. |
Совокупность |
наследственного |
4. |
Некодирующие области генов |
|
|
материала гаплоидного |
набора |
|
эукариот – это: |
|
|
хромосом – это: |
|
|
A. Экзоны; |
|
|
A. Ген; |
|
|
|
B. Мутоны; |
|
B. Кариотип; |
|
|
|
C. Интроны; |
|
C. Геном; |
|
|
|
D. Антикодоны; |
|
D. Генофонд; |
|
|
|
E. Цистроны. |
|
E. Генотип. |
|
|
|
|
5. |
Экзоны – это: |
|
|
6. |
Преобразование первичного |
|
A. Некодирующие участки гена; |
|
траскрипта гена происходит в |
||
|
B. Прерывистые участки гена; |
|
результате: |
||
|
C. Спейсеры; |
|
|
|
A. Трансляции; |
|
D. Кодирующие участки гена; |
|
B. Транскрипция; |
||
|
E. Некодирующие и кодирующие |
|
C. Рестрикции; |
||
|
участки гена. |
|
|
D. Процессинга; |
|
|
|
|
|
|
E. Сплайсинга. |
24
7. Оперон – это группа генов, |
8. Процессинг осуществляется по |
|
расположенных в определѐнной |
следующей схеме: |
|
последовательности: |
A. Транскрипция→рестрикция |
|
A. Регулятор→промотор→оператор |
|
→сплайсинг; |
→терминатор; |
B. |
Транскрипция→сплайсинг→ |
B. Оператор→промотор→струк- |
|
рестрикция; |
турный ген; |
C. Сплайсинг→рестрикция→ |
|
C. Промотор→оператор→струк- |
|
транскрипция; |
турный ген→терминатор; |
D. Рестрикция→транскрипция |
|
D. Оператор→промотор→струк- |
|
→сплайсинг; |
турный ген; |
E. Сплайсинг→транскрипция→ |
|
E. Структурный ген→промотор |
|
рестрикция. |
→оператор. |
|
|
9. Этап синтеза белка, в результате |
10.Ген, содержащий информацию |
которого образуется и-РНК, |
о белке или РНК, называется: |
называется: |
A. Оператором; |
A. Трансляцией; |
B. Промотором; |
B. Транскрипцией; |
C. Структурным геном; |
C. Репликацией; |
D. Регулятором; |
D. Репарацией; |
E. Функциональным геном. |
E. Сплайсингом. |
|
Варианты тестовых заданий для итогового контроля Вы получите у преподавателя.
КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ
на практическом занятии «МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ»
Для эффективной работы на практическом занятии ознакомьтесь с его основными этапами и методикой проведения занятия, изложенными ниже.
25
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.
26
ЗАНЯТИЕ № 3
ТЕМА: МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ. ГЕННЫЕ
МУТАЦИИ
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Постоянно возрастающая концентрация мутагенных факторов во внешней среде может приводить к изменению структуры ДНК и, как следствие,
структуры и количества ферментов, участвующих в метаболических процессах.
Такие изменения генетического материала называются генными мутациями. В
одних случаях они могут приводить к появлению новых аллелей генов
(множественный аллелизм), что обеспечивает генетический полиморфизм признаков, в других – к нарушению нормального обмена веществ и служить основной причиной генных болезней.
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, где будут встречаться больные с наследственной патологией.
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь:
оценить влияние факторов среды на молекулярную структуру наследственного материала клетки.
КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ:
1. Классифицировать генные мутации.
3. Интерпретировать механизмы генных мутаций.
4. Распознавать и приводить примеры мутаций структурных и функциональных генов.
5.Характеризовать генетические последствия мутаций.
6.Анализировать нарушения метаболизма в клетках.
27
СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ
Теоретические вопросы, на основании которых возможно выполнение
целевых видов профессиональной деятельности
1.Что такое генные мутации?
2.Как классифицируют генные мутации?
3.Охарактеризовать мутации по типу замены оснований, привести примеры.
4.Что такое транзиции и трансверсии?
5.Объяснить механизм возникновения транзиций и трансверсий.
6.Как характеризуются мутации, вызывающие сдвиг рамки считывания?
7.Каковы генетические последствия миссенс-мутаций?
8.Каковы генетические последствия нонсенс-мутаций?
9.Как нарушается метаболизм клетки в результате изменений в структурных генах?
10.К чему приводят мутационные изменения в функциональных генах?
Для усвоения теоретических вопросов Вам не обходимо ознакомиться с графом логической структуры темы и информацией, заключѐнной в литературных источниках и конспекте лекций.
28
ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ТЕМЫ «МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ. ГЕННЫЕ МУТАЦИИ» |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Генные мутации |
|
|
|
|
|
|
КЛАССИФИКАЦИЯ |
|
|
|
|
|
(трансгенации) |
|
|
|
|
|
|
ГЕННЫХ МУТАЦИЙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По |
|
|
изменения |
|
|
изменения |
|
|||||
функциональ- |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
структурных генов |
|
|
функциональных генов |
|
||||||
ному характеру |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
генов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
замена оснований |
|
сдвиг |
|
регулятора и оператора |
|
|
промотора |
|||
|
|
|
|
|
рамки считывания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в ст а в ка |
в ып а ден и е |
белок- |
белок- |
|
|
|
|
|
транзиции |
трансверсии |
нуклеотидов |
нуклеотидов |
репрессор |
репрессор |
|
нарушается |
||||
МЕХАНИЗМ |
|
|
|
|
|
|
НЕ |
плот но |
|
|
контроль |
|
возникновения |
|
|
|
|
|
|
соединяется |
соединяется |
транскрипции |
|||
|
|
|
|
|
|
с оператором |
с оператором |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
мутаций |
пурин на |
пурин на |
изменение числа |
|
|
|
|
|
|
|||
кодонов |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
пурин |
пиримидин |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
структурны |
структурны |
|
ослабляют |
прекращают |
|||||
|
А |
Г |
А |
Ц |
|
|
|
|||||
|
|
|
е гены |
е гены |
транскрипцию |
транскрипцию |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
работают |
совсем НЕ |
|
структурных |
структурных |
|
|
пиримидин |
пиримидин |
|
|
постоянно |
работают |
|
|
генов |
генов |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
на |
на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пиримидин |
пурин |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Ц |
Т |
Г |
Ц |
|
|
|
|
|
|
|
|
генетические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
последствия |
|
миссенс – мутации |
|
нонсенс – мутации |
|
|
|
|
|
|
||
мутаций |
изменение смысла кодона |
образование бессмыс- |
синтезируется |
белок НЕ |
|
|
синтезируется |
белок НЕ |
||||
|
(образование другого белка) |
ленных. кодонов |
много белка |
синтезируется |
|
|
мало белка |
синтезируется |
||||
(нарушения |
|
|
|
|
(УАА, УАГ, УГА) |
|
|
|
|
|
|
|
метаболизма в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
клетках) |
качественные изменения |
преждевременное пре- |
|
количественные |
|
|||||||
|
|
белковых молекул |
|
кращение синтеза белка |
|
изменения белковых молекул |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Обязательные источники информации
1.Медична бiологiя / За ред. В.П. Пiшака, Ю.I. Бажори. Пiдручник. Вiнниця:
НОВА КНИГА, 2004. С. 102-104, 109-116
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. С.
ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Инструкции по проведению практических работ
Работа 1. Мутации замены азотистых оснований.
Различают два типа замены оснований: транзиции и трансверсии.
Транзиции это замена пуриновых оснований на пуриновые или пиримидиновых на пиримидиновые. Трансверсии это замена пуриновых
оснований на пиримидиновые или пиримидиновых на пуриновые (рис.1).
Рис. 1. Схема возникновения транзиций и трансверсий
Т |
Ц |
|
Т |
А |
|
А |
Т |
А |
Г |
|
Ц |
Г |
|
Г |
Ц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Транзиции |
|
|
Трансверсии |
|
||
Запишите в протоколы практических занятий таблицу (рис. 2). Используя рис. 1, 2 и граф логической структуры, определите тип замены оснований,
произошедших в нормальной -цепи гемоглобина человека, и генетические последствия этих мутаций. В выводе укажите, к каким последствиям могут привести мутации структурных генов.
30