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

Рис. 2. Влияние точечных мутаций (замены оснований) на структуру гемоглобиновой молекулы.

	Тип замены	Молекула			Генетические
			Аминокислота	Кодоны	последствия
	оснований	белка
					мутаций
	пример:	HвА, -цепь	Глутамин-26	ГАА или ГАГ	мутация
	транзиция				не
		HвА, -цепь	Глутамин	ГАГ или ГАА	проявится
		HвА, -цепь	Лизин-61	ААА или ААГ
		Hв Хикари,	Аспарагин	ААУ или ААЦ
		-цепь
		HвА, -цепь	Глутамин-6	ГАА или ГАГ
		HвS, -цепь	Валин	ГУА или ГУГ
		HвА, -цепь	Тирозин-145	УАУ
		Hв МакКисРок,	нонсенс-кодон	УАА
		-цепь	(стоп)

Работа 2. Мутации сдвига рамки считывания.

Используя рис. 3, определите для каждого примера:

а) тип мутации (делеция, вставка);

б) стрелкой обозначьте сайты вставок и делеций;

в) цифрой в кружке укажите число встроенных или делетированных нуклеотидов;

г) фигурной скобкой отметьте искаженную последовательность в полипептиде.

В качестве образца используйте пример 1.

31

Рис. 3. Примеры различных вариантов изменений в структуре мРНК и
полипептидной цепи, вызванных мутациями в кодирующей области гена (сдвиг
рамки считывания)
НОРМА
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ УЦУ УГЦ ААА ГГЦ УАУ АГУ АГУ УАГ...
Полипептид	мет - ала - сер - цис - лиз - глу - тир - сер - сер - СТОП
Пример 1 делеция (-1)
	-1 У
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ ЦУУ ГЦА ААГ ГЦУ АУА ГУА ГУУ АГ...
Полипептид	метала - лей - ала - лиз - ала - иле - вал - вал - сер -
		Искаженная последовательность
Пример 2
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ УЦУ ААА ГГЦ УАУ АГУ АГУ УАГ...
Полипептид	мет - ала -	сер - лиз - глу - тир - сер - сер -		СТОП
Пример 3
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ ЦУЦ УУГ ЦАА АГГ ЦУА УАГ УАГ УУАГ
Полипептид	мет - ала - лей - лей - глн - арг - лей - СТОП
Пример 4
мРНК УАГ УУУГ АУГ ГЦЦ УЦУ УУГ ЦАА АГГ УАУ АГУ АГУ УАГ...
Полипептид	мет - ала - сер - лей - глн - арг - тир - сер - сер - СТОП
Работа 3. Мутации функциональных генов.
В клетках человека транскрибируется не только последовательность ДНК,
кодирующая данный белок (структурный ген), но и значительные по длине
		участок
регуляторная	промоторная	инициации
		транскрипции		сайт окончания
область	область
		экзон	экзон	транскрипции
ДНК 5’	ТАТА			ААТААА	3’
		некодирую-	интрон	некодирующая
		щая область
				область
Рис. 4. Схема организации транскрипции эукариот

32

участки генома, прилегающие к структурному гену (регуляторные участки).

Сигналы инициации транскрипции находятся именно в этих регуляторных участках ДНК (рис.4).

Во многих эукариотических промоторах необходимыми элементами начала транскрипции служат ЦААТ и ТАТА последовательности, где ЦААТ

является сайтом узнавания для РНК-полимеразы, а ТАТА последовательность служит точкой инициации транскрипции. Повреждение структуры регуляторных участков промотора приводит к тому, что структурный ген не поврежден, но его транскрипция невозможна. К примеру, изменения в ТАТА участке приводят к тому, что транскрипция инициируется на других нуклеотидах и с гораздо более низкой частотой.

Используя схему организации транскрипции эукариот (рис. 4),

заполните таблицу (рис. 5). В выводе укажите генетические последствия мутаций в функциональных генах.

Рис. 5. Мутации функциональных генов, которые приводят к количественным

изменениям белковых молекул.

	Кодоны
Механизм мутации	промоторной			Генетические последствия мутаций
	области
пример:	ЦААТ			РНК полимераза не узнает кодон;
трансверсия		↓		транскрипция не происходит;
(Ц ↔ Г)	ГААТ			белок не синтезируется.
	ЦААТ
		↓
	ЦГАТ
	ЦААТ
	Утеря сайта
	ТАТА
		↓
	ТААА
	ТАТА
		↓
	ТААТ
				33

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

1. Мутагенные факторы среды	2. В молекуле ДНК произошла
могут менять структуру ДНК.	замена аденина на тимин.
Такие изменения – это:	Мутация называется:
A. Геномные мутации;	A. Транзицией;
B. Транслокации;	B. Трансверсией;
C. Генные мутации;	C. Инверсией;
D. Хромосомные аберрации;	D. Вставкой нуклеотида;
E. Генные комбинации.	E. Выпадением нуклеотида.

3.В результате транскрипции в цепи и-РНК преждевременно образовался нонсенс-кодон.

Такую мутацию можно считать результатом:

A.Замены оснований;

B.Делеции гена промотора;

C.Сдвига рамки считывания;

D.Делеции гена оператора;

E.Дупликации.

5.Ген, отвечающий за развитие групп крови по системе АВ0,

имеет три аллеля, которые появились в результате:

A.Комбинации генов;

B.Мутации гена;

C.Комбинаций хромосом;

D.Транслокации;

E.Аберрации.

4.При серповидноклеточной анемии в 6-м положении -

цепи глутаминовая кислота заменяется валином. Мутация называется:

A.Транзицией;

B.Трансверсией;

C.Инверсией;

D.Вставкой нуклеотидов;

E.Выпадением нуклеотидов.

6.Под действием среды в молекуле ДНК происходят транзиции. Для них харак-

терны замены:

A.A→У

B.A→Ц

C.Г→У

D.Ц→Г

A. А→Г или Т→Ц

34

7. Изменения в структурном гене		8. Качественные	изменения
приведут к:		белковых молекул	связаны с
A.Образованию	аномального	изменением:
белка;		A. Структурных генов;
B. Синтезу белка	в небольшом	B. Промотора;
количестве		C. Регулятора;
C. Образованию	нормального	D. Оператора;
белка;		E. Инициатора.

D.Отсутствию синтеза белка;

E.Синтезу белка в большом количестве.

Варианты тестовых заданий для итогового контроля Вы получите у преподавателя.

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

на практическом занятии по теме «МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ. ГЕННЫЕ МУТАЦИИ»

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.

35

ЗАНЯТИЕ № 4

ТЕМА: МОРФОЛОГИЯ ХРОМОСОМ. КАРИОТИП ЧЕЛОВЕКА

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Ведущая роль в генетическом контроле признаков организмов принадлежит хромосомам ядра, которые содержат наследственную информацию и передают ее последующим поколениям при размножении. Для правильного понимания поведения хромосом во время митоза и мейоза,

механизма возникновения хромосомных и геномных мутаций, а также наследственных болезней, обусловленных хромосомным дисбалансом,

необходимы знания молекулярной и морфологической организации хромосом и кариотипа человека.

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 значение ядра и особенности строения его структур для

жизнедеятельности клетки.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ:

1.Определять строение структур ядра на молекулярном уровне.

2.Характеризовать уровни упаковки хромосомного аппарата.

3.Интерпретировать структурную организацию хроматина.

4.Характеризовать морфологическую организацию хромосомного аппарата на клеточном уровне.

5.Распознавать в кариотипе хромосомы разных групп.

6.Анализировать кариотип человека и составлять идиограмму.

36

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ

Теоретические вопросы, на основании которых возможно выполнение

целевых видов профессиональной деятельности

1.Что такое хроматин?

2.Какова молекулярная организация хроматина?

3.Опишите уровни упаковки хроматина.

4.Объяснть отличие интерфазного и метафазного хроматина.

5.Дайте морфологическую характеристику эухроматина и гетерохроматина.

6.Какое значение имеет эухроматин и гетерохроматин?

7.Опишите морфологию и типы хромосом.

8.Объясните правила хромосом (постоянства, парности,

индивидуальности, непрерывности).

9.Как классифицируют хромосомы?

10.Какие выделяют группы хромосомы?

11.Что такое кариотип?

12.Что такое идиограмма?

Для усвоения теоретических вопросов Вам не обходимо ознакомиться с графом логической структуры темы и информацией, заключѐнной в литературных источниках и конспекте лекций.

37

ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ТЕМЫ «МОРФОЛОГИЯ ХРОМОСОМ. КАРИОТИП ЧЕЛОВЕКА»

		ХРОМОСОМЫ ЧЕЛОВЕКА
Молекуляр-		(ХРОМАТИН)
	ДНК –40%		БЕЛКИ – 60%
ный уровень
			НЕГИСТОНОВЫЕ
		ГИСТОНОВЫЕ
			(КИСЛЫЕ)
		Н1, Н2, Н3, Н2А,
	ИНТЕРФАЗНЫЕ		МЕТАФАЗНЫЕ

Уровни

НУКЛЕО-

упаковки

СОМНЫЙ

СОЛЕНОИДНЫЙ

ПЕТЛЕВОЙ

МИТОТИЧЕСКИЕ

МЕЙОТИЧЕСКИЕ

Струк-

Э У Х Р О М А Т И Н

Г Е Т Е Р О Х Р О М АТ И Н

турная

(СЛАБО ОКРАШЕН)

(ИНТЕНСИВНО ОКРАШЕН)

организа-

ДЕКОНДЕНСИРОВАН

КОНДЕНСИРОВАН

ция

(СОДЕРЖИТ СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ)

(БЕДЕН СТУКТУРНЫМИ ГЕНАМИ)

хромати-

на

НИТИ ХРОМАТИНА

ГЛЫБКИ ХРОМАТИНА

К

ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕТЯЖКА

л

ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕТЯЖКА

е Морфологическая

(ЦЕНТРОМЕРА)

т

организация

о

ПЛЕЧИ ХРОМОСОМ

р – СПУТНИК

q – ПЛЕЧО

хроматина

ч

р – КОРОТКОЕ

q – ДЛИННОЕ

н

ы

МЕТАЦЕНТРИЧЕСКИЕ

СУБМЕТАЦИНТРИЧЕСКИЕ

АКРОЦЕНТРИЧЕСКИЕ

й

р=q

p<q

p<<q

у

р

КАРИОТИП ЧЕЛОВЕКА

о

(группы хромосом)

в

Классифика-

е

А

В

С

D

E

F

G

н

ция хромосом

1-3

4-5

6-12, Х

13-15

16-18

19-20

21-22,У

ь

38

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

Обязательные источники информации

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

НОВА КНИГА, 2004. С. 71-80.

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. Уровни организации хроматина.

Выделяют 4 уровня компактизации ДНК. При этом нить ДНК

"укорачивается" в 10 000 раз.

Два первых уровня компактизации эукариотического генома обеспечиваются гистонами.

1. Нуклеосомный – ДНК укорачивается в 7 раз.

Нуклеосома – это структурная единица хроматина. В основе нуклеосомы лежит гистоновый октамер. Его образуют 8 молекул белков: Н2А, Н2В, Н3, Н4 – по 2

молекулы каждого белка. Октамер образует сердцевину нуклеосомы – кор. На кор наматывается ДНК.

1	Нуклеосома
	Кор

Гистоновый октамер

39

2. Супернуклеосомный (соленоидный) – ДНК укорачивается в 6-10 раз.

Обеспечивается Н1 гистоном, который сближает октамеры.

2

3. Петлевой – ДНК укорачивается в 20-30 раз.

Обеспечивается негистоновыми белками, которые узнают определѐнные последовательности ДНК, связываются с ними и образуют петли. Одна петля образует домен, который обеспечивает экспрессию одного гена, и является функциональным образованием.

3

4. Метафазная хромосома – ДНК укорачивается в 20 раз.

Метафазная хромосома удвоена и состоит из двух хроматид. Каждая из них содержит одну молекулу ДНК.

4

Рис. 4. Метафазная хромосома

1 – центромера, 2 – теломера, 3 – хроматиды, 4 – плечи.

40