МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ
по дисциплине « Биология »
для специальности 060101 – Лечебное дело (очная форма обучения)
К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ № 5
ТЕМА: «Регуляция экспрессии генов у про- и эукариот»
Утверждены на кафедральном заседании
протокол № ____ от «___»____________ 20__ г.
Заведующий кафедрой
д.б.н., доц. __________ Орлянская Т.Я.
Составитель:
преп. ______________ Афанаскина Л.Н.
Красноярск
Занятие № 5
Тема: «Регуляция экспрессии генов у про- и эукариот»
2. Форма организации занятия: практическое.
3. Значение изучаемой темы:
Данная тема имеет значение для понимания механизмов регуляции процессов экспрессии генов у прокариот и эукариот, роли механизмов обратной связи в работе саморегулирующихся систем. Система должна осуществлять обратную связь организма со средой, получать информацию извне, обрабатывать её и реагировать на изменения для поддержания гомеостаза, что позволяет системе оптимально функционировать в меняющихся условиях среды.
Знание специфики наследственного материала и генетических процессов на молекулярном уровне, в частности – организации и экспрессии гена, механизмов регуляции генной активности необходимо врачу для понимания как нормальных, так и патологических явлений, обусловленных молекулярно-генетическими закономерностями.
Цели занятия
- общая: обучающийся должен овладеть следующими общекультурными компетенциями:
а) способностью и готовностью к логическому и аргументированному анализу, к публичной речи, ведению дискуссии и полемики, к редактированию текстов профессионального содержания, к осуществлению воспитательной и педагогической деятельности, к сотрудничеству и разрешению конфликтов, к толерантности (ОК-5)
обучающийся должен овладеть следующими профессиональными компетенциями:
а) способностью и готовностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат (ПК-2)
б) способностью и готовностью к работе с медико-технической аппаратурой, используемой в работе с пациентами, владеть компьютерной техникой, получать информацию из различных источников, работать с информацией в глобальных компьютерных сетях; применять возможности современных информационных технологий для решения профессиональных задач (ПК-9)
в) способностью и готовностью изучать научно-медицинскую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-31)
г) способностью и готовностью к участию в освоении современных теоретических и экспериментальных методов исследования с целью создания новых перспективных средств, в организации работ по практическому использованию и внедрению результатов исследований (ПК-32)
- учебная: в результате изучения темы обучающийся должен знать:
а) правила техники безопасности и работы в биологических лабораториях с реактивами, приборами и животными
б) физико-химическую сущность процессов, происходящих в живом организме на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровнях
в) строение и химические свойства основных классов биологически важных органических соединений
г) основные метаболические пути превращения углеводов, липидов, аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, роль клеточных мембран и их транспортных систем в обмене веществ
д) строение и функции наиболее важных химических соединений (нуклеиновых кислот, природных белков, водорастворимых и жирорастворимых витаминов, гормонов и др.)
е) законы генетики, её значение для медицины, закономерности наследственности и изменчивости в индивидуальном развитии как основы понимания патогенеза и этиологии наследственных и мультифакториальных заболеваний человека
ж) основные закономерности развития и жизнедеятельности организма на основе структурной организации клеток, тканей и органов
з) теоретические основы информатики, сбор, хранение, поиск, переработка, преобразование, расспространение информации в медицинских и биологических системах, использование информационных компьютерных систем в медицине и здравоохранении
обучающийся должен уметь:
а) пользоваться учебной, научной, научно-популярной литературой, сетью Интернет для профессиональной деятельности
обучающийся должен владеть:
а) навыками изложения самостоятельной точки зрения, анализа и логического мышления, публичной речи, морально-этической аргументации, ведений дискуссий и круглых столов, принципами врачебной деонтологии и медицинской этики
б) базовыми технологиями преобразования информации: текстовые, табличные редакторы, поиск в сети Интернет
5. План изучения темы:
Контроль исходного уровня знаний.
1. Изменение схемы сплайсинга – пример регуляции, происходящей на уровне
1) претранскрипционном
2) транскрипционном
3) посттранскрипционном
4) трансляционном
2. Скорость транскрипции увеличивает
1) промотор
2) оператор
3) активатор
4) энхансер
3. Функция гена-регулятора в экспрессии гена у прокариот
1) контролирует синтез белка-репрессора
2) активирует промотор
3) блокирует структурные гены
4) взаимодействует с субстратом
4. В лактозном опероне функцию эффектора (индуктора) выполняет
1) лактоза
2) белок-репрессор
3) ген-регулятор
4) энхансер
5. Изменения, происходящие в полипептиде после образования его первичной структуры на рибосоме, являются примером регуляции на уровне
1) претранскрипционном
2) транскрипционном
3) трансляционном
4)посттрансляционном
Основные понятия и положения темы
При изучении молекулярных основ наследственности и изменчивости необходимо обратить внимание на классификацию генов и механизмы регуляции реализации наследственной информации
1. Регуляция генной активности
– у прокариот
– у эукариот
2. Уровни регуляции экспрессии генов эукариот
– претранскрипционный
· амплификация
· дифференциальная транскрипция
· хромосомы типа «ламповых щёток»
– транскрипционный
· ген-оператор
· ген-регулятор
· белок-репрессор
– посттранскрипционный
· альтернативный сплайсинг
· нетранслируемые области (НТО)
– трансляционный
– посттрансляционный
· посттрансляционный процессинг
5.3. Самостоятельная работа по теме:
- решение ситуационных задач
Задача №1.
Определите все варианты мРНК, кодирующие пептид Мет-Фен-Лей.
Задача №2.
Участок инициации синтеза полипептида в молекуле мРНК имеет нуклеотидную последовательность ГУАУАААУГУУУЦААЦАУ. Какие триплеты данной мРНК кодируют первые аминокислоты полипептида?
Задача №3.
Участок мРНК имеет структуру 5/АЦАУГААУГЦЦУЦУАГУЦУАА УУУ3/. Известно, что на этом участке находятся точки терминации для одного белка и инициации для следующего. Что можно сказать о рамках считывания этих белков?
Задача №4.
Эукариотический ген содержит 5 интронов. 1) что можно сказать о числе экзонов в его составе? 2) какое количество вариантов матричной РНК может образоваться в результате альтернативного сплайсинга при созревании первичного траскрипта?
Задача №5.
Информация о каких триплетах может получиться при точечной мутации триплета ААА?
Задача №6.
Покажите, как отразится на последующей трансляции добавление цитидилового нуклеотида к началу данной кодирующей последовательности: 5/ - АЦА ЦГА ЦАА ГАУ ААЦ УГГ ЦЦА. Для решения используйте таблицу генетического кода.
Задача №7.
Искусственно синтезированы короткие полинуклеотидные цепочки с таким взаимным расположением нуклеотидов:
…5/ УУГУУГУУГУУГУУГУУГУУГ…..3/. Каждая цепочка равновероятно (случайно) может начинаться с любой точки – любого нуклеотида. Каким будет результат трансляции всех возможных вариантов таких цепочек?
Задача №8.
Матричная РНК имеет следующую нуклеотидную последовательность: КЭП - 5\НТО – АУГУГУЦЦАГУУУГААЦУУГГГЦЦГЦА - 3/НТО- полиА 3/ конец. Каким будет результат трансляции данной мРНК на рибосоме, если:
1) В 3/НТО находится особая стимулирующая последовательность, перекодирующая триплет УГА?
2) В 3/НТО нет последовательности, перекодирующей триплет УГА?
5.4. Итоговый контроль знаний:
- Вопросы по теме занятия:
1. Особенность функционирования генов прокариот и эукариот в отношении количества генов, реагирующих на регуляторный сигнал.
2. Различия в организации большинства структурных генов эукариот и их рибосомных генов с позиции уровней регуляции экспрессии гена.
3. Основные отличия регуляции транскрипции у про- и эукариот.
4. Структурно-функциональные элементы, обязательные для прокариотического оперона.
5. Различие принципа и механизмов негативного и позитивного контроля в регуляции транскрипции генов на примере транскриптона прокариот.
6. Посттранскрипционная регуляция активности генов.
7. Трансляция прокариотических РНК на полицистронной матрице.
8. Регуляции экспрессии гена на посттрансляционном уровне
9. Сопоставление уровней регуляции экспрессии гена в отношении степени их инерционности и оперативности.
10. Сравнительный анализ принципов регуляции экспрессии гена у прокариот и эукариот.
- Тестовые задания по теме:
1. В лактозном опероне ген-оператор может быть заблокирован
1) субстратом
2) индуктором
3) белком-репрессором
4) сайленсером
2. Изменение в функционировании рибосомы после присоединения к ней молекул антибиотика является примером регуляции, происходящей на уровне
1) претранскрипционном
2) транскрипционном
3) посттранскрипционном
4)трансляционном
3. Ген – сайленсер участвует в регуляции экспрессии следующим образом
1) ускоряет транскрипцию
2) ускоряет трансляцию
3)замедляет транскрипцию
4) блокирует ген-оператор
4. Функция гена-оператора в системе регуляции экспрессии гена у прокариот
1) связывается с белком-репрессором
2) взаимодействует с геном-терминатором
3) связывается с РНК- полимеразой
4) блокирует промотор
5. В лактозном опероне ген - регулятор
1) взаимодействует со структурными генами
2) взаимодействует с геном-терминатором
3) блокирует промотор
4) программирует белок-репрессор
- Решение ситуационных задач:
Задача №1
Участок молекулы ДНК имеет следующую нуклеотидную последовательность: 3/ ТТТ ГЦЦ ГГА ТАА ААА ГЦГ 5/. Определите длину иРНК, которая образуется (длина одного нуклеотида = 0,34нм)
Задача №2
Участок полипептида состоит из следующей аминокислотной последовательности: треонин - глицин - глицин - гистидин — фенилаланин - лейцин. Постройте участок ДНК, кодирующий этот полипептид.
6. Домашнее задание для уяснения темы занятия (согласно методическим указаниям для внеаудиторной работы по теме занятия)
7. Рекомендации по выполнению НИРС:
1. Влияние воздействии антропогенных факторов среды на функционирование белоксинтезирующей системы у животных.
8. Рекомендованная литература по теме занятия:
- Обязательная
1. Биология в 2 кн. Учебник для медиц. спец. вузов / под ред. В.Н Ярыгина. М.: Высш. шк., 2005.
2. Руководство к практическим занятиям по биологии: учебное пособие / под ред. В.В. Маркина. М.: Медицина, 2006.
- Дополнительная
1. Общая и медицинская генетика: учебное пособие / ред. В.П. Щипков. М.: Академия, 2003.
2. Гинтер Е.К. Медицинская генетика: учебник. М.: Медицина, 2003.
3. Бочков Н.П. Клиническая генетика: учебник. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2004.
4. Северцов А.С. теория эволюции. М.: Владос, 2005.
5. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: учебное пособие. Новосибирск: Сибуниверизд., 2007.
6. Методические рекомендации для подготовки к курсовому экзамену по дисциплине «Биология с экологией» / сост. Т.Я. Орлянская, М.Н. Максимова, Л.С. Смирнова. Красноярск: тип. КрасГМА, 2007.
7. Григорьев А.И. Экология человека: учебник. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008.
8. Чернова Н.М. Общая экология: учебник. М.: Дрофа, 2004.
- Электронные ресурсы
1. Электронная библиотека по дисциплине Биология. М.: Русский врач, 2003.
2. ИБС КрасГМУ
3. БД MedArt
4. БД Медицина
5. БД Гении медицины
Приложение