Классификация генов. Организация структурных генов у прокариот и эукариот.




Существует несколько подходов к классификации генов, каждый из которых отражает особенности их функционирования в процессе онтогенеза. Гены, как единицы функции наследственного материала, разделяются на структурные, регуляторные и гены-модуляторы.
Структурные гены содержат информацию о структуре белка (полипептидов) и рибонуклеиновых кислот (рибосомальной и транспортной), при этом генетическая информация реализуется в процессе транскрипции и трансляции. У человека насчитывается около 30 000 структурных генов, но только часть из них экспрессирована. Регуляторные гены (например, ген - регулятор лактозного оперона) координируют активность структурных генов на уровне клетки, а также дерепрессию и репрессию генов на уровне организма. Наряду с регуляторными генами, имеются регуляторные последовательности (промотор, оператор, терминатор, энхансеры, сайленсеры, элемент перед промотором), функция которых выявляется во взаимодействии со специфическими белками.

Гены-модуляторы усиливают или ослабляют действие структурных генов, изменяя их функциональную активность.

Структурные гены различным образом организованы у прокариот и эукариот.
У прокариот структурные гены организованы в виде независимых генов, транскрипционных единиц и оперонов.

Независимые гены состоят из непрерывной последовательности кодонов, они постоянно экспрессированы и не регулируются на уровне транскрипции (ген-регулятор лактозного оперона). Транскрипционные единицы - группы разных генов, которые связаны функционально и транскрибируются одновременно, что обеспечивает в последующем одинаковое количество синтезируемых продуктов.
Оперон - это группа структурных генов, следующих друг за другом, находящихся под контролем оператора - определённого участка ДНК.
У эукариот структурные гены, функция которых связана с регуляторными, организованы в виде независимых генов, повторяющихся генов и кластеров генов.
Независимые гены, как правило, располагаются индивидуально, их транскрипция не связана с транскрипцией других генов. Активность некоторых из них регулируется гормонами.
Повторяющиеся гены присутствуют в хромосоме в виде повторов (копий) одного гена - гены гистонов, тРНК, рРНК. Причина повторяемости гистоновых генов определяется необходимостью синтезировать большое количество гистонов, которые являются основными структурными белками ядра (суммарная масса гистонов равна массе ДНК).
Кластер генов - это группа различных генов с родственными функциями, локализованных в определённых участках хромосом.

 

Тесты:

1.Некоторые триплеты иРНК (УАА, УАГ, УГА) не кодируют аминокислоты, а являются терминаторами в процессе считывания информации, то есть кодоны прекращающие транскрипцию. Эти триплеты имеют название...

А. Операторы

Б. Стоп-кодоны

В. Антикодоны

Г. Экзоны

Д. Интроны

2.При всех формах размножения (половом и неполовом) элементарными дискретными единицами наследственности является:

А. Одна цепь молекулы ДНК

Б. Одна пара нуклеотидов

В. Один ген

Г. Один нуклеотид

Д. Две цепи молекулы ДНК

3. Под действием мутагена в гене изменился состав нескольких триплетов, но клетка продолжала синтезировать тот же белок. С каким свойством генетического кода это может быть связано

А. Неперекрываемостью

Б. Универсальностью

В. Триплетностью

Г. Вырожденностью

Д. Коллинеарностью

4. Ген, который кодирует цепь полипептида, содержит 4 экзон и 3 интрона. После окончания процессинга в зрелой и-РНК участка будут комплементарен:

А. 1 экзону и 1 интрону.

Б. 2 экзонам и 1 интрону.

В. 4 экзонам

Г. интронам.

Д. 4 экзонам и 3 интронам.

5. Большинство структурных генов эукариот (фрагмент ДНК) являются функционально неодинаковыми. Они содержат экзоны (информативные участки) и интроны (неинформативные фрагменты). Как называется молекула РНК синтезируемая на такой ДНК

А. про-иРНК

Б. иРНК

В. тРНК

Г. рРНК

Д. мРНК

6. Установлено, что последовательность триплетов нуклеотидов точно соответствует последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Как называется такая особенность генетического кода:

А. Колинеарность

Б. Триплетность

В. Неперекрываемость

Г. Выродженность

Д. Универсальность

7. Что такое мутон?
А. способность гена изменяться
Б. наименьший участок ДНК, изменение которого ведет к мутации
В. участие гена в мутации
Г. единица считывания генетической информации, участвующая в трансляции

Д. единица транскрипци

8. В чем заключается свойство дискретности гена?
А. в том, что он представляет собой отдельную структурную единицу наследственного материала
Б. в том, что ген определяет присутствие и отсутствие отдельной биохимической реакции

В. в том, что последовательность нуклеотидов считывается триплет за триплетом без пропусков

Г. в том, что каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту

Д. в том, что практически все аминокислоты, кодируются более чем одним триплетом

9. Какое свойство гена обеспечивает изменчивость как свойство живых организмов?
А. специфичность действия
Б. стабильность структуры

В. триплетность генетического кода

Г. способность мутировать

Д. вырожденность генетического кода

10. В чем выражается специфичность действия гена?
А. в определении морфологии, локализации и спепени изменчивости, обусловленного им определенного признака
Б. в определении возможности развития одновременно нескольких признаков

В. в том, что каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту

Г. в том, что последовательность нуклеотидов считывается триплет за триплетом без пропусков

Д. в том, что практически все аминокислоты, кодируются более чем одним триплетом

Задачи для контроля знаний:

Задача 1. Значащая цепочка ДНК содержит такую последовательность нуклеотидов: ЦГГАТЦААГТТТЦГЦЦЦАТ. Постройте соответствующую ей и-РНК.

Задача 2. Известно, что в молекуле РНК урациловых нуклеотидов 10%, адениловых 25%, гуаниловых-45%, цитидиловых-20%. Определите соотношение между нуклеотидами ДНК, служащей матрицей для данной РНК.

Задача 3. Какую последовательность аминокислот кодирует молекула и-РНК: АГЦАУГУЦАУГААЦЦГАУ?

Задача 4. Отрезок молекулы ДНК, определяющий первичную структуру белка, содержит следующую последовательность нуклеотидов:

- ТТЦЦГТАТАГГА- определите последовательность нуклеотидов на иРНК, число тРНК, которые участвуют в биосинтезе белка и нуклеотидный состав антикодонов тРНК.

 

6.Материалы для разбора с преподавателем и контроля его усвоения:

6.1. Разбор с преподавателем узловых вопросов для освоения темы занятия.

6.2. Демонстрация преподавателем методик практических приемов по теме.

6.3. Материал для контроля усвоения материала:

Вопросы для разбора с преподавателем:

1. Ген как единица генетической функции. Определение и свойства.

2. Строение гена про- и эукариот.

3. Гены структурные, регуляторные, тРНК, рРНК. Структура и функции. Классификация генов.

4. Генетический код, его свойства.

5. Экзонно-интронная организация генома эукариот.

Практическая часть

1. Рассмотреть принцип организации гена эукариот на примере -участка гемоглобина, занести в протокол.

2 Решить задачи.

8.Литература:

Основная:

  1. Биология: В 2кн. Кн.1: Учеб. для мед.спец. вузов /под ред. В.Н.Ярыгина. 6-е изд. -М.:Высшая школа,2004.- С.166-170
  2. Биология/А.А.Слюсарев, С.В.Жукова.- К.: Вища школа. Головное изд-во, 1992 - С.33, 84-88
  3. Биология. Руководство к практическим занятиям для студентов стоматологических факультетов под ред. акад. РАЕН проф. В.В. Маркиной. Изд. М. «ГЭОТАР- Медиа» 2010 г.

 

Дополнительная:

1. Медична біологія: Підручник /за ред.В.П.Пішака, Ю.І.Бажори.-Вінниця:Нова книга,2004.- С.26-28, 104-107

2. Албертс Г., Грей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир,1986. – В 3 т, 2-е изд. Т.1.- С. 176-177

3. Граф логической структуры.

4. Конспект лекций.

 

Занятие №5

Тема: «Передача генетической информации в клетке. Биосинтез белка»

1.Актуальность темы: изучение данной темы необходимо для понимания теоретических основ генетики. Знания о строении и функции генов позволяет решать многие проблемы биологии и медицины с совершенно новых позиций. Важное значение в наши дни приобретает биотехнология - основное направление промышленности по созданию пищевого белка и лекарственных препаратов. Лечение многих болезней (болезни обмена веществ и рак), возможно, будет только с точки зрения генетической инженерии. Генетическая инженерия использует введение в геном генов и хромосом с определенными свойствами. Все это будет возможно, если знать не только структуру и функции генов, но и этапы реализации наследственной информации, и применять эти достижения, основываясь на теоретических и практических данных.

2.Учебные цели занятия: изучить этапы реализации наследственной информации в клетке. Изучить основные этапы транскрипции и трансляции. Уметь решать задачи по биосинтезу белка.

3.Цели развития личности: профессиональные

4. Оснащение: а) методический материал, таблицы; б) световые микроскопы, в) постоянные микропрепараты, дидактический материал и технические средства обучения (кино- и видеофильмы, тренинговые и контролирующие компьютерные программы, мультимедийные атласы, альбомы, ситуационные задачи и др.).

 

5. Материалы для самоподготовки:

5.1. Вспомогательный учебный материал

Этапы биосинтеза белка

Биосинтез белка в организме эукариот происходит в несколько этапов.

Транскрипция – это процесс синтеза и-РНК на матрице ДНК. Цепи ДНК в области активного гена освобождаются от гистонов. Водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями разрываются. Основной фермент транскрипции РНК-полимераза присоединяется к промотору – специальному участку ДНК. Транскрипция проходит только с одной (кодогенной) цепи ДНК. По мере продвижения РНК-полимеразы по кодогенной цепи ДНК рибонуклеотиды по принципу комплементарности присоединяются к цепочке ДНК, в результате образуется незрелая про-и-РНК, содержащая как кодирующие, так и некодирующие нуклеотидные последовательности (рис. 1).

Рис. 1. Схема транскрипции (синтеза и-РНК на матрице ДНК).

 

2. Затем происходит процессинг – созревание молекулы РНК. На 5-конце и-РНК формируется участок (КЭП), через который она соединяется с рибосомой. Ген, т.е. участок ДНК, кодирующий один белок, содержит как кодирующие последовательности нуклеотидов – экзоны, так и некодирующие – интроны. При про-цессинге интроны вырезаются, а экзоны сшиваются. В результате на 5-конце зрелой и-РНК находится кодон-инициатор, который первым войдет в рибосому, затем следуют кодоны, кодирующие аминокислоты полипептида, а на 3-конце – кодоны-терминаторы, определяющие конец трансляции. Цифрами 3 и 5 обозначаются соответствующие углеродные атомы рибозы.

Транскрипция и процессинг происходят в ядре клетки. Затем зрелая и-РНК через поры в мембране ядра выходит в цитоплазму, и начинается трансляция.

3. Трансляция – это процесс синтеза белка на матрице и-РНК. В начале и-РНК 3-концом присоединяется к рибосоме. Т-РНК доставляют к акцепторному участку рибосомы аминокислоты, которые соединяются в полипептидную цепь в соответствии с шифрующими их кодонами. Растущая полипептидная цепь перемещается в донорный участок рибосомы, а на акцепторный участок приходит новая т-РНК с аминокислотой. Трансляция прекращается на кодонах-терминаторах.

Начало процесса трансляции определяет кодон-инициатор (АУГ, в ДНК – ТАЦ), кодирующий аминокислоту метионин. Этот кодон первым входит в рибосому. Впоследствии метионин, если он не предусмотрен в качестве первой аминокислоты данного белка, отщепляется.

Рис. 2. Трансляция (поцесс синтеза белка на матрице и-РНК).


Этапы реализации наследственной информации

 

Схема, иллюстрирующая пять возможных уровней, на которых может происходить контроль экспрессии генов у эукариот.

Тесты:

1.В ядре клетке из про-иРНК образована молекула зрелой иРНК, имеющая меньший размер, чем незрелая иРНК. Совокупность этапов этого превращения называется:

А. Процессинг;

Б. Репликация;

В. Рекогниция;

Г. Трансляция

Д. Терминация.

2. Одним из этапов синтеза белка является рекогниция. Первой триплет иРНК начинается триплета - УАУ. Какой комплементарный триплет находится в тРНК

А. УАУ

Б. ГУГ.

В. УГУ.

Г. ЦУЦ.

Д. АУА.

3. В здоровой клетке слюнной железы человека исследуются процессы биосинтеза ферментов. Основным направлением потока информации в этой клетке будет:

А. иРНК > полипептид > ДНК.

Б. ДНК > иРНК > полипептид.

В. тРНК > иРНК > ДНК > полипептид.

Г.ДНК > полипептид > иРНК.

Д. Полипептид > иРНК > ДНК.

4. К рибосоме подошла зрелая иРНК, в молекуле которой находятся структурные кодоны. Эти кодоны в процессе биосинтеза полипептида являются сигналом:

А. Присоединения РНК-синтетазы.

Б. Соединения определенных экзонов.

В. Началу транскрипции.

Г. Окончания транскрипции.

Д.Присоединения определенной аминокислоты.

5. В гене зашифрована информация о:

А. строении белков, жиров, углеводов

Б. первичной структуре белка

В. последовательности нуклеотидов в ДНК

Г. последовательности нуклеотидов в и-РНК

Д. структуре нуклеотидов ДНК и РНК.

6. Какой из нуклеотидов не входит в состав ДНК?

А. тимин

Б. урацил

В. гуанин

Г. цитозин

Д. аденин.

7. Трансляция при биосинтезе белка осуществляется:

А. в ядре

Б. на рибосоме

В. в митохондриях

Г. на лизосомах

Д. на гладкой ЭПС.

8. В соматических клетках многоклеточного организма:

А. различный набор генов и белков

Б. одинаковый набор генов и белков

Г. одинаковый набор генов, но разный набор белков

Д. одинаковый набор белков, но разный набор генов

9. Материальный носитель наследственной информации в эукариотической клетке

А. и-РНК

Б. р-РНК

В. ДНК

Г. белок

Д. про-и-РНК

10. Транскрипция при биосинтезе белка осуществляется:

А. в ядре

Б. на рибосоме

В. на ЭПС

Г. в митохондриях

Д. в вакуолях.

 

Задачи для контроля знаний:

Задача 1. Определите, что тяжелее - белок или кодирующий его ген.

Задача 2. Определите длину и массу структурного гена, кодирующего белок, который имеет молекулярную массу 3200 дальтон.

Задача 3. Определите длину и массу гена, если известно, что в составе 20% интронов, а масса кодируемого им полипептида 1600 дальтон.

Задача 4. Последовательность нуклеотидов в кодирующей цепочке ДНК: ААА ГГА ТТЦ ЦАА ЦЦТ АТЦ ГТЦ. Постройте соответствующую последовательность аминокислот в полипептиде, если известно,что 7-11 и 15-17 нуклеотиды интроны.

Задача 5. Вес полипептида 3000 дальтон, вес одного участка цепочки ДНК, где закодирована последовательность нуклеотидов этого полипептида 93000. Какова доля интронов в этом участке ДНК?

Задача 6. Постройте фрагмент гена, кодирующего полипептид: лей-вал-сер-асп-сер-цист-глу-non.

 

6.Материалы для разбора с преподавателем и контроля его усвоения:

6.1. Разбор с преподавателем узловых вопросов для освоения темы занятия.

6.2. Демонстрация преподавателем методик практических приемов по теме.

6.3. Материал для контроля усвоения материала:

Вопросы для разбора с преподавателем:

1. Основные этапы биосинтеза белка в клетке.

2. Транскрипция. Процессинг, сплайсинг.

3. Трансляция (инициация, элонгация, терминация). Постранслянционная модификация белков

4. Ферменты, принимающие участие в процессе биосинтеза белка.

Практическая часть

1. Зарисовать схему, иллюстрирующую пять возможных уровней, на которых может происходить контроль экспрессии генов у эукариот из раздела « Вспомогательный учебный материал».

2. Рассмотреть рис. 1 и рис. 2. Разобрать с их помощью особенности разных этапов биосинтеза белка.

3. Решить задачи.

 

8.Литература:

Основная:

1. Биология: В 2кн. Кн.1: Учеб. для мед.спец. вузов /под ред. В.Н.Ярыгина. 6-е изд. -М.:Высшая школа,2004.- С.166-170

2. Биология/А.А.Слюсарев, С.В.Жукова.- К.: Вища школа. Головное изд-во, 1992 - С.33, 84-88

3. Биология. Руководство к практическим занятиям для студентов стоматологических факультетов под ред. акад. РАЕН проф. В.В. Маркиной. Изд. М. «ГЭОТАР- Медиа» 2010 г.

 

Дополнительная:

1.Медична біологія: Підручник /за ред.В.П.Пішака, Ю.І.Бажори.-Вінниця:Нова книга,2004.- С.26-28, 104-107

2.Албертс Г., Грей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир,1986. – В 3 т, 2-е изд. Т.1.- С. 176-177

3.Граф логической структуры.

4.Конспект лекций.

 

 

Занятие №6

Тема: «Регуляция биосинтеза белка. Геном человека. Геномные технологии. Геномика.»

1.Актуальность темы: изучение данной темы необходимо для понимания теоретических основ генетики. Знания о геноме человека позволяет решать многие проблемы биологии и медицины с совершенно новых позиций. Своевременная диагностика, профилактика и эффективное лечение многих болезней (генетически обусловленнных патологий, в т.ч. болезней обмена веществ и рака), будет возможно с помощью применения геномных технологий и методов генетической инженерии. Генетическая инженерия использует введение в геном генов и хромосом с определенными свойствами. Все это будет возможно, если знать не только структуру и функции генов, но и регуляцию биосинтеза белка на разных этапах реализации наследственной информации, и применять эти достижения, основываясь на теоретических и практических данных.

2.Учебные цели занятия: изучить регуляцию биосинтеза белка на разных этапах реализации наследственной информации в клетке. Ознакомиться с результатами программы «Геном человека», понятиями «геномика», «геномные технологии». Уметь решать типовые задачи по теме.

3.Цели развития личности: профессиональные

4. Оснащение: а) методический материал, таблицы; б) световые микроскопы, в) постоянные микропрепараты, дидактический материал и технические средства обучения (кино- и видеофильмы, тренинговые и контролирующие компьютерные программы, мультимедийные атласы, альбомы, ситуационные задачи и др.).

 

5. Материалы для самоподготовки:

5.1. Вспомогательный учебный материал



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: