информации и ее регуляция
Цель. Знать молекулярную структуру и свойства нуклеиновых кислот, хромосом, стадии биосинтеза белка, принципы регуляции генной активности. Уметь выявлять ДНК в ядрах клеток с помощью реакции Фельгена.
Задание для студентов
Работа 1. ДНК в ядрах клеток
На постоянном препарате под большим увеличением микроскопа рассмотрите в ядрах клеток эпителия слизистой оболочки ротовой полости ДНК, выявленную с помощью реакции Фельгена.
Зарисуйте несколько ядер, в которых ДНК окрашена в пурпурномалиновый цвет.
Работа 2. Молекулярная структура ДНК эукариот
Рассмотрите рис. 1. Зарисуйте строение вторичной (2) структуры
ДНК.
Рис. 1. Строение ДНК эукариот.
Структуры ДНК: 1 — первичная; 2 — вторичная; 3 — третичная.
А — аденин; Г — гуанин — пуриновые азотистые основания; Ц — цитозин; Т — тимин-пиримидиновые азотистые основания; Д — дезоксирибоза; Ф — остаток фосфорной кислоты; Н — нуклеотид
Работа 3. Структурно-функциональная организация ДНК у про- и эукариот
Изучите таблицы, перепишите их в рабочую тетрадь.
|
Признаки |
Прокариоты |
Эукариоты |
|
Количество генов |
4 тыс. (Е. coli) |
Около 30 тыс. (человек) |
|
Количество ДНК |
4 млн пар нуклеотидов |
3-7 млрд пар нуклеотидов |
|
Кодирующие последовательности ДНК |
Более 90\% |
Менее 10\% |
|
Связь ДНК с гистонами |
Отсутствует |
Формирует нуклеосомы |
|
Укладка ДНК |
Кольцевая, содержит 100 петель по 40 тыс. пар нуклеотидов |
Линейная с замкнутыми в теломеры концами, имеет 4 уровня спирализации |
|
Количество репликонов |
Один |
50 тыс. |
|
Активно работающие участки |
Более 90\% генов |
Менее 10\% генов |
|
Процессинг |
Отсутствует |
Осуществляется при переходе пре-мРНК из ядра в цитоплазму |
|
Регуляция транскрипции |
Оперонная |
Сложная каскадная |
Работа 4. Организация наследственного материала у прокариот (нуклеоид)
Рассмотрите рис. 2 и обратите внимание на укладку ДНК в виде петель.
Рис. 2. Укладка ДНК в нуклеоиде прокариот:
1 — кольцевая молекула ДНК; 2 — укладка ДНК в виде петель; 3 — белки, связывающие петли ДНК
Работа 5. Уровни организации интерфазного хроматина
Рассмотрите по рис. 3 уровни организации наследственного материала у эукариот.
Рис. 3. Схема различных уровней компактизации хроматина: а — нуклеосомная нить; б — микрофибрилла; в — интерфазная хромонема; г — молекулярная организация нуклеосомной нити: 1 — нуклеосома; 2 — ДНК; 3 — гистоны Н2А, Н2В, Н3 и Н4; 4 — гистон Н1
Работа 6. Биосинтез белка у прокариот и эукариот
Изучите и зарисуйте процесс биосинтеза белка по схеме 1.
Схема 1. Биосинтез белка у прокариот (а) и эукариот (б)
Работа 7. Транскрипция и процессинг у эукариот
Изучите транскрипцию и процессинг по рис. 4.
Рис. 4. Транскрипция и процессинг у эукариот:
1 — ДНК; 2 — пре-мРНК; 3 — РНК-полимераза; 4 — кодогенная цепь ДНК; 5 — экзоны; 6 — интроны; 7 — зрелая мРНК; Т — терминатор; КЭП и поли-А — концевые последовательности нуклеотидов; ТАЦ и АУГ — инициаторные триплеты
Работа 8. Трансляция. Этапы рибосомного цикла
Изучите и зарисуйте по рис. 5 процесс трансляции.
Рис. 5. Процесс трансляции:
1 — малая субъединица рибосомы; 2 — большая субъединица рибосомы; 3 — аминоацильный (А) центр; 4 — пептидильный (П) центр; 5 — АУГ-инициаторный триплет мРНК; 6 — терминатор мРНК; 7 — инициаторная тРНК; 8 — аминокислоты формирующегося полипептида; 9 — колпачок
Работа 9. Регуляция активности генов у прокариот (схема Жакоба-Моно)
Рассмотрите и зарисуйте изображение регуляции синтеза белка путем индукции и репрессии (рис. 6).
Рис. 6. Регуляция синтеза белка путем индукции (а, б) и репрессии (в, г): а — структурные гены оперона блокированы; б — дерепрессирование генов индуктором; в — при недостаточном количестве конечного продукта (корепрессора) оперон дерепрессирован, а при избыточном — блокирован (г)
Работа 10. Основные принципы регуляции активности генов у эукариот
Изучите и перепишите.
1. У эукариот не установлено оперонной организации генов, так как гены, определяющие синтез ферментов одной цепи биохимических реакций, могут быть рассеяны в геноме и не имеют, как у прокариот, единой регулирующей системы (ген-регулятор, промотор, оператор и т.д.).
2. Регуляция транскрипции у эукариот комбинационная, т.е. активность каждого гена регулируется большим числом генов-регуляторов.
3. У многих эукариотических генов в ДНК имеется несколько зон, узнаваемых разными белками.
4. У эукариот существуют белки-регуляторы, контролирующие работу других регуляторных белков, и их действие может характеризоваться плейотропным эффектом.
5. В регуляции экспрессии эукариотических генов важную роль играют гены энхансеры (усиливают транскрипцию) и сайленсеры (тормозят транскрипцию).
6. В регуляции транскрипции участвуют гормоны, а генной активности — гистоны хромосом.
7. Регуляция экспрессии генов осуществляется на всех этапах реализации наследственной информации.
Вопросы для самоподготовки
1. Каковы особенности организации наследственного материала у про- и эукариот?
2. Какова молекулярная организация и функции нуклеиновых кислот?
3. Что такое ген? Какое определение гена Вы считаете более точным?
4. Каковы особенности строения генов у про- и эукариот?
5. Что такое генетический код и каковы его свойства?
6. Каковы основные этапы биосинтеза белка, в чем их сущность?
7. Каковы механизмы регуляции генной активности у прокариот (схема Жакоба-Моно)?
8. Каковы основные принципы регуляции генной активности у эукариот?
Тестовые задания
Выберите один правильный ответ.
1. ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ЕДИНИЦЕЙ ФУНКЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА ЯВЛЯЕТСЯ:
1. Мутон
2. Рекон
3. Ген
4. Оперон
2. ТРАНСКРИПЦИЮ ОСУЩЕСТВЛЯЕТ ФЕРМЕНТ
1. ДНК-полимераза
2. РНК-полимераза
3. Геликаза
4. Лигаза
3. МУЛЬТИГЕННЫЕ СЕМЕЙСТВА И КОМПЛЕКСЫ В ГЕНОМЕ
СОДЕРЖАТ:
1. Прокариоты
2. Вирусы
3. Эукариоты
4. Фаги
Выберите несколько правильных ответов.
4. СВОЙСТВАМИ ДНК КАК ВЕЩЕСТВА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ЯВЛЯЮТСЯ:
1. Химическая стабильность
2. Репликация
3. Репарация
4. Способность к трансляции
5. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА ПРОИСХОДИТ С УЧАСТИЕМ ОРГАНЕЛЛ:
1. Лизосомы
2. Гладкая ЭПС
3. Рибосомы
4. Полисомы
6. ОСОБЕННОСТЯМИ РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ЭУКАРИОТ ЯВЛЯЮТСЯ:
1. Отсутствие оперонной организации генов
2. Наличие оперонной организации генов
3. Наличие комбинационной регуляции транскрипции
4. Регуляция экспрессии генов на всех этапах реализации генетической информации
Установите соответствие.
7. ТРИПЛЕТЫ ДНК:
1. ААГ
2. АГЦ
ТРИПЛЕТЫ мРНК:
а) ГГЦ
б) ЦЦУ
в) УУЦ
г) ГГА
д) ГУА
е) ГЦГ
ж) ЦУЦ
з) УЦГ
Установите правильную последовательность.
8. УПАКОВКИ ДНК В ХРОМОСОМЕ ЭУКАРИОТ:
1. Хромонема
2. Хроматида
3. Нуклеосомная нить
4. Микрофибрилла
9. БИОСИНТЕЗА БЕЛКА У ЭУКАРИОТ:
1. Трансляция
2. Транскрипция
3. Процессинг
4. Посттрансляция
10. РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ПРОКАРИОТ
(СХЕМА ЖАКОБА-МОНО):
1. Считывание информации со структурных генов
2. Образование комплекса индуктор-репрессор
3. Поступление индуктора в цитоплазму прокариота
4. Освобождение оператора от репрессора
5. Образование полицистронного транскрипта
6. Синтез отдельных пептидов
Литература
Основная
Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. — М.: Высшая школа, 2001. — Кн. 1. — С. 65-138, 147-152, 163-171.
Пехов А.П. Биология с общей генетикой. — М.: Изд-во РУДН, 1993. — С. 95-112, 141-154, 166-171.
Дополнительная
Альберт Б. и др. Молекулярная биология клетки. — М.: Мир, 1994. —
Т. 1.
Гильберт С. Биология развития. — М.: Мир, 1994. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. — Н.: Сибирское университетское издательство, 2003.