Самостоятельная внеаудиторная работа

    Задание 1. Решение задач.

1. В молекуле ДНК обнаружено 120 тиминовых нуклеотидов, которые составляют 30% от общего числа нуклеотидов этой ДНК. Определите количество других нуклеотидов в молекуле ДНК?

2. Четвертый пептид в нормальном гемоглобине состоит из следующих аминокислот: валин – гистидин – лейцин – треонин – пролин – глутаминовая кислота – глутаминовая кислота – лизин. У больного серповидноклеточной анемией состав пептида гемоглобина следующий: валин – гистидин – лейцин – треонин – пролин – валин – глутаминовая кислота – лизин. Определите изменения в участке ДНК, кодирующем четвертый пептид гемоглобина, приведшие к заболеванию.

3. В состав молекулы белка входит 157 аминокислот. Определите длину кодирующего ее гена, если известно, что расстояние между двумя нуклеотидами в молекуле ДНК составляет 3,4 Å?

     Задание 2.

На рис. 5 цифрами обозначены основные этапы энергетического обмена эукариотической клетки. Определите эти этапы и дайте им характеристику.

Рис. 5. Этапы энергетического обмена

Вопросы для самоконтроля знаний.

1. В чем заключается взаимосвязь потоков вещества, энергии и информации в

клетке?

2. Какие можно выделить основные этапы эволюции обмена веществ биологи-

ческих систем?  

3. Молекула ДНК,  в  отличие  от  рибонуклеиновых  кислот, состоит из двух

цепей нуклеотидов. Какой биологический смысл заложен в этом явлении?

4. Как можно объяснить тот факт, что на протяжении жизни клетки процессы

 транскрипции происходят только на одной (кодогенной) нити ДНК?

5. В чем заключается универсальность генетического кода? Какие можно при

вести доказательства?

6. В молекуле  ДНК  возникла мутация – произошла замена  пары  нуклеотидов,

при  этом  последовательность  аминокислот  в  белке не изменилась. Какие

объяснения могут быть этому событию?

7. Что означают термины «гены домашнего хозяйства» и «гены роскоши»?

8. Какие  причины  могут  привести  к  нарушению  энергетического  обмена в

клетке? Какие последствия при этом могут возникнуть?

9. Каким образом можно искусственно снизить интенсивность энергетического

обмена в организме? В каких случаях это используется в медицине?

Темы учебно-исследовательской работы студентов:

1. Эволюция  типов метаболизма у живых организмов.

2. Генетический гомеостаз и механизмы его поддержания.

3. Современное  представление о регуляции биосинтеза белка у высших

организмов.

4. Исследования в области изучения нуклеиновых кислот и биосинтеза

белка, отмеченные Нобелевскими премиями.

5. Кислород в живой клетке: добро и зло.

* * * * *

Словарь терминов

Автотрофы – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, используя при этом энергию света или энергию окислительно-восстановительных реакций неорганических соединений.

Аминоацил тр-РНК-синтетаза - фермент, осуществляющий присоединение соответствующей аминокислоты к транспортной РНК.

Амплификация– образование дополнительных копий нуклеотидных последовательностей, обнаруживаемых в ядерной или внеядерной ДНК.

Антикодон – триплет, занимающий определенное и постоянное положение в структуре транспортной РНК; комплементарно взаимодействует с кодоном информационной РНК.

Антипараллельность – принцип построения молекулы ДНК, согласно которому одна параллельная цепочка нуклеотидов начинается с 3’-конца, а другая – с 5’‑конца, т.е. нити ДНК расположены в противоположных направлениях.

Ассимиляция (анаболизм, пластический обмен) – совокупность биохимических реакций, в ходе которых клетки синтезируют собственные сложные органические вещества из более простых, используя при этом энергию АТФ.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) – мононуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, 5-углеродного сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты; универсальный источник и основной аккумулятор энергии в клетках прокариот и эукариот.

Биополимер – полимер биологического происхождения, содержащий большое количество повторяющихся структурных звеньев – мономеров. Примеры: полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты.

Вилка репликативная –область расхождения нуклеотидных цепей ДНК зоне репликации.

Ген – участок молекулы  ДНК, кодирующий аминокислотную последовательность одной полипептидной цепи, либо структуру  одной молекулы транспортной РНК или рибосомной РНК.

Ген-регулятор –ген, кодирующий регуляторный белок, который активирует или подавляет транскрипцию других генов.

Генетический код – принцип записи информации о последовательности аминокислот в полипептиде в виде последовательности нуклеотидов информационной РНК, образованной непрерывной цепью триплетов (кодонов).

Гликолиз – процесс анаэробного расщепления глюкозы, происходящий при участии ферментов гиалоплазмы клетки; в ходе последовательных реакций молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты, при этом образуется две молекулы АТФ (чистый выход).

Диссимиляция (катаболизм, энергетический обмен) – совокупность биохимических реакций, в ходе которых сложные органические вещества распадаются на более простые, при этом выделяется энергия. Часть энергии переходит в тепловую, а часть накапливается в макроэргических соединениях.

ДНК-лигаза – фермент, осуществляющий сшивание фрагментов цепочек ДНК (фрагментов Оказаки) в процессе репликации; принимает также участие в реакциях репарации ДНК.

ДНК-полимераза – фермент, обладающий ДНК-синтезирующей активностью, способен удлинять цепь ДНК последовательно наращивая по одному нуклеотиду к 3´-ОН-концу цепи в процессе полуконсервативной репликации; ДНК-полимераза выполняет также репаративную функцию – удаляет нуклеотиды, ошибочно вставленные в синтезируемую нить ДНК.

ДНК-топоизомераза – фермент, осуществляющий раскручивание материнской спирали ДНК; разрывает фосфодиэфирные связи между нуклеотидами, одна цепочка вращается вокруг другой, затем фосфодиэфирные связи восстанавливаются.

Инициация (транскрипции или трансляции) – сложные биохимические процессы, предшествующие собственно синтезу (элонгации) информационной РНК или полипептидной цепочки.

Интрон –транскрибируемый участок ДНК, который удаляется из состава зрелой информационной РНК при сплайсинге; состоит из цепи нуклеотидов, которые не кодируют аминокислоты.

Кодогенная нить ДНК – одна из двух цепочек нуклеотидов ДНК, на которой в ходе транскрипции синтезируется и-РНК.

Кодон– последовательность из трех нуклеотидов информационной РНК; смысловых (кодирующих аминокислоту) кодонов – 61; три кодона (УАГ, УАА, УГА), вызывающих терминацию синтеза белка, называются стоп-кодонами (нонсенс-кодонами, бессмысленными кодонами). 

Комплементарность – один из принципов построения нуклеиновых кислот, в соответствии с которым напротив одного нуклеотида может располагаться только комплементарный нуклеотид (в молекуле ДНК: А - Т, Г - Ц); в реакциях транскрипции аденину комплементарен урацил.

Макроэргические соединения – биологические молекулы, содержащие богатые энергией, или макроэргические, связи; способны аккумулировать, сохранять и отдавать энергию в ходе реакций обмена. К ним относятся АТФ и креатинфосфат (особенно много образуется в клетках мышечной ткани).

Метаболизм — совокупность ферментативных процессов, обеспечивающих существование и воспроизведение клетки.

НАД (никотинадениндинуклеотид, NAD) – кофермент, присутствующий во всех живых клетках, входит в состав ферментов группы дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции; выполняет функцию переносчика водорода, которого принимает от окисляемых веществ. Восстановленная форма (NADH) способна переносить водород на другие органические вещества.

Обратная связь – обратное воздействие результатов процесса на его протекание или управляемого процесса на управляющий орган или структуру.

Оперон – генетическая единица, включающая в себя группу регуляторных и структурных генов. Последние кодируют ферменты, участвующие в одной цепи химических реакций.

Полуконсервативность – один из принципов репликации ДНК; осуществляется за счет разделения исходной двухцепочечной молекулы ДНК и последующего использования каждой из цепей в качестве матрицы для синтеза комплементарной цепи.

Псевдогены– неактивные, но стабильные элементы генома, возникшие в результате мутации в ранее функционирующем гене.

Прерывистость – один из принципов репликации ДНК, согласно которому самоудвоение начинается не с одного конца спирали материнской ДНК, а одновременно в нескольких местах молекулы; участок между двумя точками репликации нитей ДНК  называют репликоном.

Промотор –  участок ДНК, к которому присоединяется РНК-полимераза с тем, чтобы начать транскрипцию с соответствующих структурных генов.

Процессинг – совокупность реакций, происходящих после транскрипции, в ходе которых из молекулы пре-информационной РНК удаляются участки, соответствующие интронам, а участки, соответствующие экзонам, соединяются друг с другом (сплайсинг).

Репарация ДНК – особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять нарушения химического строения нуклеотидов и разрывы в молекулах ДНК, возникшие в результате воздействия различных мутагенных факторов

или в процессе репликации ДНК. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.

Репликация – процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное копирование генетической информации и передачу ее из поколения в поколение. В основе механизма репликации лежит принцип матричного синтеза ДНК на ДНК или РНК на РНК.

Репрессия — подавление активности гена, чаще всего путем блокирования его транскрипции.

РНК-полимераза – фермент, осуществляющий матричный синтез РНК из рибонуклеотидов. В зависимости от используемой матрицы – ДНК или РНК – различают ДНК-зависимую РНК-полимеразу и РНК-зависимую РНК-полимеразу.

Сплайсинг – процесс удаления интронов и объединения экзонов с образованием зрелой информационной РНК, при участии которой в последующем происходят процесс трансляции.

Терминация (транскрипции или трансляции) – заключительный этап синтеза информационной РНК или полипептидной цепочки; совокупность биохимических процессов, приводящих к освобождению синтезированных веществ.

Транскрипция – процесс синтеза РНК с использованием в качестве матрицы ДНК, происходящий в клетках прокариот и эукариот;  перенос генетической информации с ДНК на РНК (информационную, транспортную или рибосомную); в реакциях участвуют различные типы РНК-полимераз:  РНК-полиме-раза  I ответственна за транскрипцию генов рибосомных РНК;  РНК-полимераза II – участвует с синтезе молекул пре-информационных РНК, РНК-полимераза III – осуществляет синтез транспортных РНК.

Транскрипция обратная– синтез ДНК на матрице РНК, осуществляется ферментом обратной транскриптазой; происходит при размножении в клетках прокариот или эукариот  РНК-содержащих вирусов.

Трансляция – перевод последовательности нуклеотидов информационной РНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи; происходит при участии рибосом клетки.

Экзон –любой отдельный фрагмент прерывистого гена, который сохраняется в зрелой информационной РНК; состоит из цепи нуклеотидов, кодирующих аминокислоты.

Элонгация (транскрипции или трансляции) – собственно синтез РНК или полипептидной цепи при участии специфических ферментов.

Экспрессия гена — процесс реализации информации, закодированной в гене; состоит из двух основных стадий – транскрипции и трансляции.

* * * * *

Тема следующего занятия: 

«Временная организация клетки. Клеточный цикл и его периодизация.    

Митоз»

 Вопросы для устного собеседования:

1. Клеточный цикл и его периодизация. Основные принципы организации

клеточного цикла. Механизмы регуляции роста клеток.

2. Морфологическая и генетическая характеристика периодов интерфазы.

3. Митотический цикл. Морфологическая и генетическая характеристика 

стадий. Биологическое значение митоза.

4. Кариотип. Принципы классификации хромосом.

5. Патологические  митозы,  их  значение.  Эндомитоз. Понятие  о  стволовых 

клетках.

6. Особенности жизненных циклов дифференцированных клеток. Старение и 

гибель клеток.

 Рекомендуемая литература:

1. Лекционный материал

2. Под ред. В.Н.Ярыгина. Биология (в двух книгах). М., «Высшая школа»,

2006. – Книга 1, с. 55-60

* * * * *

Занятие № 4

Тема занятия: «Временная организация клетки. Жизненный                        

                             цикл  клетки и его периодизация. Митоз»

Цель занятия:

- изучить временную организацию клеток;

- сформировать представление о специфичности клеточного цикла для клеток

различных тканей;

- ознакомиться с особенностями митотического цикла и механизмами его ре-

гуляции;

- научиться определять на микропрепаратах фазы митоза.