Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Механизмы развития наследственных заболеваний.
Значение темы: процесс изучения темы направлен на формирование у выпускника следующих компетенций: ОК-1; ОК-5; ОПК-1; ОПК-2; ОПК-7; ОПК-9; ПК-5.
Цель занятия: после изучения темы студент должен:
Знать: Зн. 1, Зн. 2, Зн. 3, Зн. 4, Зн. 5, Зн. 6, Зн. 7, Зн. 8, Зн. 9.
Уметь: Ум. 1, Ум. 2, Ум. 3, Ум. 4, Ум. 5; Ум. 6, Ум. 7, Ум. 8, Ум. 9.
Владеть: Вл. 1.
Основные фундаментальные положения.
ДНК и РНК представляют собой линейные полимеры, построенные из нуклеотидов. Нуклеотид состоит из азотистого основания (являющегося производным пурина или пиримидина), моносахарида (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты.
Первичная структура нуклеиновых кислот – это порядок чередования нуклеотидов в полинуклеотидной цепи, связанных между собой 3,5-фосфодиэфирной связью. Вторичная структура ДНК представляет собой регулярную (в отличие от РНК) правозакрученную спираль, в которой две полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно и удерживаются относительно друг друга за счет водородных связей между комплиментарными азотистыми основаниями. Третичная структура ДНК формируется в результате ее взаимодействия с белками (гистоны и негистоновые белки).
Репликация – матричный процесс. Во время репликации каждая из двух цепей ДНК служит матрицей для образования новой цепи. Процесс включает следующие основные этапы: формирование репликативной вилки, синтез новых цепей ДНК, исключение праймеров (завершение формирования отстстающей цепи ДНК). Субстратами и источниками энергии для синтеза дочерних цепей ДНК являются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты.
Транскрипцией называется синтез РНК на ДНК-матрице. В результате образуются первичные транскрипты мРНК, тРНК, рРНК, комплементарные матричной цепи ДНК, имеющей напрвление от 3-, к 5-концу. Субстратами и источниками энергии для синтеза РНК являются рибонуклеозидтрифосфаты.
Биологический код – это способ записи информации об аминокислотной последовательности белков с помощью последовательности нуклеотидов в ДНК или РНК. Его характеризуют следующие свойства: триплетность и наличие терминирующих кодонов, специфичность, вырожденность, универсальность, однонапрвленность, колинеарность. Трансляция – это биосинтез белка на матрице мРНК. Субстратами для синтеза белковых молекул являются протеиногенные аминокислоты, а источником энергии – ГТФ.
Мутации – это нерепарированные изменения первичной структуры ДНК, появляющиеся в молекуле в результате ошибок в работе ДНК-полимераз или ДНК-репарирующих систем, воздействия факторов внешней и внутренней среды. Мутации в половых клетках передаются по наследству и могут проявляться в фенотипе потомства в виде наследственной болезни, связанной со структурными и функциональными изменениями белков.
Вопросы для изучения темы
1. Структурная организация ДНК и РНК.
2. Структура нуклеопротеинов.
3. Матричные биосинтезы. Общие принципы репликации и репарации ДНК. Нарушения репарации и ее последствия. Транскрипция.
4. Генетический код. Биосинтез белка (трансляция). Посттрансляционная модификация и фолдинг полипептидных цепей, шапероны.
5. Влияние антибиотиков, иных лекарственных препаратов и токсинов на матричные биосинтезы.
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение
1. Современные исследования в области лекарственных препаратов, оказывающих влияние на матричные биосинтезы.
2. Наследственные заболевания. Методы диагностики наследственных заболеваний.
3. Биохимические онкомаркеры.
Вопросы для самоконтроля
1. Из чего состоит нуклеопротеид?
2. Перечислите классы нуклеиновых кислот.
3. Назовите мономер, из которого образованы нуклеиновые кислоты, и перечислите его компоненты.
4. Перечислите виды азотистых оснований, входящих в состав ДНК и РНК.
5. Назовите виды РНК и их функции.
6. Что представляет собой первичная структура нуклеиновых кислот?
7. Что представляет собой вторичная структура РНК и ДНК?
8. В молекле ДНК количество адениловых нуклеотидов равно количеству ____________ нуклеотидов.
9. Что представляет собой третичная структура ДНК?
10. Что такое хроматин?
11. Нуклеосома состоит из _________
12. На чем основан метод молекулярной гибридизации?
13. Процесс биосинтеза ДНК включает следующие этапы (выбрать):
а) образование нуклесом;
б) формирование репликативной вилки;
в) синтез новых цепей ДНК;
г) образование фосфодиэфирной связи между отдельными нуклеотидами;
д) исключение праймеров;
е) завершение формирования отстающей цепи ДНК.
14. Формирование репликативной вилки происходит при участии следующих ферментов: ДНК-топоизомеразы, ………
15. Какие белки предотвращают повторное комплементарное скручивание матричных цепей в процессе формирования репликативной вилки?
16. Образовавшиеся дочерние цепи ДНК комплементарны и ________________ нитям материнской ДНК.
17. Кофактором ДНК- и РНК- полимераз являются ионы…..
18. Инициация синтеза ДНК происходит в нескольких точках хромосомы, которые называются точками инициации репликации или ________.
19. Участок ДНК между соседними ориджинами называется __________.
20. Определите функцию циклина Е в прохождении клеточного цикла.
21. Под влиянием различных факторов внутренней и внешней среды в структуре ДНК могут происходить (выбрать): репликация, разрыв нуклеотидных цепей, возникновение ошибок репликации, скручивание ДНК, образование продуктов алкилирования ДНК, исключение праймеров из репликативной вилки.
22. В процессе репарации, экзонуклеаза обеспечивает:
а) присоединение к дезоксирибозе основания в соответствии с правилами комплементарности;
б) определяет место повреждения в молекуле ДНК;
в) удаляет поврежденный участок в молекуле ДНК;
г) достраивает недостающий участок цепи;
д) соединяет неповрежденный и вновь синтезированный участки цепи ДНК.
23. Транскрипция – это ___________.
24. В процессе транскрипции различают стадии (выбрать): инициации, репликации, денатурации, элонгации, ренатурации, терминации.
25. Какие ферменты участвуют в транскрипции?
26. Участок ДНК, ограниченный промотором и сайтом терминации, называется…..
27. Синтез молекулы РНК идет на матричной цепи ДНК по принципу комплементарности и …….
28. Дополните предложения недостающими словами.
Нуклеиновые кислоты являются __________ полимерами, состоящими из ________, связанными между собой ______ связями. ДНК состоит из _________ цепей, связанных между собой _______ связями. Нити _________ друг другу, имеют _________ направление и закручены в _________ спираль.
29. Что такое биологический код?
30. Колинеарность биологического кода – это значит:
а) последовательность кодонов в зрелой мРНК соответствует последовательности аминокислот в синтезированном белке;
б) почти у всех видов организмов биологический код одинаков;
в) каждый триплет кодирует только одну аминокислоту;
г) одну аминокислоту могут кодировать несколько триплетов.
31. Основными этапами синтеза белка являются…
32. В ходе биосинтеза белка процессы инициации, элонгации и терминации происходят в (выбрать): ядре, на рибосомах, в эндоплазматическом ретикулуме, в аппарате Гольджи, вообще не происходят.
33. Дополните предложение недостающими словами.
Функционально активные белки образуются в результате ______________полипептидных цепей, синтезированных на ________.
34. Фолдинг – это …
35. Белки-шапероны принимают участие в посттрансляционной модификации белков, которая предполагает следующие обязательные процессы:……..
36. Семейство этих белков синтезируется в клетках эукариотов в ответ на вирусную инфекцию. Они индуцируют в зараженных клетках образование протеинкиназы, которая фосфорилирует фактор инициации трансляции IF2 и таким образом прекращает работу белок-синтезирующего аппарата. Две полипептидные цепи содержат 21 и 30 аминокислотных остатка, соединенных двумя межцепочечными и одной внутрицепочечной –S-S- связями. О каких белках идет речь?
37. Какие из лекарственных препаратов (доксорубицин, рифамицин, мелфалан, эритромицин) алкилируют молекулу ДНК и повреждают ее структуру?
38. Какие из перечисленных выше (предыдущий вопрос) препаратов по механизму действия относят к антибактериальным, а какие к противоопухолевым?
39. Заполните таблицу:
| Структурный компонет оперона | Функции |
| Структурные гены | |
| Оператор | |
| Промотор | |
| Ген-регулятор |
40. Для чего необходимы аминоацил-тРНК-синтетазы?
41. Что такое оперон? Его структура и функции.
Ситуационные задачи
1. После осторожного гидролиза высокомолекулярного соединения в гидролизате обнаружены аденозин, свободная фосфорная кислота, рибозофосфат и свободная рибоза. Какие структурные компоненты входят в состав (какого?) высокомолекулярного продукта? В какой последовательности связаны фосфат, рибоза и аденин?
2. Постройте комплементарную цепь к участку одной из цепей ДНК:
а) - Г - А - Г - Г - Ц - Т -; б) Ц - А - Г - Ц - Т – Т.
3. Постройте комплементарную цепь к участку ДНК так, чтобы образовавшаяся цепь представляла собой фрагмент РНК:
а) - Г - А - Г - Г - Ц - Т -; б) Ц - А - Г - Ц - Т – Т.
4. Олигонуклеотид гидролизовали двумя способами. В первом случае в гидролизате определили мононуклеотиды А, Г, Ц и Т (его было в 2 раза больше остальных), а также динуклеотиды Г-А, А-Т и Т-Т. Во втором случае наряду со свободными нуклеотидами нашли динуклеотид Г-Ц. Какова последовательность нуклеотидов в исходном продукте?
5. Чем упорядоченнее структура соединения, тем ниже вязкость его растворов. Чем обусловлено увеличение вязкости растворов ДНК при их нагревании до 70-80°С?
6. В биохимической лаборатории имелись три пробирки с ДНК, выделенной из печени мыши, мышц мыши и печени лошади. В процессе хранения надписи на пробирках стерлись. Объясните, как экспериментатору, используя метод молекулярной гибридизации, удалось установить, из ткани какого животного была выделена ДНК. Для этого составьте схему экспериментов, которые нужно было провести ученому.
7. Операции частичной гепатоэктомии (удаление части органа), осуществляющиеся при опухолевом поражении печени или травмах, стимулируют рост и деление клеток в сохранной части органа вплоть до восстановления первичного объема. Опишите процесс, стимулирующий увеличение числа гепатоцитов. Для этого:
а) изобразите его схему;
б) укажите субстраты, ферменты, источники энергии, кофермент;
в) перечислите основные белки, которые участвуют в регуляции клеточного цикла и их роль в подготовке к делению.
8. В процессе дифференцировки кроветворных клеток на стадии ретикулоцитов идет активный синтез α- и β-цепей глобина. Опишите механизм, обеспечивающий клетки матрицами для синтеза этих цепей. Для этого:
а) изобразите схему, отражающую синтез матрицы, содержащей информацию о структуре белковых цепей Нb;
б) укажите субстраты, фермент, источники энергии, кофермент и напишите суммарное уравнение процесса;
в) на схеме покажите модификации, которым подвергается продукт реакции, прежде чем он станет зрелой матрицей для синтеза полипептидных цепей.
9. Укажите, какие повреждения в ДНК фибробластов кожи может вызывать УФ-облучение (солнечные ванны, посещения солярия) и как они устраняются в норме.
10. Митохондриальная ДНК кодирует 13 ферментов, участвующих в биологическом окислении. При синдроме MELAS у пациентов обнаруживается накопление в крови молочной кислоты, энцефалопатия и инсультоподобные эпизоды. Оказалось, что причиной заболевания является мутация в гене, кодирующем строение тРНКЛей, связывающейся с лейцином. Объясните, какие этапы в синтезе митохондриальных ферментов будут нарушены при этой патологии по сравнению с нормой.
11. При образовании в организме избыточного количества альдостерона наблюдается снижение содержания ионов натрия в моче при одновременном повышении их концентрации в крови и внеклеточной жидкости за счет увеличения количества белков-переносчиков этих ионов в канальцах нефронов. Объясните, как и почему при гиперпродукции альдостерона меняется содержание ионов в моче и крови.
Для этого:
а) представьте схему, отражающую влияние альдостерона на содержание белков-переносчиков ионов в канальцах нефронов;
б) назовите участок ДНК, с которым будет взаимодействовать комплекс гормон-рецептор;
в) укажите матричный процесс, который ускоряется первично при действии гормона.
12. Фермент глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа встречается в популяции людей в двух вариантах, которые различаются по одной аминокислоте: в одном из вариантов аминокислота Асп заменена на Асн. Определите, какие изменения в кодоне гена этого фермента привели к появлению указанных вариантов. Для этого:
а) объясните, что такое полиморфизм белков;
б) укажите, являются ли описанные варианты ферментов примером этого явления;
в) запишите состав кодонов Асп и Асн.
13. Гистоны - это белки, содержащиеся в ядрах эукариотических клеток. Они прочно связаны с дезоксирибонуклеиновой кислотой, которая содержит много фосфатных групп. Изоэлектрическая точка гистонов очень высока - около 10,8. Какие аминокислотные остатки должны присутствовать в гистонах в относительно больших количествах? Каким образом эти остатки обеспечивают прочное связывание гистонов с ДНК?
14. Сколько разных матричных РНК может кодировать одну аминокислотную последовательность? В качестве примера напишите все возможные последовательности мРНК, которые способны кодировать простой трипептид лей-мет-тир. Объясните принцип написания нуклеотидной последовательности мРНК.
15. В печени крысы есть фермент, в полипептидную цепь которого входит 192 аминокислотных остатка. Этот фермент кодируется геном, включающим 1440 пар оснований. Объясните взаимосвязь между числом пар оснований в соответствующем гене и числом аминокислот в белке-ферменте.
16. ДНК-полимеразы могут выявлять и исправлять ошибки, тогда как РНК-полимеразы такой способностью, по-видимому, не обладают. Поскольку ошибка даже в одном основании как при репликации, так и транскрипции может привести к ошибке в синтезе белка, можете ли Вы дать биологическое объяснение этому феноменальному различию?
17. Известно, что индукторы (например, субстраты) усиливают процесс транскрипции. Более того, транскрипция генов рРНК и тРНК несколько опережает транскрипцию с участков ДНК, содержащих информацию о структуре специфических белков.
а) Каков механизм действия индукторов?
б) В чем биологический смысл опережающей активации генов рРНК и тРНК?
18. Действие стероидного гормона кортизола на печень приводит к увеличению синтеза ключевых ферментов, участвующих в синтезе глюкозы. а) Какой матричный процесс индуцирует кортизол? Для ответа на вопрос составьте схему происходящих процессов от поступления гормона в клетку до синтеза белков-ферментов глюконеогенеза (включить все этапы синтеза белка).
Лабораторная работа
1.Современные методы молекулярно-генетического анализа структуры ДНК (демонстрационный опыт).
2. Определение в плазме крови активности фермента 5-нуклеотидазы.
3. Определение содержания мочевой кислоты в плазме и сыворотке крови.
Тема №3.
Дата: 2019-03-05, просмотров: 970.