Матричные биосинтезы. 2011 год матричные биосинтезы модульная единица 1 Методы анализа структуры ДНК. Функции нуклеиновых кислот. 1

• Название: 2011 год матричные биосинтезы модульная единица 1 Методы анализа структуры ДНК. Функции нуклеиновых кислот. 1
• Анкор: Матричные биосинтезы.doc
• Дата: 02.05.2017
• Размер: 2.53 Mb.
• Имя файла: Матричные биосинтезы.doc
• Тип: Документы; #6549

2011 год МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ МОДУЛЬНАЯ ЕДИНИЦА 1
Методы анализа структуры ДНК. Функции нуклеиновых кислот.
1. В биохимической лаборатории имелись три пробирки с ДНК, выделенной из печени мыши, мышц мыши и печени лошади. В процессе хранения надписи на пробирках стерлись. Как экспериментатору, используя медод молекулярной гибридизации, удалось установить, из ткани какого животного была выделена ДНК? Для ответа:

а) составьте схему экспериментов, которые нужно было провести ученому;

б) опишите строение и основные функции ДНК;

в) объясните принцип метода, с помощью которого можно обнаружить даже небольшие изменения в структуре ДНК.
2. В клетке имеется несколько десятков разных тРНК и несколько десятков тысяч мРНК. Чем объясняется такое различие в количестве разных типов нуклеиновых кислот?

Для ответа на вопрос задачи:

а) объясните, как это различие связано с функциями этих молекул в клетках эукариотов;

б) иллюстрируйте объяснение схемами, отражающими участие этих молекул в реализации генетической информации.
3. Если повреждения структуры ДНК не репарируются, то они могут быть летальными для клетки. Будут ли приводить к столь же тяжелым последствиям повреждения молекулы РНК? Для ответа:

а) сравните строение и функции этих нуклеиновых кислот у эукариотов;

б) опишите механизмы с помощью которых происходит устранение поврежденных макромолекул.

4. При старении организма между гистонами и ДНК образуются ковалентные связи. Как появление прочных связей между ДНК и гистонами влияет на функции ДНК? Для ответа на вопрос:

а) перечислите особенности строения гистонов и характер их их взаимодействия с ДНК в норме;

б) укажите функции этих белков в компактизации ДНК в ядре, участие в регуляции репликации и транскрипции.

Репликация

1. Ростовые факторы стимулируют клетку к вступлению в G1 фазу клеточного цикла. В ходе этой фазы индуцируется синтез ферментов, катализирующих образование дезоксирибонуклеотидов (дНТФ). В каком процессе используются эти субстраты в S фазу клеточного цикла? Для ответа на вопрос:

а) изобразите схему процесса, в котором субстратами являются дезоксирибонуклеотиды;

б) назовите ферменты, укажите их роль и биологическое значение процесса.
2. 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. Какой процесс обеспечивает увеличение числа гепатоцитов? Для ответа:

а) изобразите его схему;

б) укажите субстраты, ферменты, источники энергии, кофактор;

в) перечислите основные белки, которые участвуют в регуляции клеточного цикла и их роль в подготовке к делению.
3. Циклофосфан, попадая в опухолевые клетки, расщепляется присутствующими там фосфатазами с образованием реакционноспособного алкилирующего агента, который взаимодействует с ДНК. Какие матричные биосинтезы ингибирует этот препарат в опухолевых клетках? В ходе ответа:

а) укажите различия в скорости синтеза ДНК и РНК в нормальных и опухолевых клетках;

б) изобразите схему процесса, который первично блокирует циклофосфан.
4. Препарат доксорубицин в клетке связывается с ДНК, внедряясь между азотистыми основаниями. Кроме этого он генерирует образование активных форм кислорода, которые вызывают разрывы в молекуле ДНК. Для лечения, каких заболеваний используется этот препарат? В ходе ответа:

а) представьте схему матричного биосинтеза, который прекращается под действием этого препарата, назовите субстраты и ферменты;

б) укажите, к каким побочным эффектам приводит применение этого препарата.

5. В химиотерапии опухолей широко используется антибиотик дауномицин, который внедряется между основаниями ДНК, и аналог фолиевой кислоты – метотрексат. Активность, каких процессов снижается при использовании этих препаратов? При ответе на этот вопрос:

а) укажите различие в механизме действия этих препаратов на синтез ДНК;

б) изобразите схему процесса, скорость которого в первую очередь снижается при применении обоих лекарств.
6. Актиномицин Д – цитотоксический лекарственный препарат, продуцируемый микроорганизмами рода Streptomyces. Этот антибиотик относится к «интеркаляторам» и подавляет размножение грамположительных бактерий и некоторых грибов. Как явление «интеркаляции» влияет на процесс, который первично блокируется актиномицином Д.? Для ответа:

а) изобразите схему этого процесса, укажите ферменты, субстраты;

б) объясните, почему ингибирование приводит к гибели клеток.
7. По результатам биопсии опухолевого образования с проведением комплексных морфологических исследований и иммунологического типирования, пациенту был поставлен диагноз: злокачественная лимфома. Для лечения заболевания был назначен антибиотик доксорубицин. Каков механизм действия этого лекарственного средства? В ходе ответа:

а) укажите какой процесс ингибирует это лекарственное средство;

б) изобразите его схему, указав субстраты, ферменты и кофакторы.
Репарация

1. После УФО в ДНК фибробластов кожи пациента обнаружено большое количество димеров тимина. В норме такие изменения ДНК встречаются редко. Чем можно объяснить появление повреждений в ДНК данного пациента? Для ответа на вопрос:

а) укажите, почему этот тип нарушений в молекуле ДНК в норме встречаются редко;

б) опишите процесс, обеспечивающий удаление повреждений в молекуле ДНК;

в) перечислитеповреждения, которые может устранять этот процесс.

2. Наследственный амелогенез (нарушение структуры эмали) возникает в результате мутаций в генах белков, участвующих в формировании эмали. Снижением активности, какого процесса можно появление ошибок в структуре этих генов? При ответе на вопрос:

а) изобразите схему процесса;

б) укажите ферменты, которые должны исправлять нарушения структуры ДНК в норме и опишите механизм их действия.

3. В последнее время все больше молодежи посещает солярии, аргументируя свои действия тем, что солнечный свет полезен для здоровья. Многие из них даже не догадываются, к каким последствиям может привести УФО при чрезмерном увлечении загаром. Укажите, какие повреждения в ДНК фибробластов кожи может вызвать УФ-облучение и как они устраняются в норме. Для этого:

а) напишите схему процесса, который обеспечивает восстановление нативной структуры ДНК;

б) назовите заболевания, которые могут возникнуть у пациентов с недостаточностью ферментов этого процесса.
4. Некоторые химические вещества способны алкилировать ДНК, включая метильные группы в пуриновые нуклеотиды с образованием 7-метилгуанина, 6-метилгуанина, 3-метилгуанина. Объясните с помощью каких механизмов в норме удаляются эти повреждения в молекуле ДНК. С этой целью:

а) представьте универсальный и вспомогательные механизмы, обеспечивающие восстановление нативной структуры ДНК;

б) укажите матрицу, субстраты, ферменты этого процесса;

в) объясните биологическое значение этих механизмов.
5. Под действием ионизирующей радиации в молекуле ДНК оказались отщепленными два азотистых основания из комплементарной пары А::Т. Может ли система, обеспечивающая стабильность генетического материала, устранить это повреждение в половых клетках? При ответе на вопрос:

а) изобразите схему процесса, участвующего в исправлении повреждений ДНК;

б) укажите, как снижение активности этого процесса может отразиться на функции генома.
6. У больного повышена чувствительность к УФ-лучам и солнечному свету, что проявляется в атрофии дермы, рубцовом изменении век, изъязвлении роговицы, появлении пигментных пятен и изъязвлении кожи. В ходе обследования ему был поставлен диагноз «пигментная ксеродерма».

С нарушением, какого матричного процесса связано данное заболевание? В ходе ответа:

а) представьте универсальный и вспомогательные механизмы, обеспечивающие восстановление нативной структуры ДНК;

б) укажите матрицу, субстраты, ферменты этого процесса;

в) объясните биологическое значение этих механизмов.
7. Прогерия (греч. progērōs преждевременно состарившийся) — патологическое состояние, характеризующееся комплексом изменений кожи, внутренних органов, обусловленных преждевременным старением организма. Отмечают, что смерть наступает пpи хаpактеpных для глубокой стаpости явлений угасания функций, либо от типичной возpастной патологии. При этом заболевании отмечается накопление мутаций в генах, приводящих к появлению типичных возрастных патологий включая pак, сеpдечную недостаточность, мозговые наpушения и дpугие заболевания.

Какие процессы предотвращают накоплений повреждений в ДНК в норме? Для ответа:

а) назовите причины повреждения ДНК;

б) приведите схемы процессов, обеспечивающих их устранение.
8. Одним из спонтанных повреждений ДНК является дезаминирование нуклеотидов. Дезаминирование какого нуклеотина и его метилированного производного является наиболее опасным? При ответе на вопрос:

а) назовите возможные причины возникновения повреждений в ДНК;

б) представьте схему процесса, обеспечивающего исправление дезаминированных участков;

в) напишите реакцию дезаминирования метилированного цитозина и цитозина; объясните, какая из

реакций наиболее опасна и почему продукт одной из реакций не распознается ДНК-N- гликозилазой.
Транскрипция

1. У ребенка с отставанием в росте и весе было диагностировано наследственное заболевание – β-талассемия, вызванная мутацией в ТАТА-последовательности промотора гена β-глобина. Снижение скорости какого процесса вызывает нарушение развития ребенка? Для ответа на вопрос:

а) приведите суммарное уравнение этого процесса; укажите субстраты, матрицу, фермент и кофактор.

б) нарисуйте схему выбранного матричного биосинтеза и объясните роль ТАТА-последовательности в его протекании;

в) укажите синтез, какого белка нарушен у данного ребенка.

2. В процессе дифференцировки кроветворных клеток на стадии ретикулоцитов идет активный синтез α- и β-цепей глобина.Какой механизм обеспечивает клетки матрицами для синтеза этих цепей? Для ответа:

а) изобразите схему, отражающую синтез матрицы, содержащей информацию о структуре белковых цепей ДНК;

б) укажите субстраты, фермент, источники энергии, кофактор и напишите суммарное уравнение процесса;

в) на схеме покажите модификации, которым подвергается продукт реакции, прежде чем он станет зрелой матрицей для синтеза полипептидных цепей.
3. В парафолликулярных клетках щитовидной железы в ходе транскрипции гена кальцитонина и последующих ковалентных модификаций образуется мРНК, участвующая в синтезе гормона кальцитонина. В головном мозге из того же первичного транскрипта после посттранскрипционных модификаций формируется мРНК, участвующего в синтезе белка,отвечающего за вкусовое восприятие. Каким образом из одного и того же первичного транскрипта возможно образование разных «зрелых» мРНК? Для ответа на вопрос:

а) изобразите схему «созревания» мРНК в ходе ковалентных модификаций;

б) объясните, почему в разных тканях первичный транскрипт может превращаться в мРНК, содержащие информацию о белках, имеющих в полипептидной цепи гомологичные участки, но выполняющие разные функции;

в) укажите название этого процесса и его значение.
4. В ходе генетического обследования больного фенилкетонурией была выявлена мутация по типу замены нуклеотида (G→A) в интроне гена фенилаланингидроксилазы на границе экзон-интрон. Почему мутация в интроне привела к изменению строения первичной структуры и активности фермента? Для ответа:

а) изобразите схему процесса, нарушение которого привело к заболеванию;

б) укажите, на каком этапе наличие мутации нарушило образование правильного продукта.
5. Действие стероидного гормона кортизола на печень приводит к увеличению количества ключевых ферментов, участвующих в синтезе глюкозы. Какой матричный процесс кортизол индуцирует первично? Отвечая на поставленный вопрос:

а) изобразите схему и напишите суммарное уравнение этого процесса.

б) укажите, каким модификациям подвергается вновь синтезированная нуклеиновая кислота, для того, чтобы служить матрицей для последующего синтеза белков.
6. Действие стероидного гормона кальцитриола на клетки кишечника приводит к увеличению количества белков-переносчиков, обеспечивающих всасывание пищевого Са²⁺ . Какой матричный процесс кальцитриол индуцирует первично в клетках кишечника? Отвечая на поставленный вопрос:

а) напишите схему и суммарное уравнение этого процесса;

б) укажите, каким модификациям подвергается вновь синтезированная нуклеиновая кислота, для того, чтобы служить матрицей для синтеза других молекул.
7. В ходе ряда экспериментов на цыплятах ученые установили присутствие в геноме познавательного гена c-fos. Как только появляется новая информация, усиливается экспрессия этого гена. Будут ли цыплята, проглотившие маленькую горькую бусинку, избегать подобные бусинки в дальнейшем? Для ответа на вопрос:

а) представьте схему матричного биосинтеза, который активируется у цыплят первично при получении ими новой информации;

б) опишите этапы этого процесса, укажите его локализацию;

в) объясните, какие произойдут изменения в познавательной деятельности цыплят, если затормозить синтез одного из этих процессов.
МОДУЛЬНАЯ ЕДИНИЦА 2

1. На рисунке показаны события на рибосоме на стадии включения 6-ой аминокислоты в растущую β-цепь Нb. Продолжив схематическое изображение стадий синтеза белка, определите, какая аминокислота займет 6 положение в β-протомерах Нb. В ходе ответа:

три-илей-гис-вал-мет

про

(┴) [ ]

АUG-……-……-……-……-……-GUG…………….мРНК

1 2 3 4 5 6

 

а) укажите: 5΄ и 3΄–концы мРНК;

б) изобразите включение 6-ой аминокислоты в пептидил-тРНК, назовите отдельные стадии этого этапа;

в) вспомните, в структуре какого Нb β-цепь имеет такую первичную структуру;

г) объясните, как меняется стабильность такого β-цепь Нb и его сродство к О₂ по сравнению с Нb взрослых здоровых людей.
2. Процесс синтеза белка на рибосоме включает стадию изображенную на рисунке. Как называется этот этап трансляции? Укажите, компоненты, которые отсутствуют на представленной схеме. В ходе ответа:

АУГ-ЦЦЦ-ГЦУ-ААА-ГГА-УЦА-................мРНК

60S мет-тРНК^мет

40S



 мет
АУГ-ЦЦЦ-ГЦУ-ААА-ГГА-УЦА-................мРНК




а) напишите реакцию образования Мет-тРНК^Мет

б) назовите следующий этап синтеза белка и изобразите, по стадиям, образование дипептидил-тРНК в Р-центре.
3. Процесс синтеза белка на рибосоме включает стадию изображенную на рисунке. На каком этапе происходит указанная реакция и каково ее значение? В ходе ответа:




  мет про
АUG-CCC-GCU-ААА-GGА-UCА-................мРНК




 

 про- мет
АUG-CCC-GCU-ААА-GGА-UCА-................мРНК




а) назовите фермент, который катализирует изображенную реакцию и источник энергии при образовании дипептидил-тРНК;

б) напишите реакцию активации третьей аминокислоты при синтезе данного фрагмента.

в) на примере Нb, укажите, каким посттрансляционным модификациям подвергаются вновь синтезированные полипептидные цепи и какую роль они играют в функционировании белков.
4. В клинике для лечения язвенной болезни, причиной которой является бактериальная инфекция, врач прописал пациенту препарат «Пилобакт». Известно, что одним из его компонентов является антибиотик «кларитромицин». Он оказывает противомикробное действие путем взаимодействия с 50S рибосомальной субъединицей бактерий. В результате воздействия кларитромицина на бактериальные клетки нарушается их рост и возникает недостаток одних из компонентов, являющихся составной частью мембран. Почему прием данного лекарства приводит к гибели бактерий? Для ответа:

а) опишите строение рибосом;

б) напишите схему процесса, в котором участвуют рибосомы;

в) укажите, на каком этапе подавляется процесс при действии препарата;

г) объясните, почему препарат не действует на клетки организма человека.
5. Пользуясь РНК-аминокислотным кодом определите, какое строение имеет фрагмент белка, закодированного в м РНК следующего строения:

5′………….-GUC-CAC-UCA-………..3′

………….- 20 - 21 - 22 - …………

Для ответа:

а) укажите, в каком направлении будет идти прочтение матрицы и синтез пептида;

б) перечислите компоненты, необходимые для синтеза пептида;

в) напишите реакцию образования аа-тРНК для аминокислоты занимающей 22 позицию в синтезируемом пептиде и на схеме изобразите механизм включения ее в растущую полипептидную цепь.


6. Митохондриальная ДНК кодирует 13 ферментов, участвующих в биологическом окислении. При синдроме МЕLAS у пациентов обнаруживается накопление в крови молочной кислоты, энцефалопатия и инсультоподобные эпизоды. Оказалось, что причиной заболевания является мутация в гене, кодирующем строение тРНК^Лей. Объясните, какие этапы в синтезе митохондриальных ферментов будут нарушены при этой патологии по сравнению с нормой. Для этого:

а) напишите реакцию связывания Лей с тРНК^Лей, назовите фермент;

б) на схеме представьте включение Лей-тРНК^Лей в растущую полипептидную цепь;

в) назовите этапы этого процесса и укажите, какая из стадий этого этапа будет нарушена при синдроме МЕLAS.
7. В яйцеклетке в смысловой части гена, кодирующего строение фермента диоксигеназы гомогентизиновой кислоты, произошла замена 7-го нуклеотида с образованием терминирующего кодона. Какие изменения в структуре фермента произойдут в ходе трансляции мутантного белка? Для ответа на вопрос:

а) изобразите схему процесса синтеза этого белка на рибосоме и покажите, какой продукт будет образовываться в ходе трансляции мутантной мРНК.

8. Пациенту, страдающему полиомиелитом, назначено введение интерферона. Объясните правомерность такого назначения. Для этого:

а) опишите механизм действия интерферонов на синтетические процессы в клетке;

б) укажите, с какими клетками – здоровыми или пораженными вирусами – взаимодействуют интерфероны и что происходит с клетками после взаимодействия с интерферонами.

9. Камптотецин и левомицетин (хлорамфеникол) – ингибиторы матричных биосинтезов. Нашедшие применение в медицинской практике. Камптотецин образует комплекс с ДНК-топоизомеразой I и нарушает ее активность, а левомицетин присоединяется к 50S-субъединице рибосомы и ингибирует активность пептидилтрансферазы. Предположите, для лечению каких заболеваний используется каждый из описанных препаратов? Для ответа:

а) назовите, какие матричные биосинтезы и в каких клетках ингибируют эти препараты;

б) изобразите схемы процессов и отметьте стадии, протекание которых блокируют указанные лекарства;

в) укажите, какова степень их избирательности и токсичности.

10. В клетках E.coli аминокислота Иле синтезируется из из аминокислоты Тре. В присутствии высоких концентраций Иле в питательной среде выращивания синтез этой аминокислоты прекращается. Информация о каких белках закодирована в структурных генах Иле-оперона и как меняется их экспрессия в этих условиях? Для ответа:

а) нарисуйте схему Иле-оперона и отметьте регуляторные и структурные участки;

б) объясните функции этих участков;

в) укажите, по какому принципу Иле регулирует активность оперона.

11. В случае синтеза в организме избыточного количества гормона альдостерона наблюдается снижение содержания ионов Nа⁺ в моче при одновременном повышении их концентрации в крови и внеклеточной жидкости за счет увеличения количества белков-переносчиков этих ионов в канальцах нефронов. Почему при гиперпродукции альдостерона меняется содержание ионов Nа⁺ в моче и крови? В ходе ответа:

а) представьте схему, отражающую влияние альдостерона на содержание белков-переносчиков ионов Nа⁺ в канальцах нефронов;

б) назовите участок ДНК, с которым будет взаимодействовать комплекс гормон-рецептор;

в) представьте схему процесса, активация которого вызывает увеличение количества белков-переносчиков Nа⁺ в мембранах клеток.

12. Первичная структура мРНК кодирует только одну последовательность аминокислот в белке.

Можно ли, исходя из строения белкового гормона глюкагона (29 аминокислот), предсказать

нуклеотидную последовательность мРНК, кодирующую этот белок? Для обоснования ответа,

вспомните свойства генетического кода и, используя N-концевой участок молекулы гормона

Н₂N-Гис-Сер-Гли-…….., объясните способ кодирования белков в молекулах ДНК и РНК.
13. В эукариотических клетках дифтерийный токсин вызывает АДФ-рибозилирование фактора EF2 и нарушает синтез белка. На каком этапе роста полипептидной цепи необходим этот фактор? Для ответа на вопрос:

а) представьте схему событий на рибосоме и отметьте стадию, на которой произойдет остановка

белкового синтеза;

б) объясните, что произойдет с клетками, на которые подействовал дифтерийный токсин.

14. В лабораторию поступил биологический материал, который засеяли на питательную среду. В результате на среде выросли колонии бактерий. Чувствительность к антибиотикам оценивали по отсутствию роста колоний бактерий (зона лизиса) вокруг дисков, пропитанными антибиотиками. Самая обширная зона лизиса наблюдалась вокруг диска с фторхинолоном. Этот антибиотик действует на топоизомеразу II и топоизомеразу IV прокариотических клеток. Также данный микроорганизм проявил высокую чувствительность к тетрациклину, который связывается с 30S субъединицей рибосомы. Чем обусловлены зоны лизиса колоний бактерий на питательной среде? При ответе на вопрос:

1. 
   укажите какие процессы ингибируют эти антибиотики, представьте их схемы;
   

б) объясните селективное действие данных антибиотиков на прокариотические клетки.

15. Развитие ряда опухолей сопровождается экспрессией гена белка bcl-2, отвечающего за подавление апоптоза опухолевых клеток. В химиотерапии применяется препарат – ренасенс. Он представляет собой олигонуклеотид, который комплементарен мРНК белка bcl-2. Образование такого двуцепочечного фрагмента активирует работу РНКазы, которая разрушает мРНК в клетке. Какой процесс подавляет данный препарат? Для ответа:

а) изобразите схему процесса, который нарушается в присутствии лекарственного препарата;

б) объясните, к каким последствиям приводит образование комплекса ренасенс-мРНК^bcl2.
16. Искусственный синтез антисмысловых РНК находит применение в химиотерапии рака и борьбе с ВИЧ-инфекцией. Сущность метода использования заключается в том, что антисмысловые РНК комплементарно связываются с мРНК содержащими информацию о структуре определенных белков. Образуются двуцепочечные комплексы мРНК-антисенс∙РНК, которые активно расщепляются РНК-азами. Объясните, почему антисмысловые РНК замедляют экспрессию определенных генов. Для ответа:

а) приведите схему процесса, скорость которого снижается при введении антисенс-РНК;

б) укажите, какие виды РНК принимают в нем участие и какой этап блокируют антисенс РНК.

17. Клетки E. сoli обычно растут на среде, содержащей в качестве источника энергии и донора субстратов – глюкозу. Если в среде заменить глюкозу на лактозу, то через некоторое время образуются галактоза и глюкоза. Почему? Для ответа на вопрос, напишите:

а) название фермента, участвующего в утилизации лактозы;

б) схему регуляции гена, отвечающего за этот фермент.

18. Установлено, что в клетках Е.соli, растущих на среде, содержащей глюкозу имеется 3-5 копий молекул ферментов и белков, участвующих в утилизации лактозы. Как изменится количество этих белков при переносе клеток на среду, содержащую лактозу в качестве единственного источника углерода ? Для ответа на вопрос:

а) назовите способ регуляции количества этих белков в клетках Е.соli;

б) изобразите схему, отражающую влияние лактозы на скорость их синтеза;

в) предположите, как изменится скорость этого процесса при добавлении тетрациклина в среду

культивирования клеток.

19. Интерфероны – семейство белков, синтез которых повышается в организме человека в ответ на заражение вирусными инфекциями. Будучи получены промышленным путем, они используются для лечения многих заболеваний. Ингибиторами каких матричных биосинтезов являются интерфероны? Для ответа:

а) изобразите процесс, который блокируется интерферонами;

б) укажите, на каких этапах и по какому механизму они действуют.
20. У больного после перенесенного инфаркта миокарда спустя некоторое время стала развиваться дислипидемия. Врач назначил пациенту принимать фибраты, которые повышают экспрессию генов белков, обеспечивающих катаболизм липидов и снижают индукцию белков, участвующих в синтезе жирных кислот и ТАГ. Каким образом фибраты могут влиять на содержание этих белков, если известно, что их мишенями являются ядерные рецепторы PPAR, которые функционируют в качестве факторов транскрипции?

Для ответа на вопрос:

а) назовите регуляторные участки ДНК с которыми может взаимодействовать комплексы рецепторов PPAR с фибратами;

б) напишите схему процесса, активность которого регулируют фибраты в ядре клеток мишеней; укажите значение этого процесса;

в) объясните, в каком случае скорость представленного процесса возрастает или снижается и почему.

МОДУЛЬНАЯ ЕДИНИЦА 3

Механизмы генетической изменчивости. ДНК-технологии.
1. Фермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа представлен в популяции людей 2 вариантами, которые

отличаются по одной аминокислоте: в варианте 1 – Асп, в варианте 2 – Асн. Определите, являются ли

описанные варианты фермента примером полиморфных белков. Для решения:

а) используя таблицу генетического кода, укажите какие изменения в кодоне гена этого фермента

привели к появлению указанных вариантов;

б) объясните, что такое полиморфизм белков и каковы причины его возникновения.
2. Рестриктаза Мst II способна расщеплять ДНК по триплетам, кодирующим аминокислоту Глу. При серповидно-клеточной анемии (СКА) в 5'-конце β-глобинового гена исчезает один сайт рестрикции и фрагмент, образующийся под действием Мst II у пациентов с СКА будет больше, чем у здоровых людей. В связи с этим покажите, как будут располагаться фрагменты рестрикции на электрофореграмме для гетерозиготного носителя СКА (дорожка Х), если известно, что на электрофореграмме фрагмента рестрикции гена β-глобина здорового человека и гомозигота по СКА дают по одной полосе. В ходе ответа:

а) укажите, какого типа мутация вызывает СКА;

б) исходя из данных задачи, определите, какая из дорожек соответствует рестрикционному фрагменту здорового человека, а какая больного.



3. Из-за небрежности медицинской сестры в одном из роддомов принадлежность роженицам двух детей не была своевременно отмечена. Чтобы найти истинных родителей, возникла необходимость исследовать ДНК детей и родителей методом полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ). У обследуемых была взята кровь, из лейкоцитов экстрагировали ДНК и провели ПЦР. Полученную ДНК обработали рестриктазой и образующиеся фрагменты разделили с помощью гель-электрофореза. На электрофореграмме продукты рестрикции обнаруживали с помощью радиоактивно меченых олигонуклеотидов, которые специфически связывались с участками фрагментов ДНК, полученных при рестрикции. Рассмотрите электрофореграмму и определите, какой из родительских пар принадлежат дети Р_х и Р_у, если М_а и О_а – мать и отец одной супружеской пары, М_b и О_b – из другой.



4. Задняя доля гипофиза секретирует два гормона – окситоцин и вазопрессин (пептиды, состоящие из 9

аминокислот). Оба гормона образуются из белков-предшественников и выполняют разные функции.

Первичная структура этих пептидов близка, различия отмечаются в двух положениях: у вазопрессина в

3-й и 8-й позициях цепи Фен и Арг, а у окситоцина – Иле и Лей, соответственно. Могут ли эти различия

быть результатом точечных мутаций? Для обоснования ответа:

а) используйте таблицу генетического кода и определите кодоны ДНК для этих аминокислот;

б) решите, являются ли предшественники этих гормонов полиморфными белками.
5. Весь набор ферментов, участвующих в синтезе мочевины, присутствуют только в клетках печени и его нет в клетках других органов. Как можно объяснить различия в белковом составе органов и тканей? При ответе на вопрос:

а) вспомните механизмы, с помощью которых формируются транскрипционно неактивные участки хроматина;

б) объясните, когда в хроматине клеток возникают зоны стойкой репрессии и существуют ли

различия в их локализации в разных тканях.

6. 
   При генетическом обследовании семьи (методом ПЦР), в которой родители являются носителями гена серповидно-клеточной анемии, были получены результаты представленные на рисунке.
   

На основании данных электрофореграммы объясните, кто из детей этой большой семьи здоров, болен, является носителем гена серповидно-клеточной анемии. В ходе ответа:

а) укажите, на чем основан принцип метода ПЦР;

б) перечислите необходимые компоненты и условия проведения анализа.

6. 
   В ходе проверки семьи на носительство гена HbS методом ПЦР (полимеразной цепной реакции) студент, проведя электрофорез, получил результаты, представленные на рисунке.
   

Электрофореграмма продуктов рестрикции ДНК гена β-цепи Нb.
Какие соединения подверг электрофорезу студент? Какие выводы он должен сделать на основе результатов анализа? В ходе ответа:

а) объясните, на чем основан принцип метода и чем различаются условия проведения и состав

ферментов при синтезе ДНК в ходе ПЦР и в клетках организма;

б) укажите, какие дополнительные области использования этого метода Вам известны.
8. В структурном гене соматической клетки произошла делеция 25 нуклеотидов. Объясните, наблюдается ли в этом случае в ходе трансляции сдвиг рамки считывания информации гена. Сохранится ли функциональная активность белка, закодированного в этом гене?

9. В смысловой части гена фермента Е₁, катализирующего первую реакцию процесса синтеза мочевины произошла делеция 12-го нуклеотида.

_{Е1  Е2   Е3  Е4 Е5}

NН₃+СО₂+2АТР → M → N → F→ К→ мочевина

Объясните:

а) к каким изменениям в структуре и активности фермента приведет мутация;

б) как изменится количество выводимой из организма мочевины и концентрация NН₃ в крови.

10. Белковый ингибитор многих протеаз α-2-антитрипсин представлен в человеческой популяции

четырьмя аллельными вариантами А, В, С и D. Определите, на какие генетически различные группы можно разделить всех людей по этому признаку. Объясните механизмы возникновения генетически различных вариантов одного и того же белка.
11. Как можно объяснить, что белок α-фетопротеин вырабатывается только гепатоцитами эмбриона и его синтез полностью прекращается после рождения. При возникновении гепатоцеллюлярного рака в клетках, потерявших способность к дифференцировке, способность к образованию α-фетопротеина возобновляется. Хотя известно, что практически все клетки нашего организма имеют одинаковый набор генов. Какие механизмы обеспечивают «включение» одних генов и стабильное «выключение» других в дифференцированных клетках? В ходе ответа:

а) укажите различия в механизмах адаптивной регуляции и стойкой репрессии;

б) объясните, для каких периодов жизнедеятельности организма они характерны.

12. Несовершенный (наследственный) дентиногенез возникает в следствие мутаций в генах белков одонтобластов. Назовите мутации, которые могут привести к появлению генов с измененной структурой. Для ответа:

а) укажите, какие изменения в структуре белков вызывают разные типы мутаций;

б) объясните, снижение активности ферментов какого процесса ведет к появлению таких нарушений в структуре белков.

13 . В ходе проверки семьи на носительство гена HbS методом ПЦР (полимеразной цепной реакции)

студент,

проведя электрофорез, получил результаты, представленные на рисунке.

Электрофореграмма продуктов рестрикции ДНК гена β-цепи Нb.
Объясните результаты анализа. Для этого:

а) опишите принцип метода и условия проведения ПЦР

б) укажите причину наследственной патологии;

в) назовите заболевание, которым страдает ребенок
14. Одна из форм сахарного диабета II типа обусловлена мутациями в гене рецептора инсулина. Каким современным методом молекулярной диагностики можно выявить гетерозиготных носителей неправильного гена? Для ответа: перечислите компоненты реакционной смеси и изобразите этапы процесса, который дает возможность получить продукт, изучение структуры которого позволяет установить мутацию.

15. В β-цепи одного из вариантов Нb отсутствуют аминокислоты с 92 по 94. Со снижением активности, какого процесса может быть связано появление мутантных белков? Для ответа:

а) укажите тип мутации, который привел к появлению такого белка;

б) как такая мутация может изменить сродство Нb к О₂ и почему.

16.Герпетическая инфекция является одним из самых распространенных заболеваний человека, ее вызывает целое семейство вирусов, которые вызывают различные по своим проявлениям заболевания. Специфическое лечение герпетической инфекции затруднено, вследствие многообразия возбудителей. Для лечения заболеваний, вызванных вирусом простого герпеса 1,2, применяют ацикловир, а вызванных цитомегаловирусом – ганцикловир. Во всех случаях для повышения эффективности терапии назначают препараты рекомбинантного интерферона человека. С помощью какого метода ДНК-технологий можно установить природу возбудителя вирусного заболевания и какова роль интерферона в лечении? Для ответа:

а) представьте схему процесса, позволяющего идентифицировать природу вируса;

б) объясните механизм действия интерферонов на инфицированные клетки.
17. Молодая мама заметила, что у её двухлетнего сына резко снизился слух. Поначалу ей казалось, что ребёнок просто невнимателен, но обследование показало, что у мальчика двухстороннее снижение слуха. Врачи поставили диагноз: синдром Альпорта III типа, вызванный мутациями в гене α-цепи коллагена IV типа. При указанной патологии возможны следующие нарушения в структуре гена:

Кол-во делетир. нуклеотидов: Делетированные нуклеотиды:

1 C

8 GGGTTGCC

1 G

1 A

К каким изменениям в структуре белка коллагена IV типа приведут перечисленные мутации? Предположите, как эти изменения отразятся на функциональной активности белка? В ходе ответа укажите:

а) какие еще типы мутаций могут снижать функциональную активность белков?

б) неэффективность работы какого матричного процесса сопровождается накоплением мутаций, представьте его схему.