методичка № 1 медична біологія. Навчальнометодичний посібник до практичних занять з медичної біології для студентів і викладачів вищих навчальних медичних закладів
 Скачать 1.56 Mb.
|
Тема: Молекулярні основи спадковості. Характеристика нуклеїнових кислот.
II. Цілі навчання Загальна ціль – уміти: 1.Пояснювати та інтерпретувати закономірності проявів життєдіяльності людського організму на молекулярно-генетичному рівні. 2. Трактувати біологічну сутність і механізми розвитку хвороб людини, котрі виникають внаслідок порушень структурно-функціональної організації носіїв спадкової інформації. Конкретні цілі - уміти: 1. Пояснювати роль нуклеїнових кислот у збереженні та реалізації спадкової інформації. 2. Інтерпретувати зв’язок між будовою, просторовою організацією та функціями нуклеїнових кислот. 3. Зробити висновки про значення процесів реплікації, рекомбінації та репарації ДНК в організмі людини в нормі та при патології. 4. Визначати сутність єдності цілісності й дискретності носіїв спадкової інформації, їх структури і функцій. 5. Трактувати значення процесів репарації, що відбуваються на молекулярно-генетичному рівні організації життя для пояснення виникнення молекулярних хвороб людини III. Забезпечення вихідного рівня знань-умінь А. Література: Основна:
Додаткова: 1.Конспекти лекцій 2. Жегунов Г.Ф., Боянович Ю.В., Жегунова Г.П. Цитогенетичні основи життєдіяльності. Харків: Харківська зооветеринарна академія, Харківський національний університет,Харківська національна фармацевтична академія, 2002 р. 3. В.П. Пішак, О.І. Захарчук Навчальний посібник з медичної біології, паразитології та генетики. Практикум. – Чернівці: Медакадемія, 2004. – 579с.:іл. 4. Н.Н.Мушкамбаров, С.Л. Кузнецов Молекулярная биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов. - М.: ООО «Медицинское информационное агенство», 2003. - 544с.: ил. 5. Сингер М. Гены и геномы. В 2-х томах. – М.: Мир, 2001. – 391с. 6. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология. В 3-х томах. – М.: Мир, 2002. 7. Медична біологія. Посібник з практичних занять. За ред.. О.В.Романенко. Київ «Здоров’я», 2005. – 372с. з іл. Б. Тести для перевірки вихідного рівня знань 1. При дослідженні скам’янілих залишків тварини вдалось виділити ланцюжок ДНК. Дослідження її показало, що співвідношення (А+Т/Ц+Г) за правилом Чаргаффа дорівнює 1,7. Про що це свідчить? а) про розмір ДНК б) про належність виду до нижчих організмів в) про ступінь мутабільності даної групи генів г) про кількість протоонкогенів д) про належність виду до вищих організмів 2. Один з ланцюгів ДНК складається з нуклеотидів: АТЦ-АЦЦ-ГАЦ-АЦГ-ЦАЦ. Яка послідовність нуклеотидів на другому ланцюзі цієї молекули ДНК? а) ТТГ-ЦГТ-ГТЦ-ТГГ-ТТТ… б) ТГТ-ЦГУ-ГТЦ-ГЦГ-АТЦ… в) ТАГ-ТГГ-ЦТГ-ТГЦ-ГТГ… г) ТГГ-ЦГЦ-ГТЦ-ГТГ-ГГЦ… д) ГГТ-АГЦ-ТЦГ-ГТГ-ТТЦ… 3. Ким і коли були відкриті нуклеїнові кислоти? а) М.Шлейденом у 1839р. б) Г.Менделем у 1866р. в) І.Мішером у 1869р. г) О.Ейвері у 1944р. д) Дж.Уотсоном та Ф.Кріком у 1953р. 4. У яких організмів матеріальним субстратом спадковості і мінливості є ДНК? а) вірусів. б) прокаріотів. в) еукаріотів. г) вірусів і прокаріотів. д) вірусів, прокаріотів і еукаріотів. 5. Які властивості нуклеїнових кислот визначають їх як субстрат спадковості і мінливості? а) здатність до самовідновлення. б) здатність до реалізації своєї інформації. в) здатність зберігати сталість своєї організації. г) здатність набувати змін і відтворювати їх. д) усі варіанти вірно 6. Які компоненти є складниками мономерів нуклеїнових кислот? а) амінокислота, азотиста основа, пентоза. б) амінокислота, азотиста основа, фосфат. в) азотиста основа, пентоза, фосфат. г) амінокислота, три фосфати. д) азотиста основа, три фосфати. 7. Які компоненти нуклеотидів входять до складу остову ланцюгів нуклеїнових кислот? а) азотисті основи і залишки фосфорної кислоти. б) залишки фосфорної кислоти і пентози. в) азотисті основи і пентози. г) амінокислоти. д) жоден варіант невірний. 8. Що обумовлює видову специфічність матеріальних носіїв генетичної інформації? а) амінокислотний склад. б) нуклеотидний склад. в) вуглеводний склад. г) пентози і фосфати. д) ліпіди. 9. Особливістю структурної організації ДНК є: а) комплементарність мономерів. б) паралельність ланцюгів. в) антипаралельність ланцюгів. г) комплементарність мономерів і паралельність ланцюгів. д) комплементарність мономерів і антипаралельність ланцюгів. 10. Яке із рівнянь не відповідає правилам Чаргаффа? а) А+Г=Т+Ц. б) А=Т. в) Г=Ц. г) А=Г. д) жодне. 11. Які рівні структурної організації притаманні ДНК? а) первинний. б) вторинний. в) третинний. г) вірно А+В+С. д) жоден варіант невірний. 12. Відомо, що молекула ДНК в конформаційній формі В утворює навколо своєї осі спіраль, діаметр якої 2 нм, довжина кроку - 3,4 нм. У кожний виток входить 10 пар нуклеотидів. Яку довжину має фрагмент молекули ДНК, до складу якого входить 100 пар нуклеотидів? а) 0,34 нм. б) 0,17 нм. в) 34 нм. г) 17 нм. д) 340 нм. 13. Де розміщений генетичний матеріал еукаріотичної клітини? а) в ядрі. б) в мітохондріях. в) в хлоропластах. г) вірно А+В+С. д) вірно А+С. 14. В чому полягає автоcинтетична функція ДНК? а) в здатності забезпечувати транскрипцію. б) в здатності забезпечувати реплікацію. в) в здатності забезпечувати трансляцію. г) вірно А+В+С. д) жоден варіант невірний. IV. Зміст навчання
Структурно-логічна схема   Види нуклеїнових кислот Характеристика V. Орієнтовна основа дії Для досягнення цілей заняття необхідно засвоїти теоретичні питання по даній темі і виконати самостійну навчально-дослідницьку роботу. а) Теоретичні питання для позаурочного самостійного вивчення та обговорення на занятті.
На занятті необхідно виконати самостійну частину роботи згідно алгоритму практичної роботи та методики її проведення. б) Алгоритм самостійної навчально-дослідницької роботи: 1. Використовуючи таблиці і муляжі, розглянути і проаналізувати хімічну будову, просторову організацію нуклеїнових кіслот та заповнити таблицю за поданою схемою. 2. Вирішити індивідуальні завдання. в) Інструкції до самостійної навчально-дослідницької роботи: 1. Користуючись таблицями та муляжами, вивчити хімічну будову та просторову організацію нуклеїнових кислот, порівняти та відмітити різницю між ДНК та РНК, заповнити таблицю за поданою схемою. Схема таблиці 1. Порівняльна характеристика нуклеїнових кислот
2. Виконати індивідуальні завдання. 3. Оформити протокол заняття. V. Система навчаючих завдань А. Тести Завдання 1(I рівень складності) 1. .У виділеній із селезінки речовині виявлено дезоксирибозу, аденін, гуанін, фосфорну кислоту, тимін, цитозин, а у гідролізаті дріжджів — рибозу, аденін, гуанін, цитозин, урацил, фосфорну кислоту. Назвіть: а) виділену із селезінки речовину і обґрунтуйте свою відповідь, б) компонентами якої речовини є сполуки, виявлені у гідролізаті дріжджів? Еталон відповіді: 1 - а) - ДНК, оскільки виявлені сполуки є компонентами мономерів цієї речовини; б) - РНК. Завдання 2 (II рівень складності) 2. Кодуючий ланцюг фрагмента молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів: А-А-Ц-Г-Г-А-Т-Т-Т-Ц-А-Ц-Ц-Т-Т-А-Г-Г-Ц-Ц-Т-А. Визначте: а) яку послідовність нуклеотидів має еталонний ланцюг цього фрагмента ДНК? б) яка молекулярна маса цього фрагмента? в) відсотковий вміст кожного нуклеотиду в даному фрагменті. Еталон відповіді: 2 - . а) Т-Т-Г-Ц-Ц-Т-А-А-А-Г-Т-Г-Г-А-А-Т-Ц-Ц-Г-Г-А-Т, б) 15180 дальтон в) А=Т=27,27%; Г=Ц=22,73%. Завдання 3(III рівень складності) 3. Під дією мутагена в клітині А були пошкоджені обидва полінуклеотидних ланцюги однієї молекули ДНК в одній і тій же ділянці хромосоми, а в клітині В - пошкоджен лише один ланцюг молекули ДНК, але в гомологічних хромосомах. Яка з клітин постраждає більше? Відповідь обгрунтуйте. Еталон відповіді: 3 - Клітина А постраждає більше, оскільки пошкодження обох ланцюгів ДНК унеможливлює репарацію. Б. Задачі Задача 1. Скільки тімідин-фосфату в ДНК, якщо в РНК, яку вона кодує 20% уридин-фосфату, 30% - цитидин-фосфату та 10% гуанозин-фосфату. Еталон відповіді: 1. За принципом комплементарності в молекулі ДНК кількість А=Т, аГ=Ц. 2. Визначимо вміст аденозин-фосфату в РНК А% = 100% - 20% - 30% -10% = 40% 3. В молекулі РНК замість тимідин-фосфату (Т) включається уридин-, фосфат (У). Синтез РНК відбувається комплементарно. Т Ц А Г ДНК: II III II Ш А... Г... Т... Ц  РНК: У... Ц... А... Г 20% 30% 40% 10% 4. В молекулі РНК 20% У відповідає 20% пари нуклеотидів А=Т, тому вміст А=Т буде 20%. 5. Вмісту в РНК А (40%) буде відповідати вміст пари нуклеотидів Т=А, тоді вміст Т=А буде 40%. Всього: А+Т = 20% + 40% = 60% Тоді вміст А дорівнює вмісту Т і буде становити по 30% (відповідно комплементарної будови молекули ДНК). Відповідь: вміст тимідин-фосфату в ДНК становить 30%. Задача 2. До складу білку бактерії входить 200 амінокислот. Яка довжина структурного гену, який кодує цей білок? Еталон відповіді:
200 х 3 = 600 (нуклеотидів). 3. Кожна пара нуклеотидів в ДНК займає в просторі 0,34 нм. Визначимо довжину гену (L) L = кількість пар нуклеотидів х 0,34 нм. L = 600 х 0,34 = 204 (нм). Відповідь:довжина гену бактерій, що визначає білок з 200 амінокислот становить 204 нм. Задача 3. Фрагмент структурної частини ДНК включає 100 молекул дезоксиаденозин-фосфату, що становить 25% загальної кількості нуклеотидів. Яка довжина даного фрагменту. Еталон відповіді:
100 : 0,25 = 400 (нуклеотидів)
400 : 2 = 200 (пар нуклеотидів)
L = 200 х 0,34 = 68 (нм) Відповідь: фрагмент ДНК має довжину 68 нм. VII. Короткі методичні вказівки до роботи студентів на практичному занятті а)Методика проведення заняття Заняття починається з перевірки вихідного рівня знань. Далі розглядаються теоретичні питання даної теми, в обговоренні яких беруть участь всі студенти під керівництвом викладача, після чого необхідно виконати самостійну навчально-дослідницьку роботу. Після перевірки вихідного рівня знань, обговорення теоретичних питань, засвоєння системи контрольно-навчальних завдань студенти виконують самостійну роботу і оформлюють протокол практичної частини заняття. В кінці заняття проводиться перевірка та аналіз результатів роботи студентів з виставленням відповідної оцінки і балів. б) Організаційна стуктура заняття (технологічна карта)
Зразки завдань для перевірки кінцевого рівня знань Завдання №1
а) яку послідовність нуклеотидів має еталонний ланцюг цього фрагмента ДНК б) яка молекулярна маса цього фрагмента, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 дальтон в) відсотковий вміст кожного нуклеотиду в даному фрагменті. Завдання №2 1. Фрагмент молекули ДНК містить 440 гуанінових нуклеотидів, що становить 22% загальної кількості нуклеотидів. Визначте: а) кількісне співвідношення нуклеотидів, що входять до складу ДНК, користуючись правилами Чаргаффа б) довжину фрагмента ДНК, якщо відстань між двома нуклеотидами складає 0, 34 нм в) молекулярну масу даного фрагмента ДНК, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду складає 345 дальтон. 2. Один з ланцюгів ДНК складається з нуклеотидів: АТЦ-АЦЦ-ГАЦ-АЦГ-ЦАЦ. Яка послідовність нуклеотидів на другому ланцюзі цієї молекули ДНК? Дайте назву цьому процесу та ферментам, що його каталізують. 3. В результаті ультрафіолетового опромінення в клітинах шкіри людини (фібробластах) під час реплікації відбулось утворення димерів між двома тимідиновими азотистими основами. Опишіть у вигляді схеми етапи процесів, що забезпечують генетичну стабільність клітин та запобігають мутаціям. Вкажіть назву ферментів , що здійснюють ці процеси. Завдання №3 1. Опишіть правила Чаргаффа. Визначте, скільки в фрагменті ДНК міститься гуанінових, цитозинових, тимінових нуклеотидів, якщо кількість аденінових нуклеотидів становить 1120, що складає 28% від загальної кількості нуклеотидів. Яка довжина даного фрагмента молекули ДНК (відстань між двома нуклеотидами складає 0,34 нм.) 2. Опишіть механізми автоcинтетичної функції ДНК? 3. Наприкінці ХХ століття в рамках міжнародної програми “Геном Людини” визначено кількість і послідовність нуклеотидів усього геному людини (загальна кількість ДНК в хромосомах). З’ясовано, що до складу геному людини входять понад 3 мільярди пар нуклеотидів. Визначте: а) приблизну довжину ядерного генетичного матеріалу людини (відомо, що відстань між двома нуклеотидами дорівнює 0,34 нм б) приблизну молекулярну масу генетичного матеріалу людини, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 дальтон Завдання №4
а) довжину ділянки ДНК, що кодує даний поліпептид б) яка молекулярна маса гена ферменту РНК-полімерази, якщо мол. маса одного нуклеотиду - 345 Д
3. Визначте: а) скільки часу потрібно для реплікації ДНК в хромосомі, яка має 50 репліконів, якщо довжина кожного з них 60 мкм і вони реплікуються синхронно з швидкістю 0,6 мкм за 1хв? б) скільки б часу тривала реплікація ДНК у цій хромосомі, якби цей фрагмент ДНК був одним репліконом? Завдання №5
перший ланцюг - 5′ АЦЦ-ГАТ-ТАТ-ЦЦА-АЦЦ-ТГЦ-3′ другий ланцюг - 3′ ТГГ-ЦТА-АТА-ГГТ-ТГГ-АЦГ 5′ відповідно. Визначте: а) молекулярну масу двох ланцюгів ДНК, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 дальтон б) довжину фрагмента ДНК, якщо відстань між двома нуклеотидами складає 0,34 нм. Завдання №6
скільки нуклеотидів містить ген, що кодує антигемофільний білок, якщо мол. маса одного нуклеотиду складає 345 Д ? довжину відповідної ділянки ДНК, якщо відстань між двома нуклеотидами складає 0,34 нм. Завдання №7
а) кількість нуклеотидного складу, якщо відстань між двома нуклеотидами складає 0,34 нм. б) молекулярну масу відповідного фрагмента ДНК, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду - 345 Д. 3. Кодуючий ланцюг фрагмента молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів: А-А-Ц-Г-Г-А-Т-Т-Т-Ц-А-Ц-Ц-Т-Т-А-Г-Г-Ц-Ц-Т-А. Визначте: а) яку послідовність нуклеотидів має еталонний ланцюг цього фрагмента ДНК; б) яка молекулярна маса цього фрагмента, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 дальтон; в) відсотковий вміст кожного нуклеотиду в даному фрагменті. Завдання №8
а) молекулярну масу оперону, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 дальтон б) визначте лінійні розміри оперону, якщо відстань між двома нуклеотидами дорівнює 0,34 нм. 3. Фрагмент молекули ДНК містить 440 гуанінових нуклеотидів, що становить 22% від загальної кількості нуклеотидів. Визначте кількість аденінових, цитозинових, тимінових нуклеотидів та довжину і молекулярну масу дволанцюгового фрагмента ДНК, якщо відомо, що відстань між двома нуклеотидами дорівнює 0,34 нм і молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 дальтон Завдання №9
а) назвіть виділену із селезінки речовину і обґрунтуйте свою відповідь. б) компонентами якої речовини є сполуки, виявлені у гідролізаті дріжджів?
5’ ГГТ-АТТ-ГТТ-ГАА-ГАА-ТГТ-ТГТ-ГЦТ-АГТ-ГТТ-ТГТ-АГТ-ЦТТ-ТАТ-ЦАА-ЦТТ-ГАА-ААТ-ТАТ-ТГТ-ААТ 3’. Визначте: а) послідовність другої ділянки ДНК, колінеарну даній б) молекулярну масу фрагмента гена інсуліну, якщо молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 дальтон Завдання №10
АТА-АЦА-ГГА-ГГА-ГТА-ГЦА-ТТА-ТГА-ТТА-ТЦА-ЦАА-ЦГА-ЦТА-ЦЦА-ААА-АГТ. Визначте:
Завдання №11
а) послідовність нуклеотидів на другому ланцюзі цієї молекули ДНК; б) молекулярну масу комплементарного ланцюга ДНК, якщо відомо, що молекулярна маса одного нуклеотиду – 345 Д; г) довжину двохланцюгової ділянки ДНК, якщо відстань між двома нуклеотидами дорівнює 0,34 нм
б) довжину цього фрагмента; в) коефіцієнт специфічності цього фрагмента; г) чи можна коефіцієнт специфічності фрагмента прийняти за коефіцієнт видоспецифічності? Відповідь обґрунтуйте. Завдання №12
а) скільки нуклеотидних пар міститься в гені РНК-полімерази, якщо відстань між двома нуклеотидами дорівнює 0,34 нм; б) яка молекулярна маса гену? (мол. маса одного нуклеотиду - 345 Д) 3. Скільки аденінових, тимінових і гуанінових нуклеотидів міститься у фрагменті молекули ДНК, якщо у ньому виявлено 1900 цитозинових нуклеотидів, що становить 20% від загальної кількості нуклеотидів у цьому фрагменті? Відомо, що відстань між двома нуклеотидами дорівнює 0,34 нм. Визначте: б) довжину цього фрагмента; в) коефіцієнт специфічності цього фрагмента г) чи можна коефіцієнт специфічності фрагмента прийняти за коефіцієнт видоспецифічності? Відповідь обґрунтуйте. Заняття № 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||