СанктПетербург тесса 2009
 Скачать 7.63 Mb.
|
|
Часть 2 МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ 2.1. Химические компоненты живого. Химические строительные блоки: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды. 2.2. Генный уровень организации материала наследственности и изменчивости. Химическая организация гена. Структура ДНК. Биологический код и его свойства. Репликация ДНК. Химическая стабильность ДНК. Репарация. Генные мутации. Биологическое значение генного уровня организации наследственного материала. Реализация генетической информации. Роль РНК. Особенности организации и экспрессии генетической информации у про- и эукариот. Ген – функциональная единица наследственного материала. 2.3. Хромосомный уровень организации генетического материала. Хромосомная теория наследственности. Структурная организация хроматина. Морфология хромосом. Репликация хромосом. Распределение материала материнских хромосом между дочерними клетками в митозе. Хромосомные мутации. Биологическое значение хромосомного уровня организации генетического материала. 2.4. Геномный уровень организации наследственного материала. Геном. Генотип. Кариотип. Воспроизведение и поддержание постоянства кариотипа в ряду поколений организмов. Рекомбинация наследственного материала в генотипе. Комбинативная изменчивость. Эволюция генома. Характеристика генотипа как сбалансированной по дозам системы взаимодействующих генов. Взаимодействия между генами (доминирование, неполное доминирование, комплементарность, эпистаз, полимерия). 2.1. Химические компоненты живого опросы для повторения и обсуждения В 1. Какие элементы и почему считают основой жизни? 2. Докажите, что изучение элементарного химического состава клеток имеет большое теоретическое и практическое значение. 3. Как физико-химические свойства воды проявляются в обеспечении процессов жизнедеятельности клетки и целостного организма? 4 Чем определяется специфичность деятельности биологических катализаторов – ферментов? 5. В чем заключается биологическое значение углеводов и липидов? 6. Каким образом индивидуальная специфичность организмов отражена в особенности строения белковых молекул? 7. На чем основана огромная информационная емкость ДНК? Как эта функция отражена в строении? 32 Контрольные задания 1. Познакомьтесь с биологической ролью макро- и микро- элементов и укажите каким элементам присущи соответствующие биологические функции. Заполните таблицу 2.1. Таблица 2.1. Биологическая роль химических элементов Элемент Биологическая роль ? Ионы участвуют в регуляции избирательной проницаемости клеточной мембраны, в образовании желчи, свертывании крови, активируют ферменты при сокращении поперечнополосатых мышечных волокон; соли пектиновых веществ придают твердость межклеточному веществу растительных клеток; нерастворимые соли входят в состав костей позвоночных животных, раковин моллюсков, коралловых полипов. ? Входит в состав молекулы хлорофилла, ферментов необходимых для функционирования мышечной, нервной и костной тканей, кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК. ? Участвует в создании и поддержании биоэлектрического потенциала на мембране; ионы участвуют в поддержании осмотического потенциала растительных клеток, вместе с ионами хлора составляют большую часть минеральных веществ крови. ? Участвует в создании и поддержании биоэлектрического потенциала на мембране; активирует ферменты; участвует в синтезе белка; входит в состав ферментов, участвующих в фотосинтезе; участвует в проведении нервного импульса. ? Входит в состав аминокислот (цистина, цистеина, метионина), кофермента А, инсулина, витамина В1; участвует в формировании третичной структуры белка, в бактериальном фотосинтезе. ? Входит в состав окислительных ферментов, участвующих в светонезависимых реакциях фотосинтеза; участвует в кроветворении; синтезе гемоглобина. ? Входит в состав АТФ, нуклеотидов, ДНК, РНК, коферментов НАД, НАДФ, всех мембранных структур, соли входят в состав костной ткани, зубной эмали. ? Входит в состав ферментов-переносчиков электронов дыхательной цепи и фотосинтеза; ферментов, участвующих в дыхании; в состав гема белка – переносчика кислорода – гемоглобина и белка, содержащего запас кислорода в мышцах, – миоглобина; участвует в синтезе хлорофилла. ? Входит в состав гормона щитовидной железы – тироксина. ? Входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в транспорте углекислого газа в крови позвоночных, необходимых для нормального роста. 33 2. Рассмотрите рисунок 2.1. Какие структуры белков обозначены цифрами 1 – 4? Какая структура определяет все другие структуры и свойства белка? Почему? Рис. 2.1. Структуры белков 3. Желудочно-кишечный тракт большинства животных и человека не приспособлен к перевариванию целлюлозы, тогда как крахмал и гликоген расщепляются до глюкозы и усваиваются организмом. Объясните причину такого, учитывая, что все перечисленные полисахариды состоят из остатков глюкозы. За счет чего происходит переваривание клетчатки в организме травоядных животных? 4. При окислении 1 г белков выделяется столько же энергии, сколько при окислении 1 г углеводов. Почему организм использует белки как источник энергии только в крайних случаях? 5. Два студента оперировали лягушку. Для предотвращения высыхания они смачивали обнаженные внутренние органы 9%-ным раствором поваренной соли. Однако внутренние органы начали сморщиваться и лягушка погибла. Какую ошибку допустили студенты? Что произошло с органами лягушки? Почему она погибла? 6. Углеводы широко представлены в биосистемах и выполняют различные функции. Познакомьтесь с биологическими функциями углеводов и приведите примеры. Заполните таблицу 2.2. 7. Липиды и жироподобные органические соединения играют важную роль в биосистемах и могут выполнять разнообразные функции. Познакомьтесь с биологическими функциями липидов и приведите примеры. Заполните таблицу 2.3 8. Изучите рисунок 2.2. Что изображено на рисунке? Какой цифрой и обозначена химическая связь между соседними мономерами? Как называется эта химическая связь? 9. Изучите рисунок 2.3. Назовите химическое соединение фрагмент которого изображен на рисунке. Что обозначено цифрами 1 – 4? 34 Таблица 2.2. Основные функции углеводов Функции Примеры Составная часть жизненно важных соединений клетки Энергетическая Структурная Защитная Резервная Таблица 2.3. Основные функции липидов Функции Примеры Энергетическая Структурная Защитная Регуляторная Резервная 10. Изучите рисунок 2.4. Назовите химическое соединение, фрагмент которого изображен на рисунке. Что обозначено цифрами 1 – 8? Рис. 2.2. Фрагмент биополимера Рис. 2.3. Фрагмент биополимера Рис. 2.4. Фрагмент биополимера 11. В живых системах белки выполняют разнообразнейшие функции. Познакомьтесь с основными биологическими функциями белков и пептидов, приведите примеры конкретных белков. Заполните таблицу 2.4. 35 Таблица 2.4. Основные функции белков и пептидов Функции Примеры Ферментативная Структурная Защитная Регуляторная Резервная Транспортная Двигательная Рецепторная Антибиотики Токсины 12. Проведите сравнительный анализ строения и функций молекул ДНК и РНК и заполните таблицу 2.5. Таблица 2.5. Сравнительная характеристика ДНК И РНК Признаки ДНК РНК Местонахождение в клетке Местонахождение в ядре Строение молекулы Мономеры Состав нуклеотида Свойства Функции 13. Изучите рисунок 2.5. Назовите химическое соединение, структурная формула которого изображена на рисунке. Что обозначено цифрами 1-3? Каково биологическое значение этого соединения? Рис. 2.5. Структурная формула рибонуклеотида 36 Тестовые задания * Тестовые задания с несколькими правильными ответами 1. *Органогенные элементы, содержащиеся в клетке: 1) углерод; 2) водород; 3) кальций; 4) азот; 5) магний; 6) натрий; 7) кислород; 8) цинк. 2. Структурной основой главных субстратов жизни является элемент: 1) азот; 2) углерод; 3) кислород; 4) фосфор; 5) водород; 6) сера. 3. В состав костей позвоночных, раковин моллюсков, коралловых полипов входят нерастворимые соли: 1) магния; 2) железа; 3) кальция; 4) калия; 5) меди. 4. *Участвуют в создании и поддержании биоэлектрического потенциала на мембране: 1) калий; 2) кальций; 3) натрий; 4) медь; 5) никель; 6) водород; 7) магний. 5. Входит в состав гема белка – переносчика кислорода – гемоглобина и белка, содержащегося в мышцах – миоглобина: 1) сера; 2) магний; 3) железо; 4) кальций. 6. Молекула хлорофилла содержит: 1) кобальт; 2) медь; 3) молибден; 4) фосфор; 5) калий; 6) бор 7) кальций; 8) магний. 7. Входит в состав инсулина: 1) магний; 2) натрий; 3) кальций; 4) цинк; 5) медь. 8. *Моносахаридами являются 1) сахароза; 2) глюкоза; 3) фруктоза; 4) галактоза; 5) рибоза; 6) целлюлоза. 9. *Пентозами являются 1) рибоза; 2) галактоза; 3) гликоген; 4) дезоксирибоза; 5) глюкоза; 6) мальтоза. 10. *Основные функции углеводов 1) энергетическая; 2) резервная; 3) структурная; 4) транспортная; 5) ферментативная; 5) защитная. 11. *Структурными полисахаридами являются: 1) крахмал; 2) целлюлоза; 3) хитин; 4) муреин; 5) гликоген. 12. Крахмал накапливается в следующих структурах растительной клетки: 1) митохондрии; 2) хлоропласты; 3) лейкопласты; 4) вакуоли. 13. Биологический полимер, мономерами которого являются аминокислоты: 1) ДНК; 2) липид; 3) АТФ; 4) фосфолипид; 5) белок; 6) крахмал. 14. Пептиды образуются путем взаимодействия: 1) аминокислот; 2) аминокислот и глюкозы; 3) глюкозы и фруктозы; 4) азотистого основания и фосфорной кислоты; 5) аминокислоты и воды. 15. *Белками являются: 1) пепсин; 2) коллаген; 3) хитин; 4) каталаза; 5) гемоглобин. 16. Первичная структура белка формируется за счет связей: 1) пептидной; 2) водородной; 3) ионной; 4) дисульфидной; 5) гидрофобного взаимодействия. 17. *Третичная структура белка формируется за счет связей: 1) пептидной; 2) водородной; 3) ионной; 4) дисульфидной; 5) гидрофобного взаимодействия; 6) гликозидной; 7) межмолекулярного взаимодействия. 18. *Первичные структуры разных белков отличаются: 1) количеством аминокислот; 2) количественным соотношением аминокислот разных видов; 3) последовательностью аминокислот; 4) химической связью, участвующей в формировании последовательности аминокислот. 19. *Формирование третичной структуры белка характеризуется: 1) взаимодействием между радикалами; 2) изменением первичной структуры; 3) предшествием вторичной структуры; 4) сворачиванием строго определенно; 5) сворачиванием, часто одновременно в нескольких участках, полипептидной цепи. 20. *Защитную функцию выполняют белки: 1) интерферон; 2) миозин; 3) коллаген; 4) фибриноген; 5) антитела; 6) тубулин; 7) гликоген. 37 21. Структурными белками являются: 1) коллаген; 2) тромбопластин; 3) кератин; 4) актин; 5) интерферон; 6) эластин; 7) актиномицин; 8) инсулин; 9) целлюлоза. 22. *Регуляторную функцию выполняют белки 1) фибриноген 2) вазопрессин 3) инсулин 4) соматотропин,5) казеин 6) альбумин 7) гемоглобин. 23. *Двигательную функцию выполняют белки: 1) миоглобин; 2) миозин; 3) кератин; 4) альбумин; 5) актин. 24. *Транспортную функцию выполняют белки: 1) флагеллин; 2) тромбин; 3) гемоглобин; 4) миозин; 5) инсулин. 25. *Депонирующую функцию выполняют белки: 1) казеин; 2) миоглобин; 3) актиномицин; 4) альбумин. 26. *Ферментами являются белки: 1) каталаза; 2) ДНК-полимераза; 3) интерферон; 4) эластин. 27. *Химическое соединение, которые имеются в РНК, но отсутствуют в ДНК: 1) рибоза; 2) тимин; 3) дезоксирибоза; 4) аденин; 5) урацил; 6) фосфорная кислота. 28. Цитозину ДНК комплементарно азотистое основание: 1) аденин; 2) гуанин; 3) урацил; 4) тимин. 29. Нуклеиновая кислота, которая является носителем генетической информации (хранит и передает ее другим клеткам), участвует в регуляции всех процессов жизнедеятельности клетки: 1) рРНК; 2) иРНК; 3) тРНК; 4) ДНК. 30. Тимину в ДНК комплементарно азотистое основание: 1) гуанин; 2) цитозин; 3) аденин; 4) урацил. 31. В состав нуклеотидов молекул ДНК входит азотистых оснований: 1) 1, 2) 2, 3) 3, 4) 4, 5) 5. 32. Нуклеиновая кислота, осуществляющая перенос аминокислот к месту синтеза белка: 1) ДНК; 2) иРНК; 3) тРНК; 4) рРНК. 33. *В составе нуклеотида: 1) аминокислота; 2) фосфолипид; 3) пентоза; 4) пептид; 5) азотистое основание; 6) вода; 7) фосфорная кислота. 34. Молекула РНК, содержащая небольшое число нуклеотидов (около 90): 1) тРНК; 2) иРНК; 3) рРНК. 35. В составе нуклеотидов РНК азотистые основания: 1) аденин; 2) гуанин; 3) цитозин; 4) урацил; 5) тимин. 36. *Комплементарные пары азотистых оснований: 1) аденин-тимин; 2) гуанин- цитозин; 3) аденин-урацил; 4) тимин-цитозин; 5) цитозин-аденин; 6) аденин-гуанин; 7) урацил-тимин. 37. Основная масса ДНК эукариот расположена в: 1) ядре; 2) цитоплазме; 3) митохондрии; 4) пластидах. 38. Химическое соединение в состав которого входят азотистое основание, пентоза и остаток фосфорной кислоты: 1) аминокислота; 2) фосфолипид; 3) полисахарид; 4) нуклеотид; 5) белок; 6) моносахарид. 39. *Функции липидов: 1) энергетическая; 2) структурная; 3) депонирующая; 4) секреторная; 5) регуляторная; 5) защитная; 6) транспортная; 7) ферментативная. 40. Сложный липид в составе которого, кроме спирта и жирных кислот, остаток фосфорной кислоты: 1) фосфат; 2) фосфопротеид; 3) фосфолипид; 4) гликолипид; 5) холестерол. 41. *Липидом является: 1) клетчатка; 2) АТФ; 3) холестерин; 4) липаза; 5) коллаген; 6) тестостерон. 38 2.2. Генный уровень организации материала наследственности и изменчивости опросы для повторения и обсуждения В 1. В чем заключается биологическая роль двухцепочечной молекулы ДНК? 2. Какова сущность процесса передачи наследственной информации из поколения в поколение и из ядра в цитоплазму к месту синтеза белка? 3. Каковы пути передачи наследственной информации в биологических системах? 4. Почему не белки или углеводы, а именно молекула ДНК обладает способностью к репликации? 5. В чем заключается полуконсервативный способ репликации ДНК и каково биологическое значение такого способа репликации? 6. Какие перспективы могут открыться в научной и практической деятельности человека с овладением механизмами реализации генетической информации? 7. В чем заключаются молекулярные механизмы генных мутаций? 8. Могут ли восстанавливаться повреждения ДНК? Если да, то с помощью каких механизмов и какое значение это явление имеет в жизни организмов? Контрольные задания 1. Анализ нуклеотидного состава и нуклеотидных последовательностей фрагментов молекул нуклеиновых кислот. Изучите диаграммы («лестничные» схемы), изображающие структуру трех фрагментов двухцепочечных молекул ДНК (рис. 2.6 А, В, С), каждый из которых содержит по 14 пар нуклеотидов. Стороны «лестницы» представляют собой сахарофосфатный «каркас», а «ступеньки» образованы парами комплементарных азотистых оснований (А – Т, Г – Ц). Помечены края полинуклеотидных цепочек, содержащие 5'-фосфаты. Подсчитайте общее число каждого из четырех типов нуклеотидов (А, Т, Г, Ц) и число пар А – Т и Г – Ц, имеющихся в состав фрагментов А, В и С. Определите для каждого фрагмента количественные соотношения: А/Т, Г/Ц и (А + Т)/(Г + Ц). Обратите внимание на то, что фрагменты В и С имеют одинаковый суммарный нуклеотидный состав (сравните общее число нуклеотидов каждого типа и число пар А – Т, Г – Ц в этих фрагментах). 39 Рис. 2.6. Структура фрагментов трех условных молекул ДНК («лестничные модели») Вместе с тем, они различаются специфичностью чередований отдельных нуклеотидов в своих цепочках (специфичностью нуклеотидных последовательностей). Следовательно, суммарный нуклеотидный состав и нуклеотидная последовательность – два совершенно различных свойства молекулы ДНК. Для дальнейшего анализа сделанного заключения составьте и сравните последовательную запись триплетов кодирующих (3'-5') нитей для фрагментов В и С. По аналогии со схемой на рисунке 2.6 составьте и зарисуйте собственные диаграммные изображения двух двухцепочечных фрагментов ДНК, каждый из которых имеет по 15 нуклеотидных пар и соотношение (А + Т)/(Г + Ц) = 2, но отличается от другого специфичностью нуклеотидных последовательностей. Маркируйте края всех полинуклеотидных цепочек знаками 3' или 5' (соответственно). Сделайте последовательную запись триплетов кодирующих нитей составленных фрагментов ДНК. Постройте и зарисуйте диаграммные изображения фрагментов двух молекул РНК, являющихся комплементарными кодирующим нитям составленных вами фрагментов ДНК. Проанализируйте нуклеотидный состав этих фрагментов. Сделайте последовательную запись триплетов фрагментов РНК и сравните ее с ранее сделанной записью для триплетов соответствующей нити ДНК. 2. Определение степени гомологии нитей из различных молекул ДНК при их денатурации и ренатурации. Рассмотрите в качестве примера условные изображения процессов денатурации и ренатурации фрагментов двух молекул ДНК (рис. 2.7). Полинуклеотидные цепочки фрагментов маркированы цифрами 1, 2 и 3, 4 (соответственно). 40 |