СанктПетербург тесса 2009
 Скачать 7.63 Mb.
|
|
Изображение процессов денатурации и ренатурации фрагментов двух молекул ДНК Денатурация может происходить при повышении температуры (нагревании) раствора ДНК. Это увеличивает нестабильность водородных связей между азотистыми основаниями в параллельных цепях молекулы и приводит к их разделению, т.е. к образованию одноцепочечных структур. Денатурацию можно осуществить также обработкой ДНК сильной щелочью, которая нарушает водородные связи между основаниями. Если раствор, содержащий денатурированную ДНК, затем медленно охлаждать (либо нейтрализовать щелочь), становится возможным повторное образование водородных связей между комплементарными основаниями разных цепочек, т.е. формирование новых двухцепочечных структур (процесс ренатурации). С помощью физико-химических методов можно изолировать отдельные цепочки денатурированных молекул ДНК, а затем смешать их попарно в новых сочетаниях и провести процесс ренатурации. При этом степень ренатурации (размеры формирующихся двухцепочечных участков) будет зависеть от степени гомологии (комплементарного соответствия нуклеотидных последовательностей) двух исследуемых одноцепочечных структур. На рис. 2.5 в упрощенной форме демонстрируется общий принцип ренатурации цепочек 2 и 3 из фрагментов разных молекул ДНК и определения степени их гомологии. 41 Постройте и зарисуйте диаграммные изображения, иллюстрирующие принципы денатурации и ренатурации ДНК, для фрагментов А, В и С из предыдущей работы (см. рис. 2.6). По аналогии со схемой на рисунке 2.7 постройте и зарисуйте собственные диаграммные изображения и определите степень гомологии (в %) для двух одноцепочечных структур с одинаковой ориентацией нуклеотидных последовательностей (3'-5' либо 5'-3') из разных фрагментов молекул ДНК, составленных вами при выполнении работы. 3. Составление диаграммного изображения принципа репликации ДНК. Используя приведенные выше схемы строения фрагментов трех молекул условных ДНК (см. рис. 2.6), составьте и зарисуйте диаграммные изображения процесса репликации этих фрагментов в соответствии с полуконсервативным принципом. Матричные (материнские) и вновь синтезируемые (дочерние) нити молекул можно маркировать, раскрашивая их разным цветом. Обозначьте ориентацию концевых фосфатов каждой нити. Сравните кодирующие нуклеотидные последовательности исходной молекулы и возникших при ее репликации двух дочерних молекул. Дайте оценку биологического смысла процесса репликации ДНК в связи с известными вам этапами клеточного цикла. 4. Изучите схему репликации ДНК (рис. 2.8). Какими цифрами обозначены: репликационная вилка, ДНК-полимераза III, РНК- праймер, праймаза, гираза (топоизомераза), геликаза, лигаза, белок- стабилизатор, лидирующая цепь, отстающая цепь, фрагмент Оказаки. Рис. 2.8. Репликация ДНК 5. Изучите схемы, иллюстрирующие репликацию ДНК (рис. 2.9 1 – 7). Расположите описание этапов репликации ДНК (А – Ж) в правильной последовательности. 42 А. На отстающей цепи ДНК синтезируется фрагментами, что требует серии РНК-праймеров, которые удаляются затем ДНК-полимеразой I. Она же и замещает пробел недостающими нуклеотидами. Б. Геликаза прикрепляется к ДНК и продолжает ее расшивать, а гираза (топоизомераза) раскручивает спираль ДНК. Одноцепочечные ДНК удерживаются стабилизирующими белками и служат матрицей для репликации. В. РНК-праймер на отстающей цепи ДНК. ДНК-полимераза работает в том же направлении (5’-3’), синтезируя фрагмент дочерней цепи ДНК. Г. ДНК-полимераза использует праймер для начала синтеза дочерней нити на на 3’конце. Этот синтез продолжается непрерывно в направлении 5’-3’. Д. инициирующий белок связывается с ДНК, используя энергию АТФ, локально расшивает ДНК на две полинуклеотидные цепи и образует «глазок» репликации. Е. праймаза синтезирует короткий РНК- праймер на 3’конце, где будет синтезироваться лидирующая цепь дочерней ДНК. Ж. ДНК-лигаза связывает фрагменты Оказаки, после чего ДНК-лигаза, полимераза I, полимераза III, праймаза, геликаза и гираза работают в репликационной вилке одновременно. Рис. 2.9. Репликация ДНК 43 6. Решение генетических задач по моделированию этапов реализации наследственной информации (процессов транскрипции и трансляции). Ознакомьтесь со структурой генетического кода молекул иРНК и названиями аминокислот, входящих в состав белковых молекул (табл. 2.6 и примечание к ней). Кодируемую аминокислоту можно найти в таблице 2.6 на пересечении линий, проведенных от трех нуклеотидов, составляющих тот или иной кодон. Стоп-триплеты (УАА, УАГ и УГА) не кодируют каких-либо аминокислот, они обеспечивают прерывание процесса трансляции на рибосоме (окончание синтеза полипептида). Таблица 2.6. Генетический код Первое Второе основание Третье основание У (А) Ц (Г) А (Т) Г (Ц) основание Фен Сер Тир Цис У (А) Фен Сер Тир Цис Ц (Г) Лей Сер — — А (Т) У (А) Лей Сер — Три Г (Ц) Лей Про Гис Apr У (А) Лей Про Гис Apr Ц (Г) Лей Про Глн Apr А (Т) Ц (Г) Лей Про Глн Apr Г (Ц) Иле Тре Асн Сер У (А) Иле Тре Асн Сер Ц (Г) Иле Тре Лиз Apr А (Т) А (Т) Мет Тре Лиз Apr Г (Ц) Вал Ала Асп Гли У (А) Вал Ала Асп Гли Ц (Г) Вал Ала Глу Гли А (Т) Г (Ц) Вал Ала Глу Гли Г (Ц) Примечание. В таблице использованы следующие сокращения названий аминокислот: Ала – аланин, Apr – аргинин, Асн – аспарагин, Асп – аспарагиновая кислота, Вал – валин, Гис – гистидин, Гли – глицин, Глн – глутамин, Глу – глутаминовая кислота, Иле – изолейцин, Лей – лейцин, Лиз – лизин, Мет – метионин, Про – пролин, Сер – серии, Тир – тирозин, Тре – треонин, Три – триптофан, Фен – фенилаланин, Цис – цистеин 6.1. Определите нуклеотидные последовательности участков мРНК, синтезируемых при транскрипции фрагментов ДНК (А, В и С), которые изображены на рисунке 2.6. Пользуясь информацией таблицы 44 2.6, составьте аминокислотные последовательности участков трех полипептидов, кодируемых указанными фрагментами ДНК. 6.2. Первые 10 аминокислот цепочки (3-глобина, входящего в состав нормального гемоглобина человека (НЬА), кодируются известной нуклеотидной последовательностью молекулы зрелой иРНК: 5 '-ГУГ ЦАЦ ЦУГ АЦУ ЦЦУ ГАГ ГАГ ААГ УЦУ ГЦЦ-3' (полный β-глобиновый полипептид состоит из 146 аминокислот). С помощью таблицы 2.6 определите аминокислотную последовательность указанного участка полипептида. Определите аминокислотную последовательность аналогичного участка мутантного β-глобина, синтез которого приводит к появлению ненормального гемоглобина (HbS) и серповидно-клеточных эритроцитов у человека, если известно, что его кодирует следующий фрагмент иРНК: 5'-ГУГ ЦАЦ ЦУГ АЦУ ЦЦУ ГУГ ГАГ ААГ УЦУ ГЦЦ-3'. Сравните построенные вами пептидные фрагменты нормального и мутантного белка. Проанализируйте вероятный молекулярный механизм возникновения гемоглобина, обусловливающего развитие у человека серповидноклеточной анемии, учитывая, что при сравнении всех остальных соответствующих друг другу триплетов молекул иРНК, кодирующих нормальный и мутантный β-глобин, между ними не выявляется каких-либо различий. 6.3. Участок цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов АЦА АТА ААА ГТТ… Какую первичную структуру имеет полипептид, синтезируемый при участии этой цепи ДНК (табл. 2.6.)? 6.4. Участок цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов ГГА АЦА ЦТА ГТТ ААА АТА ЦГ… Какую первичную структуру имеет полипептид, синтезируемый при участии этой цепи ДНК, если в результате мутации в этой цепи выпадает 12-й нуклеотид (табл. 2.6)? 6.5. Начальная часть молекулы имеет следующую структуру: Цис-Фен-Тир. С какими триплетами тРНК участвуют в синтезе этого белка (табл. 2.6)? 6.6. Какова последовательность нуклеотидов в обеих цепях фрагмента молекулы ДНК, кодирующей фрагмент белка следующей структуры: Ала-Тре-Лиз-Асп-Сер (табл. 2.6)? 6.7. Участок инициации синтеза полипептида в молекуле иРНК имеет нуклеотидную последовательность УАУАААУГУУУЦААЦАУ. Какие триплеты данной иРНК кодируют первые аминокислоты (табл. 2.6)? 45 6.8. Определите все варианты иРНК, кодирующие пептид Мет- Фен-Лей (табл. 2.1). 6.9. При синдроме Фанкони (нарушение образования костной ткани) у больного человека выделяются с мочой аминокислоты, которым соответствуют следующие триплеты иРНК: АУА, ГУЦ, АУГ, УЦА, УУГ, УАУ, ГУУ, АУУ. Определите, выделение каких аминокислот с мочой характерно для этого синдрома? 6.10. Какие аминокислоты могут переносить к рибосомам тРНК со следующими антикодонами: АУГ, ААА, ГУЦ, ГЦУ, ЦГА, ЦУЦ, УАА, УУЦ? 7. Познакомьтесь со схемой оперона (рис. 2.10). Какими цифрами обозначены основные компоненты оперона: ДНК, промотор, оперон, РНК-полимераза, гены оперона, оператор? Рис. 2.10. Схема оперона 8. Точковые мутации возникают случайным образом во время репликации ДНК. На рисунке 2.11 показано, каким образом вследствие замены первого, второго или третьего нуклеотидов в триплете АУА иРНК, который кодирует аминокислоту изолейцин, могут возникнуть 9 новых кодонов, кодирующих в общей сложности шесть разных аминокислот (из-за вырожденности генетического кода некоторые точковые мутации не вызывают изменений в аминокислотах), Что вы можете сказать о триплетах, заключенных в рамки? Мутации по замене какого по счету нуклеотида приводят к меньшим изменениям в структуре белковой молекулы? 9. Рассмотрите схемы матричных синтезов эукариотической клетки (рис. 2.12 – I и II). Укажите названия этих матричных процессов, что обозначено цифрами 1–4 (на схеме I) и 1–3 (на схеме II)? 10. На рисунке 2.13 схематично изображена трансляция у эукариот. Какими цифрами обозначены: ДНК; фермент РНК- 46 полимераза; рРНК; малая субъединица рибосомы; иРНК; большая субъединица рибосомы; синтезируемый белок; ядерная пора; ядерная мембрана; область ядрышка; рибосома, ядерный матрикс? Рис. 2.11. Точковые мутации триплета АУА I II Рис. 2.12. Матричные процессы эукариотической клетки 11. Рассмотрите схему одного из этапов трансляции (рис. 2.14). Какими цифрами обозначены: тРНК; малая субъединица рибосомы; аминокислота; триплет (кодон); антикодон; нуклеотид; иРНК; большая субъединица рибосомы? 47 12. Изучите схему строения полисомы (рис. 2.15). Какими цифрами обозначены: рибосома; иРНК; синтезированный белок; синтезируемый белок; малая субъединица; большая субъединица; концевой участок иРНК; начальный участок иРНК. Рис. 2.14. Один из этапов трансляции Рис. 2.13. Трансляция у эукариот Рис. 2.15. Полисома Тестовые задания * Тестовые задания с несколькими правильными ответами 1. *Удвоение количества ДНК: 1) репликация; 2) репликативный синтез; 3) редупликация; 4) регенерация; 5) дупликация. 2. Процесс репликации ДНК приводит к образованию: 1) одной двойной спирали; 2) двух одноцепочечных спиралей; 3) двух двойных спиралей; 4) четырех одноцепочечных спиралей. 3. *Принципы репликации ДНК: 1) комплементарность; 2) антипараллельность; 3) полуконсервативность; 4) прерывистость; 5) терминированность; 6) консервативность 4. Удлинение цепи ДНК всегда происходит в направлении от: 1) 5´-конца к 3´-концу; 2) 3´-конца к 5´концу; 3) 5´-конца к 5´-концу; 4) 3´-конца к 3´-концу. 5. В состав растущей цепи ДНК включаются нуклеотиды, в составе которых присутствуют: 1) аденин; 2) тимин; 3) урацил; 4) цитозин; 5) гуанин. 6. Азотистые основания в составе нуклеотидов двух полинуклеотидных цепей соединяются между собой по принципу: 1) полярности; 2) униполярности; 3) комплементарности; 4) полуконсервативности; 5) уникальности. 48 7. Удвоение ДНК эукариот совершается: 1) последовательно от одного конца до другого; 2) одновременно с двух концов, навстречу друг другу; 3) одновременно во многих местах сразу; 4) поочередно в разных точках. 8. Образованию каждого фрагмента ДНК предшествует синтез короткой последовательности (10-15 нуклеотидов) – затравки: 1) АТФ 2) ДНК 3) РНК 4) НАДФ. 9. Точки начала репликации на молекуле ДНК связываются с белком, который называется: 1) геликаза; 2) нуклеаза; 3) ДНК-лигаза; 4) иницирующим; 5) ДНК- полимераза. 10. Разрыв водородных связей двойной спирали родительской ДНК в районе репликативной вилки осуществляет фермент: 1) топоизомераза; 2) геликаза; 3) ДНК- полимераза; 4) лигаза. 11. Решение проблемы суперспирализации молекулы ДНК в процессе репликации осуществляет фермент: 1) топоизомераза; 2) геликаза; 3) ДНК-полимераза; 4) лигаза. 12. После расплетения двойной спирали ДНК на две отдельные цепи с каждой из них связываются белки: 1) узнающие; 2) деспирализирующие; 3) стабилизирующие; 4) активизирующие; 5) формирующие. 13. Последовательное включение нуклеотидов в строящуюся цепь ДНК осуществляет фермент: 1) ДНК-зависимая-ДНК-полимераза; 2) ДНК-зависимая-РНК-полимераза; 3) ДНК-лигаза; 4) ДНК-синтетаза; 5) ДНК-топоизомераза. 14. Синтез запаздывающей цепи осуществляется относительно направления распространения репликативной вилки: 1) противоположно; 2) параллельно; 3) последовательно; 4) спирально. 15. Единица репликации: 1) мегафон; 2) витафон; 3) унифон; 4) репликон; 5) ДНКфон 16. «Сшивание» соседних одноцепочечных фрагментов ДНК осуществляется ферментом, который называется: 1) каталаза; 2) лигаза; 3) полимераза; 4) праймаза. 17. Синтез РНК-затравки осуществляет фермент: 1) лигаза; 2) топоизомераза; 3) оксидоредуктаза; 4) ревертаза; 5) праймаза. 18. Вырезание некомплементарного нуклеотида (исправление ошибок) – корректорская функция: 1) РНК-затравки; 2) ДНК-лигазы; 3) ДНК-полимеразы; 4) АТФ; 5) ДНК-геликазы. 19. Нуклеиновая кислота, которая непосредственно осуществляет хранение и передачу следующим поколениям наследственной информации: 1) т-РНК; 2) и-РНК; 3) ДНК; 4) р-РНК. 20. *Единицей генетического кода является 1) нуклеотид; 2) ген; 3) триплет; 4) кодон. 21. Количество молекул т-РНК при биосинтезе белка в рибосоме 1) 1; 2) 2; 3) 4; 4) 20. 22. Структура белка непосредственно закодированная в молекуле ДНК: 1) первичная; 2) вторичная; 3) третичная; 4) четвертичная. 23. Количество аминокислот, закодированное в молекуле ДНК из 120 нуклеотидов: 1) 20; 2) 30; 3) 40; 4) 60; 5) 120; 6) 240; 7) 360. 24. Нуклеиновая кислота, которая доставляет аминокислоты из гиалоплазмы в рибосому: 1) ДНК; 2) р-РНК; 3) т-РНК; 4) и-РНК. 25. Антикодон т-РНК, комплементарный кодону ГГА и-РНК: 1) ГГА; 2) ЦЦУ; 3) ТТА; 4) ААГ; 5) ГГТ; 6) ЦЦТ. 26. Ферментативный процесс, осуществляемый в рибосоме: 1) гликолиз; 2) транскрипция; 3) трансляция; 4) редупликация; 5) репарация. 49 27. Нуклеиновая кислота, непосредственно входящая в состав субъединиц рибосом: 1) ДНК; 2) иРНК; 3) тРНК; 4) рРНК. 28. Число нуклеотидов в составе кодона ДНК или иРНК, который кодирует одну аминокислоту: 1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4. 29. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию о структуре белка: 1) триплет; 2) ген; 3) антикодон; 4) кодон; 5) нуклеотид. 30. Количество видов аминокислот, которое может транспортировать в рибосому каждая из тРНК: 1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4. 31. Универсальность генетического кода состоит в том, что: 1) одни триплет нуклеотидов всегда соответствуют одной аминокислоте; 2) большинству аминокислот соответствует не один, а несколько разных триплетов; 3) каждой аминокислоте соответствует один триплет; 4) у всех организмов одни и те же триплеты соответствуют одним и тем же аминокислотам. 32. Реакция матричного синтеза: 1) синтез АТФ; 2) гидролиз РНК; 3) трансляция; 4) синтез гликогена. 33. Вырожденность (избыточность) генетического кода состоит в том, что: 1) один триплет кодирует несколько аминокислот; 2) один триплет кодирует одну аминокислоту; 3) несколько триплетов не кодируют ни одной аминокислоты; 4) большинство аминокислот кодируется несколькими триплетами. 34. Количество нуклеотидов одной полинуклеотидной цепи ДНК необходимое для кодирования белка состоящего из 90 аминокислот: 1) 30; 2) 45; 3) 90; 4) 270; 5) 360. 35. Процесс, в результате которого образуется тРНК: 1) транскрипция; 2) трансляция; 3) редупликация; 4) диссимиляция. 36. Триплетность генетического кода состоит в том, что: 1) триплет кодирует три аминокислоты; 2) одна аминокислота кодируется тремя триплетами; 3) одна аминокислота кодируется определенной последовательностью из трех нуклеотидов; 4) три триплета кодируют одну аминокислоту. 37. Нуклеиновая кислота, которая имеет антикодон: 1) иРНК; 2) тРНК; 3) рРНК. 38. Нуклеиновая кислота, которая переносит сведения о первичной структуре белка из ядра в рибосому: 1) ДНК; 2) информационная РНК; 3) транспортная РНК; 4) рибосомная РНК. 39. Последовательность нуклеотидов иРНК синтезируемая на ДНК, имеющей последовательность нуклеотидов АТГЦЦЦГАТ: 1) АТГЦЦЦГАТ; 2) АУГЦЦЦГАУ; 3) ТАЦГГГЦТА; 4) УАЦГГГЦУА. 40. Однозначность генетического кода состоит в том, что: 1) аминокислота кодируется одним триплетом; 2) одному триплету соответствует одна аминокислота; 3) один триплет кодирует несколько аминокислот; 4) информация об аминокислотах белка кодируется в ядерной ДНК одинаково у всех эукариот. 41. Свойство генетического кода ДНК повышающее надежность хранения и передачи наследственной информации: 1) триплетность; 2) однозначность; 3) неперекрываемость; 4) избыточность; 5) универсальность. 42. Свойство генетического кода, состоящее в том, что одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами называется: 1) универсальность; 2) избыточность; 3) неперекрываемость; 4) однозначность. 43. Число нуклеотидов, на которое рибосома перемещается по молекуле иРНК каждый раз после образования еще одной пептидной связи: 1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4; 5) 5. 50 2.3. Хромосомный уровень организации генетического материала опросы для повторения и обсуждения В 1. Каков химический состав хроматина? 2. Как организованы нуклеосомы? 3. В чем заключается индивидуальность каждой хромосомы? 4. Что такое политенные хромосомы и как они образуются? 5. Какие изменения структурной организации хромосом известны и чем они сопровождаются? 6. Каково значение хромосомной организации в функционировании и наследовании генетического материала? Контрольные задания 1. Хроматин ядра имеет определенную пространственную организацию, характеризующуюся его компактизацией или спирализацией. Рассмотрите схему уровней организации хроматина (рис. 2.16). Какими цифрами обозначены: метафазная хромосома; нуклеосомная фибрилла, интерфазная хромонема; элементарная хроматиновая фибрилла, гетерохроматин? 2. Познакомьтесь с морфологией хромосом (рис. 2.17). Рис. 2.16. Уровни спирализации хроматина Рис. 2.17. Схема морфологии хромосом: метацентрических (а), субметацентрических (б), акроцентрических (в), спутничных (ядрышковых) (г) Т – теломеры, Ц – центромеры (первичные перетяжки) ЯОР – ядрышковый организатор (вторичная перетяжка) 51 3. Различают несколько форм хромосом в зависимости от места положения центромеры и длины плеч, расположенных по обе стороны от нее. Укажите, какие формы хромосом представлены на рисунке 2.18. Какими цифрами обозначены: хроматиды; центромера; вторичная перетяжка; короткое плечо; длинное плечо; спутник? Рис. 2.18. Формы метафазных хромосом 4. Рассмотрите строение метафазной хромосомы (рис. 2.19) и укажите основные ее составляющие элементы. Рис. 2.19. Метафазная хромосома 5. Рассмотрите основные виды хромосомных мутаций (рис. 2.20). Какими цифрами обозначены: инверсия, транслокация, дупликация, делеция? Рис. 2.20. Основные виды хромосомных мутаций 6. Познакомьтесь с расположением локусов в Х-хромосоме (отдельные гены локализованы в определенных сегментах хромосомы) (рис. 2 21). 7. В популяции сохранился один вариант гена В. Сделайте схематический рисунок хромосом с указанием локуса этого гена в хромосомах диплоидного организма: а) ген находится в аутосоме; б) ген находится в Х-хромосоме; в) ген находится в Y-хромосоме. 52 8. В популяции существуют два варианта гена D, доминантный и рецессивный (D и d). Сделайте схематический рисунок хромосом с указанием локуса этого гена в хромосомах диплоидного организма (ген расположен в аутосоме). Рис. 2.21. Генетическая карта Х-хромосомы 9. В популяции обнаружены два варианта гена R (R и r) и два варианта гена E (E и e). Гены находятся в негомологичных хромосомах (аутосомах). Сделайте схематический рисунок хромосом с указанием локусов этих генов в хромосомах диплоидного организма. 10. В диплоидном наборе человека содержится 46 хромосом, шимпанзе – 48, домовой мыши – 40. Сколько аутосом и половых хромосом содержится в соматических и незрелых половых клетках названных организмов? При помощи символов запишите кариотипы указанных организмов разного пола. Сколько негомологичных хромосом содержится в кариотипах этих организмов? 53 Лабораторный практикум 1. Изучение гигантских (политенных) хромосом в препарате слюнных желез личинок двукрылых. Интенсификация ядерных синтетических процессов может сопровождаться специфической организацией генетического материала. Примером такой особой структуризации ядра являются политенные хромосомы в ядрах личиночных тканей различных представителей двукрылых (мошки, комары, мухи). Политенные хромосомы – интерфазные, способные к синтетической деятельности хромосомы. Они приобрели гигантские размеры и стали видимыми благодаря серии многократных редупликаций элементарных хромосомных нитей, не сопровождающихся их расхождением. При малом увеличении микроскопа изучите постоянный или временный препарат гигантских хромосом личинок двукрылых. Обратите внимание на очень большие ядра с крупными хромосомами и прозрачной кариоплазмой. Хромосом чаще всего четыре, что соответствует гаплоидному набору хромосом. Длина хромосом различна, они часто переплетены между собой, образуя клубок. При большом увеличении микроскопа рассмотрите участки отдельной хромосомы. Хромосомы имеют вид лент с вздутиями и поперечной исчерченностью в каждой хромосоме темных (гетерохроматиновых) и светлых (эухроматиновых) дисков (хромомеров), имеющих различную форму и величину. Сравните картину поперечной исчерченности, создаваемую чередованием различных дисков у отдельных хромосом (обратите внимание на специфичность строения отдельных дисков) (2.22). Для выделения слюнных желез личинку комара Chironomus sp. (мотыль), поместите на предметное стекло и острой бритвой отрежьте первые два сегмента головного конца. При этом парные слюнные железы, имеющие вид мелких прозрачных беловатых телец овальной формы, выходят из тела личинки вместе с гемолимфой. Выделенные слюнные железы, имеющие 2-5 лопастную форму, поместите в каплю гемолимфы и рассмотрите при помощи микроскопа. Для окрашивания хромосом поместите слюнные железы на часовое стекло в каплю ацетокармина, накройте другим часовым стеклом и поместите в термостат с температурой 37°С на 45 мин. Окрашенную железу перенесите на предметное стекло в каплю 95%-ной уксусной кислоты и накройте покровным стеклом. Затем круговыми движениями тупого конца препаровальной иглы по стеклу над препаратом раздавите его. Рис. 2.22. Гигантские хромосомы в ядре клетки слюнных желез 54 ! Зарисуйте несколько политенных хромосом (малое увеличение) и участок гигантской хромосомы (большое увеличение), на рисунке обозначьте:гетерохроматиновые и эухроматиновые участки. 2. Определение полового хроматина в клетках слизистой оболочки ротовой полости здоровых людей. Половой хроматин (тельце Барра) является продуктом закономерной гетерохроматинизации одной из двух Х-хромосом нормальных соматических клеток женского организма и может быть выявлен в ядрах интерфазных клеток, что значительно облегчает цитологическую диагностику пола индивидуума и различных аномалий, связанных с изменением нормального числа Х- хромосом в кариотипе. При выполнении работы следует иметь в виду, что в случае женского кариотипа (46, XX) тельце полового хроматина обычно выявляется в ядрах 20-70 % нормальных клеток эпителия слизистой оболочки рта, тогда как у лиц с нормальным мужским кариотипом (46, XY) оно обнаруживается очень редко (вероятность выявления составляет менее 5 % исследованных клеток). Однако в патологических случаях (при аномалиях числа Х-хромосом в кариотипе индивидуума) картина может существенно меняться. Приготовьте временный препарат клеток слизистой оболочки ротовой полости. Для этого вначале с помощью стерильной марлевой салфетки тщательно протрите участок слизистой оболочки щеки в целях удаления слоя слущивающегося поверхностного эпителия. Рис. 2.23. Клетки плоского эпителия полости рта человека: 1 – ядро; 2 – цитоплазма; 3 – половой хроматин; 4 – митохондрии Затем шпателем с тонким загнутым концом сделайте соскоб слоя эпителия слизистой щеки. Полученный материал поместите в виде мазка на поверхность сухого обезжиренного предметного стекла. Нанесите на мазок каплю красителя (ацеторсеина) и накройте препарат покровным стеклом. Изучите приготовленный препарат при малом увеличении микроскопа для обнаружения эпителиальных клеток (клетки имеют крупные ядра, слабо окрашиваю- щиеся ацеторсеином). 55 Используя иммерсионное увеличение микроскопа, проведите исследование отдельных клеток в препарате на наличие (отсутствие) в них полового хроматина, который в виде интенсивно окрашивающихся глыбок локализуется под ядерной оболочкой (рис. 2.23). Подсчитайте число телец полового хроматина в ядрах 100 эпителиальных клеток. Считать необходимо только ядра с четкими контурами, слабо окрашенные ацеторсеином и имеющие целую (неразрушенную) ядерную оболочку. На основе наблюдаемой цитологической картины сделайте заключение о половой принадлежности исследуемого индивидуума. ! Зарисуйте несколько клеток плоского эпителия полости рта человека, на рисунке обозначьте: ядро, цитоплазма, половой хроматин. 3. Составление схемы распределения хромосом во время клеточного цикла. Проанализируйте упрощенную схему распределения хромосом, маркированных символами двух аллельных генов (Аа), во время клеточного цикла у гипотетического организма, в кариотипе которого имеется лишь одна пара гомологичных хромосом (рис. 2.24). Следует отметить условный характер этой схемы, поскольку во время интерфазы хромосомы находятся в деспирализованном состоянии, что не позволяет четко наблюдать их структуру с помощью световой микроскопии. Обратите внимание на то, что в пресинтетическом периоде интерфазы каждая хромосома представлена одной хроматидой и содержит один экземпляр соответствующего гена. После удвоения генетического материала клетки в синтетическом периоде интерфазы хромосома состоит из двух одинаковых структур (хроматид), соединенных центромерой. В анафазе митоза происходит разделение центромеры и отделение друг от друга хроматид каждой хромосомы с последующим их расхождением к разным полюсам материнской клетки. К концу телофазы на базе исходной (материнской) клетки формируются две новые (дочерние) клетки, каждая из которых содержит точную копию генетического материала материнской клетки, но при этом каждая хромосома опять состоит из одной хроматиды. По аналогии со схемой на рисунке 2.24 составьте и зарисуйте в альбом собственную (более детальную) условную схему 56 хромосомного цикла для гипотетической клетки, содержащей две пары гомологичных хромосом (2n = 4). Негомологичные хромосомы изобразите так, чтобы были видны их морфологические различия (можно изобразить их с использованием разного цвета). Маркируйте эти хромосомы символами двух пар аллельных генов (Аа –для одной пары хромосом и Вb –для другой пары). Рис. 2.24. Распределение гомологичных хромосом и содержащихся в них генов во время клеточного цикла (1- родительская клетка (пресинтетический период); 2 – родительская клетка (конец синтетического периода); 3 – дочерние клетки (конец телофазы митоза) Покажите на схеме, как меняется в клетке число хромосом (2n, 4n) и количество генетического материала (2с, 4с) в зависимости от этапа клеточного цикла. Символом с принято обозначать количество ДНК, соответствующее гаплоидному набору хромосом, в котором каждая хромосома представлена одной хроматидой. Тестовые задания * Тестовые задания с несколькими правильными ответами 1. Согласно хромосомной теории наследственности, совокупность генов, входящих в состав одной хромосомы, образуют: 1) набор генов; 2) группу сцепления; 3) генофонд; 4) нуклеосому. 2. *Количество ДНК в ядрах соматических клеток организма данного вида: 1) изменяется в течение онтогенеза; 2) пропорционально плоидности; 3) постоянно; 4) вдвое больше чем в гаметах; 5) увеличивается с возрастом организма. 3. *Уровни структурной организации хроматина: 1) нуклеосомная нить; 2) метафазная фибрилла; 3) интерфазная хромонема; 4) метафазная хромосома; 5) хроматиновая фибрилла. 4. Компактная организация и генетическая инертность характерна для участков хромосом: 1) эухроматиновых; 2) гетерохроматиновых; 3) гомохроматиновых; 4) метахроматиновых. 5. *Различают формы хромосом: 1) равноплечие; 2) нитчатые; 3) палочковидные; 4) неравноплечие; 5) точковые; 6) спутниковые. 6. *Правило индивидуальности хромосом проявляется в: 1) различной форме; 2) неодинаковом наборе генов; 3) неодинаковых размерах; 4) неодинаковом расположении центромеры. 57 2.4. Геномный уровень организации наследственного материала опросы для повторения и обсуждения В 1. Существует ли связь между размерами генома (в количестве нуклеотидных пар) и видовой принадлежностью организмов? Приведите примеры в обоснование вашей точки зрения. 2. Что вы знаете о путях увеличения генома клеток в процессе развития организмов от низших форм к высшим? 3. Что представляют собой транспозируемые генетические элементы? Как их классифицируют? 4. Что представляют собой плазмиды? 5. Что представляют прямые и обратные мутации? Контрольные задания 1. Определите, чем различаются аллельные системы, приведенные ниже: а) АА, Аа, аа; ВВ, Вb, bb; б) CaCa, CaCB, CbCb, Cac, Cbc, cc. 2. Какие и сколько вариантов генотипов возможны у следующих организмов (гены локализованы в аутосомах): а) признак контролируется одной парой аллелей А, а; б) признак контролируется 3 аллелями D, d, dk? 3. Определите виды зиготности организмов по их генотипам: а) AA, CC, Bb, dd; б) AACC, AaBb, AAbb; в) AabbCc, AAccKKtt, aaCcKKTt. 4. Познакомьтесь с хромосомным набором аксолотля (рис. 2.25). Установите индивидуальность хромосом. Рис. 2.25. Хромосомный набор аксолотля 58 Лабораторный практикум 1. Составление кариограммы нормального хромосомного набора человека по фотокопиям метафазных пластинок. При выполнении работы следует иметь в виду, что из-за относительно небольших размеров хромосом человека и их значительного общего числа (46) идентификация отдельных хромосом кариотипа в процессе его микроскопического изучения связана со значительными трудностями. Поэтому в практике цитогенетических исследований человека обычно прибегают к фотографированию картин метафазных ядер в препаратах митотически делящихся клеток. В дальнейшем, получив фотокопию хромосомного набора (на бумаге), с помощью ножниц можно вырезать изображения отдельных хромосом и после соответствующего анализа попарно разложить их на чистом листе бумаги в соответствии с общепринятой классификацией, т.е. составить кариограмму исследуемого индивидуума. Для составления кариограммы откройте пакет, содержащий полный набор фотоизображений на бумаге отдельных (вырезанных) хромосом человеческого кариотипа. С помощью пинцета перенесите копии хромосом на чистый лист бумаги; попытайтесь дифференцировать копии отдельных хромосом, определяя их общие размеры и размеры каждого плеча. Рис. 2.26. Хромосомный набор мужчины Подберите попарно изображения гомологичных хромосом, сравнивая их по размерам и характеру расположения центромеры, и разложите (с помощью пинцета) на листе бумаги в соответствии с принятой классификацией (рис. 2.26). 59 Согласно этой классификации, хромосомы человеческого кариотипа подразделяют на восемь групп (в группы 1 – 7 входят 22 пары аутосом, а группу 8 составляет пара половых хромосом – ХХ либо XY). В группу 1 входят хромосомы 1, 2 и 3-й пар, имеющие наиболее крупные размеры (1-я и 3-я пары – метацентрические хромосомы, а 2-я пара – субметацентрические). Группа 2 (4-я и 5-я пары) – довольно крупные субметацентрические хромосомы, без специального окрашивания различить их между собой не удается. Группа 3 (с 6-й по 12-ю пары) – субметацентрические хромосомы средних размеров (при обычном окрашивании их также не удается дифференцировать между собой, поэтому можно ограничиться лишь констатацией того, что группа в количественном отношении представлена полностью). Группа 4 (с 13-й по 15-ю пары) – акроцентрические хромосомы средних размеров, могут иметь спутники (между собой дифференцировать не удается). Группа 5 (с 16-й по 18-ю пары) – хромосомы небольших размеров метацен-трического (16-я) либо субметацентрического (17-я и 18-я пары) типа. Группа 6 (19-я и 20-я пары) – короткие хромосомы почти метацен- трического типа (между собой неразличимы). Группа 7 (21-я и 22-я пары) – самые короткие хромосомы акроцентрического типа, могут иметь спутники (между собой также неразличимы при обычном окрашивании). Группа 8 – Х-хромосома по морфологии похожа на наиболее длинные хромосомы группы 3, а 7-хромосома сходна с хромосомами группы 7. Составив и проанализировав кариограмму индивидуума, определите его пол; закончив работу, аккуратно сложите копии хромосом в пакет с помощью пинцета. 2. Изучение морфологии и подсчет хромосом в клетках корешков кормовых бобов. Поместите на предметное стекло корешки длиной 0.5 см в каплю ацетокармина и лезвием бритвы сделайте поперечный срез кончика корешка. Срез в капле красителя накройте покровным стеклом и несколько раз подогрейте в пламени спиртовки. Постепенно фильтровальной бумагой уберите ацетокармин, заменив его на уксусную кислоту. Срез раздавите и осторожно распределите клетки в один слой. Используя малое и большое увеличение микроскопа выберите на полученном давленном препарате клетки, в которых лучше всего видны хромосомы. Рассмотрите хромосомы. ! Зарисуйте и подсчитайте все хромосомы клетки. 60 |