Примеры заданий по биотехнологии. Учебнометодический комплекс для студентов специальности 131 01 0102 Биология (научнопедагогическая деятельность)
 Скачать 6.85 Mb.
|
|
Секвенирование ДНК по Сэнгеру, ферментативный метод (Senger sequencing or enzymatic method s.) — техника секвенирования (см.) однонитчатой ДНК. В основе метода — присоединение к однонитчатой ДНК- матрицы секвенирующего праймера (см.) (обычно синтетических олигонуклеотидов). Реакционная смесь переносится в 4 пробирки, куда добавляются все 4 дезоксинуклеозидтрифосфата, один из которых мечен по 32 Р. Каждая пробирка содержит также различные дидезоксинуклеозидтрифосфаты (ддАТФ, ддЦТФ, ддГТФ и ддТТФ). Для синтеза комплементарной цепи к однонитчатой последовательности-матрицы в пробирки добавляется фермент ДНК-полимераза(см.). В результате происходит удлинение праймера в со- ответствии с матричной последовательностью. Когда в растущую цепь вместо соответствующего дНТФ в матрице включается ддНТФ, 3'-конец растущей цепи теряет гидроксильную группу и не может дальше удлиняться: цепь терминируется. В итоге каждая реакционная смесь получит набор радиоактивно меченных фрагментов ДНК с общим 5'-концом (праймер), но с разными 3'- концами. После окончания реакции ДНК денатурируется, затем подвергается электрофорезу в полиакриламидном геле (см. Секвенирующий гель) и с помощью радиоавтографии (см.) выявляются радиоактивные полосы. Последовательность нуклеотидов в исходной ДНК-матрице может затем про- читываться прямо с радиоавтограммы. Скрининг — поиск в генной библиотеке клонов конкретной колонии, содержащей нужный фрагмент чужеродной ДНК. Слияние изолированных протопластов — формирование одной клетки из двух и более объединением их поверхностных мембран. Создание рекомбинантных ДНК —конструированиеновых последовательностей ДНК, образованных in vitro путем сшивания двух или более негомологичных молекул ДНК. Первая рекомбинантная ДНК была создана (сконструирована) в 1972 г. П. Бергом и включала в себя фрагменты фага λ, Е. соli и вируса обезьян sv40 (см. Первая рекомбинантная (гибридная) молекула ДНК). Солод — смесь продуктов гидролиза крахмала, полученная из проросшего ячменя. Сомаклоны — растения, регенерировавшие из культивируемых клеток и несущие какие-либо отклонения от исходных форм. Соматическая гибридизация — гибридизация между протопластами, выделенными из соматических клеток растений. Соматический эмбриогенез — образование биполярных зародышеподобных структур (эмбриоидов) из соматических клеток. 437 Эмбриогенез может происходить в ткани экспланта (прямой) или через стадию каллуса (непрямой). Соматотропин (гормон роста человека ГРЧ) ( growth hormone, GH, somatotropin) — гормон секретируется передней долей гипофиза. Впервые он был выделен и очищен в 1963 г. Его недостаток приводит к заболеванию — карликовости (1 случай на 5000 человек). Стоп-кодон, нонсенс-к., терминатор —тринуклеотид в информационной РНК, сигнализирующий об окончании синтеза полипептида и освобождении полной полилептидной цепи от рибосомы (см.). Существует три различных типа С.-к.: УАГ(амбер), УГА(опал) и УАА(охра). Ни один из них не соответствует антикодону тРНК. Суспензионная культура — выращивание отдельных клеток или небольших групп их во взвешенном состоянии в жидкой среде при использовании аппаратуры, обеспечивающей их аэрацию и перемешивание. Sma I —одна из рестрикционных эндонуклеаз, или рестриктаз (см.), которая в двухцепочечной ДНК узнает последовательность из шести нуклеотидов ЦЦЦГГГ и разрезает ее между Ц и Г, образуя ровные (тупые) концы (см.). Т Тag-полимераза, Тag-ДНК-полимераза (Tag polymerase or Tag DNA p) — фермент из термофильной эубактерии Thermus aquaticus, осуществляющий полимеризацию дезоксинуклеотидов. Фермент исключительно термостабилен (оптимум температуры 70-75 °С) и обеспечивает выборочную амплификацию (см.) любой клонированной ДНК до 10 млн. раз с высокой точностью методом т. н. полимеразной цепной реакции (см. ПЦР). Может использоваться для мечения фрагментов ДНК с помощью радиоактивных нуклеотидов, а также биотина или дигоксигенина. Thermus aquaticus —термофильная эубактерия, обитающая в горячих источниках. Из нее был выделен фермент Tag-полимераза, который отличается устойчивостью к высокой температуре и способен работать с большой скоростью при температуре 70С в ходе третьей стадии цикла ПЦР. Таблица (словарь) генетических кодов, словарь кодонов (genetic code table (dictionary)) —таблица, включающая генетические значения отдельных кодонов (см.), или триплетов (см.), соответственно продуктам их функционирования. Содержит 64 кодона, из которых 61 смысловой т.е. каждый из них кодирует конкретную аминокислоту и 3 стоп-кодона (см.), или нонсенс- кодона, которые сигнализируют об окончании синтеза полипептида и освобождении полипептидной цепи от рибосомы (см.). Тандемный повтор (tandem repeat) — организация двух или более расположенных рядом одинаковых последовательностей в пределах двунитчатой молекулы ДНК. Возможны два типа их ориентации — прямые повторы (голова к хвосту 5' – ЦГААТЦ ГТТАТЦГ ГТТАТЦГ AЦГГТ - 3') или непрямые повторы (голова к голове 5' - ЦГААТЦ ЦТТАТЦГ ГЦТАТТГ АЦЦГТ - 3'). Т. п. в области кодирующих генов могут вести к тандемно повторяющимся аминокислотным последовательностям. Термотерапия — лечение зараженных вирусными болезнями растений длительным воздействием на них повышенных температур. 438 Термофилы — организмы (преимущественно микроскопические), способные жить при относительно высоких температурах (до 70°); естественным местообитанием термофилов являются различные горячие источники и термальные воды. Ti-плазмида (Ti-plasmid, tumor inducing plasmid) — плазмида почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, специфический Т-участок которой способен включаться в клетки двудольных растений и внедряться в их ядерную ДНК, что ведет к образованию специфических опухолей (галлов); элементы Ti-п. широко используются в качестве векторов в генной инженерии растений. Тотипотентность — способность растения функционально восстанавливаться из части органа или отдельной клетки. Трансдукция (transduction) — передача (перенос) генетической информации от одной клетки (донора) к другой (реципиенту) с помощью вируса (бактериофага), что приводит к изменению наследственных свойств клеток; Т. была открыта Дж. Ледербергом и Н. Циндером в 1952 г. у Salmonella typhimurium и фага Р22. Транскрипция — синтез молекул РНК на ДНК- или РНК-матрице, осуществляемый ДНК-зависимой или РНК-зависимой РНК-полимеразой. Т. — первый этап реализации генетической информации, записанной в ДНК, осуществляемый с участием фермента РНК-полимераза у прокариот и не менее 3 типов РНК-полимераз, транскрибирующих гены у эукариот. Трансляция — синтез белка (полипептидной цепи) на рибосомах с использованием в качестве матрицы мРНК. Т. состоит из этапов инициации, реакций аминоацилирования молекул тРНК, элонгации (удлинения) полипептидных цепей и терминации синтеза. Процесс Т. начинается с того, что 5'-лидирующий конец мРНК связывается с рибосомой. Затем мРНК движется через рибосому и служит матрицей для построения полипептидной цепи. Доставку аминокислот на рибосомы к месту синтеза белка осуществляют тРНК. Каждая тРНК присоединяется своим антикодоном к соответствующему кодону мРНК, определяя последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Синтез полипептидной цепи начинается с аминоконца (N-конец) и заканчивается карбоксильным концом (С-конец). Изменение скорости трансляции мРНК регулирует экспрессию генов. Трансплант — часть каллусной ткани, используемая для переноса на свежую среду. Транспозон, транспозабельный элемент, мобильный э. (transposon, Tn or transposable element or mobile e.) – участок ДНК, способный изменять свое положение в пределах генома. Т. фланкируются короткими инвертированными повторами и кодируют ферменты, которые обеспечивают вырезание, перенос и вставку в новое место. Т. могут быть использованы для конструирования векторов клонирования, для транспозонного мутагенеза и транспозонного мечения. Извесно большое количество различных Т (Р-элемент дрозофилы, транспозабельные элементы кукурузы и др.) Транспортная РНК (т-РНК) —низкомолекулярная РНК (содержит 75- 90 нуклеотидов), обеспечивающая перенос аминокислот к рибосомам (см.) для включения их в белки. т-РНК имеют специфическую вторичную структуру в виде “листа клевера”, антикодон расположен в антикодоновой петле, а на 5'- конце всегда находится гуанин (G). Аминокислоты присоединяются к 3'-концу 439 последовательности CCА в тРНК в результате реакции аминоацилирования. Модель “листа клевера” для вторичной структуры тРНК предложена Р. Холли с сотр. в 1965 г. Трансформация —1. Перенос генетической информации в бактериальные клетки при помощи изолированной ДНК с участием или без участия плазмид (см.), но всегда без участия вирусов. 2. Направленная модификация генома клетки с помощью очищенной или рекомбинантной ДНК из клетки др. генотипа, которая интегрирует (поглощается) в геном модифицируемой клетки. 3. Изменение морфологии клетки или др. ее характеристик (напр., неопластического роста и др.), происходящее после интеграции нуклеиновой кислоты от онкогенных вирусов в клеточный геном, после воздействия химическими канцерогенами или спонтанно (онкогенная Т.). 4. Изменение наследственных свойств клетки в результате проникновения в нее чужеродной ДНК. Впервые обнаружена в 1928 г. у пневмококков Ф. Гриффитом. Трансгенные организмы — организмы, в наследственные структуры которых искусственно введён хотя бы один активно функционирующий ген от другого организма. Трансформированные организмы — организмы с измененными наследственными свойствами в результате проникновения в них чужеродной ДНК. Триплет — комбинация из трех последовательно расположенных нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты (см. Кодон). Турбидостат — метод непрерывного культивирования микроорганизмов, при котором стабильность процесса обеспечивается системой автоматического регулирования, использующей датчик оптической плотности культуры. У Уникальные (неповторяющиеся) последовательности ДНК (non- repetitious DNA sequences) — участки молекулы ДНК, присутствующие в данном геноме в одной копии (редко в нескольких, но обычно не более 10); большинство структурных генов (за исключением тех, которые составляют мультигенные семейства) представлено У. п. Участок расщепления — см. Сайт рестрикции. Участок узнавания — см. Сайт узнавания. Ф Фаги —см. Бактериофаги. Ферментация — биохимический процесс переработки сырья под воздействием ферментов, вырабатываемых соответствующими видами микроорганизмов. Ферменты — вещества белковой природы, присутствующие во всех живых клетках, направляющие, регулирующие и многократно ускоряющие биохимические процессы в них; играют важнейшую роль в метаболизме. Фетальные клетки — эмбриональные зародышевые клетки, отслаивающиеся от плода и находящиеся в амниотической жидкости в виде суспензии. Эти клетки путем амниоцетеза (см.) можно извлечь из амниотической жидкости для культивирования и проведения их хромосомного, биохимического и генетического анализа. 440 Фетус (от лат. fetus) —зародыш. Фильтр из нитротцеллюлозной плёнки — см.Нитроцеллюлозная (пленка) мембрана. Фингерпринт ДНК (DNA fingerprint) — высокоспецифичные гибридизационные полосы на электрофореграммах (фингерпринт), образующиеся как результат полиморфизма длины рестрикционных фрагментов геномной ДНК (ПДРФ, см.). Причиной такого полиморфизма могуг быть мутации в пределах сайта рестрикции (см.), повторы ДНК (мини- и микросателлиты) и др. Фиторегуляторы — группа природных и синтетических соединений в малых дозах, активно влияющих на обмен веществ, рост и развитие растений. Фиторемедиация — очистка почв и грунтовых вод от тяжелых металлов, радионуклидов и других загрязнителей с помощью растений. Фракции гибридизовавшиеся с радиоактивно меченым зондом — часть молекул ДНК, которые после электрофоретического фракционирования комплементарно связались с радиактивным зондом в процессе Саузерн-блот гибридизации. Х Х-Gal — специальный субстрат, который расщепляется ферментом - галактозидазой (продукт гена lac-Z) (см.) с образованием нерастворимого осадка сине-голубого цвета. Широко используется в генной инженерии для детекции (выявления) бактериальных колоний содержащих плазмиды со встроенной чужеродной ДНК. Химерные плазмиды — плазмиды, содержащие вставку (фрагмент) чужеродной ДНК. Химиотерапия — метод оздоровления посадочного материала в культуре in vitro путем обработки эксплантов или добавления в питательную среду химических соединений - ингибиторов вирусов. Хромосомная библиотека (chromosome specific library) — один из видов геномной библиотеки (см.), используемый дляанализа геномов больших размеров, напр. человека. X. б. создают клонированием (см.) фрагментов ДНК индивидуальных гомологичных хромосом. Ч Чужеродная ДНК — ДНК какого-либо организма по отношению к организму-реципиенту. Ш Штамм — чистая культура микроорганизмов или вирусов данного вида, выделенная из определенного источника (почвы, воды, организма и т. п.) и обла- дающая особыми физиолого-биохимическими свойствами. Э Экзоны (exоns) — последовательности эукариотных генов, которые, как правило, сохраняются при процессинге про-иРНК и образуют зрелую матричную, или информационную РНК. Э., как правило, чередуются с нитронами (см.). Э. кодируют три принципиально различные функции: а) функцию лидера: первый Э. содержит сигналы для инициации транскрипции (см.) и последовательности сфункцией, управляющей присоединением матрицы 441 к рибосомам (см.), и не транслируется (см. Трансляция) в белок; б) функции матрицы (информации); Э. содержат информацию, которая обеспечивает образование белка из отдельных аминокислот; в) терминирующие функции (см. Терминация): последний Э. включает последовательности, которые в зрелой иРНК являются сигналом для окончания трансляции, а также гомополимерное адениловое окончание (хвост) — поли(А) иРНК. Термин экзон предложен У. Гилбертом в 1978 г. Экологическая биотехнология — использование методов генетической и клеточной инженерии, созданных на их основе организмов и технологий для оздоровления и защиты окружающей среды. Эксплант — фрагмент ткани или органа, инкубируемый на питательной среде самостоятельно или используемый для получения первичного каллуса. Экспрессия гена — реализация генетической информации, закодированной в ДНК, путем ее транскрипции (см.) и трансляции (см.) иРНК. Электрофорез в агарозном геле —Метод разделения заряженных биологических макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и т. д.) в электрическом поле, базирующийся на их различии по электрическому заряду, форме и размеру. Молекулы мигрируют через инертный агарозный гель под действием электрического поля. Э. открыт Ф. Ф. Рейсом в 1807 г. В биологии Э. начал использовать А. Тизелиус, сконструировавший первый прибор для электрофоретического разделения белков в 30-е гг. XX в. Электрофоретическая камера — часть прибора для проведения электрофореза. Различают вертикальную и горизонтальную Э.к. Элонгация (elongation) — удлинение нуклеотидной цепи путем добавления новых нуклеотидов (ДНК- или РНК-синтез) или аминокислотной цепи путем присоединения аминокислот. Эмбриокультура — выращивание изолированных зародышей на ранней стадии их развития в культуре in vitro и регенерация растений. Этидиум бромид (3,8-диамино-6-этил-5-фенилфенантридиум бромид) —флуоресцирующий краситель (канцероген), который обладает способностью интеркалировать между парами оснований в двунитчатой ДНК и РНК. Комплекс нуклеиновой кислоты с Э. б. флуоресцирует под УФ светом. Используется для визуального обнаружения двунитчатых молекул ДНК в агарозном и полиакриламидном геле (см.) при флуоресцентном излучении в 590 нм. Э. б. позволяет производить количественную оценку содержания нуклеиновых кислот в препарате. Эухроматин (euchromatin) — активный хроматин, не обнаруживаемый визуально на протяжении всей интерфазы вследствие низкой плотности его упаковки, содержит подавляющее большинство активно транскрибируемых генов, способен обратимо превращаться в факультативный гетерохроматин в процессе инактивации Х-хромосомы. Ю Ювенильная фаза развития — период заложения, роста и развития вегетативных органов от прорастания семени или вегетативной почки до появления способности к образованию репродуктивных органов. 442 Литература ОСНОВНАЯ Биотехнология. Принципы и применение / Под ред. И. Хиггенса.- М.: Мир, 1980. Биотехнология / Под ред. А. А. Баева. - М.: Наука, 1984. Биотехнология сельскохозяйственных растений. - М.: Агропромиздат, 1987. Ворфоломеев С. Д., Калюжный С. В. Биотехнология. - М.: Высшая школа, 1980. Гончаренко Г. Г. Основы генетической инженерии. Учебное пособие - Мн.: Вышэйшая школа, 2005. Евтушенков А.Н., Фомичев Ю. К. Введение в биотехнологию: курс лекций. - Мн.: БГУ, 2004. Егорова Т. А., Клунова С. М., Живухина Е. А. Основы биотех- нологии: Учеб. Пособие для высш. пед. учеб. заведений.– М.: Издательский центр "Академия", 2003. Картель Н. А., Кильчевский А. В. Биотехнология в растениеводстве: учебник. – Мн.: Тэхналогія, 2005. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. - М.: Мир, 1987. Серия "Биотехнология": В 8 т./ Под ред. Н. С. Егорова и В. Д. Самуилова. - М.: Высш. шк., 1987-1988. Шевелуха В. С., Калашникова Е. А., Дегтярев С. В. и др. Сельскохозяйственная биотехнология: Учеб. –М.: Высш. шк., 2003. Дополнительная Бекер М. Е., Лиепиный Г. К., Райнулис Е. П. Биотехнология. - М.: Агропромиздат, 1990. Бутенко Р. Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе: Учеб. пособие. –М.: ФБК-ПРЕСС, 1999. Вакула В. Что такое биотехнология? - М.: Молодая гвардия, 1989. Гриневич А. Г., Босенко А. М. Техническая микробиология. - Мн.: Вышэйшая школа, 1986. Ермишин А. П.Генетически модифицированные организмы, - Мн.: Тэхналогия, 2004. Картель Н. А. Биоинженерия: методы и возможности. - Мн.: Ураджай, 1989. 443 Льюин Б. Гены: - Пер. с англ.- М.: Мир, 1987. Сельскохозяйственная биотехнология: векторные системы молекулярного клонирования. - М.: Агропромиздат, 1991. Сидоров В. А. Биотехнология растений. — Киев: Наукова думка, 1990. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. М.:Мир, 1998. Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. Рекомбинантные ДНК. Краткий курс: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. Щелкунов С. Н.Генетическая инженерия: Учеб.-справ. пособие . 2-е изд, испр. и доп. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004. Snustad P., Simmons M. Principles of genetics / Second edition – John Wiley & Sons. New York. 1999. Griffiths A. J., Gelbart W. M., Miller J. H. et al. An introduction to genetic analysis.– Freeman and company. New York. 2000. Nicholl D. An introduction to genetic engineering / Second edition – Cambridge University press. 2002. Hartwell L., Hood L., Goldberg M. et al. Genetics: from genes to genomes – McGraw Hill: Higher education. New York. 2004. |