Занятие 3. МЕДИЦИНА И БИОТЕХНОЛОГИЯ

Цель занятия: дать представление о медицинской биотехнологии, ознакомиться с производством и применением антибиотиков, гормонов и ферментов. Рассмотреть свойства и применение иммобилизованных ферментов, ознакомиться с методом радиоиммунологического анализа.

1 Производство и применение антибиотиков.

2 Имуннологический анализ.

3 Производство и применение гормонов.

4 Ферменты.

Тематика рефератов

1. Производство и применение ампицилина и пеницилина.

2. Применение метода радиоиммунологического анализа в клинической медицине.

3. Производство и применение инсулина.

4. Производство и применение интерферонов и гормона роста.

5. Свойства и применение иммобилизованных ферментов.

Вопросы для самоконтроля

1. Когда зародилась медицинская биотехнология?

2. Назовите ряд проблем, связанных с применением природного пеницилина, которые удалось решить при помощи биотехнологии.

3. Назовите фазы культивирования продуцентов антибиотиков.

4. Расскажите о применении специфических опухолевых маркеров в диагностике злокачественных новообразований.

5. Как с помощью генной инженерии удалось решить проблему получения человеческого инсулина?

6. Что называют интерферонами, на какие группы они делятся?

7. Охарактеризуйте применение интерферонов.

8. Дайте определение инженерной энзимологии.

9. Назовите задачи инженерной энзимологии.

10. Какие ферменты называются иммобилизованными?

11. Назовите методы иммобилизации ферментов.

12. Каковы перспективы применения иммобилизованных ферментов?

Задание 1.Разобрать понятия: трофофаза, идиофаза, двухступенчатое культивирование, полусинтетические антибиотики, пенициллин, ампициллин, продуценты антибиотиков.

Задание 2.Заполните таблицу.

Таблица 1. Характеристика носителей иммобилизованных

Ферментов

Носители	Характеристика, примеры
Органические: 1) природные 2) синтетические
Неорганические

Задание 3.Объяснить следующие термины: антибиотики, гормоны, гормон роста, инсулин, интерферон, иммобилизованные ферменты.

Тест

1.Медицинская биотехнология зародилась в 40-х годах с начала промышленного производства:

а) ампициллина;

б) гормона роста;

в) пенициллина;

г) инсулина.

2. Сколько фаз включает процесс культивирования продуцентов антибиотиков?

а) одну;

б) две;

в) три;

г) четыре.

3*. Назовите онкологические заболевания, диагностику которых осуществляют с помощью опухолевого маркера α-фетопротеина:

а) гепатома;

б) тератома;

в) меланома;

г) лейкемия.

4. В каком году были проведены первые опыты по использованию инсулина для лечения диабета?

а) в 1915 г.;

б) в 1922 г.;

в) в 1937 г.;

г) в 1962 г.

5. В настоящее время инсулин получают:

а) из поджелудочной железы животных

б) химическими способами;

в) генно-инженерными способами с помощью E. coli.

6*. Чем отличается инсулин человека от инсулина животных?

а) молекулярной массой;

б) аминокислотной последовательностью;

в) зарядом белка;

г) ничем не отличается.

7.* Назовите группы, на которые делят интерфероны:

а) лейкоцитарные интерфероны;

б) тромбоцитарные интерфероны;

в) иммунные интерфероны;

г) интерфероны фибробластов.

8. Сколько пар нуклеотидов входит в состав гена лейкоцитарного интерферона человека?

а) 320;

в) 847;

г) 514;

в) 191.

9. Чем секретируется гормон роста человека?

а) поджелудочной железой;

б) передней долей гипофиза;

в) надпочечниками.

10. Какова молекулярная масса белка соматотропина?

а) 22000;

б) 15500;

в) 10000;

г) 27700.

11. Выберите правильное определение иммобилизованных ферментов:

а) это ферменты, искусственно связанные с растворимым носителем, но сохраняющие свои каталитические свойства;

б) это ферменты, искусственно связанные с нерастворимым носителем, не сохраняющие свои каталитические свойства;

в) это ферменты, не связанные с носителем и не сохраняющие свои каталитические свойства;

г) это ферменты, искусственно связанные с нерастворимым носителем, но сохраняющие свои каталитические свойства.

12*. Назовите недостатки природных носителей иммобилизованных ферментов:

а) гидрофильность;

б) биодеградируемость;

в) полифункциональность;

г) высокая стоимость.

13*. Назовите методы иммобилизации ферментов:

а) химические;

б) биохимические;

в) биологические;

г) физические.

14. Какой из ниже приведенных ферментов используется для лечения тромбозов?

а) стрептокиназа;

б) аспарагиназа;

в) субтилизин;

г) химотрипсин.

Занятие 4.СТРУКТУРА ДНК, РНК И ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКЕ

Цель занятия: ознакомиться с составом ДНК и РНК, процессами репликации, транскрипции и трансляции на примере решения типовых задач.

1 Структура наследственного материала.

2 Реализация наследственной информации.

3 Свойства генетического кода.

Тематика рефератов

1. ДНК - материальный носитель наследственности.

2. Репликация ДНК и передача генетической информации.

3. Рибонуклеиновые кислоты (и-РНК, т-РНК, р-РНК), особенности строения и роль в биосинтезе белка.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое молекулярная генетика?

2. Строение ДНК и РНК.

3. Что такое гены?

4. Что такое репликация и какой принцип лежит в основе данного процесса?

5. Каким образом и где осуществляются процессы транскрипции и трансляции?

6. Как можно охарактеризовать генетический код?

7. Что такое стоп-кодоны?

Задание 1.Разобрать понятия:дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), рибонуклеиновая кислота (РНК), информационная РНК (и-РНК), транспортная РНК (т-РНК), биосинтез белка, генетический код, вырожденность кода.

Задание 2.Решите следующие задачи

1.Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:

5’– АААТТЦЦГГГ–3’.

Достройте вторую цепь.

2. Одна из цепочек молекулы ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов: 5’–ТЦГАТТТАЦГ–3’.

Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка той же молекулы?

3. Укажите порядок нуклеотидов в цепочке ДНК, образующейся путем самокопирования цепочки: 5’–ААТЦГЦТГАТ–3’.

4. Напишите последовательность нуклеотидов ДНК дополнительно к следующей: 5’–ТАГГЦТААТАГЦ–3’.

5. Участок цепи молекулы ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов: 5’–АТЦАТАГЦЦГ–3’.

Какое строение будет иметь двухцепочечный участок молекулы ДНК?

6. Одна из цепей ДНК с последовательностью нуклеотидов 3’–АТТГЦТЦАА–5’ используется в качестве матрицы для синтеза и-РНК. Какую последовательность нуклеотидов будет иметь и-РНК?

7. Выпишите последовательность оснований в и-РНК, образованной на цепи ДНК с такой последовательностью:

3’–ТТЦГАГТАЦЦАТ–5’.

8.Определите последовательность нуклеотидов участка молекулы и-РНК, которая образовалась на участке гена с последовательностью нуклеотидов:

3’–ЦАЦГАТЦЦТТЦТ–5’.

9.Фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

3’–АААГАТЦАЦТАТТЦТГТТАЦТА–5’.

Напишите строение молекулы и-РНК, образующейся в процессе транскрипции на этом участке молекулы ДНК.

10.Образовавшийся участок молекулы и-РНК имеет следующий состав кодонов:

5’–ГЦГ-АЦА-УУУ-УЦГ-ЦГУ-АГУ-АГА-АУУ–3’.

Определите, какие коды ДНК будут кодировать эту и-РНК и в какой последовательности они будут располагаться?

11. Определите аминокислотный состав полипептида, который кодируется и-РНК следующего состава: 5’-ЦЦУЦЦЦЦЦАЦЦГ–3’.

12. Участок молекулы и-РНК имеет следующее строение:

5’–АГУАГАУУЦУУУ–3’.

В каком порядке расположатся аминокислоты в соответствующем участке белка, синтезируемого на этой РНК как на матрице?

13. Участок гена, кодирующего белок, состоит из последовательно расположенных нуклеотидов:

3’–ААЦГАЦТАТЦАЦТАТАЦЦААЦГАА–5’.

Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

14.Участок гена, кодирующего одну из полипептидных цепей гемоглобина, состоит из кодов следующего состава:

3’–ГАЦЦАТГАА–5’.

Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

15. В систему для искусственного синтеза белка ввели т-РНК, имеющие антикодоны: ЦГА, УУА, АЦА, ЦЦА. Определите, какие аминокислоты смогут участвовать в биосинтезе белка?

16. Фрагмент молекулы адренокортикотропного гормона человека, вырабатываемого передней долей гипофиза, имеет структуру: – серин – тирозин – серин – метионин –. Определите перечень антикодонов в т-РНК, участвующих в биосинтезе фрагмента АКТГ.

17.Часть молекулы белка имеет такую последовательность аминокислот: – лизин – треонин – глицин – валин – аргинин –. Какие т-РНК (с какими антикодонами) участвуют в синтезе этого белка?

18. Участок гена имеет следующее строение:

3’–ЦГЦТЦААААТЦГ–5’.

Укажите строение соответствующего участка того белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка удаление из гена первого нуклеотида?

19. Определите порядок следования друг за другом аминокислот в участке молекулы белка, если известно, что он кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК:

3’–ТГЦГТТТАТГЦГ–5’.

Как изменится ответ, если химическим путем из молекулы ДНК будет удален шестой нуклеотид?

20. Назовите последовательные мономеры участка молекулы белка, который синтезируется на основе информации, “записанной” в молекуле ДНК таким порядком нуклеотидов:

3’–ЦЦЦАААААГАТА–5’.

Как отразится на строении белка удаление из молекулы ДНК второго нуклеотида?

21. Какая последовательность аминокислот кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК:

3’–АГТГТГААЦЦАГ–5’.

И какой станет последовательность аминокислот, если между третьим и четвертым нуклеотидами вставить тимин?

22. С какой последовательности аминокислот начинается белок, если он закодирован такой последовательностью нуклеотидов:

3’–ЦЦЦАТГГЦЦГГТ–5’.

А каким станет начало цепочки аминокислот синтезируемого белка, если под влиянием облучения четвертый нуклеотид окажется выбитым из молекулы ДНК?

23. Участок цепи белка вируса табачной мозаики состоит из следующих аминокислот: – серин – глицин – серин – изолейцин – треонин – пролин – серин –. В результате воздействия на и-РНК азотистой кислотой цитозин РНК превращается в гуанин.

Определите изменения в строении белка вируса после воздействия на и-РНК азотистой кислотой.

24. Какими последовательностями нуклеотидов информационной РНК кодируется следующая последовательность аминокислот белка: – треонин – триптофан – тирозин – валин –?

25. Используя таблицу генетического кода, напишите участок ДНК, в котором закодирована информация о следующей последовательности аминокислот в белке: – аргинин – триптофан – тирозин – гистидин – фенилаланин –.

26. Начало цепи одного гистона имеет следующую аминокислотную последовательность: – аланин – аргинин – треонин – лизин –. Какова возможная структура начальных фрагментов и-РНК и двухцепочечной ДНК?

27. Первые 10 аминокислот в цепи В инсулина: фенилаланин – валин – аспарагиновая кислота – глутамин – гистидин – лейцин – цистеин – глицин – серин – гистидин –.

Определите структуру участка ДНК, кодирующего эту часть цепи инсулина.

28. Начальный участок цепи А инсулина представлен следующими пятью аминокислотами: – глицин – изолейцин – валин – глутамин – глутамин –. Определите структуру участка ДНК, кодирующего эту часть цепи инсулина.

29.Какой последовательностью нуклеотидов ДНК кодируется участок белка, если он имеет следующее строение: – аргинин – пролин – лейцин – валин – аргинин – ?

Задание 3.Объяснить следующие термины:ген, нуклеотид, репликация, транскрипция, рибосома, полисома, трансляция, триплет, кодон, стоп-кодон.

Тест 1

Ниже приведены 5 правильных ответов для 10 первых задач (1 –10). Поставьте в ответах те номера задач, которые им соответствуют.

–. 3’- ТТТААГГЦЦЦ-5’.

–. 3’-ТТАГЦГАЦТА-5’.

–. 5’- АТЦАТАГЦЦГ-3’.

3’- ТАГТАТЦГГЦ-5’.

–. 3’-ААГЦУЦАУГГУА-5’.

–. 5’-УУУЦУАГУГАУААГАЦААУГАУ-3’.

–. 5’-ГУУЦУГУАУАГЦААУГА-3’

Тест 2

Ниже приведены 5 правильных ответов для 10 задач (11 –20). Поставьте в ответах те номера задач, которые им соответствуют.

–. Пролин – пролин – пролин – пролин.

–. Лейцин – лейцин – изолейцин – валин – изолейцин – триптофан– лейцин – лейцин.

–. Аланин, аспарагин, цистеин, глицин.

–. Один из вариантов решения: УУУ, УГА, ЦЦА, ЦАА, ГЦА.

–. После удаления из ДНК шестого нуклеотида аминокислоты в молекуле белка имеют следующий порядок: треонин – глутамин – тирозин.

–. Один из вариантов решения: АУУ, ГАУ, ЦАГ, ААА, ГЦА, ГАЦ.

Тест 3

Ниже приведены 5 правильных ответов для 9 последних задач (21 – 29). Поставьте в ответах те номера задач, которые им соответствуют.

–. После вставки тимина белок имеет вид: серин – треонин – лейцин – глицин.

–. После воздействия азотистой кислотой цепь белка будет иметь следующее строение: цистеин – глутаминовая кислота – серин – изолейцин – глицин – серин. Это один из вариантов ответа.

–. Один из вариантов ответа: 3’- ГЦААЦЦАТАГТАААА-5’

5’- ЦГТ ТГГ ТАТЦАТТТТ-3’.

–. Один из возможных вариантов решения:

3’-АААЦААЦТАГ Т ТГТАГАААЦАЦЦАТЦАГТА-5’

5’-Т Т ТГТГ ГАТЦААЦАТЦТТ ТГТГ Г ТАГТ ЦАТ-3’

–. Один из вариантов решения: 3’-ГЦАГГАГААЦААГЦГ-5’ 5’-ЦГТЦЦТЦТTГ Т ТЦГЦ-3’

Тест 4

Ниже приведены 5 правильных ответов для 10 первых задач(1 – 10). Поставьте в ответах те номера задач, которые им соответствуют.

–. 3’-АГЦТАААТГЦ-5’ .

–. 3’-АТЦЦГАТТАТЦГ-5’.

–. 3’-УААЦГАГУУУ-5’.

–. 3’-ГУГЦУАГГААГА-5’.

–. 3’-ЦГЦТГТААААГЦГЦАТЦАТЦТТАА-5’.

–. 3’-АУУЦУГУАУАГЦААУГА-5’

Тест 5

Ниже приведены 5 правильных ответов для 10 следующих задач (11 –20). Поставьте в ответах те номера задач, которые им соответствуют.

–.Серин – аргинин – фенилаланин – фенилаланин.

–. Лейцин – валин – лейцин.

–. Один из возможных вариантов ответа: АГА, АУА, АГГ, УАЦ.

–. После удаления из гена первого нуклеотида белок имеет вид: аргинин – валин – лейцин.

–. При удалении из молекулы ДНК второго нуклеотида строение белка таково: глицин – фенилаланин – серин.

–. Один из возможных вариантов ответа: АГУ, ГУА, ГГГ, УАЦ.

Тест 6

Ниже приведены 4 правильных ответа для 9 последних задач (21 –29). Поставьте в ответах те номера задач, которые им соответствуют.

–. После облучения начало цепочки белка: глицин – треонин – глицин.

–. Один из возможных вариантов решения: АЦУ-УГГ-УАУ-ГУУ.

–. Один из вариантов решения:

и-РНК: 5’-ГЦУ АГА АЦУ ААА-3’

ДНК : 3’-ЦГА ТЦТ Т ГА ТТТ -5’

5’-ГЦТ АГА АЦТ ААА-3’.

–. Один из возможных вариантов решения:

3’-ЦЦА ТАА ЦАА ГТТ ГТЦ-5’

5’-Г ГТ АТТ ГТТ ЦАА ЦАГ-3’

–. Один из возможных вариантов решения: ГЦУ-УГА-УАУ-ГГУ.

Тест 7

1. Что такое ген?

а) участок молекулы РНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи;

б) участок молекулы ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи;

в) участок молекулы ДНК, несущий информацию о двух полипептидных цепочках.

2. Что является единицей генетической или наследственной информации?

а) аминокислота;

б) белок;

в) ген.

3. Сколько различных аминокислот входит в состав белков?

а) 10;

б) 20;

в) 30;

г) 27.

4*. Выберите нуклеотиды, входящие в состав молекулы РНК.

а) аденин;

б) цитозин;

в) урацил;

г) тимин;

д) гуанин.

5*. Назовите компоненты нуклеотидов ДНК:

а) аминокислота;

б) рибоза;

в) дезоксирибоза;

г) остаток азотной кислоты;

д) азотистое основание;

е) остаток фосфорной кислоты.

6. Чему равен коэффициент специфичности ДНК у животных?

а) варьирует от 0,45 до 2,57;

б) варьирует от 0,54 до 0,81;

в) варьирует от 0,58 до 0,81.

7. Что называется репликацией?

а) синтез полипептидной цепи белков по матрице и-РНК;

б) процесс удвоения молекулы ДНК;

в) процесс считывания информации и-РНК с ДНК.

8. Какой тип РНК участвует в процессе транскрипции?

а) т-РНК;

б) и-РНК;

в) р-РНК.

9. Где протекает процесс трансляции?

а) в ядре;

б) на рибосомах;

в) на АГ.

10. Какой кодон называется инициирующим?

а) кодон, с которого начинается синтез полипептидной цепи;

б) кодон, определяющий вторую аминокислоту в полипептидной цепи;

в) кодон, терминирующий синтез белка.

11*. Из нижеприведенных выберите стоп-кодоны:

а) УАА;

б) ААГ;

в) АУГ;

г) ГАА;

д) УГА;

е) УАГ.

12. Сколько аминокислот кодируется только одним кодоном?

а) 1;

б) 2;

в) 3;

г) 5;

д) 7.

13*. Из нижеприведенных назовите аминокислоты, которые кодируются шестью триплетами:

а) серин;

б) лейцин;

в) пролин;

г) аргенин;

д) треонин.

14. Какой связью связаны между собой в цепи ДНК нуклеотиды?

а) металлической;

б) водородной;

в) фосфодиэфирной;

г) пептидной.