VI. Система навчаючих завдань. Індивідуальні програмовані завдання для навчально-дослідницької роботи студентів
Індивідуальні програмовані завдання для навчально-дослідницької роботи студентів
а) Зразок індивідуального програмованого завдання (алгоритм вироблення навичок та вмінь):
1. Відомо багато форм гемоглобіну, в молекулах якого відбулась заміна однієї з амінокислот в β-ланцюгу (Ефримсон В.П., 1968). В таблиці наведені деякі з цих заміщень:
| Форма гемоглобіна | Порядковий номер амінокислоти в ланцюгу | Амінокислотні заміщення |
| Токучі | Гістидин—тирозин | |
| Кушатта | Глутамін—аланін | |
| Айбадан | Гліцин—глутамін | |
| Цюрих | Гістидин—арганін | |
| Мілуокі | Валін—глутамін | |
| Ібадан | Треонін—лізин | |
| Балтімор | Лізин—глутамін | |
| Кельн | Валін—метіонин | |
| Кенвуд | Гістидин—аспарагін |
Які зміни в триплетах ДНК призводять до заміни амінокислоти у кожному з названих варіантів?
2. Методом Фреда Сенгера отримали фрагменти ланцюгів ДНК з послідовно зміненою на один нуклеотид довжиною. Фрагменти склали один на одного у вигляді східців. Оскільки кінці ланцюгів були помічені флюоресцентними мітками, виявилось, що сходинки представлені такими нуклеотидами:
1-а – А, 2-а – Т, 3-я – Г, 4-а – Ц, 5-а – Ц, 6-а – Т, 7-а – А, 8-а – А, 9-а – Г, 10-а – Г, 11-а – Т, 12-а – А.
а) Напишіть послідовність нуклеотидів секвенованого ланцюга ДНК.
б) Яку послідовність амінокислот може кодувати така послідовність нуклеотидів за умови, що фрагмент кодогенний і не містить інтронів?
3. У людини групову належність крові за системою АВО визначають три алеля гена І— ІА, ІВ, ІО. Генотип кожної людини визначається комбінацією двох із трьох алелей. Система АВО має чотири фенотипи: група І (О), група ІІ (А), група ІІІ (В), група ІV (АВ). Кожен із цих фенотипів відрізняється специфічними білками-антигенами, які містяться в еритроцитах, і антитілами— зосередженими в сироватці крові. Люди з фенотипом І (О) не мають антигенів А і В і мають антитіла α і β, з фенотипом ІІ (А) мають антигени А і антитіла β, з фенотипом ІІІ (В) мають антигени В і антитіла α, з фенотипом ІV (АВ) мають антигени А і В і не мають антитіл α і β.
а) За допомогою якого методу можна встановити нуклеотидні послідовності і відмінності генів ІА, ІВ, ІО ?
б) Чи у всіх носіїв гена ІА нуклеотидні послідовності цього гена ідентичні? Відповідь обгрунтуйте.
в) За допомогою якого методу можна визначити послідовність амінокислот в антитілах α і β?
г) Чи можна на основі знання амінокислотних послідовностей антигенів секвенувати ген? Відповідь обгрунтуйте.
4. Синдром Менкеса успадковується за Х-зчепленим рецесивним типом. В основі захворювання лежить дефект всмоктування і транспорту міді з кишок, що залежить від мідьвмісного ферменту цитохромоксидази.
а) Чому синдром Менкеса називають молекулярною хворобою?
б) До якого класу молекулярних хвороб відносять синдром Менкеса?
в) Який тип мутацій спричинює синдром Менкеса?
г) Яка стать може бути гемізиготною за геном синдрому Менкеса?
д) Кому – синові чи доньці – гемізигота передає ген синдрому Менкеса?
5. Ретинобластома (пухлина ока) – аутосомно-домінантне захворювання з пенетрантністю 90%. У здорових батьків народилась дитина з ретинобластомою. Яка ймовірність народження другої дитини також з пухлиною ока, якщо припустити, що один із батьків гетерозиготний носій патологічного гена?
б) Зразок виконання індивідуального завдання і оформлення протоколу:
1.
| Форма гемоглобіна | Порядковий номер амінокислоти в ланцюгу | Приклади змін у відповідних кодонах ДНК |
| Токучі | ЦАУ—УАУ | |
| Кушатта | ГАА—ГЦУ | |
| Айбадан | ЦАА—ГАА | |
| Цюрих | ЦАЦ—АГА | |
| Мілуокі | ГУУ—ГАГ | |
| Ібадан | УГГ—ААА | |
| Балтімор | АГГ—ГАГ | |
| Кельн | ГУЦ—АУГ | |
| Кенвуд | ЦАЦ—ААЦ |
2. а) Секвенований ланцюг ДНК має таку послідовність нуклеотидів:
А-Т-Г-Ц-Ц-Т-А-А-Г-Г-Т-А.
б) Транскрибована за принципом комплементарності на секвенованому ланцюгу ДНК і-РНК має таку послідовність нуклеотидів:
У-А-Ц-Г-Г-А-У-У-Ц-Ц-А-У. Згідно з генетичним кодом послідовність кодонів цієї і-РНК колініарна такій послідовності амінокислот – тир- глі- фен- гіс.
3. а) Послідовності нуклеотидів алелей ІА , ІВ , І0 , а відтак і відмінності між ними, можна встановити з допомогою методу секвенування.
б) Не у всіх, оскільки генетичний код вироджений і у різних людей можуть мати місце кодони-синоніми.
в) Відмінності поліпептидів антитіл a і ß у різних людей можна визначати за допомогою біохімічних методів (методами хроматографії).
4. а) Синдром Менкеса спричинений зміною гена, що відповідає за синтез ферменту. Хвороби, спричинені зміною структури одного гена, називаються моногенними молекулярними хворобами.
б) Синдром Менкеса належить до хвороб обміну мінеральних речовин.
в) Даний тип мутацій належить до генних мутацій.
г) Оскільки ген хвороби Менкеса локалізований в Х-хромосомі, а чоловіки мають одну Х-хромосому, то гемізиготною може бути чоловіча стать.
д) Батько передає ген синдрому Менкеса з Х-хромосомою лише дочці.
5. Якщо позначити ген ретинобластоми А, а норми – а, то генотип одного з батьків аа, а іншого – Аа. Оскільки хвороба успадковується за аутосомним типом, то немає значення хто з батьків носій гена хвороби. Тому, формулу шлюбу записуємо без позначень статі.
Р аа × Аа
Гамети а А, а
F1 Аа і аа з рівною вірогідністю – 50%
Отже, ймовірність народження дитини з геном ретинобластоми становить 50% або ½ . Ген проявляється у 9-ти з 10-ти носіїв гена (9/10). Тому ймовірність хвороби у дитини дорівнює добутку двох ймовірностей
½ × 9/10 = 9/20 або 45%.
VII. Короткі методичні вказівки до роботи студентів на практичному занятті.