Наследственный аппарат клеток человека.

Морфологическая и функциональная преемственность живых организмов во времени, регуляция процессов жизнедеятельности клеток в их онтогенезе осуществляется на основе наследственной информации, материальным носителем которой является молекула ДНК. Будучи продуктом органического мира, ее организация в пределах отдельного биологического вида, при сохранении основных биологических свойств, имеет свои качественные и количественные особенности, отражающие исторический путь развития вида и его место в современной системе живого. Изучение особенностей организации, хранения и функционирования генетической информации у про- и эукариот позволяет составить представление о молекулярных механизмах, лежащих в основе одного из крупнейших ароморфозов органического мира, приведшем в историческом прошлом к появлению и развитию эукариотических форм.

Изучение особенностей организации наследственного вещества в клетках организма человека позволяет глубже проникнуть в молекулярные механизмы функционирования генома, открывает реальные пути в исследовании структуры и функции его отдельных генов.

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Изучить особенности организации наследственного материала про- и эукариот.

2. Рассмотреть строение ядерного аппарата эукариот.

3. Изучить особенности организации наследственного вещества в клетках человека.

4. Уметь идентифицировать хромосомы в метафазной пластинке.

II. ИСХОДНЫЕ ЗНАНИЯ:

1. Знать особенности морфологической организации про- и эукариотических клеток.

2. Иметь представления о химическом составе и биологических свойствах ДНК.

3. Знать молекулярные основы организации наследственного вещества про– и эукариот.

III. ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Понятие о наследственном материале и его свойствах.

2. Химический состав ДНК и ее строение.

3. Функции ДНК в клетке.

4. Механизм редупликации ДНК.

5. Генетическая роль ДНК и принципы кодирования генетической информации. Свойства кода.

6. Понятие о гене как о функциональной единице наследственности.

7. Свойства генов.

8. Классификация генов.

9. Особенности организации и хранения биологической информации у про- и эукариот как отражение эволюционного процесса и уровней организации живого.

10. Клеточное ядро - информационный центр эукариотической клетки.

11. Основные компоненты клеточного ядра: ядерная оболочка, нуклеоплазма, ядрышко, хроматин.

12. Уровни организации наследственного материала эукариот и их характеристика.

13. Характеристика ДНК человека.

14. Виды нуклеотидных последовательностей, их биологические функции.

15. Нуклеогистоны и их роль в структурной организации хромосом.

16. Биологическая роль нуклеогистонных комплексов.

17. Нуклеосома - структурная единица хромосом эукариот.

18. Морфология метафазной хромосомы.

19. Морфологические типы хромосом.

20. Гетеро- и эухроматин, их биологическая роль.

21. Понятие о кариотипе. Видовая специфичность кариотипа.

22. Кариотип человека и его характеристика.

23. Денверская классификация хромосом человека.

24. Хромосомы - материальные носители наследственности. Локализация генов в хромосоме.

IV. ЛИТЕРАТУРА:

1. Лекции по биологии клетки.

2. Биология (ред. В.Н. Ярыгин). - Высшая школа, 1997 – 2000. -
Ч. 1. - С. 63–85, 118–130.

3. Руководство к лабораторным занятиям по биологии (ред. Ю.К. Богоявленский). - М.: Медицина, 1979. - С. 52.

4. Инге–Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. - М.: Высшая школа, 1989. - С. 14-17, 64–67, 113–130, 139-142.

4. Иванов В.П., Солодилова М.А., Гребеник Л.А., Кириленко А.И. Трубникова Е.В., Васильева О.В., Рыжаева В.Н. Биология: Учебно-методическое пособие для студентов медицинских вузов. - Курск, 2010.

V. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Открытие ДНК и доказательства ее генетической роли.

2. Строение нуклеотида ДНК.

3. Типы нуклеотидов.

4. Принципы соединения нуклеотидов в молекулу ДНК.

5. Основные свойства ДНК.

6. Механизмы ауторепродукции ДНК.

7. Принципы кодирования биологической информации.

8. Видовая специфичность молекул ДНК.

9. Понятие о гене с молекулярной точки зрения. Свойства гена.

10. Структура гена прокариот.

11. Особенности структурной организации генов эукариот.

12. Функциональная классификация генов.

13. Уровни организации наследственного материала у эукариот.

14. Молекулярная организация хромосом.

15. Структура клеточного ядра.

16. Особенности строения ядерной оболочки, ее функции.

17. В чем заключаются особенности организации генома эукариот?

18. Перечислите основные классы нуклеотидных последовательностей в ДНК клеток человека.

19. Рассмотрите биологические свойства и роль классов нуклеотидных последовательностей в геноме человека.

20. Перечислите уровни упаковки наследственного материала при подготовке клеток к делению.

21. Какие виды белков принимают участие в структурной организации хромосом и какова их роль?

22. Рассмотрите структурную организацию нуклеосомы.

23. Как формируется в клетках человека соленоидные структуры, что они обеспечивают?

24. Рассмотрите морфологию метафазной хромосомы.

25. В чем причина формирования гетеро- и эухроматиновых участков в хромосомах и их биологическое значение?

26. Дайте определение понятию «кариотип».

27. В чем заключается видовая специфичность кариотипа?

28. Дайте общую характеристику кариотипа человека.

29. Сущность Денверской классификации хромосом человека и ее основные принципы.

30. Основные группы хромосом клетки человека и их характеристика.

31. Как локализованы гены в хромосомах?

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА В ЛАБОРАТОРИИ

Вид деятельности	Система действий
I. ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ КЛЕТОЧНОГО ЯДРА.	1. На электронограмме клетки найти клеточное ядро. 2. Изучить структуру клеточного ядра, обратить внимание на характер строения ядерной мембраны, её взаимоотношения с цитоплазматической сетью. Рассмотреть структуру кариоплазмы, хроматина, ядрышка. 3. Зарисовать ядро и обозначить: 1 - ядерная оболочка; 2 – кариоплазма; 3 - хроматин; 4 – ядрышко; 5 – поры ядерной оболочки.
II. СХЕМЫ СТРОЕНИЯ НУКЛЕОТИДОВ.	1. Зарисовать схему строения нуклеотида РНК.
	2. Зарисовать схему строения нуклеотида ДНК.
III. СХЕМА СТРОЕНИЯ ПОЛИНУКЛЕОТИДНОЙ ЦЕПИ ДНК.	1. Зарисовать схему строения участка цепи молекулы ДНК (4-5 нуклеотидов).
IV. СХЕМА СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ ДНК.	1. Пользуясь таблицей, изучить схему строения молекулы ДНК, её химический состав. 2. Зарисовать отрезок спирали молекулы ДНК, отметить на нем расстояние между цепями и нуклеотидными последовательностями.
V. ИЗУЧЕНИЕ МЕТАФАЗНЫХ ПЛАСТИНОК КЛЕТОК ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ.	1. Привести микроскоп в рабочее состояние. 2. Положить препарат метафазных пластинок на предметный столик микроскопа. 3. Используя малое увеличение, найти в препарате метафазную пластинку с хорошим разбросом хромосом и установить её в центр поля зрения. 4. Перевести микроскоп на боль- шое увеличение и добиться четкого изображения хромосом. 5. Сосчитать число хромосом в метафазной пластинке. 6. Найти пары хромосом, принадлежащие каждой из 7 групп, и зарисовать по одной паре из группы в альбом. 7. Сделать обозначения: 1 – короткое плечо; 2 - длинное плечо; 3 - первичная перетяжка. 8. Убрать препарат и привести микроскоп в исходное состояние.

ТЕМА: РЕАЛИЗАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
В КЛЕТКЕ.

Живые организмы представляют собой упорядоченные, динамические, самоорганизующиеся системы. В процессе жизнедеятельности клетки ее морфологические структуры функционируют в высшей степени согласованно благодаря тому, что время, место и скорость протекающих в ней процессов обмена регулируются специфическими белками – ферментами. Синтез белков и представляет собой одно из ведущих звеньев реализации биологической информации.

I. ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:

1. Изучить основные этапы биосинтеза белка.

2. Усвоить основные принципы механизмов регуляции активности генов у про- и эукариот.

II. ИСХОДНЫЕ ЗНАНИЯ:

1. Знать особенности строения генов про- и эукариот.

2. Знать принципы кодирования генетической информации и биологические свойства кода.

III. ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. История вопроса о функции гена. Работы Гаррода.

2. Работы Бидла и Татума по изучению функции генов.

3. Сущность гипотезы "один ген - один фермент".

4. Биосинтез белка как процесс реализации биологической информации.

5. Кодовая система белка. Колинеарность биологического кода.

6. Основные этапы биосинтеза белка: транскрипция, трансляция и их механизмы.

7. Оперон, его организация и принципы функционирования.

8. Понятие о транскриптоне.

9. Гены промоторы, операторы, регуляторы. Их характеристика.

10. Экспрессия генов в процессе биосинтеза белка.

11. Процессинг.

12. Феномен сплайсинга.

13. Механизмы трансляции генетической информации.

14. Мультимерная организация белков как основа их активности и межгенных взаимодействий на уровне конечных биохимических продуктов (на примере гемоглобина человека).

IV. ЛИТЕРАТУРА:

1. Лекции по биологии клетки.

2. Биология (ред. В.Н. Ярыгин). - Высшая школа, 1997-2000. - Ч. 1. - С. 93-117.

3. Инге–Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. - М.: Высшая школа, 1989. - С. 380-389.

4. Иванов В.П., Солодилова М.А., Гребеник Л.А., Кириленко А.И. Трубникова Е.В., Васильева О.В., Рыжаева В.Н. Биология: Учебно-методическое пособие для студентов медицинских вузов. - Курск, 2010.

V. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Дайте определение понятию "ген"

2. В чем заключаются функции гена?

3. Рассмотрите структурную организацию гена прокариот и эукариот.

5. Рассмотрите роль экзонов и интронов в структурной организации гена.

6. Какие молекулы принимают участие в организации первичной структуры белковой молекулы, какова природа их химического взаимодействия?

7. В виде чего записана информация о структуре белка в гене?

8. С чего начинается процесс биосинтеза белка в клетке?

9. Рассмотрите биохимический механизм транскрипции.

10. Как осуществляется механизм трансляции?

11. Что такое кодон, антикодон и каким органическим молекулам они присущи?

12. Биологическая сущность транскриптона.

13. Что такое промотор?

14. Спейсерные участки и их роль в организации информационной зоны.

15. Явление процессинга и его биологическое значение в эукариотической клетке.

16. Феномен сплайсинга.

17. Рассмотрите схемы регуляции транскрипции структурных генов прокариотической клетки по типу индукции и репрессии.

18. Какие принципы положены в основу регуляции функционирования транскриптона эукариот?

19. Рассмотрите структурные уровни организации белковых молекул в клетке.

20. В чем сущность ваших представлений о молекулярных механизмах взаимодействия генов?

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА В ЛАБОРАТОРИИ

Вид деятельности	Система действий
I. ИЗУЧЕНИЕ ЭТАПОВ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА (решение задач).	1. Прочтите условие задачи. 2. На основании приведенных в задаче данных воспроизведите этапы процесса биосинтеза белка и их результаты (задачи № 4, 7); определите структуру смысловой цепи ДНК (задачи 1, 2 из сборника задач данного пособия).
II. ИЗУЧЕНИЕ ЭТАПОВ ТРАНСКРИПЦИИ ПО ТИПУ ИНДУКЦИИ.	1. Пользуясь таблицами, зарисуйте схемы организации оперона и транскриптона. 2. Выделите этапы регуляции транскрипции по типу индукции.
III. ИЗУЧЕНИЕ ЭТАПОВ ТРАНСКРИПЦИИ ПО ТИПУ РЕПРЕССИИ.	1. Пользуясь таблицами, зарисуйте схемы организации оперона. 2. Выделите этапы регуляции транскрипции по типу репрессии.