Имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого
Имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого
Министерства здравоохранения
И социального развития Российской Федерации»
ГОУ ВПО КрасГМУ
Им. проф. Войно-Ясенецкого
Факультет ФМО
Кафедра биологии с экологией и курсом фармакогнозии
Ситуационные задачи
по дисциплине «Биология с экологией»
для самоподготовки студентов первого курса
Специальность 060101– Лечебное дело
Специальность 060103 – Педиатрия
Специальность 060105 - Стоматология
Красноярск 2009
УДК
ББК
полочный индекс
Ситуационные задачи по дисциплине «Биология с экологией»: методические разработки к внеаудиторной работе для студентов 1 курса обучающихся на факультете ФМО по специальностям: 060101- «Лечебное дело», 060103 – «Педиатрия», 060105- «Стоматология»:- Красноярск, типография КрасГМУ.-2009.- 35с.
Составители: зав. каф., доц., д.б.н. Т.Я.Орлянская, доц., к.б.н. М.Н.Максимова, доц., к.б.н. доц., к.б.н. В.А.Чиненков, доц. к.б.н. Л.С. Смирнова, асс. Г.П. Гаевская, асс. Н.Н. Дегерменджи, асс. Т.С.Подгрушная, асс. В.С.Крупкина, асс. Т.И.Устинова, асс. С.В. Чижова.
Под редакцией д-ра биол. наук. Т.Я. Орлянской.
Методическое руководство по предмету «Биология с экологией» для студентов первого курса содержат набор ситуационных задач по основным разделам дисциплины, которые ориентируют обучающихся на контроль знаний программного материала в процессе самоподготовки.
| Рецензенты: | Зав. кафедрой биологииРГМУ, академик РАМН, профессор Ярыгин В.Н. Зав. кафедрой медицинской биологии НГМУ, профессор Ясакова Н.Т. |
Задачи для самоконтроля
1. Постоянный препарат изучен на малом увеличении, однако при переводе на большое увеличение объект не виден, даже при коррекции макро- и микрометрическим винтами и достаточном освещении. Необходимо определить, с чем это может быть связано?
2. Препарат помещен на предметный столик микроскопа, имеющего в основании лапки штатива зеркало. В аудитории слабый искусственный свет. Объект хорошо виден на малом увеличении, однако при попытке его рассмотреть при увеличении объектива х40, в поле зрения объект не просматривается, видно темное пятно. Необходимо определить, с чем это может быть связано?
3. Исследуемый препарат оказался поврежден: разбито предметное и покровное стекла. Объясните, как это могло произойти?
4. Общее увеличение микроскопа составляет при работе в одном случае - 280, а в другом - 900. Объясните, какие использованы объективы и окуляры в первом и во втором случаях и, какие объекты они позволяют изучать?
5. Вам выдан постоянный препарат для исследования объекта при большом увеличении микроскопа. Как надо расположить препарат, чтобы увидеть объект при большом увеличении? Объясните, почему неправильные манипуляции с препаратом можно обнаружить только при большом увеличении.
6. Объясните, какие перспективы могут ожидать клетку эпителиальной ткани, у которой нет центриолей?
7. В диплоидной клетке произошла 7-кратная эндоредупликация.
Какое количество наследственного материала она имеет?
8. Одним из фундаментальных первоначальных выводов классической генетики является представление о равенстве мужского и женского пола в передаче потомству наследственной информации. Подтверждается ли этот вывод при сравнительном анализе всего объема наследственной информации, вносимого в зиготу сперматозоидом и яйцеклеткой?
9. После выхода клетки из митоза произошла мутация гена, несущего программу для синтеза фермента геликазы.
Как это событие отразится на митотическом цикле клетки?
10.После оплодотворения образовалась зигота 46,ХХ, из которой должен сформироваться женский организм. Однако в ходе первого митотического деления (дробления) этой зиготы на два бластомера одна из двух Х-хромосом не разделилась на две хроматиды и в анафазе целиком отошла к полюсу. Поведение второй Х-хромосомы прошло без отклонений от нормы. Все последующие митотические деления клеток в ходе эмбриогенеза протекали также без нарушений механизма митоза
Каким будет хромосомный набор клеток индивида, развившегося из этой зиготы и (предположительно) фенотипические особенности этого организма?
11. Общеизвестно, что однояйцовые (монозиготные) близнецы являются генетически идентичными. По фенотипу они, при нормальном ходе цитологических процессов их формирования и развития в одних и тех же условиях среды, похожи друг на друга «как две капли воды».
Могут ли монозиготные близнецы быть разного пола – мальчиком и девочкой? Если не могут, то почему? А если могут, то в результате, каких нарушений в митотическом цикле делящейся зиготы?
2. Ситуационные задачи по теме «Молекулярные основы наследственности и изменчивости»
Геном – общие вопросы
1. Объясните причину ситуации, при которой ген эукариотической клетки, занимающий участок ДНК размером в 2400 пар нуклеотидов, кодирует полипептид, состоящий из 180 аминокислотных остатков.
Ответ: Для кодирования 180 аминокислотных остатков достаточно 540 нуклеотидов (180 триплетов) матричной цепи ДНК. Плюс столько же – кодирующая цепь. Итого – 1080 нуклеотидов или 540 пар нуклеотидов.
2. При анализе нуклеотидного состава ДНК бактериофага М13 было обнаружено следующее количественное соотношение азотистых оснований: А-23%, Г-21%, Т-36%, Ц-20%. Как можно объяснить причину того, что в этом случае не соблюдается принцип эквивалентности, установленный Чаргаффом?
Ответ: Причина в том, что бактериофаг М13 (как и большинство фагов) содержит одноцепочечную ДНК.
Репликация ДНК
3.Ферменты, осуществляющие репликацию ДНК, движутся со скоростью 0,6 мкм в 1 мин. Сколько времени понадобится для удвоения ДНК в хромосоме, имеющей 500 репликонов, если длина каждого репликона 60 мкм?
Ответ: Общая длина всех репликонов - 500х60= 30000мкм. Согласно гипотетически предложенной в задаче ситуации при движении одной ферментной системы со скоростью 0,6 мкм в 1 мин. потребуется 50000 минут, или 833,3 часа (34,7 суток). Реально репликацию одновременно осуществляет несколько ферментных систем, действующих навстречу друг другу, в результате чего время удвоения всей ДНК в хромосоме значительно сокращается.
4. Определите направление синтеза и нуклеотидную последовательность каждой из двух дочерних нитей, которые возникнут при репликации приведённого ниже двухцепочечного фрагмента ДНК:
3/ - А-Г-Т-Ц-Т-Т-Г-Ц-А-5/
5/ - Т-Ц-А-Г-А-А-Ц-Г-Т-3/
Ответ: Репликация приведённого в задаче двухцепочечного фрагмента ДНК:
3/ - А-Г-Т-Ц-Т-Т-Г-Ц-А-5/
5/ - Т-Ц-А-Г-А-А-Ц-Г-Т-3/
Осуществляется полуконсервативным способом: в новой молекуле одна из цепей старая, а вторая – вновь построенная.
В результате действия фермента геликазы образуется репликационная (репликативная) вилка. Цепи молекулы ДНК антипараллельны. Синтез новой цепи всегда идёт в направлении 5/ ð 3/ . Поэтому сборка новой цепи по матрице одной из материнских (начинающейся с 3/ конца) идёт непрерывно (лидирующая дочерняя цепь), а другой (начинающейся с 5/ конца) – отдельными фрагментами (фрагменты Оказаки), и эта цепь называется отстающей дочерней цепью ДНК.
Количественные параметры
5. Определите, каким числом триплетов мРНК записана информация о полипептиде, состоящем из 900 аминокислотных остатков, и каково число нуклеотидов в соответствующем участке кодирующей нити ДНК.
Ответ: 900 триплетов мРНК, 2700 нуклеотидов ДНК.
6. Считая, что средняя молекулярная масса аминокислоты около 110, а нуклеотида – около 300, определите, что тяжелее: белок или ген?
Решение: Допустим, что белок состоит из n мономеров – аминокислот. Тогда его молекулярная масса составит примерно 110 n. Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами; следовательно, цепочка ДНК содержит 3 n мономеров, а её молекулярная масса 300 х 3 n = 900 n.
Ответ: Молекулярная масса гена (900 n) примерно в 8,2 раза выше молекулярной массы (110 n) кодируемого им белка.
От матрицы к полипептиду
7. Запишите все варианты фрагментов мРНК, которые могут кодировать следующий фрагмент полипептида: Фен – Мет - Цис.
Ответ: Фенилаланин кодируют триплеты: УУУ и УУЦ
Метионин кодирует только триплет АУГ
Цистеин кодируют триплеты УГУ и УГЦ
Варианты кодирования:1) УУУ-АУГ-УГУ;2) УУЦ-АУГ-УГЦ;
3) УУУ-АУГ-УГЦ; 4) УУЦ-АУГ-УГУ.
8. Фрагмент молекулы ДНК имеет следующую нуклеотидную последовательность:
3/- ЦТААГАЦТГАГТААЦГТЦ -5/
5/- ГАТТЦТГАЦТЦАТТГЦАГ - 3/
Определите ориентацию и нуклеотидную последовательность мРНК, синтезируемой на указанном фрагменте ДНК, и аминокислотную последовательность кодируемого ею полипептида.
Ответ: Ориентация и нуклеотидная последовательность мРНК:
5/ ГАУУЦУГАЦУЦАУУГЦАГ 3/
2) Аминокислотная последовательность полипептида:
Аспарагиновая кислота – серин – аспарагиновая кислота – серин – лейцин – глутамин.
Транспортные РНК, ферменты
12.Какие аминокислоты могут транспортировать к рибосомам тРНК с антикодонами:
АУГ, ААА, ГУЦ, ГЦУ, ЦГА, ЦУЦ, УАА, УУЦ, и какие ферменты участвуют в их активации и транспорте?
Ответ: По заданным антикодонам (АУГ, ААА, ГУЦ …) определяем (по принципу комплементарности) кодоны и соответствующие им аминокислоты: УАЦ, УУУ, ЦАГ … тирозин - фенилаланин – глутамин. Ферменты, участвующие в их активации и транспорте: тирозитацил-тРНК-синтетаза; фенилаланинацил-тРНК-синтетаза; глутаминацил-тРНК-синтетаза …
13. Полипептид содержит следующие аминокислоты: метионин, триптофан, лизин, триптофан, валин. Определить антикодоны тРНК, принимающие участие в синтезе этого белка.
Ответ: Для заданных аминокислот в полипептиде (мет - трип –лиз - трип - вал) находим кодоны матричной РНК: АУГ – УГГ - ААА – УГГ - ГУУ, а затем, по принципу комплементарности, и соответствующие им антикодоны тРНК, принимающие участие в синтезе этого белка: УАЦ – АЦЦ –УУУ – АЦЦ - ЦАА.
Трансляция
14. В рибосому последовательно поступают тРНК со следующими антикодонами: УУА, ГЦА, ГГА, ЦУУ. Определите последовательность аминокислот в синтезируемом участке полипептида.
Ответ: По заданным антикодонам тРНК (УУА, ГЦА, ГГА, ЦУУ) находим комплементарные им кодоны матричной РНК: ААУ, ЦГУ, ЦЦУ, ГАА, а затем, по таблице генетического кода – соответствующие им аминокислоты: аспарагин, аргинин, пролин, глютаминовая кислота.
15. Участок мРНК имеет триплетную структуру: АЦА УУА УАА АУГ УУУ.
Какой этап трансляции осуществляется на этом участке?
Ответ: В условии задачи даны 5 триплетов матричной РНК транслируемого на рибосоме участка. Видно, что третий триплет – УАА - это стоп-кодон – терминатор трансляции. Следовательно, на этом участке происходит терминация трансляции данного гена. А следующий кодон - АУГ инициирует трансляцию следующего гена.
Изменчивость
16. Покажите, как отразится на последующей трансляции добавление аденилового нуклеотида к началу данной кодирующей последовательности:
5/ - АУГ ГУГ ЦАГ АЦУ ГАГ ГАЦ ЦАЦ
Ответ: При добавлении аденилового нуклеотида произойдёт сдвиг рамки считывания на один знак влево: ААУ ГГУ ГЦА ГАЦ УГА ГГА ЦЦА Ц
По таблице кодонов находим соответствующие аминокислоты и убеждаемся, что полипептид, образовавшийся в результате мутации, имеет совершенно другую последовательность аминокислот. При этом 5-й кодон – УГА, является терминирующим.
17. Информация, о каких триплетах может получиться при точечной мутации триплета АГА?
Ответ: Точечной мутации (изменению одного нуклеотида) подвергается триплет АГА. Рассмотрим варианты, последовательно замещая первый нуклеотид на любой из оставшихся трёх, затем – аналогично – второй и третий. Получаем соответственно три ряда вариантов:
1) ГГА, ЦГА, ТГА; 2) АЦА, ААА, АЦА; 3) АГГ, АГЦ, АГТ.
18.Участок инициации синтеза полипептида в молекуле мРНК имеет нуклеотидную последовательность ГУАУАААУГУУУЦААЦАУ.
Какие триплеты данной мРНК кодируют первые аминокислоты полипептида?
Ответ: Первые аминокистлоты полипептида кодируют триплеты (кодоны) матричной РНК: третий - АУГ (инициирующий метиониновый) и все следующие за ним. Значения кодонов см. в таблице кода.
19. Искусственно синтезированы короткие полинуклеотидные цепочки с таким взаимным расположением нуклеотидов:
…….5/ УУГУУГУУГУУГУУГУУГУУГ…..3/
Каждая цепочка равновероятно (случайно) может начинаться с любой точки – любого нуклеотида. Каким будет результат трансляции всех возможных вариантов таких цепочек?
Ответ: Возможны три варианта трансляции:
а) поли УУГ транслирует полилейцин;
б) поли УГУ транслирует полицистеин;
в) поли ГУУ транслирует поливалин.
20. Участок мРНК имеет структуру 5/АЦАУГААУГЦЦУЦУАГУЦУААУУУ3/
Известно, что на этом участке находятся точки терминации для одного белка и инициации для следующего.
Что можно сказать о рамках считывания этих белков?
Ответ: Подразумевается, что точка начала считывания расположена перед первым триплетом. Тогда, отсчитывая нуклеотиды по три, видим, что второй триплет – терминирующий кодон - УГА. Стоящий перед ним кодон АЦА транслироваться не будет, а следующий - АУГ является инициирующим для синтеза молекулы белка. Седьмой кодон – терминирующий кодон УАА. Стоящий после него кодон также транслироваться не будет (5/АЦАУГААУГЦЦУЦУАГУЦУААУУУ3/)
21. Эукариотический ген содержит 5 интронов.
а) что можно сказать о числе экзонов в его составе?
б) какое количество вариантов матричной РНК может образоваться в результате альтернативного сплайсинга при созревании первичного траскрипта?
Ответ: 1) Предполагается, что ген не может начинаться и заканчиваться интроном. Тогда количество экзонов в составе гена, имеющего 5 интронов, будет равным 6.
2) в результате альтернативного сплайсинга при созревании первичного траскрипта гена, содержащего 5 интронов, может образоваться 720 вариантов матричной РНК.
22. Матричная РНК имеет следующую нуклеотидную последовательность:
КЭП-5\НТО- АУГУГУЦЦАГУУУГААЦУУГГГЦЦГЦА-3/НТО- полиаденилированный 3/ конец.
Каким будет результат трансляции данной мРНК на рибосоме, если:
1. В 3/НТО находится особая стимулирующая последовательность, перекодирующая триплет УГА? Каков результат перекодирования триплета УГА?
2. В 3/НТО нет последовательности, перекодирующей триплет УГА?
Ответ: 1. Кодон УГА при наличии особой перекодирующей его последовательности в 3/НТО будет кодировать аминокислоту селеноцистеин. В результате образуется 1 полипептид, содержащий 9 аминокислот.
2. Кодон УГА при отсутствии особой перекодирующей последовательности, будет иметь значение в соответствии с таблицей генетического кода, то есть – выполнять функцию терминирующего кодона при трансляции.
В результате образуются 2 коротких полипептида, каждый из 4-х аминокислот
Задачи для самоконтроля
1.Эукариотический ген содержит 5 интронов. Что можно сказать о числе экзонов в его составе?
2.Нервная клетка не делится. Нужны ли ей ДНК-овые нуклеотиды? Ответ поясните.
3. Исследования показали, что 34% от общего числа нуклеотидов матричной РНК приходится на гуанин, 18%- на урацил, 28% н ааденин. Определите процентный состав азотистых оснований двухцеполчечной ДНК, слепком с которой является указанная матричная РНК.
4.Сколько содержится адениновых, тимидиновых, гуаниновых и цитозиновых нуклеотидов во фрагменте молекулы ДНК, если в нём обнаружено 950 цитозиновых нуклеотидов, составляющих 20% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?
5.Фрагмент молекулы миоглобина имеет следующие аминокислоты: Валин – аланин – глутаминовая кислота – тирозин – серин – глутамин. Определите один из возможных вариантов строения фрагмента молекулы ДНК, кодирующий эту последовательность аминокислот.
6.Какой из регуляторных элементов генов эукариот является наиболее универсальным, определяющим точку начала транскрипции? Где он расположен в эукариотическом гене?
7. Произошла мутация в гене-регуляторе лактозного оперона кишечной палочки, которая привела к стабильной инактивации белка-репрессора. Определите характер возможных нарушений в результате этой мутации
8. Допустим, что в эукариотической и прокариотической клетках имеются структурные гены одинаковой длины. Одинакова ли длина полипептидов, закодированных в этих генах?
9. В результате интоксикации клетка перестала синтезировать ферменты, обусловливающие начало процессинга. Как это отразится на биосинтезе белка и жизни клетки?
10.Какой уровень регуляции экспрессии гена (претранскрипционный, транскрипционный, трансляционный, посттрансляционный) является наиболее оперативным, а какой уровень наименее оперативным и, следовательно, самым инерционным по времени?
Размножение организмов
1. Определите тип яйцеклетки: «Яйцеклетка содержит большое количество желтка сосредоточенного в центре клетки, активная зона цитоплазмы и ядро расположены по поверхности. Такая яйцеклетка есть у насекомых.
Ответ: Тип яйцеклетки центролецитальный
2. У девятипоясного броненосца тату всегда рождается четное количество одинаковых детенышей. Как вы считаете, что происходит у этого животного при оплодотворении?
Ответ: У этого животного происходит оплодотворение нескольких яйцеклеток и в норме на стадии тотипотентных бластомеров происходит развитие монозиготных близнецов.
3. Объясните, в чем заключается сходство способов размножения у одноклеточных организмов - дрожжевых грибов и многоклеточных организмов – кишечнополостных? Какие преимущества дает этот способ размножения?
Ответ: Для этих групп организмов характерно бесполое размножение путем почкования. Это решает вопрос быстрого размножения и увеличения количества особей в популяции.
4. Сперматозоиды в семенной жидкости развивают скорость, равную 5см/ч, что применительно к их размерам, примерно в 1,5 раза быстрее, чем скорость пловца-олимпийца. Объясните, какие особенности их организации обусловливают такую скорость передвижения?
Ответ: В шейке сперматозоида расположена митохондрия спирального строения, в ней вырабатывается энергия необходимая на активное передвижение, большую часть энергии сперматозоид получает в виде фруктозы, которой много в эякуляте. Жгутик, состоящий из 9 пар микротрубочек и дуплет – в центре, является органоидом активного передвижения.
5. Для яйцеклеток характерно необычное отношение объема ядра к объему цитоплазмы: у яйцеклеток оно сильно снижено, а у сперматозоидов, наоборот, ядерно-цитоплазматическое отношение очень высокое. Свяжите показатели ядерно-цитоплазменных отношений с функциональной ролью половых клеток.
Ответ: Низкие показатели ядерно-цитоплазматических отношений яйцеклеток связаны с наличием большого объема цитоплазмы, в которой располагается питательный материал для будущего зародыша, происходит накопление копий РНК. В сперматозоидах объем цитоплазмы мал. Почти вся клетка занята ядром, этот факт связан с иной функций гамет – доставка наследственного материала к яйцеклетке.
6. Стоматологическое заболевание - «Микросомия гемифациальная» или односторонняя гипоплазия (недоразвитие) лица, сопровождается односторонней аномалией ушной раковины с одновременной гипоплазией нижней челюсти на той же стороне. Патология определяется аутосомным доминантным геном.
Сколько типов сперматозоидов, различающихся по аллелям данного заболевания, производит здоровый мужчина?
Ответ: здоровый мужчина производит один тип гамет, так как в его генотипе будут находиться рецессивные гены, которые при полном доминировании проявляют свое действие только в гомозиготном состоянии.
Онтогенез
7. Определите тип яйцеклетки: яйцеклетка содержит небольшое и достаточно равномерно распределенное в цитоплазме количество желтка. Такая яйцеклетка есть у морских ежей, червей, некоторых млекопитающих, ланцетника.
Ответ: Изолецитальная
8. Определите тип дробления зиготы у которой первая борозда дробления проходит через анимальный и вегетативный полюсы и приводит к образованию 2-х дочерних одинаковых бластомеров. Митотическое веретено второго деления дробления закладывается под прямым углом от первого, но также ориентировано по анимально-вегетативной оси яйца. Третье деление происходит по экватору. Митотическое веретено в каждом бластомере располагается параллельно анимально-вегетативной оси. Дальше происходит чередование меридиональных и экваториальных делений, приводящих к образованию 64, 128, 256 клеток. В результате возникает зародыш, у которого бластомеры примерно одного размера располагаются рядами вдоль центральной полости.
Ответ: Полное равномерное
9. Определите тип образования третьего зародышевого листка:
1) Клетки мезодермы образуются путем серии последовательных делений двух клеток (телобластов), симметрично расположенных в полости бластоцеля в районе губ бластопора.
2) Клеточный материал будущей мезодермы первоначально входит в состав стенки первичной кишки. Позже мезодерма выделяется в качестве самостоятельной закладки, путем симметричного впячивания в полость бластоцеля с последующей отшнуровкой.
Ответ: 1) Телобластический
2) Энтероцельный
10. Определите по описанию тип плаценты. Назовите вид плаценты, характерный для человека.
1) Ворсинки хориона находятся в складках слизистой оболочки матки без нарушения целостности эпителия, выстилающего просвет.
2) Ворсинки хориона погружаются в соединительную ткань стенки органа, однако прямой контакт с кровеносными сосудами отсутствует.
3) Ворсинки хориона вступают в непосредственный контакт с эндотелием – клетками, ограничивающими просвет сосудов стенки матки.
4) Ворсинки хориона омываются кровью, изливающейся из сосудов в силу нарушения целостности их стенок в лакуны, которые образуются в стенке матки в области детского места.
Ответ: 1) Эпитлиохориальный
2) Десмохориальный
3) Эндотелиохориальный
4) Гемохориальный
11. Для какого типа развития, наблюдающегося у животных в ювенильном периоде, характерны следующие признаки:
1) Вышедшие из яйцевых оболочек или новорожденные организмы отличаются от взрослых форм преимущественно размерами, а также недоразвитием ряда органов и пропорций тела.
2) Рождается организм, который может походить или совсем быть похожим на взрослые жизненные формы. У этих животных не только могут отсутствовать или быть недоразвитыми органы, необходимые в половозрелом состоянии, но имеются многие временные органы, функционирующие лишь в ювенильный период.
Ответ: 1) Прямое развитие
2) Непрямое развитие
Регуляция онтогенеза
12. Назовите клеточные механизмы, срабатывающие в процессе гаструляции у млекопитающих.
Дробление заканчивается с образованием морулы, клетки которой подразделяются на внутреннюю массу клеток, из которых впоследствии развивается эмбрион, и наружный полый клеточный пузырек трофобласт. Из него развиваются провизорные органы. Эта стадия называется бластоцистой. Собственно гаструляция начинается с обособления слоя клеток эмбриобласта, обращенного в полость бластоцисты. Так образуется гипобласт - будущая энтодерма зародыша. Клетки краевой зоны этого зачатка распространяются по внутренней поверхности трофобласта, ограничивая полость желточного мешка, который у плацентарных млекопитающих рудиментарен. Гипобласт растет в ширину и вся внутренняя клеточная масса увеличивается и превращается в дисковидную клеточную пластинку, сходную с зародышевым диском у птиц и рептилий. Затем отдельные клетки мигрируют и участвуют в образовании всех зародышевых листков. Между клетками внутренней клеточной массы появляется щель, которая затем превращается в амниотическую полость.
Ответ: Дифференцировка, пролиферации, перемещение, сортировка, адгезия.
13. В лаборатории Эдельмана (США) были проделаны следующие опыты. Сделайте логический вывод из них.
В культуру клеток животных тканей, которые первоначально были отделены друг от друга, не организованы в пространстве и напоминали мезенхиму, были введены ДНК, кодирующие белки клеточной адгезии (САМ от англ. Се11-аdhesion molecules). После этого клетки объединились в пласт, напоминающий эпителиальный. Когда пласт сформировался, между клетками возникли щелевые и адгезивные контакты.
Ответ: Молекулы клеточной адгезии (SAM) ответственны за взаимодействие клеток в зародыше.
14. Какие выводы можно сделать из следующих экспериментах:
1) Если путем центрифугирования (у морского ежа) или перешнуровки оплодотворенных яйцеклеток (у тритона) получить их безъядерные фрагменты, то в обоих случаях дробление при участии ахроматинового митотичёского аппарата может привести к образованию безъядерных бластулоподобных структур. Однако дальше развитие не пойдет.
2)Если объединить в опыте безъядерную цитоплазму яйцеклетки одного вида с ядром сперматозоида другого вида, то во многих случаях развитие таких клеток останавливается, достигнув стадии гаструлы.
Ответ: Опыты демонстрирует тот факт, что самые начальные этапы развития определяются продуктами материнских генов яйцеклетки и только к началу гаструляции активизируются гены зиготы.
15. Какое явление наблюдал Г. Шпеман на примере формирования глаза?
Наиболее ранняя закладка глаза представляет участок ткани промежуточного мозга, глазной пузырь, растущий по направлению к кожной эктодерме, где на месте их сближения образуется хрусталик в виде впячивания эктодермы. Если на одной стороне зародыша удалить закладку глазного пузыря, то на этой стороне хрусталик не образуется. Если, наоборот, закладку глазного пузыря пересадить под кожу в другом месте головы или туловища, то здесь на границе эктодермы возникает хрусталик.
Ответ: Шпеман наблюдал явление эмбриональной индукции.
16. Какое явление было установлено в опытах эмбриологов Дриш и Шпемана?
Они показали, что ядра ранних бластомеров морских ежей и тритонов способны обеспечить дифференцировку любых типов клеток. В их опытах бластомер, который в норме должен былдать начало лишь части зародыша, оказался способным дать в процессе развития целый организм.
Ответ: Явление эквивалентности генома разных клеток зародыша – тотипотентность.
Регенерация
17. При осмотре травматологом установлено, что на голове у больного открытая рана. Рентгенологическое исследование показало раздробление плоских костей черепа. Известно, что в норме плоские кости не регенерируют. Какие методы восстановления целостности костей черепной коробки Вы могли бы предложить в данном случае для заживления дефекта?
Ответ: ввести в рану индуктор в виде костных опилок, который вызовет активацию незрелых клеток соединительной ткани края костного дефекта продуктами распада костных опилок.
18. Во время рыбалки на озере был пойман рак, у которого обнаружили вместо левого глаза длинный усик. Как Вы можете объяснить наличие на месте глаза совершенно другого органа у рака?
Ответ: явление гетероморфизма, связанного с нарушением нервной регуляции.
19. Ожог составляет 10% от поверхности тела. Какой тип и механизм регенерации будет в данном случае?
Ответ: репаративная регенерация, механизм – эпиморфоз.
20. Больному требуется срочная пересадка почки. Какой тип трансплантации будет идеален в этом случае? И почему?
Ответ: аллотрансплантация от близкого родственника, потому что трансплантация тесно связана с трансплантационным иммунитетом, приводящего к отторжению тканей и органов.
21. Больному удалили одну почку, по истечению некоторого времени она стала увеличиваться. Какой процесс в данном случае мы можем наблюдать?
Ответ: процесс компенсаторной гипертрофии.
Задачи для самоконтроля
1. Многощетинковые черви пололо один раз в году поднимаются со дна на поверхность океана, и здесь происходит отделение от их тела фрагмента. Этот процесс привлекает многих животных, включая и местных жителей – т.к. эти черви богаты питательным белком. Каким путем размножается этот кольчатый червь и в чем заключается биологическая роль такого способа размножения?
2.У губок, представителей кишечнополостных, свободноживущих плоских червей гаметы развиваются в любом участке, а у большинства животных в специализированных половых железах – гонадах. Объясните, будет ли различаться при этом процесс гаметогенеза и мейоз, лежащий в его основе?
3.При овогенезе образуются полоциты, а при сперматогенезе их нет. Объясните, с чем связана такая специфичность протекания разных типов гаметогенезов и, почему эта дифференцировка была закреплена естественным отбором?
4.Кролик имеет 44 хромосомы. Сколько хромосом у него будет в сперматоцитах 1-го порядка?
5. Как называется клетка, которая содержит минимальное количество цитоплазмы, имеет крупное ядро с конденсированным хроматином, снабжена органоидом движения и акросомным аппаратом; имеет высокий уровень обмена веществ, позволяющий вырабатывать энергию, необходимую для быстрого передвижения на большие расстояния.
6. Определите тип яйцеклетки с большим количеством желтка, основная масса которого расположена в вегетативной области.
7. Начальная стадия развития, какой системы у позвоночных животных происходит следующим образом: к концу гаструляции эктодермальные клетки, находящиеся в дорсальной части зародыша, непосредственно перед бластопором, начинают быстро делиться и вытесняется внутрь, образуя пластинку. Затем пластинка распространяется на всю дорсальную часть зародыша, ее края формируют складки, а в центре возникает желобок. Верхние складки соприкасаются и сливаются, образуя трубку.
8. Как называется представленный ниже процесс: конечности у позвоночных закладываются в виде бугорков, называемых почками конечности. Они состоят из массы рыхлой мезодермальной ткани, покрытой эктодермой. По мере того как конечность удлиняется образуются плотные структуры, соответствующие будущим скелетным элементам, мышцам и кровеносным сосудам.
9. В какой этап онтогенеза происходят следующие изменения в организме животных и человека: изменяются физико-химические свойства белка хроматина клеточных ядер, увеличивается прочность связывания гистонов с ДНК, что обеспечивает репрессию некоторой части генома; происходят ошибки в транскрипции и трансляции наследственной информации, что приводит к синтезу дефектных белков.
10.Известно, что трутни развиваются из неоплодотворенных яйцеклеток (п=16). Какой набор хромосом имеют соматические клетки и как у них образуются сперматозоиды?
*11.Если 100 сперматозоидов, продуцируемых самцом, имеющим одну пару хромосом , будут оплодотворять 100 яиц, продуцируемых такой же самкой, то сколько комбинаций материнских и отцовских хромосом возникает в зиготах, и в какой пропорции?
*12.В культуре тканей человека в одной из клеток во время ненормального митоза дочерние хромосомы одной из коротких хромосом (№21)попали в одно ядро в результате не расхождения. Кроме того, произошла элиминация (гибель) другой хромосомы (№15). Сколько хромосом будут иметь дочерние клетки?
13. Эффект действия каких генов подтверждают следующие эксперименты, проведенные Харвей в 1940 г. Ученый помещала неоплодотворенные яйцеклетки морского ежа в раствор сахарозы, имеющей ту же кислотность, что и сама яйцеклетка. Затем путем центрифугирования отделяла ядро, партеногенетически активизировала безъядерные клетки к дальнейшему развитию. Развитие зародыша продолжалось до образования бластулы.
14. О чем свидетельствовали следующие эксперименты, проведенные на зародышах амфибий: группы клеток из экто- и мезодермы зародышей меняли местами. Это приводило к изменению направления дальнейшего развития этих зачатков в соответствии с их новым положением.
15. Какие гены были обнаружены при изучении следующей мутации у дрозофилы: у эмбрионов нормальных форм дрозофилы закладывается полный набор сегментов: три сегмента головы, три грудных сегмента и восемь брюшных сегментов. В последующих этапах развития из этих сегментов развивается голова, грудь и брюшко насекомого. У эмбрионов с мутацией fushi tarazu определенных сегментов не хватает и не полные сегменты соединяются с соседними. Это приводит к летальному исходу.
16. Нарушение, каких клеточных механизмов произошло в эмбриогенезе у человека с описанной ниже клиникой? «С помощью рентгенологического исследования у больного, обратившегося в больницу с подозрением на пиелонефрит, была с правой стороны обнаружена почка значительно больше нормальной, между верхним и нижним полюсом есть борозда, две почечные лоханки и два мочеточника. Кровообращение осуществляется по двум почечным артериям».
17.Нарушение, каких клеточных механизмов произошло в эмбриогенезе у человека с описанной ниже клиникой? «В кардиологическую клинику поступил мальчик двух лет. Покровы тела цианотичны, одышка, кровоток в легких обеднен. При зондировании сердца зонд из правого предсердия не удается провести в правый желудочек, но он попадает в левое предсердие».
18. При осмотре травматологом установлено, что на голове у больного открытая рана. Рентгенологическое исследование показало раздробление плоских костей черепа. Известно, что в норме плоские кости не регенерируют. Какие методы восстановления целостности костей черепной коробки Вы могли бы предложить в данном случае для заживления дефекта?
19. Во время рыбалки на озере был пойман рак, у которого обнаружили вместо левого глаза длинный усик. Как Вы можете объяснить наличие на месте глаза совершенно другого органа у рака?
20. Больному удалили одну почку, по истечению некоторого времени оставшаяся почка стала увеличиваться. Какой процесс в данном случае мы можем наблюдать?
Пищеварительная система
9. Ребенок, 5 дней, от первой беременности, вес при рождении 3200г. Беременность протекала нормально. С момента рождения у ребенка не было стула, отмечаются частые рвоты, беспокойство вздутие живота. При осмотре анальное отверстие имеется, но зондирование его произвести не удаётся.
О какой патологии нужно думать в этом случае? С чем связано возникновение этого порока развития?
Ответ: Атрезия анального отверстия возникла в результате нарушения гибели клеток: сохранились клетки, заполняющие просвет анального отверстия во время эмбриогенеза.
10. В клинику доставлен 4-х дневный новорожденный. Из истории болезни известно: ребенок от второй беременности, доношенный, вес при рождении 3500г. Беременность