Механизмы генетической изменчивости. ДНК-технологии

1. Фермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа представлен в популяции людей 2 вариантами, которые

отличаются по одной аминокислоте: в варианте 1 – Асп, в варианте 2 – Асн. Определите, являются ли

описанные варианты фермента примером полиморфных белков. Для решения:

а) используя таблицу генетического кода, укажите какие изменения в кодоне гена этого фермента

привели к появлению указанных вариантов;

б) объясните, что такое полиморфизм белков и каковы причины его возникновения.

2. Рестриктаза Мst II способна расщеплять ДНК по триплетам, кодирующим аминокислоту Глу. При серповидно-клеточной анемии (СКА) в 5'-конце β-глобинового гена исчезает один сайт рестрикции и фрагмент, образующийся под действием Мst II у пациентов с СКА будет больше, чем у здоровых людей. В связи с этим покажите, как будут располагаться фрагменты рестрикции на электрофореграмме для гетерозиготного носителя СКА (дорожка Х), если известно, что на электрофореграмме фрагмента рестрикции гена β-глобина здорового человека и гомозигота по СКА дают по одной полосе. В ходе ответа:

а) укажите, какого типа мутация вызывает СКА;

б) исходя из данных задачи, определите, какая из дорожек соответствует рестрикционному фрагменту здорового человека, а какая больного.

3. Из-за небрежности медицинской сестры в одном из роддомов принадлежность роженицам двух детей не была своевременно отмечена. Чтобы найти истинных родителей, возникла необходимость исследовать ДНК детей и родителей методом полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ). У обследуемых была взята кровь, из лейкоцитов экстрагировали ДНК и провели ПЦР. Полученную ДНК обработали рестриктазой и образующиеся фрагменты разделили с помощью гель-электрофореза. На электрофореграмме продукты рестрикции обнаруживали с помощью радиоактивно меченых олигонуклеотидов, которые специфически связывались с участками фрагментов ДНК, полученных при рестрикции. Рассмотрите электрофореграмму и определите, какой из родительских пар принадлежат дети Р_х и Р_у, если М_а и О_а – мать и отец одной супружеской пары, М_b и О_b – из другой.

4. Задняя доля гипофиза секретирует два гормона – окситоцин и вазопрессин (пептиды, состоящие из 9

аминокислот). Оба гормона образуются из белков-предшественников и выполняют разные функции.

Первичная структура этих пептидов близка, различия отмечаются в двух положениях: у вазопрессина в

3-й и 8-й позициях цепи Фен и Арг, а у окситоцина – Иле и Лей, соответственно. Могут ли эти различия

быть результатом точечных мутаций? Для обоснования ответа:

а) используйте таблицу генетического кода и определите кодоны ДНК для этих аминокислот;

б) решите, являются ли предшественники этих гормонов полиморфными белками.

5. Весь набор ферментов, участвующих в синтезе мочевины, присутствуют только в клетках печени и его нет в клетках других органов. Как можно объяснить различия в белковом составе органов и тканей? При ответе на вопрос:

а) вспомните механизмы, с помощью которых формируются транскрипционно неактивные участки хроматина;

б) объясните, когда в хроматине клеток возникают зоны стойкой репрессии и существуют ли

различия в их локализации в разных тканях.

6. При генетическом обследовании семьи (методом ПЦР), в которой родители являются носителями гена серповидно-клеточной анемии, были получены результаты представленные на рисунке.

На основании данных электрофореграммы объясните, кто из детей этой большой семьи здоров, болен, является носителем гена серповидно-клеточной анемии. В ходе ответа:

а) укажите, на чем основан принцип метода ПЦР;

б) перечислите необходимые компоненты и условия проведения анализа.

7. В ходе проверки семьи на носительство гена HbS методом ПЦР (полимеразной цепной реакции) студент, проведя электрофорез, получил результаты, представленные на рисунке.

Электрофореграмма продуктов рестрикции ДНК гена β-цепи Нb.

Какие соединения подверг электрофорезу студент? Какие выводы он должен сделать на основе результатов анализа? В ходе ответа:

а) объясните, на чем основан принцип метода и чем различаются условия проведения и состав

ферментов при синтезе ДНК в ходе ПЦР и в клетках организма;

б) укажите, какие дополнительные области использования этого метода Вам известны.

8. В структурном гене соматической клетки произошла делеция 25 нуклеотидов. Объясните, наблюдается ли в этом случае в ходе трансляции сдвиг рамки считывания информации гена. Сохранится ли функциональная активность белка, закодированного в этом гене?

9. В смысловой части гена фермента Е₁, катализирующего первую реакцию процесса синтеза мочевины произошла делеция 12-го нуклеотида.

_{Е1 Е2 Е3 Е4 Е5}

NН₃+СО₂+2АТР → M → N → F→ К→ мочевина

Объясните:

а) к каким изменениям в структуре и активности фермента приведет мутация;

б) как изменится количество выводимой из организма мочевины и концентрация NН₃ в крови.

10. Белковый ингибитор многих протеаз α-2-антитрипсин представлен в человеческой популяции

четырьмя аллельными вариантами А, В, С и D. Определите, на какие генетически различные группы можно разделить всех людей по этому признаку. Объясните механизмы возникновения генетически различных вариантов одного и того же белка.

11. Как можно объяснить, что белок α-фетопротеин вырабатывается только гепатоцитами эмбриона и его синтез полностью прекращается после рождения. При возникновении гепатоцеллюлярного рака в клетках, потерявших способность к дифференцировке, способность к образованию α-фетопротеина возобновляется. Хотя известно, что практически все клетки нашего организма имеют одинаковый набор генов. Какие механизмы обеспечивают «включение» одних генов и стабильное «выключение» других в дифференцированных клетках? В ходе ответа:

а) укажите различия в механизмах адаптивной регуляции и стойкой репрессии;

б) объясните, для каких периодов жизнедеятельности организма они характерны.

12. Несовершенный (наследственный) дентиногенез возникает в следствие мутаций в генах белков одонтобластов. Назовите мутации, которые могут привести к появлению генов с измененной структурой. Для ответа:

а) укажите, какие изменения в структуре белков вызывают разные типы мутаций;

б) объясните, снижение активности ферментов какого процесса ведет к появлению таких нарушений в структуре белков.

13. В ходе проверки семьи на носительство гена HbS методом ПЦР (полимеразной цепной реакции)

студент,

проведя электрофорез, получил результаты, представленные на рисунке.

Электрофореграмма продуктов рестрикции ДНК гена β-цепи Нb.

Объясните результаты анализа. Для этого:

а) опишите принцип метода и условия проведения ПЦР

б) укажите причину наследственной патологии;

в) назовите заболевание, которым страдает ребенок

14. Одна из форм сахарного диабета II типа обусловлена мутациями в гене рецептора инсулина. Каким современным методом молекулярной диагностики можно выявить гетерозиготных носителей неправильного гена? Для ответа: перечислите компоненты реакционной смеси и изобразите этапы процесса, который дает возможность получить продукт, изучение структуры которого позволяет установить мутацию.

15. В β-цепи одного из вариантов Нb отсутствуют аминокислоты с 92 по 94. Со снижением активности, какого процесса может быть связано появление мутантных белков? Для ответа:

а) укажите тип мутации, который привел к появлению такого белка;

б) как такая мутация может изменить сродство Нb к О₂ и почему.

16. Герпетическая инфекция является одним из самых распространенных заболеваний человека, ее вызывает целое семейство вирусов, которые вызывают различные по своим проявлениям заболевания. Специфическое лечение герпетической инфекции затруднено, вследствие многообразия возбудителей. Для лечения заболеваний, вызванных вирусом простого герпеса 1,2, применяют ацикловир, а вызванных цитомегаловирусом – ганцикловир. Во всех случаях для повышения эффективности терапии назначают препараты рекомбинантного интерферона человека. С помощью какого метода ДНК-технологий можно установить природу возбудителя вирусного заболевания и какова роль интерферона в лечении? Для ответа:

а) представьте схему процесса, позволяющего идентифицировать природу вируса;

б) объясните механизм действия интерферонов на инфицированные клетки.

17. Молодая мама заметила, что у её двухлетнего сына резко снизился слух. Поначалу ей казалось, что ребёнок просто невнимателен, но обследование показало, что у мальчика двухстороннее снижение слуха. Врачи поставили диагноз: синдром Альпорта III типа, вызванный мутациями в гене α-цепи коллагена IV типа. При указанной патологии возможны следующие нарушения в структуре гена:

Кол-во делетир. нуклеотидов: Делетированные нуклеотиды:

1 C

8 GGGTTGCC

1 G

1 A

К каким изменениям в структуре белка коллагена IV типа приведут перечисленные мутации? Предположите, как эти изменения отразятся на функциональной активности белка? В ходе ответа укажите:

а) какие еще типы мутаций могут снижать функциональную активность белков?

б) неэффективность работы какого матричного процесса сопровождается накоплением мутаций, представьте его схему.