Молекулярная генетика

C Б О Р Н И К З А Д А Ч

ПО МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКЕ И БИОЛОГИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, переработанное и дополненное

 

 

Уфа - 2014

УДК 575.1:57(076.1)

ББК 52.5+28 я 7

М 23

Рецензенты:

Исламов Р.Р. – д.м.н., профессор, заведующий кафедрой медицинской биологии и генетики ГБОУ ВПО «Казанский ГМУ» МЗ РФ,

Хуснутдинова Э.К. – д.б.н., профессор, заведующая отделом геномики Института биохимии и генетики УНЦ РАН.

Сборник задач по медицинской генетике и биологии: учебное пособие для студентов, 2-ое издание, дополненное, переработанное/ сост: Викторова Т.В., Измайлова С.М., Куватова Д.Н., Данилко К.В., Мусыргалина Ф.Ф., Лукманова Г.И., Целоусова О.С., Белалова Г.В., Исхакова Г.М., Сулейманова Э.Н., Казанцева С.Р. – Уфа: Изд-во ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России, 2015 г. – 123 с.

Учебное пособие содержит современную информацию по основным разделам общей и молекулярной генетике. Содержание включает краткое изложение теоретического материала по каждому разделу, образцы решения задач, типовые и ситуационные задачи с эталонами ответов.

Учебное пособие подготовлено на основании рабочей программы по дисциплине «Биология» (2012 г.), действующего учебного плана ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава РФ (2014 г.) и в соответствии с требованиями ФГОС ВО, утвержденного Министерством образования и науки РФ по направлениям подготовки (специальностям): Лечебное дело и Педиатрия для самостоятельной аудиторной работы по дисциплине биология.

Рекомендовано в печать Координационным научно-методическим советом и утверждено решением Редакционно-издательского совета ГБОУ ВПО БГМУ МЗ РФ

УДК 575.1:57(076.1)

ББК 52.5+28 я 7

М 23

© Т.В. Викторова, С.М. Измайлова,

Д.Н. Куватова и др.

© Изд-во ГОУ ВПО БГМУ МЗ РФ

 

Введение

По мнению специалистов-биологов разных профилей XXI век – это век генетики – науки о наследственности и изменчивости. Велико значение генетики для прогрессивного развития современной медицины. Многочисленные эпидемиологические исследования последних лет указывают на то, что не только наследственные, но практически все широко распространенные, так называемые многофакторные заболевания в существенной степени обусловлены генетической предрасположенностью. Без знания основных закономерностей наследственности и изменчивости невозможно понять генетические предпосылки развития патологических процессов и, следовательно, научиться управлять этими процессами на этапах диагностики, лечения и, что самое важное, эффективной профилактики.  Уже сегодня квалифицированный врач должен понимать ключевые механизмы передачи генетической информации и ее реализации в признак. Для формирования основ врачебного мышления необходимо выработать умение решать ситуационные задачи. Предлагаемый сборник задач разработан на основе рабочей программы по дисциплине Биология (2012 г.), учебного плана, утвержденного Ученым советом ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава РФ (2014 г.) и в соответствии с требованиями ФГОС ВО, утвержденного Министерством образования и науки РФ.

Данное учебное пособие направлено на формирование следующих компетенций:

ОК-1	способен и готов использовать на практике методы естественнонаучных и медико-биологических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности
ПК-2	способен и готов выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности врача
ПК-3	способен и готов к формированию системного подхода к анализу медицинской информации, опираясь на всеобъемлющие принципы доказательной медицины, основанной на поиске решений с использованием теоретических знаний и практических умений в целях совершенствования профессиональной деятельности
ПК-17	способен и готов выявлять у пациентов основные патологические симптомы и синдромы заболеваний, используя знания основ медико-биологических дисциплин с учетом законов возникновения патологии в органах, системах и организме в целом, анализировать закономерности функционирования различных органов и систем при различных заболеваниях и патологических процессах
ПК-32	способен и готов к участию в освоении современных теоретических и экспериментальных методов исследования с целью создания новых перспективных средств, в организации работ по практическому использованию и внедрению результатов исследований

 Содержание сборника включает следующие разделы:

1. Молекулярная генетика

2. Цитогенетика

3. Закономерности наследования признаков

4. Изменчивость

5. Методы исследования генетики человека

6. Медико-генетическое консультирование

Каждому разделу предшествует краткое изложение теоретического материала, приведены образцы решения задач, типовые и ситуационные задачи. При составлении и рубрикации сборника учитывалось поэтапное освоение материала от простого к сложному, с целью формирования у студентов навыков систематизации, логического мышления, принятия решения. Учебное пособие предназначено для самостоятельной аудиторной работы студентов при изучении учебного модуля «Генетика».  В приложении приведены справочные материалы, необходимые для решения задач, дан краткий словарь с общей характеристикой ряда наследственных синдромов.

Сборник задач по медицинской генетике и биологии рекомендуется для студентов специальностей: лечебное дело и педиатрия.

РАЗДЕЛ I

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА

Молекулярная генетика исследует процессы, связанные с наследственностью и изменчивостью на молекулярном уровне.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Ген - это участок молекулы ДНК, включающий регуляторные последовательности и соответствующий одной единице транскрипции, в которой находится информация о структуре одной полипептидной цепи или молекулы РНК. Это участок ДНК, ответственный за формирование какого-то определенного признака. Однако ген не превращается в признак, и от гена до признака существует серия промежуточных реакций. Он определяет лишь первичную структуру белка, т.е. последовательность расположения в нем аминокислот, от которой во многом и зависит его функция. Белки-ферменты управляют биохимическими реакциями в организме. Для каждой реакции существует свой специфический белок-фермент. Ход биохимических реакций обуславливает проявление того или иного признака. Таким образом, функцию гена можно представить следующей схемой: ген - белок - биохимическая реакция - признак.

В молекулярном плане ген - это фрагмент молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) - знаменитой двойной спирали, открытой еще в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком. Молекула ДНК - полимер, мономером которой является нуклеотид. Нуклеотид состоит из моносахарида - дезоксирибозы, остатка фосфорной кислоты и азотистого основания. В состав ДНК входят азотистые основания четырех типов: пурины (аденин (А) и гуанин (Г)), и пиримидины (тимин (Т) и цитозин (Ц)). Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепь посредством фосфодиэфирных связей через остаток фосфорной кислоты, который присоединяется к 3’-положению одной дезоксирибозы и к 5’-положению - другой. Цепи соединяются друг с другом за счет водородных связей между азотистыми основаниями по принципу комплементарности так, что аденин располагается напротив  тимина, гуанин – напротив цитозина. Именно в чередовании азотистых оснований закодирована последовательность аминокислот в белковой молекуле и специфичность самого белка.

Местоположение каждой аминокислоты в белковой цепи предопределяется триплетами нуклеотидов, т.е. тремя рядом стоящими азотистыми основаниями в одной из цепочек ДНК. Расшифровка кода осуществляется с помощью рибонуклеиновых кислот (РНК).

«Центральная догма молекулярной биологии»:  

ДНК®иРНК® белок®признак.

Процесс расшифровки начинается с синтеза информационной РНК (иРНК). иРНК - полимер, состоящий из одной цепочки нуклеотидов. В состав ее нуклеотидов также входит моносахарид (рибоза), остаток фосфорной кислоты и одно из азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин или урацил (У)).

Синтез РНК происходит по матричной цепи ДНК. Построение молекулы осуществляется таким образом, что комлементарные азотистые основания РНК строятся напротив соответствующих азотистых оснований ДНК: Ц-Г, А-У, Т-А, Г-Ц. Процесс считывания информации на иРНК называется транскрипцией. Естественно, что иРНК эукариот копирует не только кодирующие участки- экзоны, но и некодирующие участки – интроны, вырезаемые позднее. Первичный транскрипционный продукт (незрелая иРНК), синтезированная в ядре подвергается процессингу: кэпирование 5^I – конца, полиаденилирование 3^I – конца, вырезание интронов и сшивание экзонов (сплайсинг).

Следующий этап расшифровки происходит в цитоплазме на рибосомах, где осуществляется сборка полипептидной цепи из аминокислот, т.е. процесс синтеза белка. В этом процессе участвуют транспортные РНК (тРНК), функция которых – перенос аминокислот к рибосоме и нахождение в полипептидной цепи предусмотренного иРНК - кодом места для каждой аминокислоты. Все аминокислоты распознаются собственными тРНК. Комплекс тРНК с аминокислотой называется аминоацил-тРНК.

Сборка полипептидной цепи происходит по следующей схеме. С места контакта иРНК с рибосомой начинается отсчет триплетов. К рибосоме же подходят аминоацил-тРНК. Так как, у эукариот стартовым кодоном в иРНК является АУГ, то в антикодоне первой аминоацил-тРНК, которая транспортирует аминокислоту метионин, будет триплет УАЦ. Одновременно в рибосоме размещается два триплета а аминоацильном и пептидильном центрах и соответственно две аминоацил-тРНК. Между двумя аминокислотами образуется пептидная связь, а рибосома по иРНК продвигается на один триплет. Объединение аминокислот в пептидильном центре коллинеарно триплетам называется трансляцией.

Предлагаемые задачи рассчитаны главным образом на расшифровку структуры белка по известным данным о строении ДНК и обратный анализ с помощью таблицы кодирования аминокислот (прил. 1)