На репликацию и транскрипцию

РЕШЕНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗАДАЧ

Цель: научиться применять знания о строении, составе и свойствах органических веществ клетки при решении задач по молекулярной биологии.

Прочитайте текст

По содержанию все задачи по молекулярной биологии можно сгруппировать следующим образом: определение молекулярной массы вещества по составу, определение последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК, определение молекулярной массы или длины гена (ДНК) и белка.

При решении задач о нуклеиновых кислотах следует использовать принцип комплементарности: адениловому нуклеотиду комплементарен тиминовый нуклеотид, гуаниловому – цитозиновый нуклеотид. В РНК адениловому нуклеотиду комплементарен урациловый нуклеотид (тиминового нуклеотида в РНК нет).

В молекуле ДНК количество аденина равно количеству Тимина, а количество гуанина – количеству цитозина, т. е. А=Т и Г=Т, откуда следует, что

А + Г = Т + Ц или (А+Г) / (Т+Ц) = 1

(правило Чаргаффа). Длина одного нуклеотида равна 0,34 нм; масса одного нуклеотида в среднем равна 345 а.е.м.

Ход работы

Задание 1. Решение задач по репликации

Фрагмент цепочки ДНК имеет определенную последовательность нуклеотидов. Напишите фрагмент цепочки ДНК, который образуется в процессе репликации на этом участке ДНК.

А) Т Ц А Т Г Г Ц Т А Т Г А Г Ц Т Т А А А Т Г

_______________________________________________

Б) Ц Т В Г Г Ц Т Т Т А Г Ц Ц Г Т Г Ц Г А Т Ц

_______________________________________________

Задание 2. Решение задач по транскрипции

Фрагмент цепочки молекулы ДНК имеет определенную последовательность нуклеотидов. Напишите фрагмент молекулы иРНК, который образуется в процессе транскрипции на этом участке ДНК.

А) Ц А Ц А Г Т А А Ц Г А Г Ц Т А Г Г Ц А А

________________________________________________

Б) Г Т Ц Ц Т А Г Т Г Т Ц Г А Т Т Ц А Г Г Т

________________________________________________

Задание 3. Определение нуклеотидного состава ДНК.

В ДНК человека количество гуанинового (Г) нуклеотида составляет 19,9% от общего количества. Определите количество (%) всех других нуклеотидов.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. В выводе объясните принцип комплиментарности, который лежит в основе процессов матричного синтеза

Вывод: _____________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________

История изучения клетки. Методы цитологических исследований.

Клетка — элементарная биологическая система, способная к самооб­новлению, самовоспроизведению и развитию. Клеточные структуры лежат в основе строения растений, грибов и животных. Каким бы многообразным не представлялось строение организмов, в основе его лежат сходные структуры — клетки.

Наука о строении, составе и функциях клетки — цитология.

Предпосылкой открытия клетки было изобретение микроскопа и ис­пользование его для исследования биологических объектов.

В 1665 г: английский физик Р.Гук (1635—1703), рассматривая под мик­роскопом срез пробки, обнаружил, что она состоит из ячеек, напоминаю­щих пчелиные соты. Эти образования Гук назвал клетками. Во второй по­ловине XVII в. появились работы ряда микроскопистов: итальянца М. Мальпиги (1628—1694), англичанина Н. Грю (1641—1712), также об­наруживших ячеистое строение многих растительных объектов. Голландец А. Левенгук (1632—1723) впервые обнаружил, в воде одноклеточные орга­низмы.

Внимание микроскопистов привлекала, в первую очередь, клеточная оболочка. Лишь во втором десятилетии XIX в. исследователи обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку — протоплазму.

К 30-м годам XIX в. накопилось немало работ о клеточном строении организмов. Общепризнанным стало представление о клетке как элементарной микроскопической структуре растений. Немецкий ботаник М. Шлейден (1804—1881) первым пришел к заключению, что в любой растительной клетке имеется ядро. Исходя из этих данных, а также многочисленных на­блюдений, аналогичных собственным наблюдениям над развитием клеток животных организмов, немецкий зоолог Т. Шванн (1810—1882) нашел верный принцип сопоставления клеток растений и животных. Он установил, что хотя клетки животных крайне разнообразны и значительно отличаются от клеток растений, ядра во всех клетках обладают большим сходством. Если в каком-либо видимом под микроскопом образовании присутствует ядро, это образование, по мнению Шванна, можно считать клеткой.

Основываясь на таком критерки, Шванн выдвинул основные положе­ния клеточной теории:

1) клетка является главной структурной единицей всех организмов (ра­стительных и животных);

2) процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференцировку растительных и животных тканей.

В 1858 г. вышел в свет основной труд немецкого патолога Р. Вирхова (1821—1902) «Целлюлярная патология». Это произведение, ставшее клас­сическим, оказало влияние на дальнейшее развитие учения о клетке и для своего времени имело большое прогрессивное значение. Вирхов показал, что клетки возникают только путем деления, холя сущность этого процес­са оставалась ему неизвестной. Именно Вирховым был сформулирован важ­нейший принцип «Каждая клетка от клетки». Это положение блестяще под­твердилось дальнейшим развитием биологии.

Важным обобщением явилось также утверждение, что наибольшее зна­чение в жизнедеятельности клеток имеют не оболочки, а их содержимое: протоплазма и ядро.

К. Бэр (1792—1876) открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все организмы начинают свое развитие из одной клетки. Открытие К. Бэра показало, что клетка не только единица строения, но и единица разви­тия всех живых организмов.

Дальнейшее совершенствование микроскопической техники, создание электронного микроскопа и методов молекулярной биологии позволили глубже проникнуть в изучение клетки, познать ее сложную структуру и мно­гообразие протекающих в ней биохимических процессов.

Успехи цитологии и цитогенетики (науки о передаче наследственности на клеточном уровне) были связаны с методами исследования: исполь­зование светового микроскопа (увеличение до 3000 раз), метода окраши­вания цитологических препаратов, фиксирование с помощью о тдельных веществ (спирта, формалина), а также замораживания и высушивания. Боль­шим шагом вперед оказалось изобретение в 30-х годах нашего века электронного и фазоконтрастного микроскопов. Увеличение в 100000 и больше раз, которое способен давать электронный микроскоп, позволяет увидеть самые мелкие детали строения клеточных органелл. Современные достижения цитологии связаны с использованием физических (метод меченных атомов) и биохимических методов – центрифугирование (разделение частей клеток, отличающихся по удельному весу и размерам, с помощью центрифуг).

Прокариоты - представляют собой отдельное царство организмов, к которому относятся различные виды бактерий и цианобактерий (их еще называют сине-зелеными водорослями).

Эукариоты – это растения, грибы, животные. Клети прокариот имеют более простое строение по сравнению с прокариотами. В клетках прокариот отсутсвует ядро, пластиды, митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, лизосомы, вакуоли. В цитоплазме прокариот имеются рибосомы, которые в отличие от рибосом эукариотических клеток, имеют маленькие размеры, разнооб­разные включения и один—два участка с наследственным материалом, ко­торый представлен в виде кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в оп­ределенном месте к внутренней поверхности плазматической мембраны. Таким образом, у прокариот отсутствуют типичные хромосомы, которые в клетках эукариот находятся в ядре. Прокариоты очень распространены в природе. Они населяют водоемы различных типов, почву, поселяются в организмах растений, животных, человека.

По способу питания они делятся на автотрофы и гетеротрофы. Первые способны синтезировать органические вещества из неорганических в ре­зультате фотосинтеза и хемосинтеза; вторые питаются готовыми органичес­кими веществами. Те гетеротрофы, которые в качестве пищи используют органические остатки, называются сапрофитами (от греч. сапрос—гнилой), а те, которые питаются органическими веществами живых организмов, на­зываются паразитами.

По способу дыхания прокариоты делятся на аэробные и анаэробные. Аэробные организмы нуждаются в кислороде, который им необходим для окисления определенных химических соединений, в результате чего они получают энергию. Анаэробные организмы не нуждаются для получения энергии в кислороде, им свойственно бескислородное расщепление хими­ческих веществ, которое осуществляется за счет ферментов и дает этим организмам энергию.

Размножаются прокариоты бесполым путем (делением клетки попо­лам), Хотя у некоторых из них известен и половой процесс, который осуще­ствляется путем обмена двух клеток наследственной информацией через цитоплазматический мостик, который может возникать на определенное время.

При неблагоприятных условиях среды прокариоты образуют споры, покрытые плотной оболочкой, что позволяет им выдерживать как низкие, так и высокие температуры, а также длительный засушливый период.

Эукариоты состоят из клеток, в которых есть оформленное ядро. В их цитоплазме имеются разнообразные органеллы (митохондрии, пластиды, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли, клеточ­ный центр и т. д.). Процесс деления эукариотических клеток протекает слож­нее и, как правило, сопровождается образованием веретена деления, кото­рое обеспечивает равномерное распределение хромосом между дочерними клетками.

Среди эукариот встречаются одноклеточные, колониальные и много­клеточные формы.