Тема: молекулярные основы наследственности (III)

Цели занятия:

1) Изучить основные механизмы регуляции экспрессии генов у про- и эукариот.

2) Рассмотреть классификацию генов и современное состояние теории гена.

3) Разобрать основные методы ДНК-диагностики.

Базисные знания:

1) Из материалов практических занятий №5 и №6 Вы должны знать строение и свойства нуклеиновых кислот, принципы кодирования наследственной информации, этапы реализации наследственной информации у прокариот и эукариот.

Учебная карта занятия:

 

А) Вопросы для подготовки к занятию:

· Классификация генов: репрессированные, дерепрессированные, конститутивные, регулируемые.

· Регуляция экспрессии генов у прокариот. Теория оперона.

· Регуляция экспрессии генов у эукариот.

· Современное состояние теории гена.

· Методы анализа ДНК. ДНК–диагностика наследственных заболеваний.

 

Б) Список основной и дополнительной литературы по теме:

Основная литература:

1. Биология: в 2 кн. / Под ред. В.Н. Ярыгина. – 2-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2001-2008. – Кн.1: Жизнь. Гены. Клетка. Онтогенез. Человек.

2. Конспекты лекций.

Дополнительная литература:

1. Биология. / Под ред. В.Н. Ярыгина. – М.: Медицина. – 1984. – С. 74-81, 93-94, 111-116, 132-134, 145-147.

2. Биология. В 2-х кн. / Под ред. В.Н. Ярыгина. – М.: Высш. шк. – 1997. – Кн.1, – С. 78-84, 103-117, 171-180.

3. Биология. / А.А. Слюсарев, С.В. Жукова. – К.: Вища шк. – 1987. – С. 39-43, 87-97.

4. Биология с общей генетикой. / А.А. Слюсарев. – М.: Медицина. – 1977. – С. 62-66, 139-142.

5. Заяц Р.Г., Бутвиловский В.Э., Рачковская И.В., Давыдов В.В. Общая и медицинская генетика. Лекции и задачи. – Ростов н/Д: Феникс, 2002. – С. 45-47, 50-52, 59-66.

6. Пехов А. П. Биология: медицинская биология, генетика и паразитология/ А.П. Пехов. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 656 с.

 

В) Задания для учебно-исследовательской работы студентов:

Задание 1. Изучение правил решения генетических задач по теме занятия.

Познакомьтесь с примерами решения типовых задач, основанных на использовании правил интерпретации результатов ДНК-диагностики.

Задача 1.

В гене одного из ферментов поджелудочной железы, включающего 242 пары нуклеотидов, произошла мутация – замена 43-й пары нуклеотидов. В результате возник новый сайт рестрикции для рестриктазы R. Определите генотипы людей (1, 2, 3) по приведенным результатам рестрикционного анализа.

 

242 - 242 -

199 - 199 -

43 - 43 -

 

 

1 2 3

Решение:

1. В результате произошедшей мутации и возникновения нового сайта рестрикции отрезок ДНК, длиной 242 пары нуклеотидов, соответствующий нормальному аллелю гена фермента, разрезается рестриктазой R на 2 фрагмента длиной 199 и 43 пары нуклеотидов.

2. Известно, что скорость отрезков ДНК, а, следовательно, и расстояние, которое они проходят в электрофоретическом геле, зависит от длины этих отрезков: чем меньше длина, тем больше скорость и расстояние.

3. Анализ результатов: при отсутствии мутации на электрофореграмме должен присутствовать только один фрагмент ДНК длиной 242, что соответствует нормальной гомозиготе (образец 2); у мутантной гомозиготы оба аллеля разрезаются и образуются фрагменты длиной 199 и 43, что выявляется электрофореграммой (образец 3); у гетерозиготы, имеющего один нормальный аллель (длиной 242) и один мутантный, который разрезается на два фрагмента (длины 199 и 43), электрофореграмма выявляет все три фрагмента (образец 1).

Ответ: Генотипы обследованных пациентов следующие:

образец 1 – гетерозигота.

образец 2 – нормальный гомозигота.

образец 3 – мутантный гомозигота.

Задание 2: Самостоятельное решение генетических задач по молекулярно-генетической диагностике (составлено на основе: Задачи по современной генетике: Учеб. пособие / Под ред. М.М. Асланяна. – М.: КДУ, 2005. – 224 с.).

Решите следующие задачи самостоятельно:

Задача 2.1.

Муковисцидоз является тяжелым аутосомно-рецессивным заболеванием. Мутация связана с делецией в гене трех нуклеотидов. Нормальный аллель имеет длину 253 пары нуклеотидов. Проанализируйте приведенные электрофореграммы и установите генотипы обследуемых:

 

 

253 - 253 -

250 - 250 -

 

 

1 2 3

Задача 2.2.

Ген содержит 2 экзона длиной 300 и 250 нуклеотидных пар. Мутантный аллель сопровождается возникновением в более длинном экзоне нового сайта рестрикции в районе 180 пары нуклеотидов, узнаваемого рестриктазой R. Определите генотипы пациентов по приведенному результату амплификации и рестрикционного анализа экзонов:

300 - 300 -

 

 

250 - 250 - 250 -

180 - 180 -

120 - 120 -

 

1 2 3

Задача 2.3.

Нормальный аллель гена имеет длину 260 нуклеотидных пар. В результате замены пары нуклеотидов в 60–м положении исчез сайт рестрикции для узнавания рестриктазой R. Определите генотипы пациентов по приведенным результатам рестрикционного анализа:

 

260 - 260 -

200 - 200 -

 

60 - 60 -

 

1 2 3

Задача 2.4.

В Y-хромосоме человека на участке, гомологичном Х-хромосоме, всегда имеется вставка мобильного элемента AluYa протяженностью 329 п. н. Проведена амплификация фрагмента гомологичных участков Х и Y-хромосом. Определите процент мужчин в изученной группе людей (дорожки 1-9) на основе электрофореграммы продуктов ПЦР-амплификации участка генома, затронутого инсерцией AluYa. Цифрами справа обозначены длины фрагментов ДНК в п. н.

X Y X Y

 

→ - AluYa

 

X-Y гомологичный

участок

									п. н.

 

Задача 2.5.

В Х-хромосоме человека на участке, гомологичном Y-хромосоме, всегда имеется вставка мобильного элемента AluXa протяженностью 322 п. н. Проведена амплификация фрагмента гомологичных участков Х и Y-хромосом. Ниже представлена электрофореграмма продуктов ПЦР-амплификации участка генома, затронутого инсерцией AluXa. Определите, какие дорожки соответствуют образцам ДНК женщин. Цифрами справа обозначены длины фрагментов ДНК в п. н.

Y Х Y Х

 

→ - AluXa

 

X-Y гомологичный

участок

 

										п. н.

 

Задача 2.6.

Представлена электрофореграмма, полученная при окрашивании серебром 4%-го денатурирующего полиакриламидного геля, на который нанесены пробы с продуктами ПЦР-амплификации трех тетрануклеотидных микросателлитных локусов (CSF1PO, TPOX и THO1), применяемых для идентификации личности, в образцах ДНК матери (М), ребенка (Р) и трех предполагаемых отцов (О1, О2 и О3). У каждого человека имеется строго определенное, индивидуальное количество повторов каждого микросателлитного локуса.

L-маркер, который состоит из амплифицированных фрагментов изучаемого локуса с различным количеством повторов. Цифрами справа обозначено количество повторов.

Определите генотипы и установите, какой из предполагаемых отцов может быть исключен на основании этого анализа.

 

	L	M	P	O1	O2	O3
CSF1PO
TPOX
THO1

 

Задача 2.7.

Представлена электрофореграмма, полученная при окрашивании серебром 4%-го денатурирующего полиакриламидного геля, на который нанесены пробы с продуктами ПЦР-амплификации трех тетрануклеотидных микросателлитных локусов (D16S539, D7S820 и D13S317), применяемых для идентификации личности, в образцах ДНК матери (М), двух ее детей (Р1 и Р2) и двух предполагаемых отцов (О1 и О2).

L-маркер, который состоит из амплифицированных фрагментов изучаемого локуса с различным количеством повторов. Цифрами справа обозначено количество повторов.

Определите генотипы и установите, какой из предполагаемых отцов может быть исключен на основании этого анализа.

 

	L	M	P1	Р2	O1	O2
D16S539
D7S820
D13S317

 

Г) Практические навыки, которыми должен овладеть студент по теме занятия:

1) Решение генетических задач с использованием таблиц генетического кода.

2) Использование правил интерпретации результатов ДНК-диагностики (по электрофореграммам).

 

 

Подпись преподавателя: ______________________________________________________________

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №8