Основы генетики
презентация к уроку по химии (10 класс)

Слайд 1

Модуль 1 «Теоретические основы генетики и биотехнологии». Тема 1.1. Материальные основы наследственности

Слайд 2

Строение и функции ДНК и РНК Существует два типа нуклеиновых кислот Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и Рибонуклеиновая кислота (РНК) Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, которые состоят из мономеров – нуклеотидов. Молекула нуклеотида состоит из трех составных частей: из пятиуглеродного сахара – пентозы, из азотистого основания и остатка фосфорной кислоты.

Слайд 3

Моносахариды Рибоза - моносахарид с формулой С5Н10О5 Значение: Входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ферментов Дезоксирибоза – моносахарид с формулой С5Н10О4 Значение: Входит в состав ДНК

Слайд 4

Азотистые основания Вопрос: каким основанием (пуриновым или пиримидиновым) является Урацил? Ответ: Пиримидиновым

Слайд 5

Остаток фосфорной кислоты

Слайд 6

Нуклеотид

Слайд 7

Фрагмент молекулы ДНК

Слайд 8

Правила Чаргаффа Молярное содержание аденина всегда равно молярному содержанию тимина , а молярное содержание гуанина — молярному содержанию цитозина . Количество пуринов равняется количеству пиримидинов .

Слайд 9

Принцип комплементарности

Слайд 10

Структуры ДНК Первичная Вторичная Третичная Четвертичная

Слайд 11

1. Хранение наследственной информации 2. Передача наследственной информации из поколения в поколение Функции ДНК 3. Роль матрицы в процессе передачи генетической информации к месту синтеза белка

Слайд 12

РНК – биополимер, мономером которого являются нуклеотиды РНК – одиночная полинуклеотидная последовательность. РНК вирусов может быть одно – и двух - цепочечной Каждый нуклеотид состоит из: Азотистого основания А, Г, Ц, У ( урацил ) Моносахарида – рибозы Остатка фосфорной кислоты Строение РНК

Слайд 13

Виды РНК

Слайд 14

Строение и функции ДНК и РНК

Слайд 15

Строение гена

Слайд 16

Ген – участок ДНК, в котором закодирована информация о строении одного белка. Кодирующая последовательность – основная структурно-функциональная единица гена, именно в ней находятся триплеты нуклеотидов, кодирующие аминокислотную последовательность. Она начинается со старт-кодона и заканчивается стоп-кодоном. До и после кодирующей последовательности находятся нетранслируемые 5’- и 3’-последовательности . Они выполняют регуляторные и вспомогательные функции, например, обеспечивают посадку рибосомы на и-РНК. Нетранслируемые и кодирующая последовательности составлют единицу транскрипции – транскрибируемый участок ДНК, то есть участок ДНК, с которого происходит синтез и-РНК. Терминатор – нетранскрибируемый участок ДНК в конце гена, на котором останавливается синтез РНК. В начале гена находится регуляторная область , включающая в себя промотор и оператор . Промотор – последовательность, с которой связывается полимераза в процессе инициации транскрипции. Оператор – это область, с которой могут связываться специальные белки – репрессоры , которые могут уменьшать активность синтеза РНК с этого гена – иначе говоря, уменьшать его экспрессию . Строение гена – общая схема промотор оператор терминатор кодирующая последовательность 5’ 3’ регуляторная зона единица транскрипции нетранслируемая 5’-последовательность старт-кодон стоп-кодон нетранслируемая 3’-последовательность

Слайд 17

Строение генов у эукариот У эукариот практически не встречается объединение генов в опероны . Однако кодирующая последовательность гена эукариот чаще всего разделена на транслируемые участки – экзоны , и нетранслируемые участки – интроны . терминатор экзон 3 экзон 3 экзон 3 экзон 2 экзон 2 экзон 2 экзон 1 экзон 1 экзон 1 интрон 2 интрон 2 интрон 1 интрон 1 промотор оператор пре-РНК зрелая иРНК сплайсинг транскрипция регуляторная зона коди р у ющая цепь ДНК

Слайд 18

Хромосомы: строение, функции Хромосома представляет собой палочковидную структуру и состоит из двух сестринских хроматид, удерживаемых центромерой в области первичной перетяжки. Функция хромосом заключается: в хранении наследственной информации; передаче наследственной информации; реализации наследственной информации.

Слайд 19

Строение хромосомы

Слайд 20

Строение хромосомы В основе строения хромосомы лежит хроматин — сложный комплекс ДНК, белков , РНК и других веществ , входящих в хромосому . Выделяют 4 уровня организации хроматина : 1) нуклеосомный , 2) соленоидный , 3) хроматидный , 4) хромосомный .

Слайд 21

1.Нуклеосомный уровень («бусины на нитке»)

Слайд 22

2. 30-нанометровая хроматиновая фибрилла (соленоид) Нить плотно упакованных нуклеосом диаметром 10 нм образует спиральные витки с шагом спирали около 10 нм . На один виток такой суперспирали приходится 6 – 7 нуклеосом .

Слайд 23

3. Хроматидный уровень ( петлевой домен ) 30-нанометровая фибрилла формирует петли .

Слайд 24

4. Уровень метафазной хромосомы На данном уровне происходит максимальная компактизация хроматина . Общее " укорочение " нити ДНК составляет10000 раз . Метафазная хромосома уже удвоена .

Слайд 25

Практическая работа 2. Материальные основы наследственности Решение задач 1. Большая из двух цепей белка инсулина имеет (так называемая цепь В) начинается со следующих аминокислот: фенилаланин - валин -аспарагин- глутаминовая кислота-гистидин-лейцин. Напишите последовательность нуклеотидов в начале участка молекулы ДНК, хранящего информацию об этом белке. 2. При синдроме Фанкоми (нарушение образования костной ткани) у больного с мочой выделяются аминокислоты, которым соответствуют кодоны в и-РНК: АУА ГУЦ АУГ УЦА УУГ ГУУ АУУ. Определите, выделение каких аминокислот с мочой характерно для синдрома Фанкоми , если у здорового человека в моче содержатся аминокислоты аланин , серин , глутаминовая кислота, глицин.

Слайд 26

Практическая работа 3. Молекулярные механизмы изменчивости у человека Перечислены некоторые аминокислотные замены, обнаруженные в α- и β-цепях человеческого гемоглобина (таблица 2). Используя таблицу генетического кода, определите, какие из них обусловлены заменой единственного нуклеотида в ДНК. Таблица 2 – Типы гемоглобина у человека Тип Hb Аминокислота в норме Замещенная аминокислота HbJ Торонто ala asp (а-5) HbJ Оксфорд gly asp (а-15) Hb Мехико gln glu (а-54) Hb Бетезда tyr his ( b-54) Hb Сидней val ala (b-67) Hb Саскатун his Tyr (b-63)

Слайд 27

Хромосомы: типы хромосом Существуют следующие основные типы хромосом: метацентрические хромосомы (расположение центромеры посередине, эту форму еще принято называть равноплечием ); субметацентрические (смещение перетяжки в одну из сторон, другое название – неравноплечие); акроцентрические (нахождение центромеры практически на одном из концов хромосомы, другое название – палочковидные);

Слайд 28

Механизм реализации генетической информации

Слайд 29

Механизм реализации генетической информации

Слайд 30

Основные этапы биосинтеза белка

Слайд 31

Транскрипция

Слайд 32

Трансляция Трансляция (как и все матричные процессы) включает три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию. 1.Инициация 2. Элонгация 3. Терминация

Слайд 33

Процесс биосинтеза белка

Слайд 34

Регуляция биосинтеза белка Прокариоты

Слайд 35

Регуляция биосинтеза белка Эукариоты Основные уровни регуляции биосинтеза: 1. на уровне транскрипции. Варианты: - групповая репрессия генов белками – гистонами; - амплификация генов - увеличение числа копий заданного участка ДНК или гена. - регуляция сигналами-усилителями. 2. регуляция на уровне процессинга иРНК : - разрешение или запрещение процессинга. - дифференциальный (альтернативный) процессинг. 3. на уровне стабильности и активности иРНК . 4. регуляция на уровне трансляции: - тотальная репрессия или активация трансляции при изменении активности и количества белковых факторов (ФИ и ФЭ); - избирательная дискриминация иРНК , например, при инфицировании клетки вирусом транслируется вирусная РНК, а РНК хозяина дискриминируется. - механизм повышения эффективности трансляции включает образование полисом - это комплекс нескольких рибосом с одной иРНК . Расстояние между соседними рибосомами составляет 80 нуклеотидов. Текст слайда

Слайд 36

Перенос генетической информации в клетке

Слайд 37

Видовая специфичность кариотипа

Слайд 38

Диплоидное число хромосом у некоторых животных малярийный плазмодий — 2 гидра пресноводная — 32 дождевой червь — 36 капустная белянка — 30 домашняя муха — 12 зеленая лягушка — 26 ящерица прыткая — 38 мышь домовая — 40 домашняя коза — 60 человек разумный — 46

Слайд 39

Диплоидное число хромосом у некоторых растений капуста огородная — 18 свекла обыкновенная — 18 фасоль обыкновенная — 22 белая акация — 20 дуб обыкновенный — 24 морковь огородная — 18 ясень обыкновенный — 46 пшеница мягкая — 42 клевер луговой — 14 красная смородина — 16 липа сердцелистная — 82 лещина обыкновенная (орешник) — 22

Слайд 40

Гаметогенез у животных Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Многоклеточные животные имеют диплоидный набор хромосом (2n). В процессе гаметогенеза, в основе которого лежит мейоз, образующиеся гаметы имеют гаплоидный набор хромосом (n).

Слайд 41

Спорогенез и гаметогенез у растений Процесс формирования половых клеток у растений подразделяется на два этапа:

Слайд 42

Спорогенез и гаметогенез у цветковых растений

Слайд 43

Типы полового размножения

Слайд 44

Генетический код Генетический код – это последовательность нуклеотидов ДНК (и-РНК), определяющая порядок включения аминокислот в состав белковой молекулы. Свойства генетического кода:

Слайд 45

Задание №1 по теме:«Биосинтез белка» В биосинтезе полипептида участвуют молекулы т-РНК с антикодонами УГА, АУГ, АГУ, ГГЦ, ААУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц) в двухцепочечной молекуле ДНК. Ответ поясните.

Слайд 46

Ответ на задание 1. 1) и-РНК: АЦУ – УАЦ – УЦА – ЦЦГ – УУА (по принципу комплементарности ). 2) ДНК: 1-ая цепь: ТГА – АТГ – АГТ – ГГЦ – ААТ 2-ая цепь: АЦТ – ТАЦ –ТЦА –ЦЦГ — ТТА 3) количество нуклеотидов: А — 9 (30%), Т — 9 (30%), так как А=Т; Г — 6 (20%), Ц — 6 (20%), так как Г=Ц.

Слайд 47

Задание №2 по теме:«Биосинтез белка» В пробирку поместили рибосомы из разных клеток, весь набор аминокислот и одинаковые молекулы и-РНК и одинаковые молекулы т-РНК, создали все условия для синтеза белка. Почему в пробирке будет синтезироваться один вид белка на разных рибосомах?

Слайд 48

Ответ на задание 2. 1) Первичная структура белка определяется последовательностью аминокислот, зашифрованных на участке молекулы ДНК. ДНК является матрицей для молекулы и-РНК. 2) Матрицей для синтеза белка является молекула и-РНК, а они в пробирке одинаковые. 3) К месту синтеза белка т-РНК транспортируют аминокислоты в соответствии с кодонами и-РНК.

Слайд 49

Задание №3 по теме: «Биосинтез белка» Белок состоит из 100 аминокислот. Установите, во сколько раз молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка, если средняя молекулярная масса аминокислоты – 110, а нуклеотида — 300. Ответ поясните.

Слайд 50

Ответ на задание 3. 1) генетический код триплетен , следовательно, белок, состоящий из 100 аминокислот, кодируют 300 нуклеотидов; 2) молекулярная масса белка 100 х 110 = 11000; молекулярная масса гена 300 х 300 = 90000; 3) участок ДНК тяжелее, чем кодируемый им белок, в 8 раз (90 000/11 000).

Слайд 51

Задание №4 по теме: «Биосинтез белка» В процессе трансляции участвовало 40 молекул тРНК . Определите число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

Слайд 52

Ответ на задание 4. 1) одна тРНК транспортирует одну аминокислоту, следовательно, 40 тРНК соответствуют 40 аминокислотам, и белок состоит из 40 аминокислот; 2) одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, значит, 40 аминокислот, кодируют 40 триплетов; 3) количество нуклеотидов в гене, кодирующем белок из 40 аминокислот, 40 · 3 = 120.

Слайд 53

Задание №5 по теме: «Биосинтез белка» Фрагмент рибосомного гена имеет последовательность АТТГЦЦГАТТАЦЦАААГТАЦЦААТ. Какова будет последовательность РНК, кодируемая этим участком? К какому классу РНК она будет относиться? Какова будет её функция?

Слайд 54

Ответ на задание 5. 1. Последовательность РНК — УААЦГГЦУААУГГУУУЦАУГГУУА. 2. В рибосоме находится рРНК , образующаяся в процессе транскрипции с данного участка ДНК. 3. Она участвует в синтезе белка, связывает иРНК с рибосомой.

Слайд 55

Задание №6 по теме: «Биосинтез белка» Участок молекулы ДНК имеет следующий состав: Г-А-Т-Г-А-А-Т-А-Г-Т-Г-Ц-Т-Т-Ц. Перечислите не менее 3-х последствий, к которым может привести случайная замена седьмого нуклеотида тимина на цитозин (Ц).

Слайд 56

Ответ на задание 6. 1) произойдет генная мутация — изменится кодон третьей аминокислоты; 2) в белке может произойти замена одной аминокислоты на другую, в результате изменится первичная структура белка; 3) могут измениться все остальные структуры белка, что повлечет за собой появление у организма нового признака.

Слайд 57

Задание №7 по теме: «Биосинтез белка» и-РНК состоит из 156 нуклеотидов. Определите число аминокислот, входящих в кодируемый ею белок, число молекул т-РНК, участвующих в процессе биосинтеза этого белка, и количество триплетов в гене, кодирующем первичную структуру белка. Объясните полученные результаты.

Слайд 58

Ответ на задание 7. 1. Белок содержит 52 аминокислоты, т. к. одну аминокислоту кодирует один триплет (156:3). 2. Т-РНК транспортирует к месту синтеза белка одну аминокислоту, следовательно, всего в синтезе участвуют 52 т-РНК. 3. В гене первичную структуру белка кодируют 52 триплета, так как каждая аминокислота кодируется одним триплетом.

Слайд 59

Задание №8 по теме: «Биосинтез белка» Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТТА ГАА ТАТ ЦАГ ГАЦ Определите последовательность нуклеотидов на иРНК , антикодоны соответствующих тРНК и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка, кодируемом указанным фрагментом ДНК, используя таблицу генетического кода.

Слайд 61

Правила пользования таблицей Первый нуклеотид в триплете берется из левого вертикального ряда, второй – из верхнего горизонтального ряда и третий – из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится искомая аминокислота.

Слайд 62

Ответ на задание 8. 1) Находим иРНК на основе ДНК по принципу комплементарности ДНК – ТТА ГАА ТАТ ЦАГ ГАЦ иРНК – ААУ ЦУУ АУА ГУЦ ЦУГ 2) Находим тРНК на основе иРНК по принципу комплементарности тРНК – УУА ГАА УАУ ЦАГ ГАЦ 3) По таблице генетического кода находим фрагмент молекулы белка АСН– ЛЕЙ – ИЛЕ – ВАЛ - ЛЕЙ