Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Гомельский государственный университет
имени Франциска Скорины»
Г.Г. Гончаренко, А.А. Сурков, А.Н. лысенко
ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Практическое руководство
К выполнению лабораторных работ
Гомель
УО «ГГУ им. Ф. Скорины»
УДК 577.21:575.113.1(075.8)
ББК 28.04я73
Г 657
Рецензенты:
В.Б. Гедых, ведущий научный сотрудник ГНУ «Институт Леса НАН Беларуси», доктор биологических наук;
А.В. Крук, начальник учебно-методического управления УО «ГГУ им. Ф. Скорины», доцент, кандидат биологических наук
Рекомендовано к изданию научно-методическим советом учреждения образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»
ББК 28.04я73
© Гончаренко Г.Г., Сурков А.А.,
Лысенко А.Н. 2012
© УО «ГГУ им. Ф. Скорины», 2012
ВВЕДЕНИЕ
Генная инженерия - технология получения новых комбинаций генетического материала с помощью проводимых in vitro манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот и переноса созданных конструкций генов в реципиентный организм.
Методы генной инженерии успешно применяются для решения фундаментальных проблем биологии. С возникновением данной области биологической науки у исследователей появилась возможность изучать структуру, функционирование и регуляцию индивидуальных генов прокариотических и эукариотеческих организмов, а также целенаправленно проводить изменение их геномов.
Генная инженерия дала толчок зарождению нового направления биотехнологии - молекулярной биотехнологии. Технологии рекомбинантных ДНК позволили осуществлять конструирование штаммов-суперпродуцентов ферментов, антибиотиков, витаминов и других биомолекул, использующихся в пищевой и фармацевтической промышленности, для нужд сельского хозяйства, при проведении мероприятий по охране окружающей среды. В медицине методы генной инженерии получили применение для создания новых способов диагностики и лечения различных заболеваний, в том числе наследственных. Таким образом, генная инженерия является важным звеном в подготовке современных специалистов-биотехнологов.
Цель курса - сформировать у студентов теоретическое представление об основных методах генной инженерии и дать элементарные навыки постановки генно-инженерного эксперимента в ходе лабораторных занятии.
Задачи курса:
1) познакомить студентов с молекулярными основами наследственности используемыми в генной инженерии;
2) дать представление об основных методах и аппаратуре, применяемых для постановки генно-инженерных экспериментов;
3) научить студентов анализировать современные данные об использовании методов генной инженерии для создания трансгенных растений и животных с полезными свойствами.
Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного опроса, коллоквиумов, тестового компьютерного контроля по темам и разделам курса. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование рейтинговой системы.
ЗАНЯТИЕ 1
ТЕМА: Молекулярные основы наследственности
цель занятия: ознакомиться с молекулярными основами наследственности
Теоретическая часть
Всю первую половину ХХ века ученые считали, что наследственная информация о развитии всех признаков и свойств организма заключена в белках. Однако эксперименты, проведенные на микроорганизмах позволили установить, что генетическая информация сосредоточена в нуклеиновых кислотах.
Тест
1. Явление трансформации открыл:
а) Г. Мендель в 1900 г.
б) Ф. Гриффитс в 1928 г.
2. Вирулентный штамм - это штамм, от которого организм:
а) погибает.
б) остается жив.
3. Streptococcus pneumonia это:
а) штамм вызывающий заболевание пневманией.
б) безвредный вирус, не вызывающий заболевание.
4. Трансформирующим фактором является:
а) мышь.
б) ДНК.
5. Дезоксирибонуклеиновая кислота:
а) носитель наследственной информации.
б) инактивирующий фермент.
6. «Нуклеин»:
а) клейкое вещество.
б) нуклеиновая кислота.
7. Молекула ДНК:
а) высокомолекулярный полимер, состоящий из четырех дезоксирибонуклеотидов.
б) низкомолекулярный мономер, состоящий из двух цепочек дезоксирибонуклеотидов.
8. Азотистые основания:
а) компоненты нуклеиновой кислоты.
б) компонентыфосфорной кислоты.
9. Аденин, гуанин:
а) пуриновые основания.
б) пиримидиновые основания.
10. Цитозин, тимин:
а) пуриновые основания.
б) пиримидиновые основания.
11. Нуклеотид:
а) соединение азотистого основания, углевода и фосфорная кислота.
б) ядро.
12. Дезоксирибоза:
а) азотистое основание ДНК.
б) углеводный компонент ДНК.
13. Рибоза:
а) азотистое основание ДНК.
б) углеводный компонент ДНК.
14. Рибонуклеиновая кислота (РНК):
а) цитоплазматическая нуклеиновая кислота, которая в качестве углевода содержит рибозу.
б) двух цепочечная молекула, которая в качестве углевода содержит дезоксирибозу.
15. Правила Чаргаффа:
а) (А+Г=Т+Ц) (А=Т) (Г=Ц).
б) (А+Т=Г+Ц) (А=Ц) (Г=Т).
16. Двойная спираль:
а) две полинуклеотидные комплементарные цепочки ДНК.
б) две полинуклеотидные комплементарные цепочки РНК.
17. Принцип комплементарности:
а) А-Т и Г-Ц.
б) А-Г и Т-Ц.
18. Репликация:
а) процесс точного самовоспроизведения молекул нуклеиновых кислот.
б) разрезающие ДНК по определенным нуклеотидным последовательностям.
19. Полуконсервативный принцип:
а) материнская молекула ДНК состоит из двух «старых» цепей.
б) дочерняя молекула ДНК состоит из одной «старой» и одной «новой» цепей.
20. Точка инициации (ori):
а) место начала репликациимолекул ДНК.
б) место окончания репликациимолекул ДНК.
21. Репликационная вилка:
а) столовый прибор.
б) одноцепочечные участки ДНК, которые становятся матрицами для репликации.
22. Геликаза:
а) фермент, под влияниемкоторого цепи ДНК разъединяются (раскручиваются) в точке инициации репликации.
б) мутаген, под влияниемкоторого цепи ДНК разрываются.
23. Белки SSBP:
а) не позволяют одноцепочечным участками ДНК вновь соединиться в двойную спираль.
б) соединяют одноцепочечные участки ДНК в двойную спираль.
24. Топоизомераза (ДНК-гираза):
а) снимает возникающую суперскрученность и напряжение в нераскрученной части ДНК репликационной вилки (ДНК-гираза у прокариот).
б) маркирует ДНК (ДНК-гираза у эукариот).
25. ДНК-полимераза:
а) осуществляет процесс репликации в направлении 3'-5'.
б) осуществляет процесс репликации в направлении 5'-3'.
26. Праймаза:
а) РНК-полимераза.
б) ДНК-полимер.
27. РНК-праймер:
а) длинный (~1000 нуклеотидов) фрагмент РНК.
б) короткий (~10 нуклеотидов) фрагмент РНК.
28. Лидирующая цепь:
а) начинаетсяна материнской цепи, идущей от точки инициации в направлении 3'-5' и идет непрерывно в виде сплошной линии.
б) начинаетсяна дочерней цепи, идущей от точки инициации в направлении 5'-3' и идет прерывисто.
29. Фрагменты Оказаки:
а) отдельные короткие фрагменты (200-2000 нуклеотидов).
б) фрагменты в виде сплошной линии.
30. Запаздывающая цепь:
а) первая цепь, синтез на которой идет в направлении 3'-5'.
б) вторая цепь, синтез на которой идет в направлении 5'-3'.
31. Лигаза:
а) фермент, соединяющий в общую полинуклеотидную цепочку ДНК после репликации.
б) белок, разъединяющий в общую полинуклеотидную цепочку ДНК после репликации.
32. Урацил:
а) азотистое основание РНК.
б) азотистое основание ДНК.
33. Информационная РНК (и-РНК):
а) активный участник репликации.
б) активный участник трансляции.
34. Транскрипция:
а) транскрибирование с ДНК в нуклеотидную последовательность короткоживущих и-РНК.
б) денатурация белка.
35. РНК-полимеразы:
а) ферменты, осуществляющие транскрипцию в направлении 5'-3'.
б) ферменты, осуществляющие трансляцию в направлении 3'-5'.
36. Матричная цепь 3'-5':
а) цепь ДНК, служит для синтеза и-РНК.
б) цепь РНК, служит для синтеза ДНК.
37. Промотор:
а) участок гена инициирующий трансляцию.
б) участок гена инициирующий транскрипцию.
38. «ТАТА-бокс»:
а) участок промотора перед геном.
б) геном боксёра.
39. Интрон:
а) не содержащие информацию отрезки ДНК в структурной части гена у эукариот.
б) содержащие информацию отрезки ДНК в структурной части гена у эукариот.
40. Экзон:
а) не содержащие информацию отрезки ДНК в структурной части гена у эукариот.
б) содержащие информацию отрезки ДНК в структурной части гена у эукариот.
41. Первичный транскрипт (про-мРНК):
а) РНК содержащая интроны и экзоны.
б) РНК содержащая только интроны.
42. Сплайсинг:
а) процесс удаления из про-мРНК экзонов.
б) процесс удаления из про-мРНК интронов.
43. КЭП (метилированный гуанин):
а) присоединяется перед выходом из ядра к начальной (5') части и-РНК.
б) отсоединяется перед входом в ядро с начальной (5') части и-РНК.
44. Поли-А хвост:
а) примерно 200 остатков аденина присоединяется к 3'-концу и-РНК.
б) примерно 20 остатков аденина присоединяется к 5'-концу и-РНК.
45. Зрелая и-РНК:
а) экзоны, КЭП и поли-А хвост.
б) интроны, экзоны, КЭП и поли-А хвост.
46. Алкаптонурия:
а) приобретённое ненаследственное заболевание, при котором организм расщепляет гомогентизиновую кислоту, что приводит к серьезным нарушениям метаболизма.
б) врожденное наследственное заболевание, при котором организм не расщепляет гомогентизиновую кислоту, что приводит к серьезным нарушениям метаболизма.
47. Один ген – один белок:
а) закономерность, при которой, мутация приводит к потере метаболической активности только одного фермента (белка).
б) закономерность, при которой, мутация приводит к потере метаболической активности нескольких ферментов (белков).
48. Генетический код:
а) система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот.
б) система записи генетических символов.
49. Триплет:
а) три рядом стоящих нуклеотида.
б) комбинация из трех последовательно расположенных ферментов в молекуле белка.
50. Кодон:
а) три рядом стоящих аминокислоты, кодирующих один нуклеотид.
б) три рядом стоящих нуклеотида, кодирующих одну аминокислоту.
51. Стоп-кодон:
а) тринуклеотид в информационной РНК, сигнализирующий об окончании синтеза полипептида и освобождении полной полипептидной цепи от рибосомы.
б) нуклеотид в информационной РНК, сигнализирующий о начале синтеза полипептида.
52. Основные свойства генетического кода:
а) обобщенность, консервативность, моногенность, универсальность.
б)триплетность, неперекрываемость, колинеарность, вырожденность, универсальность.
53. Трансляция:
а) процесс биосинтеза белка по матрице иРНК, который протекает на рибосомах.
б) процесс биосинтеза белка по матрице кДНК, который протекает в ядре.
54. Транспортная РНК (т-РНК) :
а) переносят аминокислоты к рибосомам и участвуют в процессе синтеза белка.
б) переносят нуклеотиды к рибосомам и участвуют в процессе синтеза ДНК
55. Акцепторный триплет ЦЦА:
а) к нему присоединяется специфическая аминокислота.
б) специфический триплет, с помощью которого тРНК «узнает» соответствующий комплементарный кодон в иРНК.
56. Антикодон:
а) к нему присоединяется специфическая аминокислота.
б) специфический триплет, с помощью которого тРНК «узнает» соответствующий комплементарный кодон в иРНК.
57. Рибосома:
а) клеточные органеллы, на которых протекает процесс биосинтеза белка.
б) неклеточные органеллы, на которых протекает процесс биосинтеза липидов.
58. Рибосомная РНК (р-РНК):
а) служит каркасом рибосом, и способствуют первоначальному связыванию иРНК с рибосомой в ходе биосинтеза белка.
б) переносят аминокислоты к рибосомам и участвуют в процессе синтеза белка.
59. Единица Сведберга (S) характеризует:
а) скорость седиментации при центрифугировании.
б) размер субъединиц рибосом.
60. Аминоацил-тРНК-синтетаза:
а) фермент, активирующий свободные аминокислоты и присоединение их к тРНК.
б) белок, дезактивирующий свободные аминокислоты и присоединение их к тРНК.
61. Аминоацил-тРНК (аа-тРНК):
а) образуется в результате разрыва связи аминоацилтРНК-синтетазы с определенной аминокислотой, а затем дезактивированная с помощью АТФ аминокислота присоединяется к аденину акцепторного триплета ЦЦА тРНК.
б) образуется в результате связи аминоацилтРНК-синтетазы с определенной аминокислотой, а затем активированная с помощью АТФ аминокислота присоединяется к аденину акцепторного триплета ЦЦА тРНК.
62. Инициация:
а) присоединение малой субъединицы рибосомы к соответствующему центру связывания на иРНК.
б) отсоединение малой субъединицы рибосомы с соответствующего центра связывания на иРНК.
63. Кодон инициации АУГ:
а) сигнал инициации трансляции.
б) сигнал инициации транскрипции.
64. Элонгация:
а) удлинение нуклеотидной цепи путем добавления новых нуклеотидов.
б) укорочение нуклеотидной цепи путем убавления нуклеотидов.
65. Пептидилтрансфераза - это фермент, который своей карбоксильной группой:
а) соединяет предшествующую аминокислоту с аминогруппой вновь пришедшей аминокислоты.
б) отсоединяет вновь пришедшую аминокислоту.
66. Аминоацильный центр:
а) малая субъединица рибосомы.
б) большая субъединица рибосомы.
67. Пептидильный центр
а) малая субъединица рибосомы.
б) большая субъединица рибосомы.
68. Терминация:
а) блокирует дальнейшую элонгацию цепи.
б) активизирует дальнейшую элонгацию цепи.
69. Пептидная связь
а) –СО–NH–.
б) –СООН–.
70. Четыре структуры белка:
а) первичная, вторичная третичная и четвертичная.
б) А, Т, Г, Ц.
71. Четвертичная структура белка:
а) несколько полипептидных цепей с третичной структурой объединенных в единый комплекс.
б) Четыре полипептидные цепей с первичной структурой объединенных в единый комплекс.
Литература
1. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика: Пер. с англ.: В 3 т. – М.: Мир, 1988., ил.
2. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та: Сиб. унив. изд-во, 2002. – 459 с., ил.
3. Картель Н.А. Биоинженерия: методы и возможности. Мн.: Ураджай, 1989.- 143 с., ил.
4. Методы молекулярной генетики и генной инженерии/ Мазин А.В. и др. – Новосибирск: Наука. 1990. – 248 с.
5. Гончаренко Г.Г. Основы генетической инженерии. Гомель: ГГУ, 2003. – 118с.
6. Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. Рекомбинантные ДНК. Краткий курс: Пер. с англ.- М.: Мир, 1986.- 288 с., ил.
7. Льюин Б.Гены: – Пер. с англ. – М.: Мир, 1987. – 544 с., ил.
8. Modern genetic analysis.Griffiths et al. – Freeman and company. New York. 1999. – 675 p.
9. Principles of genetics.Snustad P., Simmons M. / Second edition – John Wiley & Sons. New York. 1999. – 876 p.
10. An introduction to genetic analysis.Griffiths et al. – Freeman and company. New York. 2000. – 730 p.