Міністерство охорони здоров'я України

ДВНЗ «Івано-Франківський національний медичний університет»

Кафедра медичної біології з курсом медичної генетики

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

НАВЧАЛЬНОГО ПРОЦЕСУ НА КАФЕДРІ

(спеціальність 5.110101 "Фельдшер")

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2011

Міністерство охорони здоров'я України

ДВНЗ «Івано-Франківський національний медичний університет»

Кафедра медичної біології з курсом медичної генетики

ЗАТВЕРДЖУЮ

Перший проректор ІФНМУ

професор Г.М. Ерстенюк
__ ___________ 2012 р.
РОБОЧА ПРОГРАМА

основи медичної генетики

(назва навчальної дисципліни)
Для спеціальності № 5.110101 «фельдшер»

Форма навчання	Курс	Семестр	Кількість годин						Диференційний залік
			Всього	Аудиторних				С П Р С
				Лекції	Практичні заняття	Лабораторні заняття	Семінарські заняття
Денна	ІІ	ІV	54	18	16	-	-	20	ІV

Робочу програму склали: проф. Ковальчук Л.Є.

доц. Телюк П.М.

Івано-Франківськ - 2011

Робоча програма складена на основі програми з дисципліни „Основи медичної генетики” для вищих медичних навчальних закладів І-ІІ рівнів акредитації за спеціальністю 5.110101 «Лікувальна справа», затвердженої МОЗ України 2003р.

Робоча програма обговорена на засіданні кафедри медичної біології з курсом медичної генетики 19.10.2011 (протокол № 3).

Завідувач кафедри Ковальчук Л.Є.

Робочу програму розглянуто і схвалено цикловою комісією з медико біологічних дисциплін ІФНМУ.

Протокол №3 від 09.11.2011р.

Голова циклової комісії Заяць Л.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

1.1. РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

1.1. Робочий навчальний план ……………………………………………...5

1.2. Тематичні плани ………………………………………………………...5

1.2.1. Тематичні плани лекцій ………………………………………………5

1.2.2. Тематичний план практичних занять ………………………………..5

1.2.3. Тематичний план позааудиторних самостійних занять …………….6

1.3. Засоби проведення контролю знань студентів ………………………..6

1.3.1. Засоби проведення поточного контролю і кінцевого ……………....7

1.4. Перелік навчально-методичної літератури …………………………....7

1.4.1. Основна література …………………………………………………....7

1.4.2. Додаткова література ……………………………………………….....8

2. МЕТОДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАВЧАЛЬНОГО ПРОЦЕСУ

2.1. Загально-методичні матеріали ………………………………………….8

2.1.1. Мета і завдання дисципліни …………………………………………..8

2.1.2. Аналіз зв'язків з суміжними дисциплінами ………………………….9

2.1.3. Методи активізації та інтенсифікації навчання ………………….....11

2.1.4. Основні знання та вміння, які набувають студенти ………………..11

2.1.5. Перелік обов'язкових практичних навичок ………………………...13

1. РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

1.1. Робочий навчальний план

Факультет	Семестр	К-ть годин	В тому числі			Диференційований залік (семестр)
			лекції	практичні заняття	СРС
Медичний	IV	54	18	16	20	IV

 
1.2. Тематичні плани

1.2.1. Тематичний план лекцій
1. Основи медичної генетики. Структурно-функціональна організація клітини.

2. Цитологічні основи спадковості. Хромосоми. Поділ клітин.

3. Біохімічні основи спадковості. Будова генів.

4. Організмовий рівень реалізації генетичної інформації. Закономірності успадкування менделюючих ознак у людини. Взаємодія генів.

5. Хромосомна теорія спадковості. Генетика статі.

6. Спадковість і середовище. Мінливість у людини, як властивість життя і генетичне явище.

7. Методи вивчення спадковості людини.

8. Спадкові хвороби людини.

9. Молекулярно-генетичні механізми онтогенезу. Патологічні порушення онтогенезу.

Примітка. Лекції тривають 2 години.

 

1.2.2. Тематичний план практичних занять
1. Структурна організація клітин. Будова хромосом.

2. Вивчення клітинного циклу. Мітоз. Мейоз. Гаметогенез.

3. Розв’язування ситуаційних задач з моделювання закономірностей моно-, ди- і полігібридного схрещування.

4. Взаємодія генів. Успадкування груп крові і резус-належності.

5. Вивчення каріотипу людини в нормі і патології цитогенетичним методом.

6. Складання та аналіз родоводів з різними типами спадкової патології.

7. Клінічний розбір історій хвороб із спадковою патологією. Генні та хромосомні хвороби.

8. Медико-генетичне консультування. Підсумкове заняття. Залік.

1.2.3. Тематичний план позааудиторних самостійних занять

№ з/п	Теми	Кількість годин
1.	Основні етапи розвитку генетики. Значення генетики для теорії і практики медицини.	2
2.	Будова мікроскопа. Правила роботи з ним.	2
3.	Статеві клітини. Гаметогенез	2
4.	Біологічна роль білків в клітині.	2
5.	Будова молекул ДНК і РНК.	2
6.	Генетичне визначення первинної структури білка. Генетичний код.	2
7.	Основні поняття генетики. Генетичні закономірності встановлені Менделем.	2
8.	Хромосомні хвороби з порушенням структури хромосом.	2
9.	Поняття про мультифакторні хвороби.	2
10.	Медико-генетичне консультування.	2
	Всього:	20

 

 
1.3. Засоби проведення контролю знань студентів

Розподіл і послідовність викладу матеріалу на лекціях і практичних заняттях відповідає типовій навчальній програмі, затвердженій МОЗ України. Матеріал окремих тем визначається диференційовано на лекціях і практичних заняттях.

Виключено дублювання матеріалу на лекціях і практичних заняттях (крім окремих основних питань теми). При плануванні навчального процесу враховано те, що лекція повинна передувати практичним заняттям і необхідно дотримуватись наступності у викладі матеріалу на лекціях і практичних заняттях.

Матеріал теми пропорційно розподіляється на лекціях і практичних заняттях, при цьому планується на всіх етапах навчального процесу забезпечувати новими знаннями і вміннями.
1.3.1. Засоби проведення поточного контролю і кінцевого
Мета контролю - провести об'єктивний, систематичний аналіз процесу навчання і засвоєння студентами навчального матеріалу відповідно до вимог типової і робочої програми з основ медичної генетики.

Завдання контролю - оцінка знань і умінь студентів, які вони набули при вивченні окремих тем і розділів програмного матеріалу з подальшим усуненням прогалин в їхніх знаннях.

Форма контролю:

1. Контроль поточної успішності на кожному практичному занятті. Оцінка знань вихідного і кінцевого рівня здійснюється за допомогою тестового контролю, рішенням ситуаційних задач і усного опитування.

2. Періодична атестація успішності як результат накопичення поточних оцінок.

3. Кінцеве оцінювання знань студентів за всіма розділами дисципліни проводиться на останньому занятті, диференційним заліком. Оцінка знань проводиться в письмовій формі шляхом тестового контролю та усним опитуванням.

1.4. Перелік навчально-методичної літератури
1.4.1. Основна література
1. Медична біологія: Підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів ІІІ-ІV рівнів акредитації / Кол. авт.; За ред. проф. В.П. Пішака та проф. Ю.І. Бажори. Підручник./ Видання 2-ге, перероблене і доповнене – Вінниця: Нова книга, 2009. – 608 с.

2. Кулікова Н.А., Ковальчук Л.Є. Медична генетика: Підручник. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2004. – 173 с.

3. Слюсарєв А.О., Жукова С.В. Біологія: Підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів (Переклад з російської мови к.біол.н. В.О. Мотузного). – К.: Вища школа, Головне видавництво, 1992. – 422 с.

4. Пішак В.П., Мещишин І.Ф., Пішак О.В. Основи медичної генетики: Підручник. – Чернівці, 2000. – 248 с.

5. Збірник завдань для підготовки до ліцензійного тестового екзамену з природничо-наукових дисциплін “Крок-1. Загальна лікарська підготовка” / Кол. авт.; За ред. проф. В.Ф. Москаленка, проф. О.П. Волосовця, проф. І.Є. Булах, проф. О.П. Яворського, проф. О.В. Романенка, доц. Л.І. Остапюк. – К.: Медицина, 2004. – 368 с.; С. 9-41.

6. Збірник задач і вправ із біології: Навчальний посібник / Кол. авт.; За заг. ред. проф. А.Д. Тимченка. – К.: Вища школа, 1992. – 391 с.

 

 

1.4.2. Додаткова література

1. Бердышев Г.Д., Криворучко И.Ф. Медицинская генетика: Учебное пособие для студентов медицинских специальностей ВУЗов. – К.: Вища школа, 1990.

2. Молекулярно-генетичні та біофізичні методи дослідження в медицині (російською мовою) / Кол. авт.; За ред. проф. Ю.І.Бажори, проф. В.Й.Кресюна, проф. В.М.Запорожана – К.: Здоров’я, 1996. – 208 с.

3. Спадкові захворювання та природжені вади розвитку в перинатологічній практиці: Навчальний посібник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів / Кол. авт.; За ред. проф. В.М. Запорожана, проф. А.М. Сердюка, проф. Ю.І. Бажори – К.: Здоров’я, 1997. – 360 с.

4. Биология: Учебник для студентов медицинских специальностей ВУЗов. В 2-х книгах / Кол. авт.; Под ред. проф. Ярыгина В. Н. – М.: Высшая школа, 2001 (1997). – 432 (448) с. (книга І); 334 (340) с. (книга ІІ).

5. Фогель Ф., Мотульский А. Генетика человека. – М.:Мир, 1989.

 
 

2. МЕТОДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАВЧАЛЬНОГО ПРОЦЕСУ

2.1. Загально-методличні матеріали

2.1.1. Мета і завдання дисципліни

Кінцева мета навчальної дисципліни "Основи медичної генетики" випливає із цілей освітньо-професійної програми підготовки випускників вищого медичного навчального закладу І-ІІ рівнів акредитації та визначаються змістом тих системних знань і умінь, котрими повинен оволодіти медичний працівник середньої ланки. Знання, які студенти отримують із навчальної дисципліни "Основи медичної генетики", є базовими для блоку дисциплін, що забезпечують природничо-наукову (блок ПН) і професійно-практичну (блок ПП) підготовку.

Кінцеві цілі навчальної дисципліни сформульовано відповідно до освітньо-професійної програми (ОПП) і освітньо-кваліфікаційної характеристики (ОКХ):

1. Трактувати закономірності проявів життєдіяльності організму людини на різних рівнях організації живого.

2. Застосовувати знання фенотипового прояву для пояснювання механізмів виникнення спадкових захворювань людини.

3. Застосовувати дію загально біологічних законів і закономірностей в обґрунтуванні закономірностей онтогенезу людини.

4. Обґрунтувати біологічну суть і механізми розвитку хвороб людини, які виникають в наслідок антропогенних змін у довкіллі.
Завдання дисципліни:

- навчити володіти знаннями з усіх розділів основ медичної генетики;

- формувати у студентів вміння розв'язувати ситуаційні задачі з медичної генетики;

- виробити навички роботи з додатковою літературою, написання рефератів,

аналізувати оброблену літературу.
2.1.2. Аналіз зв’язків із суміжними дисциплінами
Вихідний рівень знань з біології з основами генетитки забезпечує:

№	Назва дисципліни	Умовні позначення
1.	Анатомія	А
2.	Латинська мова	ЛМ

Курс основии медичної генетики забезпечує вихідний рівень знань для наступних дисциплін :

№	Назва дисципліни	Умовні позначення
1.	Органічна хімія	ОХ
2.	Патологія	П
3.	Мікробіологія	МБ
4.	Гігієна	Г
5.	Біологічна хімія	БХ
6.	Перша долікарська допомога	ПДД
7.	Фармакологія	Ф
8.	Акушерство і гінекологія	АГ
9.	Дитячі хвороби	Д

Необхідні умови оптимальної інтеграції між цими дисциплінами - це єдині концепції, класифікації, дотримання наступності у викладанні матеріалу, узгодженого з названими вище кафедрами.

Зв’язок між дисципліною, яка забезпечує і тими, які забезпечуються нею, здійснюється шляхом проведення :

1) міжкафедральних навчально - методичних конференцій;

2) педагогічних читань;

3) міжкафедральних взаємовідвідувань лекцій і практичних занять;

4) роботи профільних методкомів.

 

Внутрішні зв’язки дисципліни – ВЗД

 

Дисципліни, які забезпечують	Дисципліна, яка вивчається: медична генетиеа	Кількість годин			Дисципліни, які забезпечуються
	Назва теми	Лекції	Практичні	СРС
А, ЛМ	Медична генетика як наука і галузь охорони здоров´я.	1	-	2	П, МБ,БХ, Ф
А, ЛМ	Цитологічні основи спадковості	3	4	2	П, МБ, ПДД, Ф
А, ЛМ	Біохімічні основи спадковості	2	-	4	П, ПДД, МБ, Ф
А, ЛМ	Закономірності успадкування ознак	2	4	2	П, ПДД, Ф
А	Хромосомна теорія спадковості	2	-	2	П, МБ,БХ, Ф, АГ, Д
	Спадковість і середовище	2	-	2	П, МБ,БХ, Ф, АГ, Д
	Методи медичної генетики	2	4	2	П, МБ, Ф, АГ, Д
А	Спадковість і патологія	2	4	2	П, МБ,БХ, Ф, АГ, Д
	Медико-генетичне консультування	2	2	-	П, БХ, АГ, Д

2.1.3. Методи активізації та інтенсифікації навчання
1. Чітке визначення актуальності тем дисципліни на всіх практичних заняттях.

2. Використання активних методів навчання:

а) розв'язування ситуаційних задач - на всіх заняттях;

б) тестовий контроль і навчання студентів - на всіх заняттях;

в) розв'язування проблеми або часткових елементів проблеми - на всіх заняттях;

3. Науково-дослідницька робота студентів - НДРС:

а) елементи навчально-дослідницької роботи на заняттях;

б) реферати - з усіх розділів біології;

в) участь у студентському науковому гуртку кафедри (згідно плану роботи гуртка);

г) участь у наукових студентських сесіях з доповідями (згідно плану НДРС кафедри).

2.1.4. Основи зняння та вміння, які набувають студенти

№ п/п	Знання	Вміння
1	Вступ. Предмет основи медичної генетики. Місце і завдання предмету в системі медичної освіти.	Користуватися оптичним мікроскопом для вивчення мікропрепаратів.
2	Основні типи поділу евкаріотичних клітин. Їхня суть і значеня. Цитологічні основи спадковості.	Відрізняти інтерфазні клітини та фази мітозу.
3	Цитогенетичні особливості статевих клітин та вплив зовнішніх і внутрішніх чинників на генетичний апарат клітини і процеси запліднення.	Ідентифікація статевих клітин людини на різних етапах розвитку. Відмінності статевих клітин від соматичних
4	Структура та генетична роль нуклеїнових кислот. Механізми реалізації спадкової інформації в ознаки організму.	Розв´язувати задачі з метою моделювання кодування і декодування спадкової інформації.
5	Основні поняття генетики. Закономірності спадкування ознак.	Розв´язувати ситуаційні задачі з метою моделювання успадкування ознак при моно- та дигібридному схрещуванні.
6	Успадкування груп крові й резус належності. Форми взаємодії алельних і неалельних генів.	Розв´язувати задачі на успадкування груп крові і резус належності та взаємодію геннів.
7	Види мінливості та роль у патології людини.Причини та механізми виникнення вад розвитку, вироливостей	Розв´язувати ситуаційні задачі зі спадкової патології.
8	Методи генетичної генетики та їх застосування на практиці.	Складати і аналізувати родовід. Прогнозувати ризик народження хворих дітей у родині пробанда. Аналізувати мікрофотографії каріотипів людини (нормального і паталогічного). Розпізнавати форми хромосом, установлювати стать за каріотипом.
9	Основи медико-генетичного консультування.	Відбирати групу ризику для направлення до медико-генетичної консультації.

Студенти повинні бути проінформовані про:
1. Етапи розвитку, досягнення медичної генетики і значення їх для теорії й практики медицини.

2. Сучасні методи цитологічного аналізу хромосом.

3. Поняття і роль генної інженерії та біотехнології.

4. Зміст і значення хромосомної карти людини.

5. Кількісну і якісну специфіку проявів генів у ознаки.

6. Комутагени і дисмутагени.

7. Частоту генних і хромосомних хвороб в Україні.

8. ДНК-діагностику та інші сучасні методи діагностики спадкової патології.

9. Розташування закладів медико-генетичних консультацій в Україні.

2.1.5. Перелік обов’язкових практичних навичок
1.Навчитися працювати з мікроскопом під час вивчення мікропрепаратів.

2.Відрізняти інтерфазні клітини і диференціювати фази мітозу.

3.Розв'язувати ситуаційні задачі з метою моделювання закономірностей кодування і декодування спадкової інформації та ситуаційних задач на моно- та дигібридне схрещування, взаємодію генів.

4.Прогнозувати можливі групи крові за системами АВ0 і резус у нащадків родини.

5.Визначати нормальні і патологічні каріотипи.

6.Аналізувати медико-генетичні карти хворих із спадковими захворюваннями.

7.Виявляти групу ризику для направлення до медико-генетиичної консультації.

 

2.2. МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ВИКЛАДАЧІВ

2.2.1. ТЕКСТ ЛЕКЦІЇ

Взірець

Молекулярні основи спадковості. Реалізація спадкової інформації.

ПЛАН

1. Принципи структурно-функціональної організації клітини. Положення клітинної історії.

2. Історія розвитку вчення про матеріальні основи спадковості.

3. Докази генетичної ролі ДНК на прикладі явищ трансформації і трансдукції.

4. Характеристика і функціональне значення ДНК. Генетичний код.

5. Молекулярна структура генів про-і еукаріот.

І питання. Принципи структурно-функціональної організації клітини

Вивчення світу живого - заняття настільки стародавнє, як і вік людства, оскільки класифікація і порівняння різноманітних живих форм завжди були тісно зв’язані з найсуттєвішими потребами людського життя. Однак, ідея єдності всіх життєвих явищ порівняно недавнє досягнення людської думки. Нашi предки відмінно розбирались в різниці між летючою мишею і птахом задовго до того, як стали підозрювати про існування подібності між тканинами гриба і питаннями людського організму.

Фундаментальна особливість всього живого - глибока подібність. Докази цього біологи накопичували потрохи, впродовж кількох століть. Перший крок - класифікація тварин і рослин Джона Рея (1627 - 1705), потім К. Ліннея. Винайдення Янсеном в 1590 р. мікроскопа і застосування його Р. Гуком в 1665 р. для вивчення зрізу корка дозволило встановити, що живі речовини складаються з клітин “Cellula”. Захоплюючими для сучасників були досліди А. Левенгука (1632 - 1723) на живих клітинах - сперматозоїдах, еритроцитах, найпростіших. Ядро клітин вперше виявив в 1831 р. англійський ботанік Роберт Брайн. Фундаментальне дослідження німецького ботаніка Шлейдена, зоолога Т. Шванна дозволили сформулювати клітинну теорію, яку доповнили дослідження Вірхова, Сеченова, І. П. Павлова.

Клітина - елементарна біологічна система, здатна до самовідновлення, самовідтворення, саморегуляції і розвитку. Тобто, саме на цьому рівні поєднуються вперше 3 фундаментальні властивості живого.

Незважаючи на велику різноманітність клітин, ці риси характерні кожній.

Приклади розмірів клітин: яйцеклітина людини 100 мкм, вірус грипа - 0,1 мкм.

Положення клітинної теорії.

1. Життя в його структурному, функціональному та генетичному відношеннях забезпечуються клітиною - першоджерелом життя, де зберігається і використовується біологічна інформація.

2. Клітини виникають шляхом поділу попередньоіснуючих:

- зберігають біологічну інформацію,

- редуплікують спадковий матеріал для передачі в ряді поколінь,

- використовують інформацію для виконання своїх функцій,

- зберігають і переносять енергію,

- перетворюють енергію в роботу,

- регулюють обмін речовин.

3. Співвідношення частини і цілого. Клітина і багатоклітинні форми, принцип цілісності і системної організації.

Все це забезпечують особливості будови клітини, про що була прочитана лекція з гістології, тому я більше зупинюсь на матеріалі організації спадкового матеріалу і коротко вкажу на окремі моменти.

Клітина оточена мембраною, а у рослин є ще зовнішня – целюлозна оболонка. Функція напівпроникної мембрани:

- розділяє вміст клітини на відсіки, канали - компартментація

- регулює метаболічні потоки,

- підтримує різницю концентрації,

- створює різницю електричних потенціалів,

- бере участь у синтезі білків, каталізі,

- є стромою ферментів, рецепторів,

- місце проходження глікокаліксних процесів.

Будова - тришарова по 2,5 нм, білки, ліпіди, глікопротеіди, утворюють каркас.

Тепер більшість хвороб пов'язують з порушенням будови і функцій мембран. Наука, яка вивчає мембрани - мембранологія.

Гіалоплазма - цитоплазма, матрикс по хімічному складу - білки, ферменти, це внутрішне середовище, в якому проходить гліколіз. Вміст гіалоплазми:

1. Органели загального призначення - постійні диференційовані ділянки цитоплазми, які мають певні функції і будову.

Існує класифікація органел залежно від будови: мебранні (одно- і двох мебранні), немебранні.

Двохмебранні органели. Мітохондрії (М) - окисне фосфорилювання, накопичення речовин, синтез ЖК, регуляція солей, генетична функція (плазмогени - ДНК ). Пластиди (у рослин) - хлоро, - хромо- і лейкопласти подібні до М.

Одномебранні. ЕПС - гладка або зерниста з рибосомами,

Л - руйнують молекули органічних сполук, відмерлі структури, органи ембріонів, личинок,

ПК ( Гольджі ) – у рослин діктіосоми: концентрація, обезводнення, ущільнення продуктів секреції,

В – вакуолі.

Не мембранні органели. Р - або Полісоми ( 5-70 ) - синтез білка,

Клітинний центр - центріолі і центросома, при розмноженні - формування полюса, відсутній у нейтронів, яйцеклітин, вищих рослин.

Мікротрубочки - транспорт, нитки веретена поділу з тубуліну.

Мікротільця - є ферменти, структура кристалічна.

Органели спеціального призначення - джгутики, війки, базальні тільця...

2. Включення - продукти життєдіяльності у вигляді гранул, крапель, кристалів.

а) трофічні

- краплі жиру, гранули крохмалю є у всіх клітинах;

- краплі глікогену утворюються в процесі життєдіяльності;

- краплі білка;

б) секреторні - наявні у високодиференційованих клітинах (гемоглобін в еритроцитах).

3. Особлива увага буде надаватися вивченню будови і функції ядра евкаріот, яке містить спадковий матеріал (хроматин або хромосоми залежно від стадії мітозу). Ядро оточене 2- шаровою мембраною, містить ядерний сік, в якому розміщене ядерце.

Для порівняння будови про- та евкаріот є таблиця, яка відображає особливості, еволюційний розвиток, походження клітин.

Життєдіяльність клітини забезпечується сукупністю взаємозв’язаних, приурочених до певних структур, впорядкованих у часі і просторі метаболічних процесів. Вони утворюють 3 потоки:

1 - потік інформації, 2 - потік енергії, 3 - потік речовини.

Два останніх - предмет вивчення біохімії, наше завдання - розібратись з інформаційним потоком. Тобто ми переходимо до вивчення матеріальних основ спадковості.

2 питання Історія розвитку вчення про матеріальні

основи спадковості.

Історія розвитку цього вчення - це дві окремі паралельні лінії досліджень:

1 ) роботи Менделя 60 років ХІХ ст., якими були закладені основи функціонального поняття гена, як спадкового задатку, що передається від батьків дітям;

2 ) дослідження зв’язку спадкових ознак з нуклеїновими кислотами - початок даних досліджень (1868) поклав 22-річний швейцарський лікар Ф. Мішер, який виділив з клітин гною макромолекулярну речовину небілкової природи (нуклеїн). До речі, нині в Базелі (Швейцарія) активно функціонує Інститут Ф. Мішера, де займаються молекулярною біологією. Спільно з науковцями цього інституту ми провели серію досліджень з транс генними рослинами, отримали гранти Європейського наукового товариства і Європатент.

Хоча значення ядра в ХІХ ст. не було відоме, Гертвіг в 1876 р. побачивши злиття ядер статевих клітин морського їжака сказав: “ Нуклеїн - це речовина, яка відповідає не лише за запліднення, але й за передачу статевих ознак “.

Однак пройшло ще 3/4 століття, щоб зрозуміти, що гени - це ДНК. В 20-х роках встановлено, що нуклеїнова кислота дріжджів – ДНК. Білозерський В.Н. і Дубровська І.І. у 1936 р. виділили ДНК і РНК з паростків кінського каштану.

В 1935 р. Демерец вперше висунув гіпотезу про те, що ДНК - матеріальний носій спадковості.

У 1927 р. Кольцов сформулював білкову гіпотезу гена, згідно якої ген - це хімічна речовина: 1) високомолекулярна, 2) полімер, 3) володіє здатністю до авторепродукції (реплікації).

Таким чином було лише 2 кандидати на роль генетичного матеріалу - білок і ДНК. Проведений ряд експериментальних досліджень дали змогу впевнитись у значенні ДНК.

В 1928 р. в журналі “ Гігієна” (англ.) з’явилась стаття Фреда Гріффітса (англ. медика), який цікавився етіологією пневмонії, що викликається бактеріями пневмококами. Виявивши різні типи пневмококів протягом хвороби, Гріффітс прийшов до висновку, що один тип може перетворитись в інший. Цим було закладено основи вчення про трансформацію.

3 питання Докази генетичної ролі ДНК

на прикладі явищ трансформації і трансдукції

Трансформація. У попередніх дослідах Гріффітса було виявлено два штами пневмококів: R–форма - живі безкапсульні авірулентні коки,

S–форма - вбиті нагріванням капсульні вірулентні.

Введення мишам кожної форми окремо не викликає хвороби, а введення суміші R+S–форм спричиняє розвиток пневмонії. У хворих можна виявити живі вірулентні капсульні пневмококи. Пройшла трансформація безкапсульної форми, який механізм цього процесу? Який фактор зумовив перетворення?

У 1944 р. Евері, Мак - Леод і Мак - Карті виділили трансформуючий фактор з S-форми. Ним виявилася ДНК Це було доказано рядом хімічних дослідів, зокрема інактивацією ДНК-нуклеазою. Дана ДНК містила гени, які кодували формування капсули навколо R-форми і надавали їй вірулентних властивостей.

Трансдукція є другим доказом генетичної ролі ДНК.

В 1952 р. А. Херші, М. Чейз вивчили зараження бактерії фагами Т - 2.

До історії бактеріофагів “пожирачів бактерій“. Д”ераль у 1917 р. відмітив, що є живі організми вбивці бактерій, які лізують бактерії, розмножуючись у них (приклад з краплею випорожнень дизентерійного хворого). Саме ці роботи спонукали Дельбрюка з Каліфорнійського університету до вивчення бактеріофагів. Окрім нього генетику фагів вивчали Херші з лабораторії в Колд - Спрінг - Харбор і Луріа з Массачусетського технологічного університету. Всі ці вчені в 1969 р. отримали Нобелівську премію з медицини і фізіології. Саме досліди з трансдукції стали базою для генної інженерії.

Фаг складається з ДНК і білка. Що з них містить генетичний матеріал? Херші і Марта Чейз показали, що лише ДНК фага проникає в бактерію і обумовлює розмноження фага. Це було доведено наступним експериментом. Фаг, помічений радіоактивними P³² і S35, при з’єднанні з бактерією передавав їй ізотоп - P32, який з’єднувався з ДНК , а S 35 залишався в розчині з білком.

Висновок - гени фага, що несуть інформацію для його синтезу, є в ДНК.

4 питання. Характеристика і функціональне значення ДНК.

Генетичний код.

В 1950-53 рр. ДНК була в центрі уваги біохіміків, спеціалістів по рентген - структурному аналізу, генетиків, які намагались розшифрувати її будову.

ДНК - полімер, який складається з мономерів 4 типів, кожний в них має:

1) цукор - дезоксирибозу

2) фосфатну групу

3) і азотисту основу (одну з 4-х: пуринові - аденін, гуанін і піримідинові - тимін, цитозин).

Для розділення основ, виділених з ДНК, біохімік Колумбійського університету Чаргафф використав хроматографію і встановив унікальні закономірності складу ДНК, які ввійшли в науку під назвою правил Чаргаффа. Згідно цих правил у всіх молекулах ДНК кількість А=Т, а Г=Ц , кількість пуринів рівна кількості піримідинів А+Г= Т+Ц. Разом з тим, ДНК різних видів відрізняється по величині відношення А+Т / Г+Ц. Отримані Чаргаффом дані лягли в основу відкриття будови ДНК .

М. Уілкінс, займаючись R^о - структурним аналізом встановив, що ДНК має спіральну конфігурацію, визначив розміри спіралі, діаметр і віддаль між ланками. Великий внесок у дослідження внесла кристалограф Р. Франклін, яка диференціювала ДНК А і В з різним вмістом води.

Працюючи в королівському коледжі Лондона, Уілкінс спілкувався з Ф. Кріком (фізиком, який став біологом) і американським генетиком Уотсоном - співробітниками Кембріджського університету. Останні сформулювали принцип комплементарності в будові ДНК, згідно якого послідовність азотистих основ однієї ланки однозначно визначає послідовність основ в другій (комплементарній ) ланці. Стало очевидно, що вже в самій структурі ДНК закладена потенційна можливість її точного відтворення. В 1953 році модель ДНК була опублікована разом з даними Уілкінса, а в 1962 р. Уотсона, Кріка, Уілкінса було нагороджено Нобелівською премією. Саме цікаве в даній моделі не спіральна конфігурація, а комплементарність між 2 ланками. А і Т з’єднуються двома водневими зв’язками, Г і Ц - трьома.

Днк містить спадкову інформацію у вигляді фракцій:

1) унікальні нуклеотидні послідовності, які знаходяться в гаплоїдному наборі в одиночному екземплярі, активно транскрибуються. Це структурні функціональні гени, які складають від 56 до 70% ДНК;

2) фракції з середнім числом повторів 10² -10⁴. Це деякі структурні гени, які кодують гістони, рРНК, тРНК. Функція - фактор захисту від мутацій;

3) багатократні повтори, 10⁴ - 10⁶, нетранскрибована сателітна ДНК центромер, можливо, спейсери, що розділяють структурні гени.

Вияснення основної функції ДНК як носія і зберігача генетичної інформації, будови поліпептидного ланцюга поставило перед молекулярною генетикою виключно важливе питання: яким чином в ДНК записана генетична програма і як вона реалізується в клітині. Саме першу половину питання ми вирішили в даному фрагменті лекції.

Згідно моделі Уотсона - Кріка, генетичну інформацію в ДНК несе послідовність розміщення 4 основ. Необхідно було встановити, як мова 4-літерного запису в ДНК може бути переведена на мову 20-літерного запису амінокислот (АК) в молекулі білка. Вирішальний внесок у вирішення цього механізму належить Г. Гамову (1954, 1957). Він запропонував поєднання 3-х основ для кодування інформації. Ця елементарна одиниця спадкового матеріалу, що кодує АК, отримала назву кодона. Експериментальні докази даної гіпотези проводились впродовж 10 років при допомозі рекомбінацій і отримання точкових мутацій.

Отже, генетичний код - це система розміщення нуклеотидів в молекулі ДНК, яка контролює послідовність АК в молекулі білка.

Положення кожної АК в білку визначається комбінацією трьох основ, можливі 64 способи їх поєднання, однак 3 триплети - УАА, УГА, УАГ не несуть інформації, нонсенс або термінуючі кодони: амбер, охра, опал. Варто зазначити, що в 2005 році було доведено, що два останні кодони несуть інформацію про деякі білки мікроорганізмів.

Питанням розшифрування генетичного коду - відповідності АК триплетам, займався Маршалл Ніренберг і Дж. Маттеі. Вони вводили штучно синтезовані РНК в систему для безклітинного синтезу білка. РНК були відомого складу, тому встановивши, які АК включались в білок, можна було отримати інформацію, які кодони відповідають різним АК. За подібні роботи М. Ніренберг (1968) і С.Очоа (1959) нагороджені Нобелівською премією. В результаті наступних досліджень Г. Корана, Г. Віттмана, Ч. Яновського вдалось в 1966 році отримати дані про повну будову генетичного коду. Холлі велику роботу провів по вивченню останнього в РНК ( Нобелівська премія, 1968 ).

Властивості генетичного коду.

1. Трилітерність - одна АК кодується триплетом, кодон складається з 3-х основ.

2. Виродженість - одна АК може кодуватись кількома кодонами. Експериментальні докази правильності даної властивості були дані Ф. Чепевіллом із співавторами ще в 1961 р.

3. Універсальність - дана послідовність ДНК кодує один і той же білок в клітинах різних організмів.

На думку Альбера Сассона генетичний код універсальний для всіх живих організмів. Лише регуляторні сигнали в клітинах тварин і бактеріях неоднакові. Наскільки справедливе таке твердження, і чи є з нього виключення, покаже майбутнє.

4. Неперекривання - нуклеотид входить до одного кодона, сусідні кодони не перекриваються. Але на даному етапі розвитку генетики отримані дані про перекривання у деяких вірусів.

5. Однонаправленість - послідовність гена відповідна послідовності АК в молекулі білка.

6. Колінеарність - не виключена можливість, що деякі триплети можуть кодувати більше однієї АК .

Причиною швидкого визначення гіпотези Уотсона і Кріка було те, що автори не лише запропонували модель будови ДНК , але й розглянули механізм її реплікацій. Згідно їх гіпотези послідовність основ в одній нитці ДНК однозначно задає послідовності основ в другій нитці.

Слід підкреслити, що абсолютно така ж ідея реплікації в загальному вигляді (без вказівки на ДНК природу генетичної інформації ) було запропонована ще в 1928 році Н. К. Кольцовим.

Уотсон і Крік припустили, що 2 нитки ДНК розкручуються і на кожній з них згідно правила комплементарності синтезуються дочірні нитки. Цей напівконсервативний тип реплікації обґрунтований на бактеріях в кінці 50-х р. ( М. Мезельсон, Ф. Сталь, Д.Рольф ). Водночас А. Корнберг виділив фермент, який здійснює синтез ДНК (Нобелівська премія, 1959). Пізніше вченими відкрито декілька типів ДНК - полімераз.

У кінці 60-х років було встановлено, що поруч із звичайною напівконсервативною реплікацією в клітинах всіх без виключення організмів (в т. ч. у людини) здійснюється ще один процес реплікації ДНК, який протікає під час репарації ДНК .

5 питання. Молекулярна структура генів.

Дослідниками класичного періоду розвитку генетики були виявлені основні закономірності спадкування і доведено, що спадкові фактори (гени) знаходяться в хромосомах. Назва “ген“ запропонована В. Йогансеном в 1909 р. для позначення відкритих Г. Менделем спадкових факторів ядра, відповідальних за розвиток окремих ознак.

На сучасному етапі розвитку науки в поняття ген вчені світу вкладають різний зміст. Це зв’язано з поступовим поглибленням знань про структуру і функцію апарату спадковості.

Поняття ген, яким ми оперуємо, в деякій мірі умовне і зручне лише для формальних досліджень, істинно біологічне його значення не завжди відповідає уявленню про дискретну, стабільно локалізовану одиницю із специфічною функцією.

В розвитку поняття ген є три головних моменти:

1) зв’язане з функціональним поняттям у визначенні гена;

2) з біохімічним;

3) з молекулярно - біологічним.

Головний з них - функціональний, оскільки для медиків це поєднується з фенотипом, 2-е поняття необхідне для розуміння мутацій, 3-е для розуміння сукупності генів, їх прояву у взаємозв’язку.

В сучасній літературі прийнято розбирати поліцистронну організацію гена. Цистрон - функціональна одиниця генетичної активності.

Розглянемо структуру гена прокаріот.

До акцепторної частини відносяться промотор ( Р ), який зв’язується з РНК - полімеразою і оператор ( О ). Вони розміщені перед інформативною частиною, яка зчитується єдиним комплексом, так як приймає участь в одній і тій же ланці метаболічної реакції. Завдяки цьому можна отримати адекватну кількість ферментів.

Особливості будови гена еукаріот.

1) Акцепторна частина дуже велика і складна.

Перед нею 2 групи послідовностей, які регулюють швидкість зчитування інформації.

2) Складна структурна частина, в кінці якої є ділянка термінатор -нонсенс - кодон.

Будова структурної частини представлена Екзонами ( Е ), що несуть змістовну інформацію, а також інтронами ( І ), які є інертними ділянками ДНК. ДНК містить від 0 до 90 % інтронів. Їх немає в найдавніших гістонових генах, еволюційно найновіших генах, генах білка інтерферона.

Ця перервна структура гена була відкрита на геномі аденовіруса 2 (1977) в лабораторії Колд-Спрінг-Харбер. Останнім часом встановлено, що деякі архібактерії також містять інтрони. Найбільша кількість інтронів в гені білка колагена.

Структура евкаріотичного гена з доповненням акцепторної частини має слідуючий вигляд:

ЕКЗОН - ІНТРОННА СТРУКТУРА ГЕНА

ЕН САЙ 1 4

ТАТА 3 Е І Е І Е І Е 2

5”------------------------------------------------------------------- -------- ------3”

Структурна ( інформативна ) частина

Е - екзони, змістовні елементи , які кодують послідовність

амінокислот в поліпептидному ланцюгу;

І - інтрони, беззмістовні фрагменти ДНК, інертні ділянки;

ДНК містить від 0 (гістонові гени) до 90% (ген колагену)

інтронів;

Акцепторна частина:

1 - точка ініціації транскрипції - ТІТ;

2 - точка термінації транскрипції - ТТТ;

3 - лідерна нуклеотидна послідовність;

4 - кінцева нуклеотидна послідовність.

Весь цей відрізок ДНК транскрибується як єдине ціле.

Сервісні послідовності:

У прокаріот - це промотор, у еукаріот - ядро даної послідовності складає ТАТА-блок. З нього починається підготовка до транскрипції. До ТАТА підходить РНК - полімераза, яка пізнає, яку з 2-х ниток ДНК потрібно транскрибувати. ТАТА забезпечує вихід фермента саме в ТІТ. Відкрито 3 варіанти РНК - полімерази: РНК - полімераза - 2 – каталізує транскрипцію з унікальних генів: РНК-полімераза - 3 - каталізує транскрипцію з генів тРНК, рРНК.

Контролюючі послідовності:

ЕН - енхансер, цис-елемент, який посилює транскрипцію;

САЙ - сайленсер, цис-елемент, який сповільнює транскрипцію.

На активність даних цис-елементів впливають гормони, біологічно активні речовин. Особливість ДНК еукаріот полягає у наявності між генами некодуючих послідовностей, які називаються спейсерами. Таким чином, на сучасному етапі розвитку генетики можна вважати, що ген - це транскриптон.

Транскриптон - фрагмент молекули ДНК, який зчитується єдиним блоком, з прилягаючими до нього сервісними і контролюючими послідовностями нуклеотидів, і кодує інформацію про послідовність амінокислот в молекулі поліпептидного ланцюга.

ВИСНОВКИ

Підводячи підсумок даної лекції, слід звернути увагу на такі моменти.

1. ДНК і в деякій мірі РНК - носії генетичної інформації.

2. Гени ( займають певні локуси в хромосомах ) - це частини молекули ДНК, які мають різну послідовність і кількість нуклеотидів, несуть інформацію про послідовність АК в поліпептидному ланцюгу.

3. Останні кодують синтез білків - структурні гени, функціональні регуляторні гени контролюють і направляють діяльність структурних.

4. В межах гена можуть проходити рекомбінації (мінімальна ділянка, ДНК здатна до рекомбінації - рекон ), мутації ( мінімальна ділянка, що здатна мутувати - мутон ). 5. Існує система захисту ДНК від мутацій – репарація, тому не кожне пошкодження ДНК веде до мутацій, зміни фенотипу.

1. 
   Кожен ген слід розглядати як одиницю в комплексі цілого взаємозв’язаного геному.
   

ЛІТЕРАТУРА

1. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. – М: Мир, 2002. – 589с.

2. Медична біологія / за ред. В.П. Пішака, Ю.І. Бажори. Підручник. Вінниця: Нова книга, 2004. – 656с.

3. Сингер Б., Берг П. Гены и геномы. – М.: Мир, 1998. – 373с.

4. Molecular cell biology / H. Lodish, A. Berk, L. Zipursky, P. Matsudaira et al. – New York Freeman and Company, 2000. – 1984 р.

5. Lewin B. Genes Y. Oxford New York Toronto: Oxford University Press and Cell Press, 1994. – 1272 p.

6. Weaver R. F. Hedrick P.W. Genetics. Dubuque Tokyo Toronto: WCB Wm. C. Brown Publishes, 1999. – 638 p.

2.2.2. МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ВЕДЕННЯ

ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

Взірець

следующая страница>