Тема 4. Геномика. Строение нуклеиновых кислот. Биосинтез белка. Биохимические механизмы мутаций

Контингент учащихся: студенты I курса стоматологического факультета.

Форма занятия: лекционное занятие.

Место проведения: лекционная аудитория СЗГМУ им. И. И. Меч­никова.

Продолжительность занятия: 90 мин.

Актуальность/мотивация. Изучение темы необходимо для понимания патогенеза наследственных заболеваний, для разработки способов диагностики и лечения таких заболеваний. Изучение молекулярных механизмов мутаций является крайне важной задачей современной науки, достижения которой используются во всех областях медицины.

Цели занятия.

Образовательная цель. Изучение структуры, биологической роли нуклеиновых кислот и нуклеопротеинов; изучение молекулярных механизмов передачи наследственности, основных этапов биосинтеза белка и механизмов его регуляции, химических факторов мутаций, видов мутаций, способов антимутагенной защиты.

Воспитательная цель. Воспитание у студентов навыков:

– аргументированного обоснования своей точки зрения и уважительного отношения к мнению коллег;

– культуры поведения и коллективной профессиональной этики.

Развивающая цель. Развитие у студентов логического мышления, способности получать, анализировать, обобщать, интерпретировать и передавать информацию в устной и письменной формах; формировать широкий профессиональный кругозор, наращивать интеллектуальный потенциал; мотивировать студентов к самообразованию, готовности к постановке предварительного диагноза.

Конкретные задачи.

Студент должен знать:

– первичную, вторичную, третичную структуры нуклеиновых кислот, их виды и биологическую роль;

– репликацию ДНК, мутагенные факторы, антимутагенные способы клеточной защиты;

– этапы биосинтеза белка и механизмы их регуляции;

– биохимические подходы для диагностики наследственных заболеваний;

– методы молекулярно-генетического анализа для диагностики наследственных заболеваний.

Студент должен уметь:

– написать любой пример динуклеотидного фрагмента первичной структуры ДНК или РНК (задает преподаватель);

– объяснять сущность этапов биосинтеза белка и механизмы их регуляции;

– объяснять механизм мутагенеза и антимутагенные механизмы клеточной защиты;

– пользоваться медико-биологической терминологией;

– излагать материал по теме в понятной, убедительной, информативной речевой форме;

– изучать и осваивать дополнительные информационные источники для самостоятельного выполнения учебных заданий и (или) решения ситуационных задач;

– интерпретировать данные лабораторных исследований при решении ситуационных задач.

Студент должен владеть:

– биохимической терминологией по теме занятия;

– навыками грамотной публичной речи;

– навыками самостоятельного формирования заключений (выводов) по вопросам нормы и патологии (ситуационные задачи).

Формируемые компетенции: ОК-1, ОК-5, ОПК-1, ОПК-2, ОПК-7, ОПК-8; ОПК-9, ПК-1, ПК-5, ПК-18.

Задания для самоподготовки.

1. Изучить основную и дополнительную литературу, используя вопросы для самоподготовки.

2. Заполнитьтабл. 5.

Таблица 5

Происхождение атомов углерода и азота в пуриновых и пиримидиновых нуклеотидах

Азотистое основание	Аминокислоты, участвующие в синтезе
Аденин
Гуанин
Урацил
Цитозин
Тимин

3. Решить тестовые задания на тему «Геномика. Строение нуклеиновых кислот. Биосинтез белка. Биохимические механизмы мутаций».

Рекомендуемая литература

Основная

Биохимия: учебник/ под ред. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. – С. 140–226.

Биохимия [Электронный ресурс]: учебник / под ред. Е. С. Северина. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. – http://www.studmedlib.ru / book / ISBN9785970433126.html (разд. 4).

Биологическая химия. Биохимия полости рта: учебник / Т.П. Вавилова, А.Е. Медведев. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. – C. 101–112, 405–446.

Биологическая химия. Биохимия полости рта [Электронный ресурс]: учебник / Т.П. Вавилова, А.Е. Медведев. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. – http://www.studmedlib.ru / book / ISBN9785970430392.html (ч. VI, гл. 19–21; с. 101–112, 405–446).

Обмен белков. Матричные биосинтезы: учебно-методическое пособие к практическим и лабораторным занятиям по биологической химии – биохимии полости рта для студентов стоматологического факультета / под ред. Ж.В. Антоновой, Р.Н. Павловой, В.А. Дадали. – СПб.: Изд-во СЗГМУ им. И.И. Мечникова, 2019. – С. 71–88.

Сборник тестовых заданий по разделам биологической химии и биохимии полости рта: учебно-методическое пособие для студентов стоматологического факультета / под ред. В.А. Дадали, Ж.В. Антоновой, Р.Н. Павловой. – СПб.: Изд-во СЗГМУ им. И. И. Мечникова, 2017. – C. 46–51.

Дополнительная

Биологическая химия: учебник / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. – 3-е изд., перераб. и доп.– М.: Медицина, 1998. – С. 96–113; 509–544.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое нуклеопротеины, каков их химический состав?

2. Первичная, вторичная, третичная структуры нуклеиновых кислот. Чем отличаются по химическому строению ДНК и РНК? Особенности строения тРНК, мРНК.

3. Биологическая роль нуклеиновых кислот.

4. О чем говорит правило Чаргаффа?

5. Что такое матричный синтез и на чем основан принцип комплементарности?

5. Что такое ген, его локализация в клетке и биологическая роль?

6. Что такое генетический код, его характеристика?

7. Какими ферментами и как осуществляется репликация ДНК?

8. Как осуществляется процесс транскрипции, примеры ингибиторов?

9. В чем заключается созревание молекул мРНК?

10. Значение активации аминокислот в процессе трансляции.

11. Основные этапы трансляции: инициация, элонгация, терминация и их значение. Ингибиторы трансляции.

12. Что такое кодон и антикодон? Какие кодоны определяют начало и конец синтеза белка?

13. Что такое процессинг белка и его значение?

14. Уровни регуляции биосинтеза белка.

15. Интеркаляция и ее роль в ингибировании процесса транскрипции.

16. На какие группы делятся химические мутагены?

17. Механизмы мутаций и механизмы антимутагенной клеточной защиты.

18. Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), его использование в биологии и медицине.

Глоссарий

Аллель – участок ДНК (ген) у гомологичных хромосом, определяющий альтернативные варианты одного белка.

Антикодон – специфический триплет тРНК-комплементарный кодону мРНК. Антикодон обеспечивает специфичность аминокислоты в процессе трансляции.

Ген – участок молекулы ДНК, в котором закодирована информация о структуре одной молекулы белка.

Генетический код – последовательность расположения кодонов (триплетов) в молекуле ДНК, кодирующих последовательность аминокислот в белке.

Генетический паспорт (генетическая карта) – индивидуальная база ДНК-данных, отражающая уникальные генетические особенности каждого человека, его наследственную предрасположенность к тем или иным наследственным и мультифакториальным заболеваниям.

Генетический полиморфизм – наличие двух и более различных аллелей одного и того же гена, встречающееся у человека.

Мутации – изменения в нуклеотидной последовательности ДНК, передающиеся по наследству.

Нонсенс-кодон – терминирующий кодон.

Полисома – комплекс нескольких рибосом, связанных с одной молекулой мРНК в процессе трансляции.

Праймер – короткий фрагмент РНК, необходимый для инициации работы ДНК-полимеразы.

Промотор – участок ДНК, необходимый для инициации транскрипции.

Репликация ДНК – процесс удвоения молекул ДНК при митотическом делении клеток. Обеспечивает передачу генетической информации от материнской клетки к дочерним.

Репликон – участок ДНК, который содержит точку начала репликации и реплицируется.

Сайленсер – регулирующий участок ДНК в генах эукариот, который при активации специфическими белками снижает транскрипцию гена.

Сплайсинг – вырезание интронов из первичного транскрипта пре-РНК и сшивание экзонов (информативных последовательностей).

Теломераза – фермент, обеспечивающий восстановление недореплицированных 5ꞌ-концов ДНК.

Транскрипция – процесс переписывания генетической информации с молекулы ДНК (точнее участка ДНК-гена) на молекулу мРНК, осуществляется по матричному принципу.

Трансляция – процесс перевода информации с языка мононуклеотидной последовательности в мРНК на язык аминокислотной последовательности в полипептидной цепи, то есть синтез белка на матрице РНК.

Триплет (кодон) – сочетание трех рядом расположенных мононуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту.

Фрагменты Оказаки – короткие участки ДНК, образующиеся на «отстающей» (3ꞌ→5ꞌ) цепи в процессе прерывистой репликации ДНК.

Цистрон – участок мРНК (последовательность триплетов) содержащий информацию о первичной структуре белка.

Экзон – участки ДНК (мРНК), кодирующие молекулу белка.

Энхансер – регулирующий участок ДНК в генах эукариот, который при активации специфическими белками усиливает транскрипцию гена.