Основы цитологии и генетики

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

Г.В. Черных, В.В. Глинкина

ОСНОВЫ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ

Методические указания
к практическим занятиям по курсу биологии

Под редакцией А.П. Николаева

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2011

УДК 574/578
ББК 28.0
Ч-45

Ч-45

Рецензент И.Н. Спиридонов

Черных Г.В.
Основы цитологии и генетики : метод. указания к практическим занятиям по курсу биологии / Г.В. Черных, В.В. Глинкина ; под ред. А.П. Николаева. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 39, [1] с. : ил.

Приведены краткие теоретические сведения по основным разделам
цитологии и генетики и задания по этим разделам.
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся на факультете биомедицинских технологий.
Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК РЛМ МГТУ
им. Н.Э. Баумана.

УДК 574/578
ББК 28.0

Учебное издание

Черных Галина Васильевна
Глинкина Валерия Владимировна

ОСНОВЫ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ

Редактор О.М. Королева
Корректор
М.А. Василевская
Компьютерная верстка В.И. Товстоног

Подписано в печать 08.09.2011. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 2,33. Тираж 100 экз. Изд. № 152.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011

Занятие 1. КЛЕТОЧНЫЙ
И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВНИ
ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО

Цель занятия:
1) уяснить значение клетки как элементарной структурнофункциональной и генетической единицы живых организмов;
2) изучить разные типы клеточной организации и их отличительные особенности;
3) ознакомиться с химической организацией материала наследственности и изменчивости.

Типы клеточной организации

Существующее в природе большое разнообразие клеток можно
свести к двум типам клеточной организации: прокариотическому
и эукариотическому.
Клеткам прокариотического типа свойственны малые размеры, отсутствие обособленного ядра, клеточного центра и развитой
системы мембран. Генетический аппарат прокариот представлен
кольцевой молекулой ДНК, лишенной гистонов. К прокариотическому типу клеток относятся бактерии и сине-зеленые водоросли,
или цианобактерии. Первые прокариоты появились приблизительно 3,5 млрд лет назад.
Эукариотический тип клеточной организации представлен одноклеточными и многоклеточными организмами. Клетка эукариотического типа организации содержит оформленное ядро, в цитоплазме находятся мембранные и немембранные органоиды и
включения. Для всех эукариотических клеток (растений, животных или грибов) характерна высокая упорядоченность внутреннего

3

содержимого — компартментация. Компартментация способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке.
Генетический материал эукариот представлен хромосомами, количество которых в ядре является видоспецифическим признаком.
Эукариотические клетки произошли от прокариотических приблизительно 1,4—1,0 млрд лет назад.
Задание 1. Заполните табл. 1.

Таблица 1
Сравнительная характеристика про- и эукариотических клеток

Признак
Прокариоты
Эукариоты

Время появления

Размеры клеток

Представители

Плазматическая мембрана

Ядерная мембрана

ЭПС, аппарат Гольджи, митохондрии

Клеточная стенка

Капсула

Организация наследственного аппарата

Организация цитоплазмы

Наличие органоидов специального назначения

Деление

Особенности жизнедеятельности

Задание 2. Изучить строение бактерии и цианобактерии по
электронограммам бактерии и цианобактерии, приведенным на
рис. 1.
Задание 3. Зарисовать электронограмму бактериальной клетки,
сделав соответствующие обозначения органоидов.
Задание 4. Повторить классификацию типов эукариотических
клеток, представленную в табл. 2.

4

Рис. 1. Электронограммы бактерии и цианобактерии

Таблица 2
Эукариотические клетки

Клетки одноклеточных
Клетки многоклеточных

Клетки одноклеточных организмов представляют собой самостоятельный организм, имеющий органоиды общего и специального
назначения

Клетки многоклеточных организмов дифференцированны, выполняют определенные функции в
составе разных органов и интегрированы в организм

Задание 5. Выписать в рабочую тетрадь примеры одноклеточных организмов и клеток разных тканей многоклеточного организма. Указать главные отличия соматической и генеративной клеток
организма человека.

Химическая организация наследственного
материала эукариот

Главная часть наследственного материала — ДНК — является
нуклеиновой кислотой и в химическом отношении представляет
собой полинуклеотидную последовательность, структурная единица которой (нуклеотид) состоит из трех компонентов:
1) сахара пентозы (дезоксирибозы);
2) одного из четырех азотистых оснований — аденина, гуанина,
тимина или цитозина;
3) остатка фосфорной кислоты.

5

Задание 6. Изучить строение нуклеотида ДНК по схеме, изображенной на рис. 2.

Рис. 2. Строение нуклеотида ДНК (схема)

Как показано на схеме, азотистое основание присоединяется к
1′-му атому углерода в молекуле углевода, а фосфат с помощью
эфирной связи – к ее 5′-му атому. У 3′-го атома углерода имеется гидроксильная группа (ОН), которая участвует в объединении
нуклеотидов между собой.
Синтез одной из полинуклеотидных цепей ДНК идет всегда
в одном направлении: от 5′-конца к 3′-концу за счет фосфодиэфирных связей. Соединение двух полинуклеотидных цепей ДНК
в двойную спираль осуществляется по принципу комплементарности, когда азотистое основание (аденин) одной цепи соединяется
двумя водородными связями с азотистым основанием (тимином)
другой цепи; соответственно между гуанином и цитозином двух
цепей образуется тройная водородная связь. Другим принципом
соединения двух цепей биспирали ДНК является их антипараллельное расположение, при котором 5′-концу одной цепи соответствует 3′-конец другой.
Задание 7. Зарисовать в рабочей тетради фрагмент ДНК, состоящий из двух комплементарных нуклеотидов, с учетом принципов
комплементарности и антипараллельности.

6

Домашнее задание. Используя учебник [1] и конспекты лекций, изучить следующий теоретический материал: cтроение и
функции нуклеиновых кислот, генетический код и его свойства,
генные мутации.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение клетки.
2. Перечислите элементарные явления, происходящие на клеточном уровне.
3. Какие типы клеточной организации вы знаете?
4. Почему многоклеточность могла возникнуть только на базе
эукариотических клеток?
5. Что такое компартментация?
6. Какие компоненты клетки называются органоидами? Какие
классификации органоидов вы знаете?
7. Какие компоненты клетки называются включениями? Приведите их примеры.
8. Что такое нуклеотид? Перечислите его компоненты.
9. Каковы закономерности синтеза полинуклеотидной цепи?
10. Назовите принципы объединения двух полинуклеотидных
цепей в молекуле ДНК.
Занятие 2. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО

Цель занятия:
1) познакомиться с особенностями строения и функционирования рибонуклеиновых кислот;
2) уяснить принцип записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот;
3) изучить изменения структуры ДНК (генные мутации); усвоить их биологическое значение.

Строение и функции нуклеиновых кислот

В клетке, кроме ДНК, присутствует рибонуклеиновая кислота (РНК), которой также отводится важная роль в реализации и

7

функционировании генетической информации. РНК представлена
разнообразными по размерам, структуре и функциям молекулами.
Характеристика ДНК и РНК приведены в табл. 3.
Таблица 3
Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Признак
ДНК
РНК
Расположение в клетке
Ядро, митохондрии, пластиды
Ядро, рибосомы, цитоплазма, митохондрии, пластиды
Строение макромолекулы
Двойная полинуклеотидная
цепь
Одинарная полинуклеотидная цепь
Мономер
Дезоксирибонуклеотид
Рибонуклеотид
Состав
нуклеотида
Азотистые основания (пуриновые — аденин,
гуанин, пиримидиновые — тимин, цитозин);
дезоксирибоза
(углевод);
остаток фосфорной кислоты

Азотистые основания (пуриновые — аденин, гуанин,
пиримидиновые — урацил,
цитозин); рибоза (углевод);
остаток фосфорной кислоты
Виды
нуклеотидов
и
комплементарные
пары

А...Т и Г...Ц
В т-РНК присутствуют водородные связи: между
А...У и Г...Ц, которые придают ей особую конфигурацию в виде листа клевера
Свойства
Репликация — самоудвоение,
репарация — самоисправление ошибок, способна изменять структуру (генные мутации), способна к рекомбинации (кроссинговер)

и-РНК переносит наследственную
информацию
о
структуре
полипептида
к
месту трансляции;
р-РНК входит в состав рибосом;
т-РНК транспортирует аминокислоты к рибосомам

Функции
Хранение, передача наследственной информации следующему поколению, реализация наследственной информации (транскрипция)

Участие в реализации наследственной информации
(трансляция)

Задание 1. Выбрать один правильный ответ.
1. Мономером нуклеиновых кислот является:
а) аминокислота;

8

б) нуклеотид;
в) дезоксирибоза.
2. Остаток фосфорной кислоты входит в состав:
а) ДНК и РНК;
б) белков;
в) аминокислот.
3. Функции нуклеиновых кислот в клетке заключаются:
а) в хранении, передаче и реализации наследственной информации;
б) в регуляции биохимических процессов;
в) в контроле над делением клеток.

Генетический код и его свойства

Генетический код — свойственная живым организмам единая
система записи наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в ДНК, определяющей порядок расположения
аминокислот в белковой цепи.
Свойства генетического кода:
1) триплетность — кодирование одной аминокислоты тремя следующими друг за другом нуклеотидами, образующими
триплет, или кодон;
2) неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может
входить одновременно в два рядом расположенных триплета;
3) специфичность — соответствие конкретного кодона определенной аминокислоте;
4) избыточность или вырожденность — кодирование одной аминокислоты несколькими триплетами; только две аминокислоты из
двадцати кодируются одним триплетом (их кодоны называют уникальными), другие кодируют два, три, четыре или шесть триплетов;
5) универсальность — генетический код одинаков для всех живых организмов.
Из 64 возможных кодонов 61 кодирует определенные аминокислоты, а три — являются бессмысловыми (стоп-кодоны или
нонсенс-триплеты). Бессмысловые триплеты определяют окончание синтеза полипептидной цепи.
Задание 2. Пользуясь табл. 4 генетического кода для и-РНК,
найти стоп-кодоны и перевести их в триплеты ДНК.

9

Таблица 4
Генетический код для и-РНК

Задание 3. Выписать из табл. 4 названия аминокислот, кодируемых уникальными триплетами и-РНК, перевести их в триплеты
ДНК.
Задание 4. Определить последовательность нуклеотидов в кодогенной цепи ДНК, шифрующей следующий участок полипептида: фен-мет-вал-лиз-три-сер. Варианты кодирующих триплетов выписать с учетом избыточности генетического кода.

Изменение структуры ДНК — генные мутации

Мутации — внезапные, скачкообразные изменения структуры
наследственного материала. Изменения структуры ДНК в пределах гена называются генными (точковыми) мутациями. За единицу генной мутации принят мутон, представляющий собой пару
комплементарных нуклеотидов. Различают генные мутации двух
типов:
1) со сдвигом рамки считывания, когда происходит выпадение
или вставка одного или нескольких нуклеотидов (не кратное 3);

10