Генотип – целостная система

Цель урока
Повторить и обобщить учебный материал о строении гена и механизме реализации наследственной информации.
Совершенствовать и расширить понятия о взаимодействии и регуляции работы генов при формировании признака.
Продолжить формировать и совершенствовать навыки учебной деятельности (классификация, обобщение, выделение существенных признаков и закономерностей).

Введение в тему урока.
Что такое генотип?
Какие группы генов можно рассматривать по выполняемым функциям?
Строение гена
Механизм процессинга

Группы генов по функциям
Структурные
(белки ферменты,
гистоны,
последовательность
нуклеотидов в РНК)
Гены –модуляторы:
ингибиторы,
интенсификаторы,
интеграторы,
модификаторы.
Функциональные
Гены – регуляторы,
регулирующие
работу
структурных генов.

Структурная часть гена
Промотор
Начало транскрипции
Старт-кодон
Стоп - кодон
3’
5’
5’
3’
Терминатор транскрипции
Строение гена
Участок связывания фермента РНК-полимеразы (место начала транскрипции)
Участок, кодирующий последовательность аминокислот в молекуле белка.
Триплет ТАЦ в ДНК и АУГ в РНК иницирующий начало синтеза белка
Триплеты – бессмысленные кодоны на которых завершается трансляция
Участок, сигнализирующий о прекращении транскрипции

Единицы транскрипции
Экзон Интрон Экзон Интрон Экзон
Кэп - шапочка
Поли - А
Удаляются
Удаляются
Зрелая иРНК
Механизм процессинга и сплайсинг

Проблема урока
Генотип – это сумма независимых генов организма или …?

Реализация генетической информации
Другие гены
Ген (ДНК)
иРНК
Белок (фермент)
Биохимическая реакция
Признак
Другие признаки
Факторы внешней среды
«Много генов – один признак»
«Один ген – много признаков»

Все ли гены в генотипе организма работают одновременно?
Все ли клетки организма нуждаются в энергии?
В каких тканях образуются белки, обеспечивающие движение организма?
В каких клетках кожи образуется пигмент?
Генотип всех клеток организма одинаков, а ткани и органы отличаются друг от друга. Почему?

Выводы
Есть универсальные гены, работающие во всех клетках (образование энергии)
Гены, характерные для определенных тканей (клетки мышечной ткани)
Гены, характерные для определенного типа клеток тканей (клетки эпидермиса кожи).
Специфичность клеток организма определяется деятельностью определенных генов.
Чем определяется специфичность клеток организма?

Взаимодействие генов при определении пола
Предложите возможные варианты взаимодействия генов при формировании пола у человека, зная, что Х – хромосома определяет женский пол, а У – хромосома мужской. У мужчин в генотипе имеется Х – хромосома. Почему развитие организма идет по мужскому типу?
Как взаимодействуют гены при формировании признака между собой?
Почему в разных клетках работают разное число и разные группы генов? Чем это определяется?

Взаимодействие генов при определении пола у нематоды
Fog -1
спермии
mog -3
Цепочка взаимодействующих генов при определении направлении развития половых клеток если активны гены fem то в половых клетках экспрессируется ген Fog -1. это приводит к подавлению активатора ооцита mog -3 и дифференцировке половой клетки в спермий.
mog -3
ооциты
Если активируется ген tra 1, то подавляется ген Fog -1, что дает возможность экспрессироваться гену mog -3 и направляет развитие в сторону ооцита.
Fog -1

Включение и выключение генов происходит согласно программе развития, которая реализуется под воздействием внутренних и внешних факторов среды, возраста, пола и т.д.
Как взаимодействуют гены при формировании признака между собой?
Происходит параллельное и последовательное действие генов, определяющих пол организма
Наличием программы работы в каждой клетке, взаимодействием генов.

Ген-регулятор
иРНК-полимераза
Оператор
Структурный ген
транскрипция
иРНК
трансляция
Лактоза действует как индуктор
Комплекс индуктора с репрессором, неспособный связаться с оператором
Глюкоза + галактоза
β - галактозидаза
фермент
Схема регуляции работы генов (по Жакобу и Моно )
При наличии лактозы
репрессор
Рассмотрим механизм регуляции
синтеза белка на примере
работы лактозного оперона
молочнокислых бактерий

Работа с моделью лактозного оперона бактерий
1. Внимательно рассмотрите предложенную модель
2. Измените количество лактозы (индуктора, поступаемого из внешней среды)
- уменьшите (отметьте, что происходит)
- увеличите (отметьте, что происходит)
3. Такие же действия проделайте с другими компонентами процесса.
4. Изменяйте только содержание лактозы (индуктора), что наблюдаете? Как меняется работа лактозного оперона? Постоянно ли работают гены? Обоснуйте результаты эксперимента.

Работа с моделью лактозного оперона бактерий

Выводы
Работа оперона молочно-кислых бактерий происходит в результате деятельности белка репрессора и факторов внешней среды (наличие или отсутствие индуктора)
Как происходит работа оперона молчно-кислых бактерий?
Как действуют гены в работе оперона?
Процесс расщепления лактозы происходит в ходе взаимодействия генов, входящих в оперон и гена регулятора.
Последовательное действие генов

Рассмотрим взаимодействие генов при формировании различных признаков
1. Окраска волосяного покрова мышей определяется несколькими генами. Как эти гены могут взаимодействовать?

Последовательное действие генов
Два гена кодируют ферменты, используемые в цепи реакций последовательно.
Какое – то вещество (пропигмент), служит продуктом для работы второго гена, который вырабатывает фермент, превращающий пропигмент в пигмент.
При нарушении структуры любого из них признак не формируется.

Биохимическими методами установлено, что у мыши, имеющей белую окраску имеются и ферменты и белки, определяющие формирование пигмента, а фенотип мыши белый. Почему? Как вы можете объяснить наследование данного признака?

Белок – репрессор блокируется
Белок - активатор
Ген репрессор производит белок – репрессор, который блокируется геном активатором, а ген определяющий признак обеспечивает синтез белка.

Белок – репрессор работает
Белок – активатор не синтезируется, или нарушена структура
Если ген активатор изменен (мутирован), то он не может блокировать работу гена репрессора и следовательно признак изменяется и проявляется как рецессивный

Работа генов - активаторов
Ген репрессор производит белок – репрессор, который блокируется геном активатором, а ген определяющий признак обеспечивает синтез белка.
Если ген активатор изменен (мутирован), то он не может блокировать работу гена репрессора и следовательно признак изменяется и проявляется как рецессивный.

Два гена кодируют ферменты, используемые в цепи реакций последовательно
Многие признаки формируются при взаимодействии нескольких молекул белков. Это механизм одновременного или параллельного взаимодействия (комплиментарное ).
Ген репрессор производит белок – репрессор, который блокируется геном активатором, или каким либо другим веществом, а ген определяющий признак обеспечивает синтез белка и наоборот. (эпистаз)
Как взаимодействуют гены при формировании признака между собой?

Множественное действие гена серповидноклеточной анемии
Замена глутаминовой кислоты в положении 6 ß-цепи валином
Аномальный глобин + гем
Аномальный гемоглобин
Серповидная форма эритроцитов
Быстрая гибель клеток
Накопление клеток в селезенке
Склеивание клеток
Склеивание клеток и нарушение циркуляции крови
Локальные нарушения кровообращения
Поражения сердечной мышцы
Сердечная недостаточность
Поражения легких
Пневмония
Поражение мышц и суставов
Ревматизм
Склеивание клеток и нарушение циркуляции крови
Локальные нарушения кровообращения
Поражение головного мозга
Паралич
Поражение желудочно-кишечного тракта
Боли в животе
Поражение почек
Почечная недостаточность
Быстрая гибель серповидных клеток
Анемия
Расширение сердца
Сердечная недостаточность
Плохое физическое развитие
Нарушение умственной деятельности
Слабость и чувство усталости
Чрезмерная активность костного мозга
Увеличение количества костного мозга
Башенный череп

Проблема урока
Генотип – это совокупность генов организма, работающих по определенной программе под влиянием факторов среды

Подведение итогов урока
Как реализованы цели урока?
Какие основные вопросы освещены на уроке?
Ваша личная оценка урока.