Эвристические задания по цитологии и генетике №1

Известно, что животные преимущественно хранят запасные питательные вещества в виде жиров, а растения — в форме углеводов. Чем запасание жиров выгодно для животных? Как это связано с особенностями строения их клеток и жизнедеятельностью? Растения запасают в вакуолях большое количество моносахаридов, в то время как для животных такая же концентрация сахаров приводила бы к гибели клетки. Почему? Ответ поясните.

При смешивании молока с кока-колой происходит выпадение значительного количества хлопьевидного осадка. Предположите, с чем это связано. Из чего состоит этот осадок? Почему при скисании молока можно наблюдать выпадение подобного осадка? Какой метаболический процесс происходит при скисании молока в клетках организмов, которые его вызывают?

Цианобактерии наряду с фотосинтезом, идущим с выделением кислорода, способны фиксировать азот и переводить его в доступные для других организмов формы. Однако фермент нитрогеназа, необходимый для азотфиксации, теряет свою активность в присутствии кислорода. Какие адаптации позволяют цианобактериям совмещать оксигенный фотосинтез и фиксацию азота? Ответ поясните.

Синдром Картагенера - наследственное заболевание, связанное с мутацией, приводящей к нарушению структуры динеина (белка, входящего в состав центриолей). Мужчины, страдающие синдромом Картагенера, бесплодны из-за неподвижных сперматозоидов, а также более уязвимы к легочным инфекциям. Объясните взаимосвязь нарушения движения сперматозоидов и возникновения легочных инфекций при синдроме Картагенера. Ответ поясните.

При болезни Вильсона-Коновалова наблюдается зелено-коричневая пигментация по периферии роговицы — кольцо Кайзера-Флейшера, а в плазме крови отмечается пониженное содержание белка церулоплазмина, имеющего голубой цвет. Известно, что болезнь вызвана врожденным нарушением метаболизма металла и передается по аутосомнорецессивному типу. Назовите этот металл. Объясните, почему белок церулоплазмин и кольцо Кайзера-Флейшера имеют указанные цвета? Назовите тип мутации, приводящей к болезни Вильсона-Коновалова. Какой метод генетики человека позволяет выявить у человека наличие данного заболевания? Ответ поясните.

В XIX в. Луи Пастер налил в две колбы бульон, S-образно изогнул их носики и прокипятил колбы. В колбах несколько недель не наблюдалось изменений, бульон после кипячения оставался прозрачным. Затем ученый убрал носик второй колбы, и уже через пару дней бульон в колбе помутнел (см. рисунок).

Почему бульон во второй колбе помутнел после удаления носика колбы? Почему такие изменения не могли произойти при наличии S-образно изогнутого носика? Ответ поясните. Зачем перед началом эксперимента производилось кипячение? Невозможность какого явления доказал Л. Пастер?

В лаборатории были получены фрагменты двух разных белков:

1) лиз-арг-вал-ала-гис-арг-лиз-лей
2) вал-лей-сер-иле-вал-гли-фен-про

Предположите, какая из представленных последовательностей принадлежит гистону (ДНК-связывающему белку, обеспечивающему электростатическое взаимодействие), а какая — белку, расположенному внутри билипидного слоя мембраны клетки. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу «Свойства аминокислот». 

Лекарственный препарат содержит фермент лизоцим, разрушающий связи в молекуле муреина. На какую группу возбудителей инфекционных заболеваний действует этот препарат? Ответ поясните. Почему при лечении заболеваний рта и глотки этот препарат в таблетках необходимо медленно рассасывать, а не проглатывать целиком? Укажите две причины.

Лактозный оперон кишечной палочки (Escherichia coli) - участок ДНК, содержащий регуляторные последовательности и структурные гены, необходимые для транспорта и расщепления лактозы. В отсутствие в питательной среде лактозы регуляторный белок-репрессор связывается с оператором, располагающимся за промотором (см. схему). При появлении в питательной среде лактозы ее метаболит (аллолактоза) связывается с белком-репрессором, нарушая его способность взаимодействовать с оператором. Какую роль в функционировании оперона играет промотор? Объясните, почему при отсутствии в питательной среде лактозы в клетке E. coli не синтезируются белки, участвующие в метаболизме лактозы, а при появлении лактозы экспрессия генов осуществляется. Какое преимущество дает E. coli такая регуляция активности генов?

Экспериментатор изучал влияние фитогемагглютинина на бласттрансформацию лимфоцитов, выделенных из периферической крови человека. Бласттрансформация - это переход лимфоцитов в лимфобласты (клетки, способные делиться митозом). Экспериментатор вносил в питательную среду для культивирования лимфоцитов фитогемагглютинин в концентрации 1 мг/мл и содержащий радиоактивный изотоп водорода нуклеозид тимидин (³Н-тимидин), состоящий из дезоксирибозы и тимина. Спустя 72 часа экспериментатор определял включение ³Н-тимидина в лимфобласты по количеству радиоактивных импульсов в минуту, оценивая таким образом активность деления клеток. Результаты эксперимента показаны в таблице.

Какой метод использовал исследователь, применяя ³Н-тимидин? Объясните, почему включение ³Н-тимидина в состав клеток является показателем бласттрансформации лимфоцитов. Фитогемагглютинин используется для цитогенетических исследований. В какой фазе митоза должны находиться лимфобласты, используемые для цитогенетического анализа? Ответ поясните. 

В пищеварительном тракте некоторых насекомых-эктопаразитов обнаруживается гидролитический фермент кератиназа. Расщепление какого субстрата катализирует данный фермент? Чем могут питаться эктопаразиты, имеющие кератиназу? В настоящее время кератиназы, выделенные из бактерий и плесневых грибов, предлагается использовать в различных отраслях человеческой деятельности. Например, с их помощью можно получать кормовые добавки с аминокислотами и пептидами из отходов птицеводства. В косметологии кератиназы используют для пилинга - отшелушивания ороговевших клеток. Дайте биологическое обоснование применения кератиназ для этих целей.

Определите, какая структура эукариотической клетки изображена на электронной микрофотографии. Какие ее части обозначены знаком вопроса? Какую роль они играют в функционировании данной структуры? В каких живых эукариотических клетках растений и животных изображенная структура отсутствует, утрачиваясь при созревании? Приведите по одному примеру для растений и животных.

Десатуразы жирных кислот - ферменты, катализирующие превращение одинарной (насыщенной) связи в углеводородном хвосте в двойную (ненасыщенную). Многочисленные исследования показывают, что воздействие холодового стресса приводит к повышению экспрессии генов мембранных десатураз и увеличению концентрации соответствующих иРНК. Объясните, какое это имеет значение для выживания растений в условиях низких температур. Перенос генов десатураз от диких растений к культурным позволяет создавать новые сорта, устойчивые к заморозкам. Какой метод (технология) при этом используется? 

Геном фага фХ174 представляет собой одноцепочечную ДНК длиной 5386 нуклеотидов, содержащую 11 генов (А-К). Он стал первым полностью расшифрованным геномом. Исследования показали, что суммарная длина закодированных в геноме фХ174 аминокислотных последовательностей превышает количество триплетов ДНК. Причиной этого является существование в геноме фХ174 перекрывающихся открытых рамок считывания. Например, ген Е перекрывается с геном D, ген K - с С и А. Каким методом в геномике определяют нуклеотидную последовательность генов? Что такое открытая рамка считывания? Чем задается начало и конец рамки считывания? Какие преимущества может давать фагу наличие в его геноме перекрывающихся открытых рамок считывания? При каком условии происходит реализация наследственной информации фага?