Следим за меткой: практикум по методу меченых атомов

1) В цитоплазме при гликолизе глюкоза расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), содержащие метку. 2) В митохондрию метка попадает в составе ПВК. 3) В матриксе митохондрии ПВК окисляется: один атом углерода отщепляется в виде CO₂ при образовании ацетил-КоА, два других — в цикле Кребса. 4) Конечный продукт с меткой — CO₂; он образуется в матриксе митохондрий. Метка не окажется в воде, образующейся при дыхании, — в воде нет углерода.

1) Кислород используется на последнем этапе клеточного дыхания — в дыхательной цепи внутренней мембраны митохондрий: он принимает электроны и протоны и превращается в воду. 2) Поэтому метка окажется в воде. 3) CO₂ образуется в цикле Кребса при отщеплении карбоксильных групп; его кислород берётся из органических веществ и воды, а не из вдыхаемого O₂. Это одна из самых частых ошибок: считать, что вдохнутый кислород выдыхается в CO₂.

1) Рибосомы шероховатой ЭПС (синтез ферментов) → полость ЭПС (сворачивание, модификация) → аппарат Гольджи (сортировка, упаковка) → секреторные пузырьки → вне клетки, в протоке железы (экзоцитоз). 2) Перенос в обычную среду нужен, чтобы метку получила только «порция» белков, синтезированная за 3 минуты. 3) В ДНК серы нет, поэтому метка серы в ней не появится.

1) Через 5 минут — в ядре (в том числе в ядрышке): там идёт транскрипция, и уридин входит в состав синтезируемой РНК. 2) Через час — в основном в цитоплазме: мРНК и субъединицы рибосом (с рРНК) после созревания выходят из ядра через ядерные поры. 3) Урацил есть только в РНК, тимин — только в ДНК; меченый уридин позволяет проследить именно синтез РНК.

1) Белки расщепляются до аминокислот в желудке и тонкой кишке, аминокислоты всасываются в кровь. 2) Часть аминокислот идёт на синтез собственных белков (метка появится в белках тканей), часть расщепляется; аминогруппы отщепляются и образуют ядовитый аммиак. 3) В печени аммиак превращается в мочевину. 4) Мочевина с меткой переносится кровью к почкам и выводится с мочой.

1) Жиры в тонкой кишке под действием липазы и желчи расщепляются до глицерина и жирных кислот, которые всасываются клетками эпителия ворсинок. 2) В клетках эпителия из них снова синтезируются жиры и упаковываются вместе с белками в крупные частицы (хиломикроны). 3) Эти частицы слишком велики для кровеносных капилляров и поступают в лимфатический капилляр ворсинки. 4) Поэтому метка раньше появится в лимфе, а в кровь попадёт позже, через грудной проток.

1) Зигота содержит меченые отцовские хромосомы и немеченые материнские. 2) Перед первым делением ДНК реплицируется полуконсервативно в немеченой среде: каждая отцовская хромосома образует две хроматиды, и каждая хроматида содержит одну меченую (старую) и одну немеченую (новую) цепь. 3) При митозе сестринские хроматиды расходятся в разные клетки, поэтому обе клетки двухклеточного зародыша получают меченые отцовские хромосомы.

1) Щитовидная железа поглощает йод для синтеза тироксина и трийодтиронина. 2) Усиленное поглощение указывает на повышенную функцию железы (гипертиреоз, например при базедовой болезни). 3) Признаки: ускоренный обмен веществ, похудание при хорошем аппетите, учащённое сердцебиение, повышенная возбудимость, пучеглазие; в крови повышено содержание гормонов щитовидной железы.

1) Вода поглощается корневыми волосками и по сосудам ксилемы поднимается к листьям. 2) Часть воды испаряется через устьица — метка выходит в составе водяного пара (транспирация). 3) Часть воды в хлоропластах подвергается фотолизу в световой фазе фотосинтеза — метка выходит в составе молекулярного кислорода O₂ через устьица. 4) Значит, метка окажется и в паре, и в кислороде.

1) При фотосинтезе ¹⁴C включается в органические вещества и транспортируется по растению в виде сахарозы. 2) Сахароза движется по флоэме (ситовидным трубкам), которая находится в коре (лубе). 3) Кольцевание разрывает флоэму, и вещества не проходят ниже кольца. 4) Метка будет в плодах выше кольца (они получают сахара от листа), но не в корнях. Вода при этом продолжает поступать вверх по ксилеме, расположенной в древесине.

1) Порядок: водоросли (поглощают фосфат из воды) → дафнии (питаются водорослями) → рыбы (питаются дафниями) — по звеньям пищевой цепи. 2) Фосфор входит в ДНК, РНК, АТФ, фосфолипиды, кости рыб и хорошо удерживается организмом. 3) Каждое следующее звено съедает много особей предыдущего и накапливает удерживаемые вещества — концентрация может расти по пищевой цепи (биологическое накопление). Так же накапливаются в цепях питания тяжёлые металлы и стойкие ядохимикаты.

1) В клетку попадает одна двухцепочечная молекула меченой ДНК. 2) При полуконсервативной репликации каждая из двух меченых цепей остаётся в составе одной молекулы; остальные молекулы синтезируются из немеченых нуклеотидов клетки. 3) Поэтому метку получают максимум 2 из 100 фагов (2 %), остальные немечены. На практике доля меченых фагов в опытах была выше, потому что ДНК фага может рекомбинировать, а часть ДНК распадается и её нуклеотиды используются повторно.

1) У гороха клубеньковые бактерии фиксируют атмосферный азот ферментом нитрогеназой, превращая N₂ в аммиак. 2) Аммиак включается в аминокислоты, которые поступают в растение; метка окажется в белках и нуклеиновых кислотах гороха. 3) У пшеницы клубеньков нет, растения не могут усваивать N₂; метки в них почти не будет (кроме небольшого количества, фиксированного свободноживущими бактериями почвы).