Результаты олимпиады по биологии для студентов биофака ХНУ имени В.Н. Каразина

28 февраля на биофаке была проведена мини-олимпиада по биологии. Победитель прошлых олимпиад, Валерия Сапожникова в ней участвовать не смогла. Тем не менее, решением жюри (Екатерина Васильевна Кот, Евгения Александрович Киося и я, Дмитрий Андреевич Шабанов, как председатель) Валерия Сапожникова все равно будет отправлена от нашего факультета на Всеукраинскую олимпиаду. Таким образом, в том конкурсе, который мы провели, разыгрывалось одно победное место, обеспечивающее участие в олимпиаде в Житомире.

Вначале я хочу сообщить задания и обсудить те критерии, по которым они оценивались.

 

Задание 1.

Задание 1а.

Зёрна свежесобранной кукурузы имеют сладкий вкус благодаря высокому содержанию сахара. Кукуруза, которую продают через несколько дней после собирания, менее сладкая.

Чтобы сохранить сладкий вкус свежесобранной кукурузы, очищенные кочаны погружают на 2–3 минуты в кипящую воду («бланшируют»), а потом охлаждают в холодной воде. Обработанная таким образом кукуруза в замороженном виде сохраняет свой сладкий вкус.

Какие биохимические процессы лежат в основе такой обработки и почему происходит «потеря» сладкого вкуса, если данную обработку не проводить? Объясните.

Задание 1б.

Фермент глюкозооксидаза катализирует окисление β-D-глюкозы до D-глюконо-δ-лактона и далее до глюконовой кислоты с образованием пероксида водорода. Этот фермент проявляет высокую специфичность  в отношении к β-глюкозе и не действует на α-глюкозу.

Однако глюкозооксидазную реакцию широко используют для клинического определения общего содержания глюкозы в крови — то есть в растворе, содержащем смесь β- и α-D-глюкозы. Как вы думаете, почему это возможно?

Какие преимущества даёт использование глюкозооксидазы по сравнению с реактивом Фелинга?

Для справки: Реакция Фелинга — качественная реакция, протекающая за счет превращения свободных полуацетальных (концевых) гидроксилов углевода в альдегидную группу, способную окисляться, что дает веществу восстанавливающие свойства. Таким образом, из комплексного соединения меди с сегнетовой солью (реактив Фелинга) при взаимодействии с такими углеводами, образуется Cu₂O красного цвета.

Ответы и комментарии результатов

№ 1. Высокая температура является денатурирующим агентом в отношении ферментов, превращающих сладкие моно- и небольшие олиго- сахара в безвкусный крахмал. А холод — ингибирует действие тех ферментов, которые не успели проденатурировать. Ну и всякие объяснения на тему ферментов, углеводов и денатурации также приветствуются.

№ 2. В результате мутаротации вся альфа-форма перейдет в бету, когда вся бета окислится. Ну и тоже окислится. Итог — вся глюкоза окислилась, превратилась в глюконовую кислоту и перекись. Это и используют в лабораторном тесте. А реакция Фелинга показывает не только глюкозу, но и кучу других восстанавливающих углеводов (об этом студенты могут узнать прямо из справки о реакции, если внимательно прочтут и вспомнят химию, даже школьную), поэтому ее использование не является предпочтительным, а результаты по глюкозе не являются точными.

Т.к. было 2 вопроса и каждый из них содержал по 2 подвопроса, то баллы ставились на таком основании:

0 - ответ неверный;
1 - ответ почти верный, однако освещён не полностью;
2 - ответ правильный.

Итого:
за вопрос 1а можно было получить 2+2=4 балла;
за вопрос 1б можно было получить 2+2=4 балла.
Максимально возможное количество баллов за оба задания - 8 баллов.

К сожалению, 8 баллов нет ни у кого. Одинаковое кол-во (максимальное) набрали участники под номерами 1, 2 и 3. У них всех по 6 баллов. Хотела выделить кого-то из них, но не смогла. У одного одно хорошо написано, у другого - другое. Один об одном чепуху написал, другой о другом. Некоторые работы повеселили. Одна из работ расстроила (набранных баллов 0).

 

Задание 2.

На рисунке представлены хромосомные наборы самки и самца плодовой мухи (Drosophila melanogaster).

Плодовые мухи амфимиктичны (то есть размножаются половым путём, с оплодотворением). Гаметы и у самцов, и у самок образуются с прохождением мейоза, однако у самцов мейоз происходит без кроссинговера.

Оцените, какова вероятность того, что плодовая муха не унаследует ни одного гена от своего дедушки? А от своей бабушки?

Ответ

Как ни странно, довольно простую задачу про муху и её (или его) дедушку правильно не решил ни один из участников. Участник № 6 дал итоговую оценку, близкую к правильной, однако понять его решение практически невозможно – столь специфическим образом оно оформлено.

Ключ к правильному решению заключается в том факте, что у самцов дрозофилы в мейозе не происходит кроссинговер. В научной литературе такую ситуацию обозначают термином «ахиазматический мейоз». Это явление наиболее полно исследовано именно на плодовых мухах, хотя известно ещё и у целого ряда других беспозвоночных (в том числе у некоторых моллюсков, планарий, веслоногих ракообразных, клещей, пауков, скорпионов и очень многих групп насекомых), а также у некоторых цветковых растений. В большинстве случаев ахиазматический мейоз приурочен к гаметогенезу и, как правило, имеет место только лишь у гетерогаметного пола.

Итак – какова же вероятность, что наша плодовая муха (назовём её пробандом) не получит ни одного гена от своего дедушки или своей бабушки?

Вполне естественно, что дедушек у мухи-пробанда целых два (и бабушек – столько же), поэтому вероятности для них нужно оценивать независимо.

Начнём с бабушки по материнской линии. Для неё вероятность не передать пробанду ни одного гена практически равна нулю, так как она точно передаст своей дочери (матери пробанда), а впоследствии и самому пробанду гены своей митохондриальной ДНК.

Для дедушки по материнской линии такая вероятность также исчезающее мала, так как в мейозе матери пробанда его гены перемешаются с генами его «супруги» в результате кроссинговера и почти наверняка хоть какие-то из них попадут в каждую яйцеклетку матери пробанда, а значит и в геном пробанда.

С дедушкой по отцовской линии ситуация в корне иная, так как у отца пробанда кроссинговер не происходит. Это  имеет два любопытных следствия:

Во-первых, единственным источником рекомбинации в гаметогенезе отца пробанда (а значит – и источником разнообразия гамет) остаётся независимое расхождение хромосом в анафазе I. Это значит, что генетическое разнообразие гамет, которые может производить этот самец дрозофилы, в сущности, очень невелико.

Во-вторых, каждая отдельно взятая хромосома отца пробанда (от кого из родителей она бы ни была получена) либо передаётся потомкам целиком, либо не передаётся вообще. Таким образом, отец пробанда  с достаточно высокой вероятностью может продуцировать гаметы, которые вовсе не будут содержать хромосом одного из родителей.

Вероятность того, что пробанду будет передана от отца каждая отдельно взятая хромосома дедушки равняется 1/2  (это первый закон Менделя в чистом виде). Всего дедушкиных хромосом  в кариотипе отца пробанда – 4, соответственно вероятность, что не будет передана ни одна из них (а значит, и ни один из дедушкиных генов) равняется (1/2)⁴, то есть 1/16, или 6,25%.  Ровно с такой же вероятностью пробанду будут переданы от отца все 4 хромосомы дедушки (а значит – ни одной хромосомы бабушки). В оставшихся 14/16, или 87,5%  случаев пробанд унаследует от отца гены как бабушки, так и дедушки.

Пол пробанда и особенности передачи половых хромосом для решения никакого значения не имеют. Вероятность передачи пробанду митохондриальной ДНК бабушки по отцовской линии через сперматозоид отца пробанда отлична от нуля, но ею, пожалуй, можно пренебречь.

 

Ответ: вероятность не унаследовать ни одного гена от дедушки – 6,25%, от бабушки – такая же.