«Исследование вклада молекулярно-генетических и физиологических маркеров в формирование физической работоспособности» - Дипломная работа

Содержание

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 6

ВВЕДЕНИЕ 7

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ (обзор научнойлитературы) 10

1.1. Исследование формирования физической работоспособности 10

1.2. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности как фактор физической работоспособности 11

1.3. Молекулярно-генетические аспекты регуляции метаболизма липидов 13

1.4. Гены мышечной системы структура, локализация и полиморфизм генов 15

1.1.1. Структура, локализация и полиморфизм гена мышечной системы аденозинмонофосфатдезаминаза (AMPD1) 15

1.1.2. Структура, локализация и полиморфизм гена мышечной изоформы креатинфосфокиназы (СКММ)18

1.5. Гены, участвующие в метаболизме липидов, локализация и полиморфизм генов 21

1.5.1. Структура, локализация и полиморфизм гена аполипротеин А1 (APOA1) 21

1.5.2. Структура, локализация и полиморфизм гена аполипопротеин С3 (APOC3) 22

1.6. Заключение 24

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 25

2.1. Материалы исследования 25

2.2. Методы исследования 25

2.2.1. Молекулярные методы 25

2.2.1.1. Выделение ДНК методом фенольно-хлороформной экстракции 25

2.2.1.2. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) 26

2.2.1.3. Проведение электрофореза 29

2.2.1.4. ПДРФ-анализ продуктов амплификации 29

2.2.2. Методы физиологической оценки 30

2.2.2.1. Гарвардский степ-тест 30

2.3. Статистическая обработка полученных результатов 32

2.2.4. Биоинформатические методы 32

2.2.4.1. Моделирование пространственных белковых структур и конформационных изменений

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 34

3.1. Анализ распределения частот генотипов и аллелей полиморфных вариантов генов: AMPD1 (C34T), CKMM (A/G), APOA1 (G75A), APOC3 (C3238G) в контрольной группе 34

3.1.1. Анализ ассоциаций полиморфизма С34Т в гене AMPD1 c показателями физической работоспособности 34

3.1.2. Анализ ассоциаций полиморфизма A/G в гене СКММ c показателями физической работоспособности 35

3.1.3. Анализ ассоциаций полиморфизма G75A в гене APOA1 c показателями физической работоспособности 37

3.1.4. Анализ ассоциаций полиморфизма C3238G в гене APOC3 c показателями физической работоспособности 39

3.2. Анализ распределения частот генотипов и аллелей полиморфных вариантов генов: AMPD1 (C34T), CKMM (A/G), APOA1 (G75A), APOC3 (C3238G) в группе спортсменов 40

3.2.1. Анализ ассоциаций полиморфизма С34Т в гене AMPD1 c показателями физической работоспособности 40

3.2.2. Анализ ассоциаций полиморфизма A/G в гене СКММ c показателями физической работоспособности 45

3.2.3. Анализ ассоциаций полиморфизма G75A в гене APOA1 c показателями физической работоспособности 49

3.2.4. Анализ ассоциаций полиморфизма C3238G в гене APOC3 c показателями физической работоспособности 53

3.3. Анализ распределения частот генотипов и аллелей полиморфных вариантов генов: AMPD1 (C34T), CKMM (A/G), APOA1 (G75A), APOC3 (C3238G) в общей выборке 57

3.3.1. Анализ ассоциаций полиморфизма С34Т в гене AMPD1 c показателями физической работоспособности в общей выборке 57

3.3.2. Анализ ассоциаций полиморфизма A/G в гене СКММ c показателями физической работоспособности в общей выборке 59

3.3.3. Анализ ассоциаций полиморфизма G75A в гене APOA1 c показателями физической работоспособности в общей выборке 61

3.3.4. Анализ ассоциаций полиморфизма C3238G в гене APOC3 c показателями физической работоспособности в общей выборке 63

3.3.5. Биоинформатический анализ. Моделирование пространственных белковых структур и конформационных изменений. 65

3.4.1. Характеристика белка AMPD1, гена и транскриптов 65

3.4.1.1. Транскрипты гена AMPD1 66

3.4.1.2. Характеристика белка AMPD1 67

3.4.1.3. Визуализация белка AMPD1 70

3.4.1.4. Метаболический путь гена AMPD1 72

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЯХ ПО ПРЕДМЕТУ «ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ» 73

4.1. Лабораторная работа на тему: «Определение физической работоспособности по Гарвардскому степ-тесту и оценка его результатов» 74

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82

ВЫВОДЫ 83

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 84

Приложение 91

Введение

Актуальность проблемы. Существуют генетические маркеры,

ассоциированные со спортивной деятельностью, которые являются маркерами предрасположенности к различным заболеваниям. Поэтому

применение современных молекулярно-генетических методов позволяет

выявить индивидуальные особенности организма человека. Поэтому

генетическое тестирование на любом этапе спортивной подготовки может дать первичную информацию тренерам для более рационального подбора кадрового резерва и индивидуальных программ тренировки спортсменов. Немаловажное значение имеет и разработка индивидуального подхода к восстановлению формы спортсмена после соревнований и периода усиленных тренировок. Известно, что разные люди по-разному и с разной скоростью воспринимают тренировочные нагрузки. Кому-то свойственна быстрая адаптация, кто-то восстанавливается медленнее. Большинство из этих процессов, так или иначе, связано с индивидуальными генетическими особенностями организма (Rankmen et al., 2006; Wolfarth et al., 2007).

Многочисленные исследования свидетельствуют об индивидуальных способностях человека к выполнению различных физических упражнений, о наследственной предрасположенности к тем или иным видам спорта (Rankinen et al., 2006). По мере углубления знаний о молекулярной структуре генома человека и расшифровке первичной ДНК последовательности стал возможным направленный поиск генетических маркеров

предрасположенности к развитию и проявлению физических качеств. В настоящее время имеется информация почти о 150 различных генах, контролирующих физические способности человека, важных для правильного занятия спортом и для отбора потенциально перспективных спортсменов (Rankinen et al., 2006; Wolfarth et al., 2007).

Большое значение имеет исследование индивидуальных особенностей человека к выполнению максимальных физических нагрузок без ущерба для здоровья с учетом его генетической предрасположенности.

Целью настоящей работы явилось молекулярно-генетическое исследование полиморфных вариантов генов AMPD1 и CKMM, регулирующих работу мышечной системы, а также генов APOA1 и APOC3, участвующих в метаболизме липидов, при формировании физической работоспособности.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить значения физиологических показателей функционирования мышечной системы с помощью Гарвардского степ-теста.

2. Анализ ассоциаций частот генотипов и аллелей полиморфных локусов генов AMPD1, CKMM, APOA1 и APOC3 с различными показателями функционирования мышечной системы.

3. Проведение моделирования и оценки конформационных изменений пространственной белковой структуры.

4. Разработка методических рекомендаций по использованию результатов исследования в биологии.

Научная новизна. Проведен молекулярно-генетический анализ распределения частот генотипов и аллелей полиморфных локусов С34Т гена AMPD1, AG гена CKMM, G75A гена APOA1 и C3238G гена APOC3, оказывающих влияние на формирование физической работоспособности, в группах студентов физкультурного факультета, систематически занимающихся физической работой высокой интенсивности и студентов непрофильных факультетов.

Практическая значимость. Полученные данные вносят вклад в понимание роли мутаций в генах, которые определяют формирование физического развития человека. Материалы могут быть использованы для оценки и прогнозирования физической работоспособности человека для улучшения состояния здоровья.

Апробация. Результаты исследования были представлены на научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «День ДНК» (г.Уфа, 2018, 2019) и ежегодных научных конференциях «Вавиловские чтения» (г.Уфа, 2017, 2018).

Работа выполнена в Центре молекулярно-генетических и инновационных исследований при кафедре генетики Естественно - географического факультета Башкирского государственного педагогического университета им. М.Акмуллы.

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ (обзор научной литературы)

1.1. Исследование формирования физической работоспособности

Физическая работоспособность - потенциальная способность человека показать максимум физического усилия в статической, динамической или смешанной работе.

Физическая работоспособность проявляется в различных формах мышечной деятельности. Ее определение и оценка необходимы при определении функциональной способности к физической нагрузке здоровых и больных людей (Аулик И.В., 1979).

Для совершения любой мышечной активности необходимы определенные качества, такие как сила, выносливость, быстрота, ловкость. Если сказать другими словами, физическая работоспособность - это понятие, которое обусловлено рядом факторов, среди которых основное значение имеют уровень физического развития, масса тела, состояние сердечно - сосудистой системы, мощность, производительность энергетических процессов. Значимость этих факторов в процессе работы определяется ее характером, видом, интенсивностью.

Физический статус организма - это основной критерий состояния здоровья студентов и развития их физической работоспособности. (Агаджанян Н.А., 2004).

1.2. Физиологические основы энергетического обеспечения

мышечной деятельности

Одним из определяющих факторов физической работоспособности человека, является энергообеспечение мышечной деятельности.

В зависимости от интенсивности и длительности выполняемых физических упражнений существуют различные механизмы

энергообеспечения мышечной деятельности (Федотовская О.Н., 2012).

Непосредственным источником энергии для мышечного сокращения является гидролиз молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). Содержание АТФ в скелетных мышцах составляет 2-5 ммоль/кг сырой массы ткани и должно поддерживаться на относительно постоянном уровне (Ахметов И.И., 2009).

При выполнении мышечной работы АТФ ресинтезируется за счет анаэробных реакций креатинфосфокиназного (алактатного) механизма, который обеспечивает ресинтез АТФ за счет реакций перефосфорилирования между креатинфосфатом (КФ) и аденозиндифосфатом (АДФ). Ресинтез АТФ в процессе ферментативного анаэробного расщепления гликогена мышц или глюкозы крови, заканчивающегося образованием молочной кислоты, обеспечивает гликолитический (лактатный) механизм. Ресинтез АТФ за счет фосфотрансферазной реакции между двумя молекулами АДФ с участием миокиназы или за счет аэробных реакций окислительного фосфорилирования в митохондриях обеспечивает миокиназный механизм (Федотовская О.Н., 2012).

Скелетные мышцы человека обладают высокой степенью пластичности. Это позволяет им приспосабливаться к воздействию различных внешних факторов: физической активности, изменений в поступлении питательных веществ к мышцам, гипоксии. Различные типы мышечной пластичности контролируются в большей степени генетическими факторами, влияние которых обозначается уже на самых ранних этапах эмбриогенеза (Fluck M., 2003).

Отмечается существенное изменение мощности и емкости механизмов энергообеспечения в процессе тренировок различной направленности. Связано это со структурными и функциональными изменениями мышечной ткани, являющейся результатом повышения или понижения экспрессии многих генов, продукты которых, в свою очередь, участвуют в процессах приспособления к постоянным тренировочным действиям.

Повторение интенсивных упражнений влечет за собой стойкие изменений в концентрации мРНК белков миоцитов, а затем и количественные изменения самих белков. В результате тренировки выносливости также происходят изменения на уровне структурной организации миоцитов - увеличивается объем митохондрий, повышаются количество и активность ферментов, которые участвуют в реакциях окислительного фосфорилирования (Гольберг Н.Д., 2012).

Гены мышечных ферментов AMPD1 и CKMM относятся к генам- мишеням сигнальных каскадов, которые активируются в результате систематической мышечной ткани на физические нагрузки.

Заключение

В настоящее время активно проводится поиск молекулярногенетических маркеров, определяющих способность к выполнению высоких физических нагрузок. Результаты этих работ могут быть применены для того, чтобы выбрать правильную стратегию для программ оздоровления, которые связанны с физическими упражнениями, позволяющие улучшить состояние здоровья.

Данное исследование посвящено анализу генетических ассоциаций аллельных вариантов генов AMPD1 (rs17602729), CKMM (rs8111989), APOA1 (rs1799837) и APOC3 (rs76353203) с различными показателями физической работоспособности.

В данной работе определены частоты встречаемости генотипов и аллелей генов AMPD1 (rs17602729), CKMM (rs8111989), APOA1 (rs1799837) и APOC3 (rs76353203) в группах индивидов с различными показателями физической работоспособности.

Полученные результаты представляют интерес для понимания молекулярно-генетических механизмов формирования физической работоспособности человека.

Список литературы

1. Агаджанян Н.А. Физиология человека / Н.А. Агаджанян, Л.З. Тель, В.И. Циркин, С.А. Чеснокова. - М.: Медицинская книга, Н. Новгород : НГМА, 2003. -528 с.

2. Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте /. - М.: Медицина, 1979. - 192 с.

3. Ахмадеев Р.Р. Физиологические основы физического воспитания и спорта. Уфа 2005. C. 40-45.

4. Ахметов И.И., Нетреба А.И., Глотов А.С., Астратенкова И.В., Попов Д.В., Глотов О.С., Дружевская А.М., Асеев М.В., Виноградова О.Л., Рогозкин В.А. Выявление генетических факторов, детерминирующих индивидуальные различия в приросте мышечной силы и массы в ответ на силовые упражнения // Медико-биологические технологии повышения работоспособности в условиях напряженных физических нагрузок. Вып. 3. Сб. статей. - М. - 2007.

5. Ахметов И.И., Молекулярная генетика спорта, Советский спорт. 2009. -94-100 с.

+ еще 62 источника

Примечания

Оригинал в pdf