Odpowiedzi

Pytania egzaminacyjne z genetyki.

Wyjaśnij pojęcie polimorfizmu genetycznego - co leży u podstaw powstania polimorfizmu(chromosomowego, genetycznego)?

Termin polimorfizm odnosi się zawsze tylko do zmienności wewnątrz populacji. Polimorfizm jest to występowanie kilku odmiennych, nieciągłych fenotypów wewnątrz pojedynczej kojarzącej się dowolnie populacji.

U podstaw polimorfizmu leżą aberracje przy czym genetyczne dotyczą kilku alleli, a chromosomowe dotyczą kształtu, wielkości i liczby, a także szerokości poszczególnych prążków na chromosomie

Co to są allele wielokrotne i jak powstają - podaj kilka przykładów alleli wielokrotnych, jakie jest ich znaczenie w populacji a jakie w hodowli?

Allele wielokrotne - termin odnosi się do 3 lub większej liczby genów, które występują w 1 locus,a więc mogą zajmować odpowiadające sobie pozycje w parze chromosomów. Zygota może zawierać tylko dwa allele.

Większość genów występuje w kilku różnych odmianach jako allele wielokrotne. Przyczyną ich powstawania są mutacje zasad w różnych miejscach tego samego genu, powodujące zmiany aminokwasów w kodowanych przez nie białkach. W obrębie populacji powstają one losowo.

Przykładem mogą być tu allele grup krwi, czy różnych typów umaszczenia. Allele wielokrotne mogą wchodzić pomiędzy sobą w zależności takie jak kodominacja czy dominacja.

Jak zmieniało się pojęcie genu i co dziś wiadomo o jego budowie i funkcji?

1866-Mendel publikuje drukiem swoją pracę stanowiąca podstawy genetyki

1909-Johannsen wprowadza po raz pierwszy określenie „gen” na mendlowskie determinanty dziedziczności

Dziś wiadomo, że gen to odcinek chromosomu, czy też DNA, którego ekspresja prowadzi do powstania albo funkcjonalnego RNA, albo polipeptydu.

Funkcje genu to:

-jednostka dziedziczności(cistrom)

-jednostka zmienności(muton)

-jednostka rekombinacji( regon)

Porównaj budowę genomu prokariota i eukariota. Wskaż na podstawowe różnice w regulacji ekspresji genów między tymi grupami organizmów.

Prokariota nie mają wyodrębnionego jądra komórkowego zdolnego do podziałów, zamiast niego posiadają nukleoidy- koliste cząsteczki DNA. Przez to też są haploidalne.

Eukariota są zbudowane z komórek mających jądro, które podlega podziałom. W jądrze tym występują chromosomy, które są zbudowane z kw. Nukleinowych i białek. Podczas podziałów chromosomy ulegają kondensacji przez co możliwe jest obserwowanie ich pod mikroskopem. Mają one charakterystyczną dla siebie wielkość i morfologię.

Regulacja ekspresji genów u prokariota- W chromosomie występują tzw. operony czyli zespoły genów strukturalnych (odpowiadających za syntezę białek) i regulatorowych (kontrolujące pracę genów strukturalnych).

W regulacji ekspresji genetycznej istnieją dwa typy regulacji działania genu.
Pierwszy nazywany dodatnim, umożliwia proces transkrypcji oraz syntezę białka. Bakterie okrężnicy hodowane są na pożywce, w której znajduje się laktoza. W ich komórkach gen regulator (R) wytwarza aktywne białko zwane represorem, które łączy się z obecnym w pożywce induktorem - laktozą, powodując jego inaktywację. Operator nie jest zablokowany, rozpoczyna się proces transkrypcji mRNA oraz synteza potrzebnych enzymów do rozkładu laktozy.
Drugi typ regulacji ujemny występuje wówczas, gdy w pożywce zabraknie laktozy, wówczas gen regulator (R) wytwarza aktywne białko - represor (ponieważ w podłożu nie ma induktora, którym jest laktoza), który łączy się z operatorem, blokując proces transkrypcji. Enzymy nie są produkowane.

Proces regulacji genów u eukariota jest bardzo złożony.

Metylacja DNA

Metylacja zachodzi w krótkich polindronowych sekwencjachw rejonach satelitarnych i polirepetytywnym DNA. Wzrost metylacji to inaktywacja genu, natomiast demetylacja to aktywacja genu

Inaktywacja X

Polega na:

-lokalizacji centrum aktywacji w aktywnym X

-metylacji kluczowych miejsc, przez co na stepuje całkowita inaktywacja.

- zmianie konformacji chromatyny i regulacja genów w nieaktywnym X

Imprinting genowy

Różnicująca modyfikacja materiału genetycznego zygoty w zależności od pochodzenia od matki czy ojca, co prowadzi do zróżnicowanej ekspresji alleli rodzicielskich w trakcie rozwoju

-rola w dziedziczeniu niektórych chorób

-rola w procesie starzenia komórek

4.Somatyczna rekombinacja segmentów genów

5. Włączanie i wyłączanie grup genów w procesie syntezy

6.odzdziaływanie hormonów

Hormony sterydowe(wnikające do komórek)

Co oprócz genów wchodzi w skład genomu - wymień i omów krótko rolę/znaczenie pozostałych elementów składowych genomu.

-sekwencje regulujące- promotorowe, terminatorowe, wzmacniające

-sekwencje centromerowe- centromer chromosomu z przewaga par G-C

-sekwencje milczące- tzw. Pseudogeny. Sekwencje eksonowe, będące kopiami genu pozbawionymi możliwości ekspresji

-Introny i sekwencje na granicy ekson/intron = 5'-GT/3'-AG

SEKWENCJE POWTARZAJĄCE SIĘ TANDEMOWO

-sekwencje telomerowe- na końcowej części ramienia chromosomu. Powtarzająca się sekwencja TTAGGG/AATCCC

-Sekwencje repetytywne

*mikrosatelitarne (1-6 par zasad)

*minisatelitarne( 10-20 par zasad)- rola przy mapowaniu genomu, rozróżnianiu osobników i wykrywaniu mutacji

SEKWENCJE POWTARZALNE

-odcinki przerywnikowe (elementy nukleotydowe)- w przewężeniu wtórnym, satelicie. Mają związek z RNA

*line- rozpoznawalne krótkie odcinki

*sine-długie odcinki, ale nie współpracujące z transkryptazą

Porównaj i wykaż różnicę w przebiegu transkrypcji i translacji u eukariota i prokariota.

TRANSKRYPCJA-Pierwszy etap ekspresji genów, który polega na syntezie mRNA na matrycowej nici DNA. Rozpoczyna się od rozplecenia podwójnej helisy DNA i przyłączeniu polimerazy RNA do sekwencji promotora. Prokariota posiadaja tylko jedną polimerazę, a eukarionty aż 3 (I-geny kodujące głównie rRNA, II-geny kodujące głównie białka, III- geny kodujące tRNA , RNA jąderkowe i cytoplazmatyczne). Ponieważ u organizmów eukariotycznych geny zbudowane są z eksonów i intronów to z pierwotnego transkryptu RNA muszą być usunięte introny. Proces ten nazywany jest splicing

II.

Różnice w transkrypcji i translacji między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi:

PROCES TRANSKRYPCJI

Cechy	Komórki prokariotyczne	Komórki eukariotyczne
Liczba rodzajów polimeraz RNA	Jeden rodzaj polimerazy RNA	Trzy rodzaje polimeraz RNA Polimeraz RNA I (enzym jąderkowy)- transkrybuje geny rRNA Polimeraza RNA II- sytetyzuje mRNA Polimeraza RNA III- transkrybuje geny tRNA
Dostęp polimerazy RNA do DNA	Polimeraza RNA ma bezpośredni dostęp do DNA genoforu bakteryjnego	Ponieważ polimeraza RNA jest dwukrotnie większa od nukleosomu, musi uprzednio nastąpić rozluźnienie struktury nukleosomalnej chromosomu. W chromosomach politenicznych daje się zaobserwować tzw. Pufy, które są miejscem despiralizacji chromatyny i bardzo aktywnej syntezy RNA.
Budowa promotorów	Składają się z dwóch krótkich sekwencji DNA noszących nazwę ,,kasety Pribnowa'' i kasety-35, które są zlokalizowane 10- 35 zasad przed miejscem inicjacji transkrypcji.	Zawierają ,,kasetę TATA'' zlokalizowaną 30 par zasad przed miejscem transkrypcji
Liczba promotorów	Kilka genów może mieć wspólny promotor i są one wtedy transkrybowane razem	Każdy gen ma własny promotor i jest transkrybowany oddzielnie
Struktura mRNA	MRNA jest policistronowy	MRNA jest monocistronowy
Cistron- gen stanowiący jednostkę funkcjonalną kodującą jeden polipeptyd
Budowa genów	Geny mają budowę ciągłą, składającą się wyłącznie z sekwencji kodujących.	Geny składaja się z intronów i eksonów
Dojrzewanie RNA	Transkrypty bakteryjnych genów nie ulegają modyfikacji, mRNA stanowi pierwotny transkrypt Powstały w wyniku transkrypcji mRNA ulega bezpośrednio translacji	Pre-mRNA (Hn-RNA, heterogenny RNA) składający się z intronów i eksonów stanowi pierwotny transkrypt jądrowy. Po transkrypcji, ale przed translacją, zostają wycięte introny i powstaje mRNA- wtórny transkrypt jądrowy.
Rozdział między transkrypcją i translacją	Brak rozdziału czasowego i przestrzennego między transkrypcją i translacją. DNA genoforu nie jest oddzielony błoną jądrową od cytoplazmy.	Występuje rozdział czasowy i przestrzenny między transkrypcją i translacją. DNA chromosomów oddzielony jest od cytoplazmy błoną jądrową.
Okres półtrwania mRNA	Kilka minut	Kilkanaście godzin ( w erytroblastach ssaków nawet kilka dni)

PROCESZ TRANSLACJI

Komórki prokariotyczne	Komórki eukariotyczne
Kodon inicjacyjny AUG w mRNA (rzadko GUG) koduje formylometioninę	Kodon inicjacyjny AUG a mRNA koduje metioninę
Kodon inicjacyjny w mRNA jest sygnalizowany jednym z kodonów nonsensownych, występujących w mRNA przed kodonem AUG	Kodon inicjacyjny w mRNA jest poprzedzony 7-metyloguanozyną (struktura `'kap'', czapeczka)
Brak sekwencji poliA na końcu 3' mRNA	Sekwencje poli A na końcu 3' mRNA
Rybosomy mniejsze występujące wolno w cytoplazmie (brak retikulum endoplazmatycznego)	Rybosomy większe, występujące wolno w cytoplazmie lub związane z retikulum endoplazmatycznym
Proces wrażliwy na działanie chloramfenikolu (blokuje transferazę peptydylową) oraz tetracykliny (blokuje wiązanie tRNA z rybosomem)	Proces wrażliwy na działanie cykloheksamidu (blokuje transferazę peptydylową)

Wyjaśnij pojęcie ekspresji genu- omów krótko procesy, które leża u podstawy tego procesu. Wykaż momenty, w których prawidłowa ekspresja genu może ulec zakłóceniu.

Proces regulacji tworzenia białek nazywamy ekspresją genetyczną, czyli ujawnianiem się cechy warunkowej określonym genem.

Procesy:

-transkrypcja- przepisywanie DNA na mRNA

-modyfikacja potranskrypcyjna- wycinanie intronów z mRNA, składanie ostatecznego transkryptu, wybór miejsca terminacji transkrypcji, zmiana sekwencji nukleotydów

-translacja- przepisywanie kodu w mRNA na aminokwasy

-potranslacyjna modyfikacja białka-dołączanie czynników niebiałkowych, nadanie białku odpowiedniej struktury

II.

Sposoby naprawy uszkodzeń DNA:

1. enzym polimeraza DNA "beta"

2. reperacja fotoenzymatyczna =>naprawy po działaniu promieni UV

3. reperacja przez wycinanie => naprawa uszkodzeń bez pęknieć lańcucha DNA

4. reperacja postreplikacyjna =>związana z fazą S

5. naprawa proreplikacyjna => matylowana adenina

6. system SOS => system indukcyjny (zwiększający zdolności naprawcze)

7. białko p53 => p53 koduje enzym wytwarzający nowe nukleotydy, które są potrzebne do naprawy DNA. Ten enzym działa w jądrze komórkowym, jeśli brak jest tego białka to enzymy naprawcze mogą wycinać z DNA uszkodzone nukleotydy, ale już nie mogą ich zastąpić prawidłowymi nukleotydami

Sposoby naprawy DSB (pęknięć dwuniciowych DNA)

1. rekombinacja homologiczna HRR => najlepszy system podobny do naprawy postreplikacyjnej

2. rekombinacja niehomologiczna NHEJ =>modyfikacja końców nici DNA i łączenie

3. wydłużanie pojedynczej nici SSA =>występuje tam gdzie występują sekwencje powtarzalne

Wymień i krótko omów czynniki, które mogą wpływać na zmianę ekspresji genów.

To już było?

Co rozumiemy pod pojęciem zmienności genetycznej? Wymień i omów czynniki wpływające na zmienność genetyczną.

Różnice genetyczne między osobnikami, często warunkujące zmienność cech w populacji.

Czynniki wpływające na zmienność genetyczną to:

-mutacje- prowadzą do powstania nowych genów, innych układów w obrębie chromosomu lub między chromosomami

-rekombinacje- są wynikiem segregacji chromosomów i crossing over, oraz losowego łączenia się gamet zróżnicowanych genetycznie, co jest przyczyna powstawania różnych genotypów

-współdziałanie miedzy genami

Podaj definicję i wyjaśnij znaczenie praw Mendla- podaj wszystkie znane Ci sytuacje, w których może dojść do odstępstw od tych praw.

Czystości gamet- Do gamety wchodzi po jednym allelu z każdej pary alleli( z każdego locus)
Niezależnej segregacji cech- Przy krzyżowaniu organizmów różniących się między sobą więcej niż jedną cechą, allele należące do różnych par , łączą się niezależnie

Prawa Mendla nie działają w przypadku genów:

na autosomach
genów sprzężonych
oddziaływań nieallelicznych

*addytywne(sumujące się)

*dopełniające się(uzupełniające)

*epistatyczne(hamujące)

Jakie znasz źródła zmienności genetycznej - krótko je omów.

-mutacje- genomowe (zmiany w liczbie całych genomów, lub pojedynczych chromosomów-poznanie za pomocą metod obserwacji mikroskopowej), chromosomowe (naruszenie budowy chromosomów-poznanie za pomocą metod analizy mikroskopowej) i genowe(zmiany w budowie genu-poznanie za pomocą metod molekularnych). Są przyczynami powstawania nowych genów, innych układów w obrębie chromosomu lub między chromosomami.

-trzystopniowa rekombinacja w mejozie- chromosomowa (podczas rozchodzenia się do przeciwległych biegunów komórki powstają jądra komórkowe zawierające kombinacje chromosomów pochodzenia ojcowskiego i matczynego, przy czym chromatydy tych chromosomów mogą być już zrekombinowane), chromatydowa (do przeciwległych biegunów komórki rozchodzą się chromatydy, które mogą być zrekombinowane lub mieć układ alleli pochodzenia ojcowskiego lub matczynego) i wewnątrz chromatydowa (podczas crossing over powstają chromatydy składajace się z fragmentów ojcowskich i matczynych). Sa przyczyną powstawania różnych genotypów.

-współdziałanie między genami- czynniki takie jak dominacja, kodominacja, oddziaływanie epistatyczne

II.

Źródła zmienności genetycznej:

Zmienność- jest to różnorodność wartości lub jakości cech obserwowana wśród osobników.

ZMIENNOŚĆ

0x08 graphic
0x01 graphic

Zmienność fenotypowa- wszelkie różnice uzewnętrzniające się między zwierzętami. Powstaje ona genetycznego wyniku różnic genetycznych między zwierzętami(zmienność genetyczna) oraz oddziaływania zróżnicowanych warunków środowiskowych(zmienność środowiskowa). Może na nią również wpływać zmienność wynikająca z wzajemnego współdziałania genotypów genetycznego warunkami środowiskowymi.

Podstawą genetycznego doskonalenia zwierząt jest zmienności genetyczna. Jej źródła to mutacje i rekombinacje genetyczne oraz w mniejszym stopniu współdziałanie między genami.

Natomiast jej składnikami są: zmienność addytywna, odchylenie nominacyjne i odchylenie epistatyczne.:

Mutacje prowadzą do powstania nowych genów, innych układów w obrębie chromosomu lub między chromosomami.

Rekombinacje są wynikiem segregacji chromosomów crossing oper-są przyczyną powstawania różnych genotypów.

Zmienność addytywna spowodowana jest niejednakowym sumującym efektem działania alleli z loci poligonów, które kontrolują występowanie danej cechy;

Zmienność nominacyjna jest powodowana nominacyjnym współdziałaniem genów warunkujących cechę;

Zmienność epistatyczna- jest powodowana nieallelicznum współdziałaniem genów- epistazą np. białe upierzenie kur rasy leghorn i whiterock.

Zmienność środowiskowa wynika z różnorodnych warunków środowiskowych oddziałujących na zwierzęta stale np. czynniki klimatyczne lub okresowo np. żywienie, sposób utrzymania, efekt matki pre i postnatalny.

Podstawowe zagadnienia , którymi zajmuje się genetyka to dziedziczenie i zmienność. Jakie znasz działy genetyki - wykaz jak w każdym z nich realizowane są te zagadnienia.

-Klasyczna-dział zajmujący się materialnymi podstawami dziedziczenia

-Cytogenetyka-zajmuje się rolą chromosomów w dziedziczeniu i zmienności

-Biochemiczna i fizjologiczna- sterowanie procesami biochemicznymi. Syntezą białek, enzymów, metabolizmem komórki.

-Molekularna- Mechanizm dziedziczenia na poziomie chemicznym

-Immunogenetyka- ochrona organizmu przed infekcjami i chorobami na poziomie genetycznym.

-Populacji- sposoby dziedziczenia i zmienności w obrębie populacji

-Behawioru- genetyczne uwarunkowanie zachowań i upodobań

II.

Działy genetyki (wykłady!!):

Genetyka klasyczna
Cytogenetyka
Genetyka biochemiczno - fizjologiczna
Genetyka molekularna
Embriogenetyka
Genetyka populacji
Genetyka behawioru
Inżynieria genetyczna
Genomika
Proteomika

Omów budowę DNA i wykaż, w jaki sposób zapewniona jest powtarzalność zapisu genetycznego w kolejnych pokoleniach.

Cząsteczka DNA składa się z 2 owiniętych prawoskrętnie łańcuchów polinukleotydowych- tzw. Podwójna helisa.

Podstawową jednostką budowy jest deoksyrybonukleotyd w którego skład wchodzą:

-zasada azotowa (puryna: adenina, guanina lub pirymidyna: tymina, cytozyna). Są one połączone wiązaniami N-glikozydowymi z C-1' i skierowane do wnętrza helisy. W parze AT są dwa wiązania wodorowe, w parze GC trzy.

-cukier deoksyryboza

-reszta kwasu fosforowego łączące cząsteczki deoksyrybozy wiązaniami fosfodiestrowymi ( między C-5', a C-3').

Powtarzalność zapewniona jest poprzez semikonserwatywną replikację DNA-czyli kopiowanie nici DNA na połowie starej nici i dobudowywania do niej komplementarnych zasad. Poprawność dołączonych zasad sprawdzana jest poprzez szereg procesów i enzymów jak choćby polimeraza DNA..

II.

Budowa DNA:

Cząsteczka DNA składa się z dwóch owiniętych prawoskrętnie wokół siebie łańcuchów polinukleotydowych (podwójna helisa). Podstawową jednostką struktury jest deoksyrybonukleotyd, składający się z: zasady azotowej, cukru deoksyrybozy i reszty kwasu fosforowego. Występują 4 zasady: puryny adenina(A) guanina(G) pirymidynytymina (T) i cytozyna (C).

Ułożenie zasad azotowych w łańcuchach polinukleotydowych podwójnej helisy DNA oparte jest na zasadzie komplementarności tzn. naprzeciw adeniny występuje tymina ( połączone dwoma wiązaniami wodorowymi), a naprzeciw guaniny znajduje się cytozyna (połączone trzema wiązaniami wodorowymi).

Cząsteczki deoksyrybozy połączone są ze sobą poprzez resztę kwasu fosforowego wiązaniami fosforowymi między atomem węgla w pozycji 5' jednej cząsteczki cukru i atomem węgla 3' sąsiedniej cząsteczki deoksyrybozy.

Cząsteczki zasad azotowych połączone są wiązaniami N-glikozydowymi z atomami węgla w pozycji 1', cząsteczki deoksyrybozy są skierowane do wnętrza podwójnej helisy.

Powtarzalność zapisu genetycznego w kolejnych pokoleniach możliwa jest dzięki replikacji.

Replikacja to proces samoodtwarzania się DNA przebiegający w fazie S cyklu komórkowego i jest niezbędny do przeprowadzenia podziału jądra komórkowego (mitozy bądź mejozy).

Replikacja jest procesem semikonserwatywnym, jednostką jest replikon- odcinek DNA replikowany pod kontrolą pojedynczego miejsca inicjacji replikacji; w każdym miejscu początku replikacji tworzy się `'oczko replikacyjne''. W którym widełki replikacyjne przemieszczają się w przeciwnych kierunkach; synteza DNA może przebiegać tylko w jednym kierunku- od końca 5' do końca 3'. Synteza jednej nici ma charakter ciągły, drugiej w sposób nieciągły fragmentami Okazaki, replikacja sterowana jest przez duże, wieloenzymatyczne kompleksy.

Enzymy biorące udział w replikacji: topoizomeraza, helikaza, polimeraza, polimerazy DNA, ligaza, telomeraza.

Etapy replikacji:

Inicjacja:

Replikacja rozpoczyna się w pojedynczym miejscu inicjacji-,,origin'' (ori). Ponieważ polimerazy DNA nie mogą rozpoczynać syntezy nowych łańcuchów DNA (mogą je tylko wydłużać), do zainicjowania replikacji jest konieczny starter RNA (primer)- krótki odcinek RNA o długości około 5 nukleotydów.

Elongacja:

Widełki replikacyjne przesuwają się wzdłuż nici DNA. Nić wiodąca jest syntetyzowana w sposób ciągły, a opóźniona początkowo powstaje w formie krótkich fragmentów DNA ( fragmenty Okazaki - 100 do 1000 nukleotydów ), łączonych następnie w jedną całość.

Terminacja:

W kolistej cząsteczce DNA komórek prokariotycznych replikacja kończy się, gdy widełki przesuwające się w przeciwnych kierunkach dotrą do miejsca terminacji (sekwencje ter).

Mechanizm syntezy liniowej cząsteczki DNA eukariotycznego oznacza, że koniec 3' nici opóźnionej nie ulega replikacji. Stwarza to lukę na końcu chromosomu, a tym samym skraca dwuniciową część zreplikowanego DNA. W rezultacie chromosomowy DNA po każdej replikacji stawałby się coraz krótszy. W toku ewolucji wytworzyły się mechanizmy pozwalające na utrzymanie długości telomerów na stałym poziomie. Telomery zbudowane są z krótkich, ale wielokrotnie powtarzających się sekwencji. Syntezą końców telomerowych chromosomów steruje enzym zwany telomerazą.

Omów krótko cykl komórkowy i procesy zachodzące w poszczególnucgh jego etapach.

INTERFAZA:

-jeśli komórka nie podejmuje wzrostu po podziale-faza spoczynku

-wzrost komórki(różna długość cyklu)

-Istnieje tzw. Punkt restrykcyjny-zaprogramowana wielkość komórki na której kończy się faza wzrostu.

-Intensywne procesy syntezy białek

S-synteza (8h)

-replikacja nici DNA i synteza histonów: replikacja zawsze zaczyna się w miejscach zwanych replikonami, lecz u eukariota jest ich o wiele więcej niż u prokariota. Replikacja zaczyna się od syntezy starterów DNA ( prymaza u prokariota i polimeraza u eukariota). Od rozpoczęcia proces replikacji zachodzi w obu kierunkach- na jednej nici w sposób ciągły (znacznie więcej błędów!), a na drugiej w sposób opóźniony

-przygotowanie do podziału.

G1-S- trwa sprawdzanie poprawności DNA, jeśli wykryto mutacje proces jest zatrzymywany do czasu usunięcia uszkodzeń

G2 (4h)

-koniec replikacji- rozłączenie zreplikowanych nici, wycinanie startera

-przygotowania do profazy- odbudowywanie telomerów

M-PODZIAŁ (1h):

-po każdym podziale nastepuje skracanie opóźnionej nici DNA- dlatego każda komórka ma okresloną ilość podziałów. Przede wszystkim skracane są telomery

-Mejoza- synteza, I podział mejotyczny i drugi podział mejotyczny (mitoza)

G2-M- sprawdzanie czy replikacja jest w pełni zakończona( oprócz centromeru)

II.

Cykl komórkowy:

Można go podzieli ć na fazy:G0,G1.S,G2 i podział jądra komórkowego.

W interfazie cyklu komórkowego wyróżnia się:

Fazę G1: czas trwania tej fazy jest najbardziej zmienny spośród wszystkich faz cyklu i wynosi na ogół od kilku do kilkunastu godzin; charakteryzuje się intensywnymi procesami anabolicznymi, ilość przypadających na komórkę makrocząsteczek (białek, różnych klas RNA) wzrasta, co prowadzi do zwiększenia masy i objętości komórki;
Fazę S: przez zastosowanie znakowanej izotopami tymidyny można badać czas jej trwania, i ssaków trwa około 7 godzin; jest to faza programowanej syntezy DNA; poza ta programowaną istnieje też nieprogramowana synteza tej substancji- dotyczy ona niewielkich odcinków DNA, jest następstwem uszkodzeń nici DNA i nie jest związana z cyklem komórkowym
Fazę G2: trwa zazwyczaj kilka godzin; ważnym procesem zachodzącym w tej fazie jest synteza tubuliny, białka wchodzącego w skład wrzeciona podziałowego; tubulina we wczesnej profazie polimeryzuje, wytwarzając mikrotubule wrzeciona podziałowego. W fazie tej odbywa się także intensywna produkcja składników potrzebnych do odtwarzania błon otoczki jądrowej i plazmolemmy komórek w telofazie i cytokinezie

Wykres:

0x01 graphic

Podział jądra komórkowego: mitoza.

Podziały mitotyczne umożliwiają wzrost organizmu i regenerację jego tkanek. Ich biologicznym zadaniem jest dostarczanie nowych komórek, wyposażonych dokładnie w taki sam materiał genetyczny, jaki miała komórka macierzysta. Mitoza jest procesem ciągłym, którego każdy etap przechodzi płynnie w etap następny. Podzielono ją na 4 główne fazy: profazę, metafazę, anafazę i telofazę.

W profazie z chromatyny formują się chromosomy: długie nici chromatynowe ulegają spiralizacji, wskutek czego skracają się i grubieją. Kondensacja nici chromatynowych zapobiega splątywaniu się ich podczas wędrówki do komórek potomnych. Po odpowiednim wybarwieniu można w mikroskopie świetlnym zaobserwować podwojone chromosomy(podwojenie nastąpiło w interfazie): dzięki spojeniu centromerem chromatyd siostrzanych chromosomy przybierają teraz zbliżony do litery X.

Pod koniec profazy zanikają jąderko i otoczka jądrowa,a pary centrioli rozchodzą się do przeciwległych biegunów komórki. Zaczyna też powstawać wrzeciono podziałowe.

W metafazie pary centrioli docierają do przeciwległych biegunów, a pomiędzy nimi ostatecznie formuje się wrzeciono podziałowe. Chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki, a do ich centromerów przyczepiają się po 2 mikrotubule w taki sposób,że każda z chromatyd siostrzanych jest połączona za pomocą mikrotubuli z przeciwległym biegunem komórki.

W anafazie zanikają siły utrzymujące łączność pomiędzy dwiema chromatydami w rejonie centromeru i ostatecznie dzieli się on na dwie części; od tej chwili każda z chromatyd siostrzanych staje się odrębnym chromosomem. Nowo powstałe chromosomy, ciągnięte przez skracające się mikrotubule, przemieszczają się do przeciwległych biegunów.

W telofazie wokół chromosomów zgrupowanych po przeciwnych stronach komórki odtwarza się otoczka jądrowa, chromosomy ulegaja dekondensacji, zanika wrzeciono podziałowe i uwidacznia się jąderko. Mitoza kończy się z chwilą uformowania się dwóch jąder potomnych.

Cytokineza, czyli rozpoczynający się już w telofazie proces podziału cytoplazmy, polega na wytworzeniu przegrody dzielącej nowo powstające komórki: błon komórkowych u zwierząt oraz błon i ścian komórkowych u roślin. W komórkach zwierzęcych cytokineza przebiega inaczej niż w komórkach roślinnych. U zwierząt cytokineza polega na stopniowym pogłębianiu się przewężenia w płaszczyźnie równikowej komórki macierzystej, postępującego od brzegów ku wnętrzu komórki.

Znaczenie mitozy:

Komórki potomne powstające w wyniku mitotycznego podziału jądra komórkowego, każda jest wyposażona w ten sam zestaw chromosomów
Służy namnażaniu się komórek, niezbędnemu do wzrostu
Możliwość regeneracji zużytych lub uszkodzonych komórek
Umożliwia bezpłciowe rozmnażanie

Redukcyjny podział jądra komórkowego: mejoza.

Mejoza występuje w cyklu życiowym organizmów rozmnażających się płciowo. Polega na dwóch kolejno po sobie następujących podziałach jądra komórki diploidalnej, nazywanych pierwszym i drugim podziałem mejotycznym (mejoza I i II). W ich wyniku powstają cztery potomne komórki haploidalne.

MEJOZA I:

Najdłuższą fazą I-go cyklu podziałowego jest:

PROFAZA I-podzielona na 5 stadiów:

leptoten (stadium cienkich, lepkich nici)-pojawiają się cienkie, gładkie i nieco splątane nici chromosomów
zygoten (stadium sinaspis), czyli koniugacji chromosomów zwanych homologicznymi. Jeden z danej pary pochodzi od matki, drugi od ojca. Ułożona równolegle para tworzy biwalent, powstają u człowieka 23 biwalenty. Pod koniec zygotenu syntetyzowane jest intensywnie białko enzymu endonukleazy, zdolne do przecięcia spirali DNA w środkowych rejonach cząsteczki.
pachyten (stadnium grubych nici)- stopniowa kondensacja chromosomów biwalentnych prowadzi do i 4-krotnego skrócenia w porównaniu z leptotenem. W stadium tym uwidacznia się dwoista struktura chromosomu- składającego się z dwóch chromatyd połączonych centromerem. Zachodzi tutaj crossing-over -konsekwencją czego jest powstawanie chiazm, czyli połączenie w miejscu, w których nastąpiła wymiana.
diploten- w tym czasie chromosomy homologiczne w biwalentach oddzielaja się od siebie ..czasem c.o. kończy się dopiero w tym stadium.
diakineza- chromosomy w biwalentach skracają się i grubieją. Chiazmy przesuwają się wzdłuż biwalentów ku ich końcom. Diakineza kończy się tzw. Stadium kontrakcji, w którym zanika jąderko i otoczka jądrowa. Biwalenty zostają zepchnięte w obszar środkowy komórki.

METAFAZA I: rozwijające się od leptotenu włókna wrzeciona podziałowego przyłączają się do centromerów i układają całe biwalenty w płaszczyźnie równikowej. Stopniowy skurcz włókien prowadzi do rozrywania wszystkich chiazm. Pęknięcie ostatniej z nich jest oznaką końca tej fazy. Jest to najkrótsze stadium pierwszego podziału.

ANAFAZA I: skracające się włókna wrzeciona kariokinetycznego odciagają chromosomy homologiczne do przeciwległych biegunów komórki. Tak więc,z każdego biwalentu jeden chromosom wędruje do jednego bieguna, a drugi do drugiego. W momencie kiedy grupy chromosomów osiągają maksymalne oddalenie anafaza kończy się.

TELOFAZA I- wokół grup chromosomów odtwarzana jest otoczka jądrowa, pojawia się także jąderko. Chromosomy częściowo ulegają despiralizacji. Następuje cytokineza.

Bilans I-go podziału:

powstały 2 jednojądrowe komórki
każda z komórek posiada losowo segregowane, po jednym z każdej pary, chromosomy. Oznacza to zmniejszenie liczby chromosomów z 2n do n
częśc chromosomów zawiera chromatydy zrekombinowane
każdy chromosom w jądrach potomnych jest podwójny, składa się z dwóch chromatyd. Zmniejszona została liczba ,,c'' z 4c do 2c
Mamy w każdym jądrze po n chromosomów ale są one podwójne

MEJOZAII:

PROFAZA II- jest krótka i w obu jądrach potomnych jest identyczna. Sygnalizuje ją grubienie chromosomów i wzmożone tworzenie włókien wrzeciona kariokinetycznego. Pod koniec, w stadium kontrakcji, zanikają i pękają ooczki jądrowe

METAFAZA II- wrzeciono podziałowe ustawia chromosomy w płytce metafazowej i zaczyna rozrywać centromery. Rozerwanie ostatniego centromeru oznacza koniec tej fazy

ANAFAZA II- do przeciwległych biegunów wędrują teraz połówki wszystkich chromosomów, czyli chromatydy, albo chromosomy potomne. U człowieka każda zwędrujących grup składa się z 23 pojedynczych chromosomów. Zwykle w tym czasie zaczyna się w każdej komórce cytokieza- powstają 4 komórki

TELOFAZA II- w tym czasie wokół każdej z czterech grup chromosomów odtwarzana jest otoczka jądrowa. Pojawiają się jąderka, a chromosomy ulegają despiralizacjiciekawostka( nie dotyczy to plemników wyższych kręgowców)

Bilans II-go podziału:

Zwiększenie liczby jąder potomnych
Utrzymanie, zmniejszonej po pierwszym podziale do n, liczby chromosomów we wszystkich komórkach
Zmniejszenie ilości DNA z 2c do c, poprzez podział chromosomów na chromatydy

Komórki potomne posiadają pojedyncze chromosomy typu niezrekombinowanego(rodzicielskie) i zrekombinowanego (wymieszane).

W jaki sposób przebiega kontrola cyklu komórkowego i jakie mogą być skutki utraty kontroli nad tym procesem.

Chekpoint- Miejsca gdzie cykl może ulec zatrzymaniu I G1-S (trwa sprawdzanie poprawności DNA, jeśli wykryto mutacje proces jest zatrzymywany do czasu usunięcia uszkodzeń), II G2-M (sprawdzanie czy replikacja jest w pełni zakończona - oprócz centromeru)

Białka P53- oddziaływuje z czynnikami transkrypcji. Aktywnie zatrzymuje cykl i kieruje komórke do procesu naprawy. Łączy się z regulatorowym regionem genu p21

Apoptoza- kontrolowana śmierć komórki, jeśli nie da się naprawić DNA. Degradacja białek i DNA

Czynnik RDP- białko kontrolujące zewnetrznie cykl komórkowy. Jeśli białko jest defosforylowane to komórka wchodzi w fazę G1, jeśli fosforylowane to w faze S.

Skutkami utraty kontroli nad tym procesem mogą być mutacje, nowotwory., a w najlepszym przypadku zahamowanie cyklu komórkowego lub apopatoza ( jeśli nie uracono kontroli w całym cyklu kontroli)

Wykaz rolę punktów kontrolnych w cyklu komórkowym.

II.

Komórka jest nieustannie narażona na czynniki środowiskowe uszkadzające DNA i hamujące replikację DNA. Mechanizmem obronnym jest bardzo skomplikowana sieć dróg sygnalizacyjnych, zapewniająca skoordynowane uruchomienie procesów naprawy DNA i zatrzymanie przechodzenia komórki przez cykl komórkowy. Zapobiega to powieleniu uszkodzeń w procesie replikacji a także przekazaniu uszkodzeń komórkom potomnym.
Obecnie uważa się, że uszkodzenia DNA są rozpoznawane przez białka czujnikowe(Rad9, Rad1 i Hus1), co zapoczątkowuje sygnał alarmowy, przenoszony na przekaźniki, mające charakter kinaz typu PI3-K. Kinazy te (ATM, ATR) fosforylują białka efektorowe. Zależnie od rodzaju uszkodzeń i kontekstu komórkowego drogi sygnalizacyjne mogą powodować:
- rekrutację składników układów naprawy DNA do miejsc uszkodzonych,
- aktywację apoptozy,
- hamowanie transkrypcji,
- aktywację układów kontrolujących przechodzenie komórki przez określone punkty cyklu komórkowego.
Pierwszym z nich jest granica faz G1/S. W większości komórek uszkodzenie DNA powoduje fosforylację białek Tp53 i mdm2, co prowadzi do zwiększenia stabilności Tp53, jego tetrameryzacji i działania w charakterze czynnika transkrypcyjnego. Wśród genów, których transkrypcja zostaje pobudzona, jest gen kodujący białko p21/Waf1/Cip1 (CDKN1), inhibitor kinaz cyklinozależnych, kluczowy dla zahamowania wejścia komórki w fazę S.
Jeżeli komórka w momencie uszkodzenia znajduje się w fazie S, ważnym efektorem, modyfikowanym przez Atm jest nibryna (Nbs1), stanowiąca część kompleksu Mre11-Rad 50-Nbs1 działającego w naprawie pęknięć podwójnoniciowych. Mutacja tego białka powoduje, że pomimo uszkodzenia DNA, replikacja DNA postępuje i komórka przechodzi przez fazę S bez opóźnienia. Innymi efektorami są kinaza Chk2 i Brca1, białko o wielu funkcjach, często zmutowane w raku piersi.

Kolejny punkt kontrolny zlokalizowany jest w fazie G2. Najważniejszym efektorem jest kinaza Chk1, aktywowana przez Atm lub Atr w sposób swoisty dla typu uszkodzenia. Chk1 fosforyluje i inaktywuje fosfatazę Cdc25. Dzięki temu nie następuje aktywacja kinazy p34/Cdc2, niezbędnej do wejścia komórki w mitozę. Równolegle, Tp53 hamuje transkrypcję genów kodujących Cdc2 i cyklinę B1, wzmacniając blok w fazie G2.

Niezbędne do zatrzymania komórki w punktach kontrolnych są także niektóre białka czujnikowe. Przytoczone przykłady ilustrują przeplatanie się funkcji niektórych białek w drogach naprawy DNA i regulacji cyklu komórkowego, jak również wskazują, że komórka dysponuje zapasowymi mechanizmami zatrzymywania w cyklu komórkowym, co jest podstawą komórkowego "bezpieczeństwa i higieny pracy". Inhibitory przeciwdziałające tym mechanizmom uczulają na czynniki uszkadzające i sprzyjają wystąpieniu niestabilności genetycznej, istotnemu czynnikowi w procesie nowotworzenia.

Czym różnią się mutacje genomowe i chromosomowe - wymień ich rodzaje i omów ich skutki.

I Genomowe- zmiany w liczbie całych genomów lub pojedynczych chromosomów

-euploidia- zmiana liczby genomów w komórce

Skutki: są to mutacje letalne . Nie spotukane w okresie pourodzeniowym

-aneuploidia- spowodowane nieprawidłowościami w przebiegu podziałów komórkowych (w segregacji chromosomów do przeciwległych biegunów komórki) Trisomia i monosomia

Skutki: Wiekszość letalna lub prowadząca do poważnych wad rozwojowych. Tylko aneuploidia chromosomów płci nie prowadzą do poważnych wad rozwojowych, ale prowadza do niepłodności

II Chromosomowe- zaburzenie liczby, wielkości i kształtu chromosomów, a także wielkości poszczególnych prążków.

-układ zrównoważony- nie nastąpiła zmiana ilości informacji genetycznej

-układ niezrównoważony- zmiana ilości informacji genetycznej

*translokacja-wymiana niewielkich fragmentów lub powstanie małego chromosomu ( pomiedzy dwoma chromosomami)

*fuzja centryczna-pękniecie dwóch chromosomów i połaczenie ich wiekszych fragmentów w jeden

*inwersje-odwrócenie fragmentu chromosomu o 180 stopni.

*delecje- wypadnięcie fragmentu chromosomu

*duplikacje- podwojenie fragmentu chromosomu

Skutki: 1. obniżona plennośc i zaburzenia płodności 2. zaburzenie rozwojowe i zwiększona śmiertelność 3. podatność na nowotwory 4 Czasem w prowadzenie fuzji może poprawic plenność !

II.

MUTACJE CHROMOSOMOWE (aberracje) STRUKTURALNE:

W każdym chromosomie kolejnośc ukłądu genów wzdłuż chromosomu jest stała. Wszelkie zmiany w układzie genów w chromosomach stanowią strukturalne mutacje chromosomowe.

Aberracje wewnątrzchromosomowe:

Delecja- utrata odcinka chromosomu

Duplikacja-podwojenie odcinka chromosomu

Inwersja- odwrócenie odcinka chromosomu o 180 stopni

Aberracje międzychromosomowe:

Translokacja- przemoszczenie odcinka chromosomu do innego, niehomologicznego chromosomu

Fuzja centryczna (translokacja robertsonowska)- 2 chromosomy akrocentryczne pękają w pobliżu centromeru, a następnie uszkodzenie to zostaje niewłaściwie naprawione

Tandem fuzja- podobna do fuzji centrycznej, powstaje po nieprawidłowej naprawi pęknięć w dwóch chromosomach.

Przykłady chorób: zespół ,,miauczenia kota''- delecja ramion krótkich chromosomu 5.

MUTACJE CHROMOSOMOWE (aberracje) LICZBOWE (genomowe) :

Normalna liczba chromosomów w zygocie jest określona jako diploidalna(2n). Jest ona charakterystyczna i stała dla danego gatunku. Aberracje liczbowe powstają najczęściej w wyniku nondysjunkcji (nierozejścia się) par chromosomów w czasie podziałów. Odchylenia od liczby diploidalnej zasadniczo można podzielić na dwie kategorie:

Euploidie- następuje zwielokrotnienie całego genomu(3n, 4n, 5n), powstają organizmy o poliploidalnej liczbie chromosomów; przyczyną powstawania poliploidów jest brak rozdziału chromosomów w mitozie, dzięki czemu powstaje jądro o podwojonej liczbie chromosomów;również, jeśli w mejozie chromosomy nie zostaną rozdzielone, powstają gamety o niezredukowanej diploidalnej liczbie chromosomów' z połączenia dwóch gamet o 2n chromosomów powstanie tetraploid 4n, jeśli tylko jedna gameta będzie zawierała 2n, druga będzie normalna, powstanie triploid 3n.

Euploidy (poliploidy)

0x08 graphic

Aneuploidie- powstają w wyniku zwiększenia lub zmniejszenia diploidalnej liczby chromosomów o pojedyncze chromosomy, a nie całe genomy; mutacje tego typu powstają zazwyczaj na skutek nierozejścia się paty chromosomów w mejozie, czyli tzw. Nondysjunkcji albo utraty chromosomu w anafazie.

Dzielimy je na: hipoaneuploidy: 2n-1-monosomiki, 2n-2- nullisomiki; hiperaneuploidy: 2n+1- trisomiki, 2n+2- tetrasomiki.

Trisomiki są bardziej żywotne niż monosomiki. W populacji ludzkiej nie spotyka się nullisomików i tetrasomików, są one letalne.

Przykłady chorób: zespół Downa- trisomia 21 pary chromosomów, zespół Pataua- trisomia 13 pary chromosomów, zespół Edwardsa- trisomia 18 pary, zespół Klinefeltera- u osobników męskich z kariotypem 47 XXY, zespół Turnera- u kobiet niskiego wzrostu kariotyp 45 X.

Jakie znasz źródła mutacji genowych- omów je i wykaż rodzaje mutacji jakie mogą wywołać.

*Promieniowanie

-UV- dimery pirymidynowe TT blokujące replikację DNA (tranzycja)

-promieniowanie alfa, beta i gamma- działają poprzez jonizację cząsteczki, rozrywanie wiązań chem i tworzenie wolnych rodników

*chemiczne

-kw azotowy- działa podobnie jak analogi zasad powodując ich deaminację.

-związki alkilujące- metylowanie lub etylowanie zasad w kw. Nukleinowych

-barwniki akrydynowe- deformują podwójną helise DNA wnikając między zasady

-analogi zasad- mogą być wbudowane w DNA (insercja)

-niektóre wirusy- insercja

-wolne rodnik- pękanie obu nici DNA

II.

Mutacje to nagłe i trwałe zmiany w informacji genetycznej. Dzieli się je na genowe genomowe i chromosomowe.

MUTACJE GENOWE (PUNKTOWE):

Mutacją genową albo punktową nazywamy każdą zmianę sekwencji nukleotydów w obrębie genu inną od sekwencji nukleotydów genu wyjściowego. Rozpatrując mutacje na poziomie struktury DNA, wyróżnia się następujące zmiany w sekwencji nukleotydowej DNA danego genu:

1)tranzycję

2)transwersję

są to substytucje.

3)delecja(wypadnięcie)

4)insercja(addycja-wstawienie)

pojedynczej lub lub większej ilości par nukleotydów do DNA danego genu.

Rozpatrując mutacje genowe na poziomie zmian powstających w składzie aminokwasowym polipeptydu kodowanego przez dany gen, można wyróżnić następujące typy mutacji:

Mutacja zmiany sensu
Mutacja nonsensowna
Mutacja niema (milcząca)
Mutacja zmiany fazy (ramki) odczytu.

Każda delecja lub insercja liczby nukleotydów niepodzielnej przez 3 powoduje,że następuje niezgodne z pierwszą fazą odczytywanie kodonów w procesie translacji. Powstający peptyd posiada wtedy od miejsca mutacji niewłaściwie włączone aminokwasy.

Wywołują je:

przemiany metaboliczne zachodzące w komórkach
promieniowanie jonizujące (np.Roentgena), które powoduje zmiany struktury zasad lub rozrywanie mostków wodorowych między zasadami w DNA
promieniowanie nadfioletowe- intensywne pochłanianie przez DNA, indukujące zmiany w zasadach pirymidynowych, np. ich dimeryzację lub rozrywanie podwójnej helisy DNA..najczęstszymi mutacjami powstałymi pod wpływem działania UV są tranzycje i transwersje, rzadko powstają mutacje zmiany odczytu
hydroksylamina wywołująca zmianę cytozyny na pochodną uracylu, co prowadzi do tranzycji CT
kwas azotowy powodujący deaminację zasad w DNA i RNA. Na przykład na skutek deaminacji cytozyny powstaje uracyl, który podczas replikacji przyłącza adeninę zamiast guaniny, komplementarnej do cytozyny
związki alkilujące, które dzięki posiadanym grupom etylowym, metylowym lub bardziej złożonym powodują alkilację zasad w kwasach nukleinowych
barwniki akrydynowe- np. proflawina,oranż akrydynowy,akryflawina,które wnikają między zasady w łańcuchu DNA,powodując deformację podwójnej helisy DNA
analogi zasad- np. 5-bromouracyl,analog tyminy oraz 2-aminopuryna analog adeniny,które mogą być wbudowywane w DNA przez polimerazę podczas replikacji

Rodzaje mutacji genowych:

polimorfizm fragmentów DNA RFLP- wynii mutacji punktowych w obrębie eksonu i intronu-polega na pojedynczej zmianie sekwencji nukleotydów w w określonym genie.

Na poziomie polipeptydu:

mutacje typu zmiany sensu- na skutek tranzycji lub transwersji kodon dla jakiegoś aminokwasu zostaje zamieniony na kodon dla innego aminokwasu
typu nonsens (mutacja stop)- na skutek tranzycji lub transwersi kodon dla jakiegoś aminokwasu zostaje zamieniony na jeden z trzech kodonów nonsensownych UAG, UAA, UGA, które nie kodują aminokwasówsygnał STOP; przykłady: cytrulinemia u bydła rasy holsztyńsko-fryzyjskiej, schorzenie DUMPS-jest przyczyna zamierania zarodków,a w konsekwencji zmniejszenia płodności krów
zmiany fazy odczytu- na skutek delecji lb insercji jednej lub kilku par nukleotydów
typu delecja lub insercja aminokwasu- delecja lub insercja trzech par nukleotydów stanowiących kodon dla aminokwasu w łańcuchu DNA powoduje najczęściej utratę lub dodanie jednego bądź kilku aminokwasów w białku kodowanym przez dany gen;przykład typu delecja aminokwasu: mukowiscydoza, typu insercja aminokwasu: choroba Huntingtona uludzi
mutacje zachodzące podczas obróbki posttranskrypcyjnejzaburzenia w procesie wycinania intronów powstanie nieprawidłowego mRNAkonsekwencją jest synteza zmienionego białka

Mutacje jednego z genów:

fenyloketonuria
kretynizm tarczycowy
tyrozynaza
alkaptonuria
albinizm

Wyjaśnij dlaczego częstość zachodzących mutacji w komórce jest znacznie większa niż jest realnie wykrywana.

Większość mutacji jest zaraz wykrywana i naprawiana przez systemy naprawy, lub też niszczona przez odpowiednie enzymy i procesy.

Trzeba też zaznaczyć, ze nie wszystkie mutacje powodują zmiany w składzie aminokwasowym polipeptydu, gdyż większość aminokwasów jest kodowana przez 2 lub nawet 6 trójek. Mutacje zauważalne fenotypowo stanowią jedynie mały odsetek zachodzących w DNA. Reszta mutacji, nie powodująca żadnych zmian w produkcie genowym to tzw. Ciche podstawienia.

Krótko omów poznane sposoby reperacji uszkodzeń DNA.

Polimerazy- już podczas replikacji sprawdzana jest poprawność nici. U bakterii polimeraza I i II, a u eukariota polimeraza beta. U bakterii występuje też holoenzym e którym podjednostka epsilon spełnia role korektora błędów poczynionych podczas replikacji

DBS

rekombinacja homologiczna HRR (praktycznie bezbłędna
rekombinacja niehomologiczna NHEJ(zmiana inf. lub jej utrata)
wydłużenie pojedynczej nici SSA (zmiana inf. genetycznej lub jej utrata)

procesy te wymagają udziału wielu białek obejmujących wykrywanie uszkodzeń, przekazywanie sygnałów o nich, zapoczątkowywanie i zakończenie reakcji naprawczej

II.

Reperacja uszkodzeń DNA:

Naprawa bezpośrednia (przez wycinanie) NER : polega na wycinaniu nukleotydu (usuwane są duże uszkodzenia) bądź zasady, uszkodzonej przez promieniowanie jonizujące i czynniki alkilujące. Przebieg: odpowiedni enzym rozpozanaje uszkodzenienastępuje nacięcie DNA po obu stronach uszodzeniausuwanie jednoniciwego, kilku- lub kilkunastonukleotydowy fragment tego uszkodzenia jest usuwanywypełnienie przezrwy przez polimerazęscalenie nici DNA przez ligazę

Zwykle uszkodzenia nici transkrybowanej usuwane są 2 lub 3 razy szybciej niż uszkodzenia nici kodującej.

Naprawa pośrednia: zachodzi po zreplikowaniu uszkodzonego DNA; najlepiej poznana u bakterii E.coli, w komórkach zwierzęcych nie jest jeszcze dokładnie poznany. Występuje kompleks enzymatycznyrozpoznaje zmiany konformacyjne nowo replikowanego DNA(efekt niekomplementarności zasad) kompleks odróżnia nowo zsyntetyzowaną nić DNA od nici matrycowejnastępuje wycięcie niewłaściwie wstawionych nukleotydów i uzupełnienie powstałych braków komplementarnymi nukleotydami.

24.Wyjaśnij jaką rolę pełnią telomery.

Telomery - jest to fragment chromosomu , który zabezpiecza go przed uszkodzeniem podczas kopiowania. Telomer skręca się podczas każdego podziału komórki ,obliczają czas jego śmierci. Telomery chronią organizm przed powstaniem nowotworów, ale za to powodują proces starzenia. Ma 4 zasadnicze funkcje:

1.Odwrotne końce chromosomu przed uszkodzeniem lub nieprawidłową rekombinacją.

2. Umożliwienie całkowitej regulacji chromosomu.

3. Nadzorowanie ekspresji genów.

4. Wspomaganie organizacji chromosomów w trakcie podziałów komórki.

II.

II.

Telomer- to element strukturalny chromosomu zapewniający mu stabilność. Każdy chromosom ma dwa telomery umiejscowione na jego końcach. W każdej komórce człowieka występują w sumie 92 telomery. Telomer zbudowany jest z kilku tysięcy zasad nukleinowych i związanych z nimi białek. Sekwencja składająca się na telomer człowieka zbudowana jest z nukleotydów: TTAGGG .Telomer nie zawiera żadnych genów i nie koduje żadnych białek.

W miarę posuwania w stronę środka chromosomu sekwencje stają się coraz bardziej różnorodne, aż stają się unikatowe i bardzo złożone i zaczynają kodować białka. Są to pierwsze geny, tzw. geny okołotelomerowe. Długość telomeru zależy od wieku organizmu.

Funkcje telomeru :

# ochronę końca chromosomu przed uszkodzeniem lub nieprawidłową rekombinacją,

# umożliwienie całkowitej replikacji chromosomu,

# nadzorowanie ekspresji genów,

# wspomaganie organizacji chromosomów w trakcie podziałów komórki.

Dodatkowo, jak wynika z wcześniejszych rozważań, telomer spełnia rolę zegara komórkowego. Być może również ułatwia ustawianie się parami chromosomów homologicznych. Dwie pierwsze funkcje są niezbędne dla bezbłędnego dziedziczenia. Pozostałe umożliwiają kontrolowany dostęp do genów. W związku z problemem replikacji końca, kluczowe znaczenie ma oczywiście funkcja druga. Bez systematycznego skracania telomerów redukcji musiałby ulegać obszar kodujący, a to oczywiście prowadziłoby do zniszczenia i utraty genów. Trzecia funkcja - nadzorowanie ekspresji genów leżących w pobliżu końca chromosomu nie została jeszcze w pełni zbadana. Faktem jest, że skracanie telomeru wywołuje zmiany ekspresji genów.

25. Symptomy starzenia się komórki

Apoptoza to zaprogramowana śmierć komórki - dzięki temu mechanizmowi usuwane są zużyte lub uszkodzone komórki. Można ją przyrównać do zaplanowanego samobójstwa komórki w organizmie wielokomórkowym mające na względzie dobro całego organizmu. W odróżnieniu od martwicy, gdzie dochodzi do uszkodzenia jakimś zewnętrznym czynnikiem, apoptoza jest zjawiskiem naturalnym w rozwoju i życiu organizmów. Termin apoptoza wprowadzono w 1972 roku i z greckiego oznacza nie śmierć komórki ale opadanie liści i kwiatów.

Apoptoza, w odróżnieniu od nekrozy, polega na kurczeniu się komórki poprzez utratę wody. Szybkie zmiany w jądrze komórkowym mają charakter zorganizowany - chromatyna jądrowa ulega kondensacji, a DNA zostaje pocięte przez endonukleazy. Następuje dezintegracja cytoszkieletu. W procesie apoptozy organelle komórkowe pozostają jednak nienaruszone. Są one usuwane z komórki wraz z fragmentami chromatyny w tzw. ciałkach apoptycznych, pęcherzykach powstałych w wyniku zmian w strukturze błony komórkowej. W większości przypadków są one następnie fagocytowane przez komórki żerne. Wyjątkiem są np. ciałka apoptyczne soczewki oka, które zawierają zamiast cytoplazmy z organellami białko krystalinę. Apoptoza nie wywołuje stanu zapalnego.

Czynnikami powodującymi apoptozę mogą być:

bodźce fizjologiczne - np. niedobory hormonów, czynników wzrostu;
występowanie cytokin - cząsteczki produkowane przez układ immunologiczny, np interferon;
oddziaływania międzykomórkowe - na skutek przekazywania błędnych informacji o podziałach komórkowych.
limfocyty cytotoksyczne (np. przy odrzuceniu przeszczepu)
uszkodzenie komórek

Odzwierciedleniem rosnącego zainteresowania badaniami nad apoptozą było przyznanie Nagrody Nobla z fizjologii lub medycyny w roku 2002. Otrzymali ją Sydney Brenner, H. Robert Horvitz i John E. Sulston za ich odkrycia z dziedziny genetycznej regulacji organogenezy i zaprogramowanej śmierci komórki.

26. Porównaj budowę DNA i RNA - wymień poznane rodzaje RNA i podaj ich funkcje w komórce.

DNA - składa się z dwóch owiniętych prawoskrętnie wokół siebie łańcuchów polinukleotydowych. Podstawową jednostką jest deoksyrybonukleotyd, w którego skład wchodzą : zasada azotowa, cukier deoksyryboza i reszta kwasu fosforowego. W DNA występują 4 zasady azotowe : A,G,T,C. Cząsteczki deoksyrybozy połączone są przez resztę kwasu fosforowego wiązaniami fosfodiestrowymi. Cząsteczki zasad azotowych połączone są wiązaniami N-glikozydowymi. Łańcuchy polinukleotydowe są przeciwnie spolaryzowane (naprzeciw jednego końca 3' znajduje się koniec 5'drugiego końca łańcucha)

RNA- zbudowany jest z pojedynczych łańcuchów polinukleotydowych, w których zamiast deoksyrybozy występuje ryboza, a zamiast zasady pirymidynowej - tyminy występuje uracyl.

Rodzaje RNA:

Rybosomowy (rRNA) wraz z białkami tworzy strukturę rybosomów i uczestniczy w prowadzeniu translacji. W jąderku zlokalizowane są 4 rodzaje rRNA: 5,8S , 18S , 28S pre-rRNA (a5S) i 4S rRNA.
Transportujący (tRNA) zaangażowany jest w dostarczanie aminokwasów do rybosomów. Struktura tRNA jest bardzo charakterystyczna przypomina liść koniczyny.
Informacyjny (mRNA) powstają podczas transkrypcji genów ulegających ekspresji w komórce ( posiada „informacje genetyczną”).
Niekodujący (ncRNA) bierze udział w procesie wycinania intronów z pre-mRNA, modyfikacji nukleotydów, a także regulacji ekspresji genów.

27. Omów budowę chromosomu - wskaż na rolę poszczególnych jego elementów.

Chromosomy są zbudowane są z chromatyny, która składa się z DNA i śladowych ilości RNA. Chromatynę dzielimy na euchromatynę („luźną”) w niej zawarte są właściwe informacje genetyczne. Znajduję się w chromatydach. Drugim rodzajem jest heterochromatyna konserwatywna (zawsze silnie skondensowana, brak genów) i heterochromatynę fakultatywną (może ulec rozluźnieniu). Znajduję się w centromerze , telomerach i satelicie

. 0x01 graphic

Telomery - ochrona końca chromosomu przed uszkodzeniem Kub nieprawidłową rekombinacje, umożliwienie całkowitej replikacji chromosomu, nadzorowanie ekspresji genów. Wspomaganie organizacji chromosomów w trakcie podziału komórki.
Chromatydy - w czasie podziału mitotycznego lub w czasie mejozy rozchodzą się dając początek nowym homologicznym chromosom.

Chromatyda jest kopią chromosomu powstająca w wyniku replikacji DNA, które miejsca ma przed każdym podziałem mitozy i mejozy.

Centromer- jest to przewężenie do którego wiążą się mikrotubule wrzeciona kariokinetycznego „centrum ruchu” stanowi miejsce połączeń chromatyd.
Przewężenie wtórne.
Satelita - tu w końcowych stadiach mitozy odtwarzane są jąderka.

29. Rodzaje RNA i funkcje:

Źródło: Tablice biologiczne, praca zbiorowa pod redakcją Witolda Mizerskiego, Wydawnictwo Adamantan, Warszawa 2004

0x01 graphic

Rodzaj	Występowanie^a	Długość^b	Rodzaje w komórce	Budowa	Rola
hnRNA (heterogenny RNA)	jądro	od 100 do 1 mln	setki -tysiące	pojedynczy łańcuch polirybonukleotydowy o różnej długości, częściowo skompleksowany z białkami w różnego rodzaju ziarnistości i włókna (m.in. tzw. informosomy)	poddany obróbce (cięciu) daje mRNA i wędruje do cytoplazmy
mRNA (informacyjny, matrycowy RNA)	cytoplazma	od 100 do 1 mln			setki- tysiące		matryca w procesie syntezy polipeptydów (białek)
rRNA (rybosomowy RNA)	jądro, jąderka, rybosomy	120- 4500	3^d lub 4^e (patrz niżej)	struktura przestrzenna skomplikowana: obszary dwuniciowej spirali oraz obszary łańcuchów jednoniciowych	aktywny udział w procesie syntezy białek
tRNA (przekaźnikowy, transportujący RNA)	cytoplazma^c	75-85	ok. 30-60	krótki łańcuch zwinięty tak, że odcinki dwuniciowe splecione w helisę są oddzielone jednoniciowymi pętlami (w rzucie przypomina liść koniczyny, patrz rys.)	przenośnik aminokwasów w procesie syntezy białek
snRNA (mały jądrowy RNA)^f	jądro, jąderko, cytoplazma	60-400	dziesiątki?	krótkie odcinki RNA, przypuszczalnie jednoniciowe	udział w składaniu rybosomów, obróbce RNA
miRNA (mikroRNA)	jądro, jąderko, cytoplazma		ok. 22	setki?	krótkie odcinki jednoniciowego RNA	regulacja? walka z wirusami?
Wirusowy IRNA	niektóre wirusy	kilka tys.	przeważnie jeden^g	jednoniciowy, rzadziej dwuniciowy, w znacznym stopniu zwinięty w kształt kłębka	nośnik informacji, matryca do syntezy białek
^a Dotyczy eukariontów; ^b wyrażona jako liczba zasad (nukleotydów); ^c także cytoplazma w chloroplastach i mitochondriach; ^d u prokariontów; ^e u eukariontów; ^f w jądrze; w jąderku występuje snoRNA — mały jąderkowy RNA, a w cytoplazmie sncRNA — mały cytoplazmatyczny RNA; ^g dotyczy oczywiście tylko komórek zakażonych.

30.Mechanizmy naprawy uszkodzeń DNA

A) Sposoby naprawy uszkodzeń DNA:

1. enzym polimeraza DNA "beta"

2. reperacja fotoenzymatyczna =>naprawy po działaniu promieni UV

3. reperacja przez wycinanie => naprawa uszkodzeń bez pęknieć lańcucha DNA

4. reperacja postreplikacyjna =>związana z fazą S

5. naprawa proreplikacyjna => matylowana adenina

6. system SOS => system indukcyjny (zwiększający zdolności naprawcze)

7. białko p53 => p53 koduje enzym wytwarzający nowe nukleotydy, które są potrzebne do naprawy DNA. Ten enzym działa w jądrze komórkowym, jeśli brak jest tego białka to enzymy naprawcze mogą wycinać z DNA uszkodzone nukleotydy, ale już nie mogą ich zastąpić prawidłowymi nukleotydami

B) Sposoby naprawy DSB (pęknięć dwuniciowych DNA)

1. rekombinacja homologiczna HRR => najlepszy system podobny do naprawy postreplikacyjnej

2. rekombinacja niehomologiczna NHEJ =>modyfikacja końców nici DNA i łączenie

3. wydłużanie pojedynczej nici SSA =>występuje tam gdzie występują sekwencje powtarzalne Uwaga!!! punkt 7 wzięty z internetu

31. Wykaż różnice w sposobie naprawy DNA między systemem naprawy przez wycinanie a naprawą postreplikacyjną.

System naprawy przez wycinanie - NER (ang. Nucleotide Excision Repair), jest to bezpośredni sposób naprawy DNA. Polega on na wycinaniu nukleotydu (usuwane są duże uszkodzenia) bądź zasady, uszkodzonej przez promieniowanie jonizujące i czynniki alkilujące. Proces ten przebiega tak, że po rozpoznaniu uszkodzenia specyficzny enzym (zależna od ATP endonukleaza) nacina nić DNA po obu stronach uszkodzenia, następnie jednoniciowy, kilku- lub kilkunastonukleotydowy fragment z uszkodzeniem jest usuwany. Powstała przerwa jest wypełniana przez polimerazę, a nić DNA jest scalana przez ligazę. W komórce funkcjonują dwa rodzaje NER: jeden polega na naprawie nici transkrybowanej genów aktywnych transkrypcyjnie, drugi polega na naprawie pozostałej części genomu, czyli nici kodującej i DNA nieaktywnego transkrypcyjnie. Zwykle uszkodzenia nici transkrybowanej usuwane są dwa lub trzy razy szybciej niż uszkodzenia nici kodującej.

Naprawa postreplikacyjna, to naprawa pośrednia DNA, która ma miejsce po zreplikowaniu uszkodzonego DNA. Zmiany konformacyjne nowo replikowanego DNA, będące efektem niekomplementarności zasad, rozpoznaje kompleks enzymatyczny (poznany u bakterii E. coli). Kompleks ten odróżnia nowo zsyntetyzowaną nić DNA od nici matrycowej i dokonuje wycięcia niewłaściwie wstawionych nukleotydów oraz uzupełnia powstałe braki komplementarnymi nukleotydami.

32. Które z typów uszkodzeń DNA- pęknięcia nici pojedynczej czy pęknięcia nici podwójnej są trudniejsze do naprawy? Jakie mechanizmy naprawy są w tedy włączane?

Pęknięcia nici pojedynczej mogą być łączone bezpośrednio przez ligazę DNA.

Złamania dwuniciowe, które są najgroźniejsze dla komórki naprawiane są przez rekombinację. Wyróżniamy:

• Niehomologiczne łączenie końców (Non-Homologous End Joining, NHEJ): generuje błędy, dominuje u ssaków i w fazie G0/G1

• Homologiczna rekombinacja (Homologous Recombination, HR): nie powoduje zmian w DNA, dominuje u drożdży i w fazach S i G2

• Białka rozpoznające dwuniciowe złamania DNA inicjują zarówno naprawę DNA, jak również inicjują sygnał o uszkodzeniu DNA w celu zatrzymania cyklu komórkowego

• Pierwszymi białkami lokalizującym dwuniciowe złamanie DNA jest kompleks MRN (Mre11-Rad50-Nbs1; u drożdży Mre11-Rad50-Xrs2), który niezależnie promuje naprawę przez NHEJ i HR

33.Co to markery genetyczne? Wymień ich rodzaje i krótko scharakteryzuj ich rolę w hodowli zwierząt.

Marker genetyczny to cecha jakościowa, uwarunkowana w sposób prosty, tzn. przez jedną parę alleli, przydatna do celów analizy genetycznej. Przydatność markera zależy od tego, czy jest on polimorficzny, co zachodzi wówczas, gdy w populacji występują przynajmniej dwa allele w locus danego markera.

Markery zostały podzielone na dwie klasy. Klasa I obejmuje klasyczne markery, czyli sekwencje kodujące - geny. Polimorfizm tych markerów wykrywany jest poprzez analizę produktów genów (metody serologiczne i technika elektroforezy białek) lub badanie DNA tych genów (metody RFLP, SSCP). Klasa II markerów to sekwencje niekodujące. Wśród nich najważniejsze miejsce zajmują tandemowo powtarzające się sekwencje mikrosatelitarne, a w mniejszym stopniu sekwencje minisatelitarne. W tym przypadku mają zastosowanie tylko badania oparte na elektroforezie DNA.

Można wyróżnić jeszcze grupę markerów związanych z polimorfizmem chromosomowym, który jest wykrywany za pomocą technik prążkowego barwienia chromosomów. Polimorfizm chromosomowy dotyczy przede wszystkim wielkości bloków heterochromatyny konstytutywnej oraz obszarów jąderkotwórczych.

Markery genetyczne znajdują zastosowanie w pracy hodowlanej między innymi w kontroli pochodzenia, ocenie wartości genetycznej zwierząt pod kątem cech użytkowych i selekcji pośredniej, tzw. MAS (ang. Marker Assisted Selection), ocenie zmienności genetycznej wewnątrz i między populacjami (liniami) oraz szacowaniu dystansu genetycznego.

Kontrola pochodzenia u zwierząt od wielu lat jest prowadzona na podstawie układów grupowych krwi i polimorficznych białek, czyli markerów genetycznych klasy I. Podstawą tej kontroli jest to, że potomek dziedziczy jeden allel z każdego locus od ojca, drugi od matki. Zatem w przypadku grup krwi nie może on mieć antygenu erytrocytarnego, którego nie stwierdzono u jednego z rodziców. Do kontroli pochodzenia najlepsze są układy grupowe, w których występuje wiele antygenów.

Ponieważ kontrola pochodzenia na podstawie polimorfizmu antygenów erytrocytarnych (grup krwi) i polimorficznych białek surowicy krwi nie zawsze stwarza możliwość jednoznacznego wskazania pary rodzicielskiej, coraz częściej stosowane są do tego celu markery genetyczne klasy II. Daje to możliwość wykorzystania znacznie bardziej precyzyjnych kryteriów analizy genetycznej. Można wyróżnić dwie podstawowe metody do kontroli pochodzenia. Jedna jest oparta na polimorfizmie minisatelitarnym (podstawa metody „odcisku palca” DNA), druga na polimorfizmie mikrosatelitarnym.

Sekwencje mikrosatelitarne są bardzo pomocne w analizie genetycznego tła cech ilościowych. Cechy użytkowe (ilościowe) są determinowane przez wiele genów o małym efekcie każdego z nich, dlatego identyfikacja ekspresji tych genów jest znacznie utrudniona. Prowadzone są badania w celu znalezienia takich genów, które mają znaczący wpływ na kształtowanie się cech użytkowych. Analiza asocjacji między markerami mikrosatelitarnymi a cechami ilościowymi jest pierwszym krokiem do identyfikacji genów „ważnych”, czyli istotnych z hodowlanego punktu widzenia.

Niektóre cechy występują tylko u jednej płci lub nie można ich zmierzyć przyżyciowo. Cechy takie mogą być doskonalone jedynie poprzez selekcję pośrednią. Rozwój technik molekularnych przyczynił się do opracowania metody selekcji pośredniej nazwanej MAS. W metodzie tej kryterium wyboru zwierzęcia jest jego genotyp w locus markera genetycznego wykazującego asocjację z doskonaloną cechą użytkową.

Markery genetyczne, głównie klasy II, są również pomocne w doskonaleniu niektórych cech jakościowych. Przykładem tego jest wykorzystanie markerów mikrosatelitarnych do identyfikacji obecności w genotypie heterozygotycznym recesywnego allelu rogatości u bydła. Jest to cecha dziedzicząca się z dominacją całkowitą, której fenotyp jest taki sam u osobnika homozygotycznego i heterozygotycznego. Posiadanie rogów jest cechą negatywną tak w aspekcie dobrostanu, jak również intensywnej hodowli. Coraz więcej uwagi poświęca się genetycznemu uwarunkowaniu bezrożności i możliwości prowadzenia selekcji w tym kierunku. Locus polled kontroluje bezrożność/rogatość u bydła. Identyfikacja nosicieli genu p może być przeprowadzana za pomocą analizy polimorfizmu sprzężonych z tym genem markerów genetycznych.

Polimorfizm markerów genetycznych jest wykorzystywany w badaniach nad odpornością/podatnością zwierząt na różne choroby i zaburzenia genetyczne, dzięki czemu nosiciele niekorzystnych alleli mogą być wykrywani, zanim wystąpią objawy chorobowe.

Markery genetyczne są także niezwykle przydatne w szacowaniu stopnia zinbredowania (homozygotyczności) poszczególnych populacji (linii), w analizie podobieństw i różnic między populacjami i ustalaniu dystansu genetycznego między nimi. Szacowanie dystansu genetycznego i wybór ras, które cechuje duża zmienność genetyczna, służy zachowaniu biologicznej różnorodności zwierząt gospodarskich. Z kolei ocena zmienności genetycznej między populacjami (liniami) ułatwia wybór optymalnego wariantu krzyżowania, a w krzyżowaniu towarowym uzyskanie maksymalnego efektu heterozji, ujawniającego się głównie zwiększeniem wydajności cech użytkowych zwierząt.

34.Podaj kilka przykładów genów głównych i ich wykorzystanie w hodowli zwierząt.

Gen główny, to inaczej gen o dużym efekcie. Identyfikowany jest wówczas, gdy u przeciwstawnych homozygot różnice wartości genotypowej cech wynoszą co najmniej jedno standardowe odchylenie. Przykłady genów głównych:

Gen hormonu wzrost GH;

U bydła locus GH znajduje się w chromosomie 1. Wykazano istotny wpływ polimorfizmu w tym locus na wydajność krów ras mlecznych.

U bydła mięsnego gen hormonu wzrostu wpływa na cechy użytkowości mięsnej. Wspólnie z genem czynnika wzrostu insulinopodobnego 1 odgrywa on istotną rolę w kształtowaniu tempa wzrostu i składu tuszy. Hormon wzrostu reguluje rozwój mięśni, oddziałuje na proces starzenia się i reprodukcję oraz na odpowiedź immunologiczną organizmu.

U świni wykazano wpływ hormonu wzrostu na zwiększenie masy mięśni z równoczesnym zmniejszeniem otłuszczenia, a także na poprawę wykorzystania paszy i przyrosty dzienne masy ciała.

Geny główne u trzody chlewnej:

Gen receptora rianodyny

Autosomalny recesywny allel (gorączki złośliwej) tego genu jest najlepiej poznanym genem o dużym efekcie u trzody chlewnej. Zlokalizowany jest w chromosomie 6. w wyniku działania tego genu zwiększa się podatność świń na stresy, powodowane transportem, warunkami termicznymi i niektórymi czynnikami chemicznymi. Następstwem miopatii stresowych są niekorzystne zmiany fizykochemiczne w organizmie, prowadzące do pogorszenia jakości mięsa - odbarwienie i nieprzyjemny zapach. Jednocześnie gen ten ma dodatni wpływ na niektóre cechy związane z użytkowością mięsną, jak zawartość tuszy i powierzchnia oka polędwicy. Parametry tych cech są najkorzystniejsze u zwierząt heterozygotycznych, będących nosicielami zmutowanego allelu. Zwierzęta takie są więc dobrym materiałem do tuczu.

Diagnostyka wrażliwości świń na stres za pomocą testu molekularnego umożliwia eliminowanie z hodowli osobników podatnych. W pracy hodowlanej należy prowadzić kojarzenia tak, aby wykorzystać zalety genotypu heterozygotycznego.

Gen „kwaśnego mięsa” - gen podjednostki γ kinazy białkowej aktywowanej przez AMP.

Wpływa na zawartość glikogenu w tkance mięśniowej. W genie tym stwierdzono 7 mutacji, ale tylko tranzycja GA w kodonie 200, powodująca zmianę argininy w glicynę w łańcuchu polipeptydowym, warunkuje cechę kwaśnego mięsa. U nosicieli zmutowanego allelu stwierdza się dwukrotnie większą zawartość glikogenu w mięśniach (zwłaszcza w szynce).

Gen wpływający na wielkość miotu (ESR)

Zlokalizowany w chromosomie 1 locus genu receptora steroidowego hormonu płciowego estrogenu - ESR może mieć istotny wpływ na wielkość miotu. Jeden z alleli tego genu, występujący w chińskiej plennej rasie mishan, wykazuje związek z wielkością miotu i może być uważany za gen główny kontrolujący tę cechę. Lochy mające w swym genotypie dwie kopie tego genu dają mioty większe o 1 do 1,4 prosięcia żywo urodzonego w porównaniu z lochami nie mającymi tego genu.

Gen ten nie wykazuje plejotropowo negatywnego działania na inne, ekonomiczne cechy, jak wzrost i grubość słoniny na grzbiecie.

Geny główne u bydła:

Geny białek mleka

Do genów głównych o szczególnym znaczeniu dla wyników ekonomicznych hodowli bydła należą geny białek mleka: κ-kazeiny i β-laktoglobuliny. Gen κ-kazeiny zlokalizowany jest w chromosomie 6. Wykazano związek między genami kazein a cechami użytkowości mlecznej (wydajność mleka, białka i tłuszczu). Mleko krów z genem κ-kazeiny typu B ma większą zawartość białka oraz lepszą przydatność do produkcji serów niż mleko z wariantem κ-kazeiny A.

Gen β-laktoglobuliny uważany jest za gen o dużym efekcie, gdyż określony wariant tego białka, podobnie jak κ-kazeiny, wpływa na wydajność mleka i jego składników. Mleko zawierające β-laktoglobulinę B różni się od mleka z wariantem A większą zawartością suchej masy, tłuszczu i kazein oraz lepszą przydatnością technologiczną.

Gen hipertrofii mięśniowej (MH)

Hipertrofia mięśniowa występująca u niektórych ras bydła mięsnego (belgijskiego, błękitnego i asturiana) determinowana jest zmutowanym allelem genu miostatyny (locus w chromosomie 2). Bezpośrednim następstwem ekspresji tego allelu jest zwiększona zawartość chudego mięsa w tuszy oraz jego lepsze właściwości dietetyczne, spowodowane zmniejszoną ilością tłuszczu tkanki łącznej. Dlatego cecha ta jest preferowana przez hodowców zarówno hodowli czystych ras, jaki i ich mieszańców. Obecność zmutowanego allelu w genotypie ma jednak także niekorzystne następstwa. Należą do nich: opóźnienie okresu dojrzałości płciowej u osobników obu płci, zmniejszona zdolność rozpłodowa - u buhajów mniejsze stężenie hormonów płciowych w osoczu krwi, mniejszy obwód i masa jąder, natomiast u krów dłuższa ciąża. Pomimo ujemnych następstw, cecha ta jest w niektórych krajach utrwalana w hodowli bydła typu mięsnego.

Geny główne u owiec:

Gen hipertrofii mięśniowej (CLPG)

U owiec występuje mutacja powodująca hipertrofię mięśniową, która jest związana ze wzrostem masy mięśni o około 32% i zmniejszeniem zawartości tłuszczu o około 8% oraz lepszym wykorzystaniem paszy.

Gen wysokiej plenności (BMPR-IB) u owiec rasy merynos booroola.

Obecność nawet jednej kopii genu w genotypie maciorki powoduje znaczny wzrost stopnia owulacji (w konsekwencji zwiększa jej plenność o około 1 jagnię w miocie). W niektórych krajach czynione są próby wprowadzenia tego genu do ras miejscowych i wykorzystania go w programach intensyfikacji produkcji żywca jagnięcego.

35.Jakie znasz markery genetyczne I klasy a jakie II klasy? Wskaż ich rolę w hodowli i genetyce.

Markery genetyczne klasy I:

antygeny erytrocytarne, czyli mówimy tu o układach grupowych krwi,
antygenowe determinanty białek surowicy krwi, czyli allotypy immunoglobulin, czy też allotypy lipoprotein,
białka polimorficzne występujące w osoczu krwi, erytrocytów, mleka, białka jaj ptaków,
antygeny leukocytarne oraz powierzchniowe komórek jądrzastych, czyli antygeny głównego układu zgodności tkankowej (Major Histocompatibility Complex - MHC).

Markery genetyczne klasy II:

Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych DNA (Restriction Fragment Length Polymorphisms - RFLP),
Minisatelitarny polimorfizm DNA w postaci zmiennej liczby tandemowych powtórzeń (Variable Number of Tandem Repeats - VNTR),
Mikrosatelitarny polimorfizm DNA w postaci krótkich tandemowych powtórzeń (Short Tandem Repeats - STR),
Polimorfizm losowo amplifikowanych fragmentów DNA (Random Amplifield Polymorphic DNA - RAPD).

36. Jakimi kryteriami kierujesz sięw ocenie czy dana cecha dziedziczy się autosomalnie czy jest sprzężona z płcią?

(nad tym jeszcze pracuje)

37. Jaki wpływ na zmienność ma rodzaj uwarunkowania genetycznego danej cechy?

Rodzaj uwarunkowania genetycznego danej cechy ma wpływ na zmienność genetyczną, a co za tym idzie również na zmienność fenotypową organizmu. Ze względu na rodzaj uwarunkowania genetycznego cechy możemy mówić o:

Zmienności dominacyjnej

Jest to część zmienności genetycznej, która jest powodowana nominacyjnym współdziałaniem genów warunkujących cechę. Efekt dominacji przejawia się nieaddytywnym zróżnicowaniem wartości między osobnikiem heterozygotycznym, w którego genotypie funkcjonuje jeden gen dominujący, i osobnikami homozygotycznymi - dominującym i recesywnym. Np.

P Genotypy: PP x PP P Pp x Pp

Fenotypy: bezrogi x bezrogi bezrogi x bezrogi

F1 Genotypy: PP F1 PP Pp pP pp

Fenotypy: bezrogi bezrogi rogaty

Osobniki fenotypowo identyczne (bezrogie), ale różniące się pod względem założeń genetycznych (homo- i heterozygotyczne) dadzą potomstwo różniące się nie tylko pod względem genotypu, ale także fenotypu (bezrogie i rogate).

Zmienności epistatycznej

Jest składową zmienności genetycznej powodowaną nieallelicznym współdziałaniem genów - epistazą. Przykładem epistatycznego działania genów jednej pary alleli na geny innej pary jest białe upierzenie kur rasy leghorn i whiterock. Barwa upierzenia u tych ras warunkowana jest dwiema parami alleli: C-c (wystąpienie barwy) oraz I-i (blokada wytwarzania melaniny, upierzenie białe). Z krzyżowania osobników o białym upierzeniu, należących do tych ras, uzyskuje się mieszańce biało upierzone. W pokoleniu F2 wystąpią natomiast osobniki zarówno białe, jak i barwnie upierzone.

P Genotypy: CCII (leghorn) x ccii (whiterock)

Fenotypy: biały x biały

F1 Genotypy: CcIi

Fenotypy: biały

F2 Genotypy: CCII CcII CCIi CcIi ccII ccIi ccii CCii Ccii

Fenotypy: białe barwne

Zmienności addytywnej

Jest to zmienność spowodowana niejednakowym sumującym efektem działania alleli z loci poligenów, które kontrolują występowanie danej cechy.

Zmienność tą może zobrazować przykład, w którym hipotetycznie przyjęto, że nieśność kur warunkowana jest trzema parami alleli z różnych loci. Kury o genotypach „pozytywnych” AABBCC są zdolne do produkcji 240 jaj rocznie, natomiast o genotypach zawierających allele neutralne aabbcc - do produkcji 120 jaj rocznie. Założono również, że efekty genów A, B i C są identyczne i każdy z tych genów zwiększa nieśność o 20 jaj. Koguty o genotypach AABBCC, mające założenia genetyczne warunkujące nieśność 240 jaj rocznie, skrzyżowano z kurami o genotypach aabbcc, niosącymi 120 jaj rocznie.

AABBCC x aabbcc

Uzyskane w pokoleniu F1 potomstwo było heterozygotyczne (AaBbCc), czyli miało założenia genetyczne warunkujące nieśność 180 jaj rocznie.

U potomstwa w pokoleniu F2 nastąpiło rozszczepienie, uzyskano 64 genotypy, warunkujące 7 poziomów nieśności (fenotypów cechy).

38. Wyjaśnij różnice jakie są miedzy genetyką a genomiką. Jak uważasz, która z wymienionych dziedzin może wnieść więcej informacji w rozwój nauki?

Genetyka [gr. genétēs < génesis `narodzenie', `pochodzenie'], nauka zajmująca się badaniem dziedziczności i zmienności organizmów. Za twórcę genetyki jest uważany G. Mendel, który sformułował podstawowe prawa przekazywania cech dziedzicznych. Różne gałęzie genetyki zajmują się miedzy innymi: badaniem chemicznych podłoży dziedziczności, budowa chromosomów i ich związkiem z przekazywaniem genów oraz badaniem mechanizmów dziedziczności w odniesieniu do populacji.

Rozwój technik sekwencjonowania DNA oraz możliwości obróbki komputerowej uzyskiwanych sekwencji spowodował powstanie nowej gałęzi biologii molekularnej, zwanej genomiką. Genomika bada podobieństwa i różnice sekwencji DNA całych genomów: zarówno w obrębie tego samego genomu jak i pomiędzy genomami należącymi do różnych gatunków. W ten sposób można śledzić zmiany, jakie dokonywały się w przeszłości na poziomie DNA i które były przyczyną powstawania nowych gatunków.

Pragnąc ustalić ewolucyjne pokrewieństwo genów bada się głównie podobieństwa pomiędzy sekwencjami aminokwasów w różnych białkach, gdyż na skutek zdegenerowania kodu genetycznego sekwencje na poziomie DNA mogą różnić się w znacznie większym stopniu i może to utrudnić śledzenie pokrewieństw. Współczesna genomika wprowadziła do genetyki dwa nowe pojęcia: paralogi (są to geny wykazujące podobieństwo sekwencji w obrębie konkretnego genomu jakiegoś gatunku) i ortologi (są to geny o podobnych sekwencjach występujące u różnych gatunków).

Po zsekwencjonowaniu genomu drożdży okazało się, że na ok. 6300 genów aż ok. 24% stanowią ortologi genów człowieka. Świadczy to o tym, że w trakcie ewolucji wiele domen białkowych zostało wytworzonych bardzo wcześnie i że nadal funkcjonują one w najbardziej podstawowych procesach metabolicznych u organizmów o bardzo małym stopniu pokrewieństwa.

Uważam, że genomika jest dziedziną, która może wnieść więcej informacji w rozwój nauki. W roku 2001 opublikowano całą sekwencję genomu człowieka, prace nad tym projektem trwały ponad 10 lat. W przyszłości, kiedy sekwencjonowanie będzie tańsze i szybsze, możliwe stanie się ustalanie tzw. profilu genetycznego każdego pacjenta. Na tej podstawie będzie można prognozować prawdopodobieństwo wystąpienia określonych chorób i odpowiednio wcześnie leczyć.

Genomika umożliwia także śledzenie jeszcze jednego procesu, który wydaje się odgrywać rolę w ewolucji — horyzontalnego transferu genów. Polega on na nabywaniu genów od innego gatunku. Proces ten znany jest u bakterii, gdzie przenoszenie DNA może się dokonywać za pośrednictwem plazmidów, wirusów lub procesu pobierania DNA ze środowiska.

Ustalenie w roku 2001 pełnej sekwencji genomu człowieka przyniosło kilka niespodziewanych informacji. Liczba genów okazała się znacznie mniejsza od spodziewanej — wynosi bowiem ok. 35-40 tys. Co więcej, sekwencje kodujące białka, czyli geny sensu stricte, zajmują jedynie 1,5% całego genomu. Ustalenie sekwencji genów nie jest oczywiście równoznaczne z poznaniem funkcji kodowanych przez nie białek. Jest to dopiero początek badań nad genomami i najbliższe lata przyniosą z pewnością wiele fascynujących odkryć.

39. Porównaj organizację DNA jądrowego i mitochondrialnego.

Zbiór informacji genetycznej zawartej w gamecie składa się z DNA jądra komórkowego oraz DNA mitochondrialnego (mtDNA). Ponieważ długość cząsteczki mtDNA jest niezmiernie mała w porównaniu z DNA haploidalnego zestawu chromosomów (mtDNAok.1000 kopii x 16000 par zasad, podczas gdy DNA jądrowe ok. 2 x 3mld par zasad), to do DNA jądrowego można odnosić pojęcia genomu.

W obrębie genomu występują zarówno sekwencje kodujące, czyli geny, jak i sekwencje niekodujące. Zdecydowanie przeważają sekwencje niekodujące, które stanowią około 97% całego DNA. Sekwencje niekodujące dzielą się na: sekwencje niepowtarzające się, introny i sekwencje powtarzalne. Sekwencje powtarzalne dzieli się na dwie podstawowe grupy. Pierwsza z nich to sekwencje powtarzające się tandemowo. Ich cechą charakterystyczną jest to, że dana sekwencja nukleotydów występuje w wielu miejscach genomu, ale w każdym z tych miejsc (loci) sekwencja ta powtarza się wielokrotnie w układzie tandemowym (jeden za drugim).. Ponadto sekwencje powtarzające się tandemowo dzielą się na sekwencje mikrosatelitarne (do 10 nukleotydów) i minisatelitarne (powyżej 10 nukleotydów). Drugą grupę sekwencji powtarzalnych stanowią elementy nukleotydowe, które również są rozproszone w wielu miejscach genomu, ale w danym miejscu występuje tylko jedna kopia sekwencji. Sekwencje te dzieli się na dwie grupy, w zależności od długości: SINE (krótkie elementy nukleotydowe) i LINE (długie elementy nukleotydowe). Sekwencje te bardzo często są zlokalizowane w okolicach centromerów. Badania molekularne kompleksów synaptonemalnych wykazały, że sekwencje powtarzające się tandemowo, podobnie jak elementy nukleotydowe, leżą w pobliżu białkowych struktur kompleksów. Może to świadczyć o roli tych sekwencji w kotwiczeniu domen pętlowych DNA w strukturze białkowej kompleksu synaptonemalnego.

DNA występujący w mitochondriach nie jest powiązany z białkami, w odróżnieniu od DNA jądrowego. Prawie cały mtDNA zawiera sekwencje kodujące, a sekwencje powtarzające się tandemowo reprezentowane są bardzo nielicznie. Kolejną cechą charakterystyczną mtDNA jest to, że geny mitochondrialne nie zawierają intronów, co więcej transkrypcji podlegają obie nici DNA, a niektóre geny nawet nakładają się na siebie. Łańcuchy komplementarne, wchodzące w skład cząsteczki mtDNA, różnią się udziałem nukleotydów i dlatego wyodrębnia się łańcuch ciężki (H), który ma większy udział nukleotydów guanylowych - G i tymidylowych - T niż łańcuch lekki (L). W mtDNA występuje jedno miejsce inicjujące transkrypcję. Która przebiega równocześnie, ale w przeciwnych kierunkach, na obu łańcuchach. Struktura mtDNA jest inna niż DNA jądrowego. mtDNA jest kolisty. Jego długość wynosi około 16 tysięcy par zasad (DNA jądrowy - 3mld pz). Większość komórek zawiera od tysiąca do 10 tys. kopii mtDNA. Jedynie w oocytach II rzędu liczba kopii jest wyraźnie większa i sięga ok. 100 tys. Mitochondrialny DNA koduje białka będące składnikami mitochondrialnego łańcucha oddechowego i systemu fosforylacji oksydacyjnej, poza tym 2 rodzaje rRNA i 22 rodzaje tRNA. Całkowita liczba genów w mtDNA wynosi 37. Geny kodujące białka i rRNA są od siebie oddzielone genami kodującymi tRNA. Białka będące podjednostkami enzymów łańcucha oddechowego należą do pięciu kompleksów. Większość białek wchodzących w skład tych kompleksów jest kodowana przez DNA jądrowe, a tylko część przez mtDNA.

40. Porównaj sposób dziedziczenia jądrowego i cytoplazmatycznego.

Dziedziczenie jądrowe, czyli inaczej mendlowskie to dziedziczenie uwarunkowane genami znajdującymi się w chromosomach.

Genetyka mendlowska jako cechę określa właściwość, która jest łatwa do odróżnienia w zespole innych właściwości. Może to być np. barwa umaszczenia, posiadanie lub brak rogów, układy grupowe krwi.

Podstawowe reguły dziedziczenia cech zawarte są w prawach Mendla.

I prawo Mendla, zwane prawem czystości gamet, mówi o tym, że gameta zawiera tylko jeden gen z danej pary alleli. W procesie gametogenezy allele z danej pary rozchodzą się do gamet. Podczas zapłodnienia dochodzi do losowego łączenia się alleli w pary. Potomek dziedziczy zatem jeden allel z danej pary od ojca, drugi natomiast od matki.

II prawo Mendla mówi o niezależnym dziedziczeniu się cech. Oznacza to, że podczas mejozy segregacja alleli jednej pary jest niezależna od alleli drugiej pary. Warunkiem niezależnego dziedziczenia się cech jest umiejscowienie determinujących je genów w różnych parach chromosomów. Również gdy loci genów znajdują się w tym samym chromosomie w dużej odległości od siebie, to ich segregacja jest praktycznie niezależna.

Niektóre cechy nie podporządkowują się jednak dziedziczeniu mendlowskiemu i dziedziczą się różnie, zależnie od kierunku krzyżowania. Wyjaśnieniem tego zjawiska jest obecność DNA poza jądrem komórkowym - w mitochondriach, a także chloroplastach roślin. W związku z tym mamy do czynienia z innym sposobem dziedziczenia, zwanym pozajądrowym lub cytoplazmatycznym.

Dziedziczenie cytoplazmatyczne różni się od jądrowego tym, że materiał genetyczny zlokalizowany jest poza chromosomami, czyli np. w mitochondriom.

Główną cechą odróżniającą te dwa sposoby dziedziczenia jest brak segregacji lub segregacja niemendlowska genów pozachromosomowych i dziedziczenie uniparentalne w dziedziczeniu cytoplazmatycznym. W czasie zapłodnienia udział gamet męskiej i żeńskiej w przekazywaniu cytoplazmy u wielu gatunków nie jest jednakowy. Plemnik zawiera od 50 do 100 mitochondriów, natomiast komórka jajowa ma ich ok. 100 tysięcy. W miarę rozwoju zarodka liczba mitochondriów ojcowskich maleje, tak więc mitochondrialny DNA, w przeciwieństwie do DNA jądrowego, jest przekazywany następnemu pokoleniu wyłącznie przez matkę.

Geny mitochondrialne kodują przede wszystkim enzymy niezbędne do przebiegu procesów zachodzących w łańcuchu oddechowym. Istnieje też związek między polimorfizmem mtDNA a wydajnością mleczną krów oraz masą jagniąt przy urodzeniu, u owiec.

System dziedziczenia cytoplazmatycznego pełni mniejszą rolę niż dziedziczenie jądrowe (mendlowskie) i najczęściej jest mu podporządkowane.

41. Jakie jest pochodzenie cytoplazmatycznego DNA - jakie są na to dowody?

Endosymbioza - to specyficzny rodzaj symbiozy, w którym komórki jednego organizmu żyją wewnątrz komórek lub tkanek drugiego.

Współcześnie uważa się, że mitochondrium, chloroplast (a być może i inne organella eukariotyczne) pochodzą od bakteryjnych endosymbiontów.

Pierwsze Eukarionty (pierwotniaki, rośliny, grzyby i zwierzęta) wykształtowały się w drodze seryjnej endosymbiozy prostszych form. Można zatem przyjąć pogląd, że chloroplasty to dawne bakterie fotosyntezujące, a mitochondria to dawne bakterie tlenowe (lub bakterie fotosyntezujące, które utraciły zdolność do fotosyntezy). Te endosymbionty były wchłaniane przez komórkę gospodarza, lecz nie były trawione. Przeżyły one i rozmnażały się wraz z komórką gospodarza, dlatego też następne pokolenia gospodarzy także zawierały endosymbionty. Między tymi dwoma organizmami powstała zależność mutualistyczna, a ostatecznie endosymbiont utracił zdolność samodzielnego życia poza organizmem gospodarza.

Teoria endosymbiozy (Lynn Margulis, 1970r) głosi, że cytoplazmatyczne organelle: mitochondria i chloroplasty występujące w komórkach eukariotycznych powstały z prokariotycznych endosymbiontów (odpowiednio tlenowych heterotrofów i fototrofów). Dzisiejsza sytuacja to wynik długich lat ewolucji zainicjowanych przez endocytozę (wchłonięcie w całości) ówcześnie żyjących komórek bakteryjnych przez pierwotne komórki eukariotyczne (zawierające jądro). „Zjedzone bakterie” nie uległy strawieniu, lecz przekształciły się w endosymbionty, które zaopatrywały eukarionty w energię (oddychanie tlenowe i fotosynteza), otrzymując w zamian substancje odżywcze i ochronę przed czynnikami środowiskowymi. Z czasem funkcje metaboliczne dostarczane przez symbionty stały się niezbędne dla organizmów gospodarza a część genów kodujących białka uczestniczące w tych procesach przemieściła się do jądra komórkowego. Endosymbionty utraciły zdolność do samodzielnej egzystencji, zamieniając się w organelle komórkowe. Bakterie, które dały początek mitochondriom, to przodkowie dzisiejszych bakterii z rodzaju Paracoecus, należących do grupy - proteobacteria, zaś chloroplasty to potomkowie bakterii z grupy sinic (azywanych cyjanobakteriami), które przeprowadzają fotosyntezę.
Teoria Lynn Margulis znalazła potwierdzenie, gdy okazało się, mitochondria i plastydy mają do dziś na poziomie genetycznym wiele wspólnego ze swymi bakteryjnymi przodkami i że cechuje je znacząca niezależność. Nie powstają one w komórkach de novo, a wyłącznie przez podział już istniejących, mają własną maszynerię biosyntezy białek oraz własny, zdolny do replikacji DNA. Faktem popierającym teorię endosymbiozy jest również posiadanie przez mitochondria i chloroplasty własnych genomów w postaci kolistych cząsteczek DNA (czyli takich jak u bakterii). Ponadto analiza sekwencji tych genomów wykazała szereg cech charakterystycznych dla genomów bakteryjnych. Także obecne w organellach rybosomy wykazują podobieństwo do analogicznych struktur bakteryjnych, a nie do rybosomów eukariotycznych. Również podobne do bakteryjnych są błony otaczające te organelle.

Genomy mitochondrialne i chloroplastowe pochodzą od dwóch niezależnych linii prokariotycznych przodków - czyli organelle te powstały w dwóch niezależnych aktach endosymbiozy.
Inne teorie dotyczące ewolucji komórek eukariotycznych głosi, że mitochondria i chloroplasty rozwinęły się z uwypukleń błony komórkowej, z którą następnie utraciły połączenie i zaczęły funkcjonować jako wyspecjalizowane organelle.

Podsumowując:

chloroplastydy powstały z bakterii fotosyntetyzujących - mają wrażliwość na antybiotyki przeciw bakteriom
chloroplastydy => łączenie rybosomu - część duża pochodziła od bakteriia część mała - od chloroplastydów (oraz odwrotne kombinajce). Pomimo tych łączeń rybosom działał bez zakłóceń.
żadne mitochondrium nie jest w stanie działać same, musi dostać informacje z jądra
występują te same geny na obszarze mitochondrium i w jądrze
mitochondria pochodzą od archebakterii (uproszczenie zawartości genetycznej u gatunków)
mitochondria => teoria pobudzenia egzogennego mitochondrium - bakterie komórkowe pożerały wszystko co stanowiło dla nich pokarm, zaś część zostawiały na zasadzie symbiozy (bakterie nie mają mitochondriów) (koleste DNA podobne jak u bakterii)

42. Podaj przykłady markerów genetycznych wykorzystywanych w hodowli zwierząt.

Markery genetyczne znajdują zastosowanie w pracy hodowlanej między innymi w kontroli pochodzenia, ocenie wartości genetycznej zwierząt pod kątem cech użytkowania i selekcji pośredniej, ocenie zmienności genetycznej wewnątrz i między populacjami oraz szacowaniu dystansu genetycznego.

Kontrola pochodzenia jest prowadzona na podstawie układów grupowych krwi i polimorficznych białek (markerów genetycznych klasy I).

Do kontroli pochodzenia najlepsze sa układy grupowe, w których występuje wiele antygenów, np.

u bydła są to układy B (40 Antygenów [Ag]), C (12 Ag) oraz S (8 Ag)
u świń układy M (12 Ag), E (17 Ag) i L (12 Ag)
u koni układy A (7 Ag), D (17 Ag), P (4 Ag) i Q (3 Ag).

Markery genetyczne klasy II (niekodujące sekwencje DNA) są pomocne w doskonaleniu niektórych cech jakościowych, np. wykorzystanie markerów mikrosatelitarnych do identyfikacji obecności w genotypie heterozygotycznym recesywnego allelu rogatości u bydła.

Markery genetyczne (sekwencje mikrosatelitarne) cech użytkowości mlecznej bydła:

Locus	Cecha - wydajność
BM711	białka, tłuszczu, % tłuszczu
BM2078	tłuszczu
BM3413	mleka, tłuszczu, białka
BM513	mleka, tłuszczu
BM1443	białka, % białka
BM1905	tłuszczu, % białka, % tłuszczu
BM4505	mleka, białka, % tłuszczu
BM203	% białka, % tłuszczu

Cecha

Markery ograniczające region

WZROST:

masa ciała przy urodzeniu

masa ciała od odsadzenia do

osiągnięcia dojrzałości fizycznej

Sw2509-Sw835

S0031-Sw353

Sw905-Sw444

CECHY TUSZY:

długość

grubość słoniny

Sw1057-S0087

Sw263-Sw632

REPRODUKCJA:

długość macicy

liczba urodzonych prosiąt

Sw444-S0086

JM2011-JM1011

Ponadto zastosowanie frekwencji alleli markerów genetycznych klasy I służy do szacowania zmienności genetycznej wewnątrz i między populacjami. Markery genetyczne są również przydatne w szacowaniu stopnia homozygotyczności poszczególnych populacji, w analizie podobieństw i różnic między populacjami i ustaleniu dystansu genetycznego między nimi.

43. Jakie znaczenie mają badania mitochondrialnego DNA. <??>

Umożliwiają one wykrycie chorób przenoszonych przez mitochondrialne DNA, np.:

dziedziczny zanik nerwu oka,
paraliż mięśni wzrokowych,
dystrofia mięśniowa,
choroba Alzheimera.

Defekty mitochondriów: * teoria zarodnikowa, * procesy starzenia, * zaburzenia sprawności cyklu komórkowego, * rozwój chorób nie dziedziczących sie zgodnie z prawami Mendla.

Istnieją 2 teorie:

mutacja mitochondrialnego genu SUV3 - helikazy RNA, odpowiada za polinukleotydową fosforylację, poliadenilację, skracanie telomerów, wzrost wymiany chromatydów, apoptozę, cykl komórkowy
mutacja białkowa laminy A (chromosom 1) tworzący:

filamenty pośrednie w kształtowaniu otoczki wokół jądra,
łączy się z wytworzeniem por błony jądrowej, chromatyny,
związek z regulacją ekspresji genów i regulacją proliferacji komórki.

Mitochondrialne DNA może miećwięcej mutacji niż DNA.

44. Jakie znasz systemy naprawy DNA i z jakimi typami uszkodzeń są one związane?

MECHANIZMY NAPRAWY DNA:

replikacja fotoenzymatyczna (po uszkodzeniu UV),

dostęp światła - enzym fotalazy
akrywacja i wycinanie dimeru
replikacja przez wycinanie (uszkodzenia bez pęknieć łąńcucha DNA):

rozpoznanie uszkodzenia (endonukleazy),
degradacja uszkodzonego odcinka - polimeraza I DNA,
łączenie łańcucha, koniec 5' - ligaza polinukleotydowa,
replikacja postreplikacyjna (związana z fazą S).

Najgroźniejsze dla komórki są pęknięcia dwuniciowe DNA (DSB). Szereg czynników endogennych (wolne rodniki) i egzogennych (promieniowanie jonizujące, czynniki chemiczne) może powodować DSB, które mogą zachodzić na obu niciach w tym samym miejscu lub z przesunięciem. Jeśli nie zostaną naprawione moga prowadzić do fragmentacji DNA, translacji fragmentu chromosomów lub delecji.

Innym źródłem pęknięć DSB mogą być zablokowanie widełek replikacyjnych lub zablokowanieaktywności topoizomeraz kl.II.

3 mechanizmy naprawy DSB:

rekombinacja homologiczna HRR,
rekombinacja niehomologiczna NHEJ,
wydłużanie pojedynczej nici SSA.

Procesy te wymagają udziału wielu białek obejmujących: * wykrywanie uszkodzeń, * przekazanie o nich sygnału, * zapoczątkowanie i zakonczenie reakcji naprawczej.

Szybkość naprawy uszkodzeń DNA zależy od:

struktury przestrzennej B-DNA> L-DNA,
sekwencje zasad,
stopień kondensacji chromatyny,
aktywność transkrypcyjna genów.

Hipotezy mechanizmów wybiórczej naprawy genów aktywnych:

transkrypcja i naprawa DNA przy udziale np. helikazy,
aktywna transkrypcyjnie chromatyna dostępna dla enzymów replikacyjnych.

W jaki sposób zostaje uruchomiony proces transkrypcji.

Pierwszym etapem procesu elongacji ejst transkrypcja, która polega na syntezie informacyjnego mRNA na matrycowej nici DNA.

Transkrypcja rozpoczyna się rozpleceniem podwójnej helisy DNA i przyłączenia polimerazy RNA do sekwencji promotora, która poprzedza część strukturalną genu. Związanie się polimerazy RNA z promotorem jest uzależnione od równoczesnego przyłączenia się w tym miejscu zespołu białek (czynniki transkrypcyjne), które kontrolują przebieg transkrypcji. Łańcuch mRNA (nić sensowna) jest syntetyzowany w kierunku od końca 5' → 3', natomiast matrycowa nić DNA (komplementarna do nici sensownej) jest odczytywana w kierunku 3' → 5'.

46.Co to są geny główne i jak mogą być wykorzystane w hodowli?

Geny główne są to geny, które obok poligenów biorą udział w kształtowaniu cech ilościowych (mleczność, nieśność). Inaczej - wpływają na efekt oddziaływania addytywnego.

Graficzny obraz tej zmienności odbiega od rozkładu normalnego (charakterystycznego dla oddziaływania addytywnego) i może być dwumodalny lub przesunięty, spłaszczony lub nadmiernie uwypuklony.

Geny główne mogą wpływać na kształtowanie różnych cech, dlatego ich wykorzystanie w pracy hodowlanej jest bardzo szerokie i różne u poszczególnych gat. zwierząt hodowlanych.

Przykładem jest gen hormonu wzrostu GH (homozygotyczny dominujący), który:

U bydła mlecznego wpływa na większą wydajność mleczną o 382 +/- 18,5 kg
U bydła mięsnego wspólnie z genem czynnika wzrostu insulinopodobnego 1 (IGF-1) wpływa na rozwój mięśni, i szybkość wzrostu.
U świni zwiększa ilość mięśni z równoczesnym spadkiem otłuszczenia, wpływa na poprawę wykorzystania paszy i przyrosty dzienne masy ciała.

Świnie

Gen receptora rianodyny (RYR1)(chrom. 6), gorączka złośliwa - homozygoty recesywne są podatne na stres, czego następstwem jest pogorszenie jakości mięsa (nieprzyjemny zapach, odbarwienie).U heterozygot natomiast zwiększa zawartość mięsa w tuszy i powierzchnię oka polędwicy. Dlatego za pomocą testu molekularnego eliminuje się osobniki podatne na stres, a w pracy hodowlanej stosuje się takie kojarzenia by uzyskać heterozygoty.

Gen PRKAG3 (chrom. 15), „kwaśnego mięsa”- u nosicieli zmutowanego allelu stwierdza się dwukrotnie większą zawartość glikogenu w mięśniach (zwł. szynce). Mutację genu wykrywa test molekularny.

Gen wpływający na wielkość miotu (ESR) - gen występujący u chińskiej rasy świń. Nie ma ujemnego działania na inne cechy, dlatego rozważa się utworzenie syntetycznej linii świń z udziałem tego genu.

Gen K88 i F18 - gen K88 warunkuje obecność receptorów na powierzchni nabłonka jelita cienkiego, które umożliwiają adhezję bakterii E.coli. Enterotoksyny wydzielane przez te bakterie powodują wystąpienie biegunki okresu noworodkowego. Choroba ta jest powodem dużego procentu padnięć prosiąt.

Gen F18 warunkuje podatność/odporność na adhezję bakterii szczepu F18 E.coli na powierzchni jelita cienkiego. Enterotoksyny powodują chorobę obrzękową. Podatność na chorobę jest cechą dominującą (allel B), a odporność recesywną (allel b).

Badania pozwalają na wczesne wykrywanie prosiąt podatnych na infekcje.

Bydło

Geny białek mleka (κ-kazeina i β-laktoglobulina) - gen κ-kazeiny typu B wpływa na większą zawartość białka w mleku i lepszą przydatność do produkcji serów niż gen κ-kazeiny typu A. Opracowana została metoda identyfikacji genotypów κ-kazeiny, wykorzystywana jako dodatkowe kryterium selekcji buhajów w zakładach unasieniania.

Gen β-laktoglobuliny typu B wpływa na większą zawartość suchej masy, tłuszczu i kazein w mleku oraz na jego lepszą przydatność technologiczną niż gen β-laktoglobuliny typu A.

Wyniki oznaczeń z zastosowaniem metod PCR-RFLP i SSCP są wykorzystywane jako dodatkowe kryterium selekcyjne w doskonaleniu cech użytkowości mlecznej.

Gen hipertrofii mięśniowej (MH) - zmutowany allel genu miostatyny powoduje zwiększenie zawartości chudego mięsa w tuszy a zmniejszoną ilością tłuszczu i tk. łącznej u bydła niektórych ras mięsnych, ale też komplikacje w rozpłodzie zwierząt. Pomimo to jest to cecha utrwalana w niektórych krajach ze względu na opłacalność.

Gen odporności na kleszcze - gen wykryty u linii pochodzących z krzyżowania bydła mięsnego ras hereford i shorthorn. Wykorzystanie tego genu stwarza możliwość stosunkowo szybkiego zwiększenia odporności na kleszcze różnych ras bydła.

Owce

Gen wysokiej plenności (BMPR-IB) - gen warunkujący zwiększony stopień owulacji. Obecność nawet jednej jego kopii w genotypie maciorki powoduje znaczny wzrost stopnia owulacji dlatego w niektórych krajach czynione są próby wprowadzenia tego genu do ras miejscowych wykorzystania go w programach intensyfikacji produkcji żywca jagnięcego.

47.Jaką rolę pełni metylacja DNA, omów zagadnienie posługując się przykładami.

Metylacja DNA jest modyfikacją struktury DNA, polega na przyłączeniu grupy metylowej do cytozyny. Jest to proces wpływający na ekspresję genów, bo powoduje przejście DNA w stan nieaktywny (zmiana powinowactwa DNA do czynników transkrypcyjnych oraz reorganizacja nici nukleosomowej).

Prawie cały DNA zawiera zmetylowaną cytozynę a wyjątek stanowią dinukleotydy CpG (wysepki CpG) występujące w obrębie promotorów w genach aktywnych transkrypcyjnie (56% genów zawiera te sekwencje). Brak metylacji wysepek CpG może uaktywniać ekspresję genów, ale dla niektórych nie obserwuje się zależności między transkrypcją i metyzacją DNA

Inaktywację DNA spowodowaną metylacją można zaobserwować podczas procesu inaktywacji jednego z chromosomów X w zarodkach żeńskich.

Proces inaktywacji zaczyna się od miejsca centrum inaktywacji chrom. X, gdzie zidentyfikowano locus Xist odpowiedzialny za uruchomienie inaktywacji. Następnie w ślad za ekspresją genu Xist w jednym z chromosomów X przebiega stopniowo inaktywacja kolejnych regionów tego chromosomu, właśnie za sprawą metyzacji DNA danego chromosomu. Stan ten jest utrzymywany w komórkach potomnych.

Zaburzenia metylacji DNA mogą prowadzić do transformacji nowotworowej komórki, na przykład w wyniku wyłączenia ekspresji niektórych genów supresorowych nowotworów.

49.Jakie „mechanizmy” sterują rozpoczęciem i zakończeniem replikacji?

Mechanizmy rozpoczynające replikację:

rozplatanie podwójnego heliksu DNA - kompleks prymosom (enzym helikaza DNA + primaza)przesuwa się wzdłuż nici DNA rozplatając je, tworząc widełki replikacyjne.
Do rozdzielonych nici przyłączają się białka destabilizujące heliks
Topoizomerazy likwidują napięcia powstające podczas rozplątywania nici przez ich przecinanie w miejscu napięcia i ponowne łączenie.
Rozpoczęcie replikacji jest w miejscu inicjacji replikacji (spec. sekwencja zasad) i przebiega równocześnie na obu niciach w obszarze widełek replikacyjnych.

- Gdy wydłużanie nici przebiega w kierunku 5'⇒3' przyłącza się jeden RNA starterowy (syntetyzowany przez polimerazę DNA α u eukariota i prymazę u bakterii, wstawiany przez primazę) i replikacja przebiega w sposób ciągły.

- Gdy wydłużanie nici przebiega w kierunku 3'⇒5' to replikacja rozpoczyna się gdy zostaną uwolnione białka SSB. Przyłącza się potem kilka starterów RNA i syntetyzowane są krótkie fragmenty Okazaki. Gdy tworzący się właśnie fragment zbliża się do fragmentu zsyntetyzowanego przed nim, jedna z polimeraz DNA degraduje poprzedni starterowy RNA, umożliwiając innej polimerazie DNA wypełnienie przerwy między dwoma odcinkami nici DNA. Ostatecznie oba fragmenty są spojone przez ligazę.

Za dołączanie kolejnych nukleotydów odpowiedzialna jest polimeraza DNA δ (u bakterii polimeraza DNA III).

Mechanizmy kończące replikację:

Białka hamujące RPA - hamują rozplątywanie nici przez helikazę.
Białko Tus - widełki replikacyjne mogą przenikać cząst. białka Tus dołączoną w jednej orientacji lecz są blokowane przez drugą cząst.
W każdych widełkach replikacyjnych synteza przebiega aż do momentu zetknięcia z widełkami przesuwającymi się w przeciwnym kierunku. Po ukończeniu syntezy przez wszystkie widełki replikacyjne powstaje chromosom składający się z 2 cząs. dwuniciowego DNA.
U org. prokariotycznych, gdzie na kolistym genoforze znajduje się tylko jeden replikon, za końcowy etap replikacji odpowiadają 4 sekwencje nukleotydowe , wiążące się z białkiem terminacyjnym. Białko to będąc inhibitorem replikacji, hamuje cały proces.

50.Co to są transpozony, jak ulegają powieleniu i do jakich zmian mogą przyczyniać się w jądrze?

Transpozon to sekwencja DNA mająca na końcach jednakowe bądź odwrócone sekwencje,

która może przemieszczać się na inną pozycje w genomie tej samej komórki w wyniku procesu zwanego transpozycją. Z przemieszczaniem się transpozonów mogą być związane bardzo poważne zmiany w DNA: delecje, inwersje i duplikacje obejmujące bardzo nieraz obszerne rejony i powodujące nieraz utratę funkcji niektórych genów, a wzmożoną ekspresję innych.

Rozróżniamy dwie klasy transpozonów:

transpozony klasy I: retrotranspozony. Wymagają przepisania z DNA na RNA, a następnie przy użyciu odwrotnej transkryptazy zostają skopiowane na DNA, wreszcie wklejone do genomu, niekiedy w wielu kopiach.
transpozony klasy II. Przemieszczają się w genomie poprzez wycinanie z pierwotnego położenia, następnie "wklejanie się" w nowe miejsce przy użyciu enzymu transpozazy.

Mutacje genowe

Mutacje

chromosomowe

Mutacje genomowe

MUTACYJNA

REKOMBINACYJNA

DZIEDZICZNA

NIEDZIEDZICZNA

(modyfikacja)

Autopoliploidy

Zwielokrotnieniu ulegają genomy tego samego gatunku, dzięki czemu zwielokrotnione chromosomy są ściśle homologicznewykorzystanie w uprawie roślin.

Alloploidy (amfiploidy)

Zwielokrotnieniu ulegają genomy pochodzące od różnych gatunków. Powstają mieszańce o niehomologicznych chromosomach, które nie wytwarzają funkcjonalnych gamet (niemożność koniugacji chromosomów w I profazie mejozy). Jednak amfiploid (2n₁+2n₂) jest praktycznie nowym gatunkiem zdolnym do rozrodu płciowego.

TEST zalicz mikroskopia czescETI z odpowiedz

obowiazki i odpowiedzialnosc nauczyciela

025 odpowiedzialnosc cywilnaid 4009 ppt

Czynniki warunkuj ce wybor metod nauczenia odpowiednich dla

odpowiedzialnosc

Charakterystyka odpowiedzi immunologicznej typu GALT faza indukcji

odpowiedzi

Odpowiedzialność cywilna

odpowiedź6 2

cw 16 odpowiedzi do pytan id 1 Nieznany

form3 odpowiedż na pozew

podstawy robotyki odpowiedzi

Odpowiedzi Przykladowy arkusz PP Fizyka (2)

Benjamin06 odpowiedzi

Odpowiedzi do testu 1 poziom podstawowy id 332449

więcej podobnych podstron