Zagadnienia ogólne i podstawowe wiadomości z genetyki:

1. Dlaczego dzieci nie są identyczne z żadnym z rodziców?

Dziedziczenie to zjawisko zachodzące przy rozmnażaniu. Potomek przejmuje część genomu od ojca i część genomu od matki, w skutek czego powstaje zupełnie nowy organizm, mający cechy nowej jakości, ale też część niezmienionych cech po przodkach (nie tylko po rodzicach!).

Geny zlokalizowane są na chromosomach. W wyniku crossing - over (jest to proces wymiany fragmentów chromatyd między chromosomami homologicznymi) oraz niezależnej segregacji chromosomów i zawartych w nich genów w czasie mejozy powstają komórki płciowe o bardzo różnorodnym wyposażeniu genetycznym. Po ich losowym połączeniu w procesie zapłodnienia powstają zygoty o bardzo różnych kombinacjach genów. Z tych względów potomstwo organizmów rozmnażających się płciowo jest genetycznie bardzo różnorodne. Dlatego potomstwo jednej pary rodziców nie jest identyczne i różni się od swych rodziców wieloma cechami.

2. Dlaczego kobieta (samica) rodzi zarówno dziewczynki (osobniki żeńskie) jak i chłopców (osobniki męskie)?

U człowieka o płci decyduje kierunek różnicowania gonady. Obecność w komórkach somatycznych gonady chromosomu Y determinuje płeć męską. W normalnych warunkach kobieta posiada dwa chromosomy X i przekazuje potomstwu jeden z nich, natomiast mężczyzna posiada jeden chromosom X i jeden chromosom Y. Jeżeli w zapłodnionej komórce „spotkają” się dwa chromosomy X- jeden od ojca, drugi od matki to rozwinie się osobnik płci żeńskiej, jeśli zaś „spotka” się chromosom X (od matki) i chromosom Y(od ojca) to rozwinie się płeć męska

3. Podaj kilka powodów, dla których u dzieci pojawiają się cechy nieobecne u żadnego z rodziców.

- crossing-over

- występowanie mutacji

- dziedzicze nie typu Zea (po „rodzicach” czerwonym i białym kwiatku pojawią się

różowe „dzieci”)

- ujawniają się geny dziadków

4. Jak zbudowany jest chromosom?

l.ramiona( p=krótkie, q=długie), na końcach są telomery
2.centromer
3.satelity i wtórne przewężenie (w chrom, akrocentrycznych)
Ze względu na położenie centromeru wyróżnia się 4 główne typy morf.
chromosomów:
-metacentryczny- centromer w środku, ramiona równe
-submetacentryczny- centromer przesunięty, ramiona nierówne
-akrocentryczny-c.bardziej przesunięty, ramiona nierówne
-telocentryczny-c, na końcu, l ramię
Każdy chromosom składa się z 2 równoległych nici zwanych chromatydami
siostrzanymi, które są połączone centromerem.
Warunki, aby cząstka stanowiła chromosom: telomer, centromer, miejsce orii, wysoce upakowana postać chromatyny, chromatydy i kinetochor.

5. Jaką rolę w replikacji DNA pełnią: helikaza, polimeraza, ligaza DNA i topoizoemraza?

Helikaza DNA - umożliwia rozplecenie podwójnej helisy DNA co jest konieczne do zajścia replikacji. Przesuwa się ona wzdłuż podwójnego heliksu ułatwiając rozkręcanie nici. Gdy nici są już rozplecione przyłączają się do nich białka destabilizujące heliks, zapobiegające jego odtwarzaniu się zanim nie nastąpi skopiowanie obu nici.
Polimeraza DNA - syntetyzuje w sposób ciągły jedną nić DNA (nić prowadzącą). Dobudowuje nowe nukleotydy do końca 3' startowego RNA.
Ligaza DNA - skleja w całość nić opóźnioną, która syntetyzowana jest we fragmentach 100 - 1000 nukleotydów (fragmenty Okazaki). Katalizuje reakcję zespolenia końca 3' jednego fragmentu DNA z końcem 5' drugiego.
Topoizoemraza - likwiduje napięcia powstające w nici na skutek rozplatania poprzez rozcinanie co jakiś czas obu nici helisy umożliwiając im w ten sposób rozkręcanie, a następnie precyzyjnie łączy rozcięte końce. Efektywnie likwiduje „węzły” powstające podczas replikacji.

6. Do czego potrzebny jest starter (primer)?
   Starter, primer, RNA starterowy - polinukleotydowy fragment RNA
   powstający z udziałem enzymu o nazwie prymaza,  syntetyzowany przez
   kompleks białkowy nazywany primeosomem (replisomem).Niezbędny do
   rozpoczęcia syntezy DNA. Do RNA starterowego dobudowywane są, z
   zachowaniem zasady komplementarności, dezoksyrybonukleotydy. Odbywa
   się to przy udziale polimerazy DNA (różnej dla prokariontów i
   eukariontów). Synteza odbywa się zawsze w kierunku od końca 5' do
   końca 3' (polarność replikacji).

7. Uzasadnij, dlaczego definicja genu, jako fragmentu DNA kodującego jeden łańcuch polipeptydowy jest nieaktualna w świetle współczesnej wiedzy.

Starsza definicja genu określa go, jako odcinek DNA zawierający informacje genetyczną

wystarczająca do produkcji jednego rodzaju białka. Taka definicja nie wystarcza, bo istnieją też

geny kodujące cząsteczki kwasów rybonukleinowych, np. tRNA, rRNA i innych RNA o

rozmaitych funkcjach. Dlatego w nowszym ujęciu gen określamy jak odcinek DNA

transkrybowany na RNA o określonej funkcji. Ta definicja zawiera również tradycyjne ujęcie

genu, jako matrycy dla białka, gdyż na drodze do białka mamy RNA matrycowe.

8. Jak zmienia się struktura chromatyny od interfazy do mitozy? Zwróć uwagę na rolę histonów i kohezyn

DNA występuje w formie upakowanej. W krańcowej postaci, w chromosomach metafazowych jego nić jest skrócona ok. 10000 razy. Jest  to wynikiem przestrzennej organizacji strukturalnej uwarunkowanej przez histony i białka niehistonowe. Przyjmuje się 3 rzędy uporządkowania strukturalnego chromatyny:

Nukleosom - zawiera fragm. DNA (ok. 200 par zasad) który jest owinięty w postaci lewoskrętnej spirali wokół dyskowatego kształtu oktameru histonów (H2A,H2B,H3,H4)x2. Z ok. 200 par zasad w  nukleosomie tylko 146 ściśle oddziaływuje z oktamerem tworząc cząstkę  rdzeniową (rdzeń nukleosomu). Cząstki rdzeniowe łączą się ze sobą  za  pomocą łącznikowego DNA tworząc włókno nukleosomowe przypominające koraliki nanizane na nić. Strukturę nukleosomu   stabilizują   interakcje histon-histon pomiędzy histonami rdzenia oraz histon H1  spinający  DNA wchodzący i schodzący z rdzenia.

Solenoid (superspirala) - jest to struktura wyższego rzędu będąca  helikalną formą włókna nukleosomowego. Powstające włókno chromatynowe o średnicy ok. 30 nm i skoku 10 nm zawiera 6 nukleosomów  na  skręt.  Upakowanie nukleosomów w solenoidzie pozwala na ok. 40-krotne skrócenie zawartego w nim DNA.

Struktury wyższego rzędu - kolejny stopień uporządkowania określany  jako model promienistych pętli odpowiada ułożeniu włókna  chromatynowego w pętle (domeny) zakotwiczone w białkowym rusztowaniu   matriks lub  białek  stanowiących  osiową  podporę chromosomów. Różnice w wewnętrznej strukturze chromosomów interfazowych i metafazowych dotyczą stopnia ich upakowania. kohezyny łączą siostrzane chromatydy podczas mitozy.

9. W jakim stadium mejozy zachodzi zjawisko crossing-over?

Crossing-over - to proces wymiany materiału genetycznego między chromosomami homologicznymi, w wyniku którego zwiększa się zmienność genetyczna.

Proces ten zachodzi w profazie I mejozy (pachytenie) i polega na tworzeniu połączeń chiazm między chromatydami, a następnie rozrywaniu tych połączeń, ale tak, że następuje wymiana ich odcinków.

10. Fgfh

11. Co obecnie uważamy na temat "centralnego dogmatu genetyki" i dlaczego nawet znając sekwencje nukleotydów w całym genomie danego osobnika nie jesteśmy w stanie przewidzieć w jaki sposób ulegną ekspresji?

Centralny Dogmat GENETYKI = zasady kodowania i realizowania informacji genetycznej (schemat).

Powyższy schemat obrazuje w jaki sposób może być przekazywana informacja genetyczna. Najczęstsze sposoby przekazywania informacji przedstawione są ciemnymi strzałkami, rzadsze strzałkami jasnymi. Warto zauważyć, że brakujące strzałki odpowiadają dowolnemu przekazywaniu informacji od białka. Zatem genetyczny mechanizm dekodujący jest nieodwracalny. Centralny dogmat dostarcza molekularnego wyjaśnienia braku możliwości dziedziczenia cech nabytych. Jeżeli darwinowski rezultat używania i nieużywania prowadzi do zmiany białka w ciele, to taka zmiana nie może być przekazana potomstwu, bo dziedziczone jest jedynie DNA.

Centralny dogmat genetyki głosi, że DNA koduje RNA, który z kolei koduje białko. Od DNA do DNA ten mechanizm działa, podobnie - od RNA do DNA, ale nie ma zastosowania w odwrotnym kierunku, tzn. sekwencja białka nie może kodować sekwencji DNA. Oznacza to w przełożeniu na język nienaukowy, że cechy nabyte się nie dziedziczą się.

Znając sekwencje nukleotydów w całym genomie danego osobnika nie jesteśmy w stanie przewidzieć w jaki sposób ulegną ekspresji ponieważ znamy jedynie funkcje 5% genów, i jesteśmy dalecy od wiedzy jak na podstawie genów zostaje odtwarzany organizm.

Dodatkowo ekspresja genu zależy od rodzaju komórki, fazy rozwoju organizmu, metabolicznego/fizjologicznego stanu komórki a są to czynniki trudne do przewidzenia. Występują również trudne do przewidzenia mutacje w trakcie np. transkrypcji.

Historia genetyki

12. Co zadecydowało, że Grzegorz Mendel pracując nad krzyżowaniem grochu sformułował podstawowe prawa dziedziczenia?

Koncepcja genu narodziła się dzięki pracom Grzegorza Mendla w latach sześćdziesiątych XIX wieku, choć sam termin powstał dopiero po powtórzeniu i uzupełnieniu jego odkryć na początku naszego stulecia. Słowo „gen” wprowadzono w 1910 roku na określenie abstrakcyjnej jednostki dziedziczenia, odpowiedzialnej za jakąś cechę danego gatunku. Prowadzona przez wiele pokoleń analiza statystyczna dziedziczenia się prostych cech w populacjach potwierdziła koncepcję genu. Mendel badał długość pędów, kolor kwiatów oraz kolor i kształt nasion groszku pachnącego. Tak więc kolor kwiatów lub nasion rozumiano jako rozróżnialne, dziedziczne cechy, nie znając procesów chemicznych i nie wiedząc nic o sposobie, w jaki geny determinują kolor. Należy podkreślić, że koncepcja Mendla i jego następców jest całkowicie zgodna z dzisiejszym rozumieniem chemicznej struktury genu i sposobu, w jaki określa ona cechy organizmu. Mendlowskie postrzeganie dziedziczenia u eukariontów wynikało z istnienia różnych odmian rozpoznawalnych cech. Na przykład, Mendel rozumiał, że czynnik określający kolor groszku może występować w różnych wersjach. W jednej wersji powoduje on powstawanie zielonych nasion, w innej - nasion żółtych. Podobnie z powierzchnią nasion - gładką lub pomarszczoną - która również zależy od stanu czynnika wyznaczającego tę cechę. Teraz, gdy wiemy, że to geny wyznaczają cechy,

określamy różne wersje jednego genu jako allele. Mendel zauważył, że każdy organizm ma dwa allele dla każdej pojedynczej dziedziczonej cechy - po jednym od każdego rodzica. W każdym pokoleniu dwa allele jednego genu są rozdzielane (segregowane niezależnie) podczas powstawania nowych komórek rozrodczych. W każdej haploidalnej komórce rozrodczej jest tylko jeden element wyjściowej pary, jeden allel. W wyniku zapłodnienia powstaje nowa

kombinacja alleli. Dwa elementy z pary mogą być takie same - wtedy osobnik jest

nazywany homozygotycznym pod względem tej pary alleli. I odwrotnie, osobnik może

otrzymać różne allele od obojga rodziców i wtedy jest heterozygotyczny. Można to

wyrazić za pomocą symboli. Jeśli nazwiemy różne allele wyznaczające kolor nasion

cg i cy (od angielskich słów g - green, czyli zielony i y - yellow, czyli żółty), to osobniki

mogą mieć następujące pary: cg cg homozygotyczny; cy cy homozygotyczny; cg cy

heterozygotyczny. Komórka rozrodcza będzie miała allel albo cg, albo cy. Mendel stwierdził również, że pary alleli dla różnych cech są przekazywane niezależnie do komórek rozrodczych. Na przykład, roślina groszku zawierająca alleliczne pary cg cy dla koloru nasion oraz tw i ts dla rodzaju powierzchni nasion (w - nasiona pomarszczone, ang.: wrinkled; s - gładkie, ang.: smooth) utworzy komórki rozrodcze, które mogą zawierać każdą z następujących kombinacji: cg tw, cg ts, cy tw albo cy ts. Tak więc podczas powstawania komórek rozrodczych allele wyznaczające kolor: cg i cy są przekazywane niezależnie od alleli rodzaju powierzchni tw i ts.

1 prawo Mendla:

Do każdej gamety wchodzi jeden allel z danej pary.

2 prawo Mendla:

Poszczególne geny dziedziczą się niezależnie od siebie, tworząc w gametach wszystkie kombinacje z jednakowym prawdopodobieństwem, a w potomstwie całą mozaikę cech w określonym stosunku liczbowym.

13. Wymień najważniejsze odkrycia Morgana i jego zespołu i krótko omów, na czym one polegały.

1910-1933 Chromosomowa teoria dziedziczenia: potwierdzenie hipotezy Boveriego I Suttona- (hipoteza że chromosomy przenoszą czynniki dziedziczności).

- geny znajdują się w chromosomach

-Geny na chromosomie leżą liniowo.- więc różne allele tego samego genu zajmują zazwyczaj tę samą względną pozycję na tym samym chromosomie (tzw. locus).

-Geny na jednym chromosomie tworzą grupę sprzężeń i dziedziczą się razem(ograniczenia praw Mendla)- Eksperymenty Morgana wykazały, że dziedziczeniu się allelu determinującego biały kolor oczu (muszki zazwyczaj mają oczy czerwone) zawsze towarzyszy dziedziczenie się chromosomu X, nigdy zaś Y. Allel określający biały kolor oczu jest więc położony na chromosomie X. Odkryto również inne allele dla innych cech, leżące na tym chromosomie. Geny leżące blisko siebie w chromosomie to geny sprzężone

allele położone na różnych chromosomach są segregowane niezależnie (co zauważył Mendel), ale jeśli leżą na tym samym chromosomie - dziedziczone są wspólnie.

-Rekombinacja genów w procesie crossing-over i obserwacja zmian prążków w gruczołach śliniankowych Drosophila m. - Zaobserwowano, że w trakcie mejozy chromosomy homologiczne pozostają w bezpośrednim kontakcie. Homologiczne pary już podwojonych chromosomów połączone są ze sobą w wielu miejscach. Morgan wysunął przypuszczenie, że w tym czasie między chromosomami homologicznymi dochodzi do wymiany fragmentów. W ten sposób tworzą się nowe kombinacje alleli. Proces ten nazwano rekombinacją homologiczną lub z angielska: crossing-over.

Crossing over - zachodzi między dwoma genami, zach. Tym częściej im dalej są one od siebie położone w chromosomie.

- określenie położenia kilkuset genów na czterech chromosomach muszki owocowej. Była to pierwsza udana próba sporządzenia mapy genetycznej żywego organizmu.

1933-Nagroda Nobla za prace nad rolą chromosomów w dziedziczeniu

14. Jakie odkrycie genetyki XX wieku uważasz za najważniejsze, na czym ono polegało i dlaczego uważasz je za ważne?

Kary B. Mullis (USA) 1984

Nagroda Nobla za odkrycie reakcji PCR (łańcuchowej reakcji polimerazy) umożliwiającej tanio uzyskać w bardzo dużej ilości kopii dowolny fragment DNA.

Metoda PCR ma bardzo duże znaczenie w biologii molekularnej i stosowana jest w klonowaniu DNA, sekwencjonowaniu, wprowadzaniu określonych mutacji, diagnostyce medycznej i medycynie sądowej.

• PCR wykorzystywana jest przede wszystkim do szybkiej diagnostyki chorób zakaźnych, pozwala bowiem wykryć nawet pojedyncze cząsteczki wirusa.

• PCR znajduje również zastosowanie w diagnostyce prenatalnej. PCR wykonany jeszcze przed urodzeniem dziecka pomaga ustalić, czy płód obarczony jest ciężką wadą metaboliczną lub genetyczną.

• PCR do wykrywania u dzieci czy osób dorosłych predyspozycji do chorób, którym można obecnie skutecznie zapobiegać, np. do badania ryzyka rozwoju chorób nowotworowych, jak też ich wczesnego wykrywania w stadium, które można skutecznie leczyć.

• PCR umożliwia namnażanie i analizę mikroskopijnych próbek DNA pochodzących z najrozmaitszych źródeł, od kopalnych szczątków liści i znalezisk archeologicznych, po przedmioty znalezione na miejscu przestępstwa.

Regulacja ekspresji genów

15. Jakie lokalne cechy budowy podwójnej nici DNA odgrywają decydującą rolę w procesie regulacji ekspresji genów?

Promotor genu -obszar regulatorowy DNA przylegający do startu transkrypcji zbudowany zwykle z kilkudziesięciu do kilkuset nukleotydów, ale bywają równieŜ znacznie dłuŜsze. W wielu promotorach spotykamy sekwencje TATA lub CAAT. Są one niezbędne do wiązania czynników transkrypcyjnych.

Introny i inne niekodujące białek fragmenty DNA mogą przyłączać takŜe represory lub aktywatory genów np. odpowiadają za trwałe usunięcie nukleosomu z obszaru promotora

Rejon promotorowy: odpowiada za inicjację (rozpoczęcie) transkrypcji

Rejon transkrybowany: elongacja (wydłuŜanie) transkryptu

Sygnał terminacji (zakończenia) kończy transkrypcję

17. Jak długie bywają promotory genów i jakie charakterystyczne sekwencje nukleotydów mogą zawierać?

Promotor genu -obszar regulatorowy DNA przylegający do startu transkrypcji zbudowany zwykle z kilkudziesięciu do kilkuset nukleotydów. W wielu promotorach

spotykamy sekwencje TATA lub CAAT. Są one niezbędne do wiązania czynników

transkrypcyjnych.

18. Wymień przynajmniej trzy rodziny czynników transkrypcyjnych podając charakterystyczne cechy ich budowy?

1)Czynnik transkrypcyjny typu HELIKS-SKRĘT-HELIKS (HELIX-TURN-HELIX) .

Represor 434. W tym przypadku do represji potrzebny jest dimer o strukturze jak lustrzane odbicie.

Pewien fragment rozpoznaje konformację rowka, Pozostałe fragmenty peptydów mogą być miejscami przyłączania innych cząstek regulatorowych lub enzymów.

2)Czynnik transkrypcyjny HELIKS-PĘTLA- HELIKS( Helix- Loop-Helix)

Fragment linearny(pętla)peptydu rozpoznaje konformację rowka w helisie DNA na przestrzeni kilku skrętów. Pozostałe fragmenty peptydu mogą być miejscami przyłączania innych cząstek regulatorowych lub enzymów.

3) Czynnik transkrypcyjny typu PALCE CYNKOWE

Palce cynkowe obejmują nić DNA z dwóch stron. Występują jony cynku w postaci kropek oraz daleko oddziaływujące siły elektromagnetyczne. Pozostałe fragmenty peptydu mogą być miejscami przyłączania innych cząstek regulatorowych lub enzymów.

4) Czynnik transkrypcyjny typu Suwaki leucytowe

19. Jak działają czynniki transkrypcyjne?

Czynniki transkrypcyjne (TF) to specyficzne białka regulujące początek transkrypcji, rozpoznające sekwencje zasad w odcinkach DNA promotorów genów w sposób niezwykle precyzyjny.

Klasyfikuje się je na podstawie budowy białka i sposobu wiązania się z DNA. Należą do nich m.in. białka homeodomeny.

Najlepiej poznane struktury białek stanowiących czynniki transkryp.: 1. HELIKS-SKRĘT-HELIKS

2. HELIKS-PĘTLA-HELIKS

3. PALCE CYNKOWE

4. SUWAKI LEUCYNOWE.

Działanie:

Rozpoznają strukturę DNA poprzez oddziaływania pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez atomy związków wchodzących w skład rozpoznających się cząsteczek, nie tworzą się przy tym wiązania chemiczne. Sekwencja zasad powoduje, że w małej i dużej bruździe alfa-helisy są niepowtarzalne nierówności pola elektromagnetycznego.

Każde z białek będących czynnikiem transkrypcyjnym może mieć postać aktywną i nieaktywną. Przejście pomiędzy tymi stanami regulowane jest przez zmianę konformacji (struktury II-, III- i czwartorzędowej) lub/i przyłączenie lub odszczepienie drobnych molekuł, np. jonów.

20. Jakie inne nazwy używamy dla określenia transkryptu pierwotnego? Co różni transkrypt pierwotny od mRNA gotowego do transportu do cytoplazmy?

Transkrupt pierwotny = pre-mRNA. Jest to mRNA nie pozbawione intronów, czyli fragmentów transkryptu, które nie kodują białka.

21. Jak działa spliceosom i jaka jest rola snRNP w procesie splicingu?

snRNP - małe białko globularne posiadające snRNA jako kofaktor. Rozpoznaje sekwencje preRNA, które mają być usunięte (introny). Kilka snRNP razem z białkami enzymatycznymi tworzą spliceosom.

Klasy snRNP: U1, U2, U4, U5, U6.

Introny w transkryptach RNA tworzonych w jądrze są usuwane dzięki mechanizmowi, który nosi angielską nazwę splicing (czyt.: splaising), co oznacza po polsku cięcie i składanie.Tylko wówczas, gdy przecięcie przy obu końcach intronu będzie precyzyjne, i jeśli wszystkie, i to całe, eksony zostaną połączone w odpowiednim porządku, mRNA może ulec translacji do właściwego produktu białkowego. W żadnym eksonie nie może zostać utracony ani jeden nukleotyd. W większości przypadków proces cięcia i składania katalizują małe cząstki jądrowe - snRNP (small nuclear ribonucleoprotein, co znaczy: małe (krótkie) jądrowe kompleksy RNA-białko). snRNP są zbudowane z białek i specyficznych małych jądrowych RNA. Rozpoznają one i przyłączają się do charakterystycznych krótkich sekwencji nukleotydowych występujących wewnątrz wszystkich intronów i na obu ich końcach. Po przyłączeniu na styku intron-ekson snRNP rozszczepiają nić RNA i łączą odpowiednie odcięte końce w ciągłą nić RNA.

22. Jakie funkcje mogą pełnić introny i inne Niekodujące fragmenty DNA

Niekodujące fragmenty DNA zwiększają całkowitą masę DNA jądrowego, a zatem mają wpływ na :

• Długość okresu syntezy DNA

• Ilość energii i materiału potrzebnej do kondensacji chromosomu w transportową ich postać (w chromosom mitotyczny)

• Morfologie chromosomów (długość ich ramion)

• Możliwość gromadzenia mutacji, nie zaburzających funkcjonowania komórek

(zdolności przystosowawcze, plastyczność genomu)

• Niektóre introny mogą pełnić role regulatorowa w jadrze lub w cytoplazmie jako

siRNA

mikroRNA

SnRNA

snoRNA (kofaktory enzymów czy czynników transkrypcyjnych)

Ponadto nie każdy intron jest „niekodującym” białka fragmentem DNA -ALTERNATYWNY SPLICING- ten sam fragment DNA koduje 2 peptydy różniące się długością i właściwościami.

Niekodujące fragmenty mRNA mogą modyfikować kodujące fragmenty w procesie zwanym Redagowaniem Jądrowym

23. Co oznaczają pojęcia "pozycjonowanie nukleosomów" i "dysrupcja nukleosomów"?

Pozycjonowanie nukleosomu:

Nukleosomy nie mają ustalonego miejsca - tylko jedna pozycja nukleosomu uwydatnia w odpowiedni sposób fragment regulatorowy. Dzięki odpowiedniemu ustawieniu nukleosomu może być uaktywniony gen: mechanizm ten nazywamy „pozycjonowaniem nukleosomu”. Spozycjonowany nukleosom ułatwia transkrypcję wtedy, gdy eksponuje sekwencje regulatorowe w sposób ułatwiający ich kontakt z czynnikami transkrypcyjnymi oraz gdy umożliwia zbliżenie sekwencji regulatorowych oddalonych od siebie o wielokrotność długości pojedynczego skrętu DNA w nukleosomie.

Represja transkrypcji wskutek pozycjonowania ma miejsce wtedy, gdy sekwencje regulatorowe zamknięte są w obrębie nukleosomu i stają się TF niedostępne dla czynników transkrypcyjnych.

dysrupcja nukleosomów

Introny i inne niekodujące białek fragmenty DNA mogą przyłączać także represory lub aktywatory genów np. odpowiadają za trwałe usunięcie nukleosomu z obszaru promotora

Nukleosom może zostać usunięty w sposób indukowany lub na stałe z jakiegoś obszaru DNA. Usunięcie nukleosomu spowodowane „odłączeniem” białek histonowych od DNA

nazywamy dysrupcją nukleosomu. Indukowane usunięcie jednego lub kilku

nukleosomów ma miejsce podczas regulacji wielu genów. Nukleosomy ponownie są odtwarzane po odłączeniu się czynników transkrypcyjnych. Trwałe usunięcie nukleosomów ma miejsce w przypadku genów konstytutywnych (house-keeping genes) - genów zawsze aktywnych. Może ono wystąpić bezpośrednio po replikacji DNA przez przyłączenie do DNA jakiejś cząstki blokującej tworzenie nukleosomu w danym rejonie

24. Co się dzieje z histonami podczas transkrypcji?

Następuje acetylacja histonów, której efektem jest obniżenie dodatnich ładunków na

N-końcach białek i osłabienie oddziaływań między „ogonami” histonów a nukleosomowym DNA. W rezultacie zachodzą zmiany konformacyjne nukleosomu umożliwiające łatwiejsze dojście czynników transkrypcyjnych do sekwencji regulatorowych w DNA w obrębie dużej bruzdy ά-helisy

25. Jak przebiega redagowanie jądrowe transkryptu pierwotnego?

Pierwotny transkrypt - pre-mRNA - musi zostać poddany obróbce posttranskrypcyjnej, aby można go było wykorzystać do translacji. W przeciwnym wypadku mRNA po wydostaniu się z jądra zostałoby zniszczone w cytozolu przez białka, których zadaniem jest niszczenie kwasów nukleinowych. Jest to obrona przed dostaniem się do komórki obcego kwasu nukleinowego np. wirusa. Aby mRNA był rozpoznawany jako "swój" ma miejsce obróbka posttranskrypcyjna. Polega ona na:

1) Dołączeniu czapeczki guanylowej na 5'-końcu mRNA. Czapeczka guanylowa to nietypowy nukleotyd (7-metyloguanozyna). Umożliwia odnalezienie "fabryki białkowej" w cytozolu. Ten etap obróbki odbywa się równocześnie z transkrypcją.

2) Dołączeniu ogonka poliA na 3'-końcu mRNA. Ogonek poliA jest krótką nicią złożoną z kilkudziesięciu nukleotydów z adeniną. Dzięki temu mRNA jest rozpoznawana jako własny, a nie obcy kwas nukleinowy. Niektóre wirusy, np. wirus grypy potrafią dołączać do swoich nici mRNA ogonek poliA, przez co nie są zabijane w cytozolu.

3) Splicingu, czyli usuwaniu

26. Opisz (najlepiej również narysuj schemat) mRNA dojrzałego do transportu do cytoplazmy

cząsteczka mRNA zbudowana jest, (od prawej) z czapeczki 5`(guanozynotrójfosforan),5`UTR-regionu nieulegającego translacji,AUG kodonu startowego,fragmentu kodującego białko(egzon), kodonu stop UGA,31UTR sygnału do poliadenylacji(AAUAAA) oraz ogonu poly-A.

27. Jakie rodzaje RNA, oprócz mRNA, są transportowane do cytoplazmy? Jaką pełnią rolę w cytoplazmie?

tRNA (przekaźnikowy, transportujący RNA) transportują poszczególne aminokwasy do rybosomu i rozpoznają odpowiednie kodony (czyli trójki nukleotydów) w odczytywanie cząsteczce mRNA.

sncRNA (mały jądrowy RNA) krótkie odcinki RNA, przypuszczalnie jednoniciowe. Biorą udział w składaniu rybosomów i obróbce RNA.

28. Opisz metodę służącą do rozpoznania rozmieszczenia mRNA w cytoplazmie.

Fluorescencyjna hybrydyzacja `in situ' - FISH - technika cytogenetyczna, służąca do wykrywania w badanym materiale genetycznym określonej sekwencji DNA za pomocą fluorescencyjnych sond DNA.

Najczęściej odpowiednie przygotowanie komórek do badania polega na usunięciu cytoplazmy i utrwaleniu jąder komórkowych na szkiełku podstawowym. Fluorescencyjna sonda jest nanoszona na preparat i całość podawana jest krótkotrwałej denaturacji w podwyższonej temperaturze, a następnie kilkugodzinnej hybrydyzacji. Kolejnym etapem jest usunięcie nadmiaru niezhybrydyzowanej sondy przez kilkukrotne odpłukanie preparatu i uwidocznienie jąder komórkowych barwnikiem specyficznym dla DNA. Tak przygotowany preparat można analizować pod mikroskopem fluorescencyjnym. Popularnymi znacznikami fluorescencyjnymi, używanymi do znakowania sond są rodamina i fluoresceina, a także kumaryna.

Technika FISH może być wykorzystana do badania wielu typów komórek i tkanek. Mogą to być limfocyty w hodowli komórkowej, jak również w bezpośrednim rozmazie krwi, rozmazy szpiku kostnego, preparaty moczu, itp. Możliwa jest także analiza jąder z tkanek zabezpieczonych w blokach parafinowych. Technikę FISH stosuje się chętnie w przypadkach, gdy zawodzi klasyczna analiza cytogenetyczna, innymi słowy gdy w badaniu kariotypu niemożliwe jest ustalenie dokładnego rodzaju bądź miejsca powstania mutacji w genomie. Zastosowanie unikalnych sond umożliwia zlokalizowanie miejsc pęknięć chromosomów czy określenie rodzajutranslokacji. FISH jest również narzędziem w badaniu anomalii genetycznych, będących markerami nowotworów (cytogenetyka onkologiczna).

29. Jaki znasz mechanizm modyfikowania mRNA w cytoplazmie przed rozpoczęciem translacji?

Tym procesem jest cytoplazmatyczne redagowanie (editing). Polega na tym , że niektóre cząsteczki mRNA mogą być modyfikowane w cytoplazmie poprzez dodanie lub usunięcie jakiegoś nukleotydu z mRNA, najczęściej jest to URACYL. RNA przewodnik przesuwa się po modyfikowanym mRNA (edytowanym) i tam gdzie napotka trójkę komplementarną dodaje lub usuwa URACYL lub kilka tych nukleotydów. Powoduje to zmianę sekwencji zapisu i/lub znaczenia kodonów.

31. Kontrola stabilności mRNA:
    - mRNA w cytoplaźmie może być stabilne przez kilka minut lub wiele dni
    - do niestabilnych mRNA należy większość białek regulatorowych. Pojawiają się jako "impulsy". Niestabilne mRNA mają w swoim rejonie UTR sekwencje
     UAUAUAUA albo sekwencje rozpoznawane przez specyficzne endonukleazy (enzymy rozkładające RNA i DNA). Stabilizacja mRNA może pojawić się po
    przyłączeniu specyficznych cząstek - np. sterydów (anaboliki)
    - ważnym czynnikiem regulującym stabilność mRNA jest długość końca poly-A. Cząsteczki mRNA opuszczające jądro mają do 200cząstek adeniny na końcu 3'.
     W miarę upływu czasu poly-A jest skracany. Minimalna liczba A wynosi 30 - jeśeli jest ich mniej, jest to sygnał dla endonukleaz, że mają taką cząsteczkę rozłożyć.
    - spotykamy się także z blokowaniem translacji poprzez przyłączenie do mRNA specyficznych białek (represory translacji). Takie "uśpione", nieaktywne mRNA
    może być przechowywane w cytoplaźmie długo, aż do czasu gdy jakiś czynnik nie doprowadzi do odłączenia od mRNA białek blokujących.

32. Jakie modyfikacje przechodzą białka, zanim zaczną pełnić swoje funkcje?

Fałdowanie białka (konieczne)
Proteolityczne rozszczepienie białka (cięcie alternatywne, usunięcie końca lub obróbka proteolityczna)
Modyfikacje chemiczne (dołączenie grupy chemicznej)
Wycinanie intein (białkowa wersja wycinania intronów)

33. Opisz funkcje białek opiekuńczych.

Chaperony (szaperony, białka opiekuńcze) - białka oddziałujące z fałdującym się białkiem, zapobiegające nieprawidłowym wiązaniom i eliminujące błędne struktury. Chaperony wiążą się w sposób odwracalny z nie pofałdowanym odcinkiem polipeptydu, który w innym przypadku mógłby służyć jako ośrodek agregacji lub błędnego fałdowania. Chaperony wiążą się z częściowo zwiniętymi łańcuchami umożliwiając im kontynuację zwijania się w sposób najbardziej korzystny energetycznie. Pomagają białkom w uporządkowanym tworzeniu ich struktury przestrzennej. Jedna z rodzin chaperonów nazywana jest białkami szoku cieplnego. Należą do tej rodziny min Hsp60, Hsp70, BiP, GRP75, Hsp83, Grp94.

34. Wymień i krótko opisz znane Ci rodzaje białek opiekuńczych.

Białka opiekuńcze (chaperones), które pomagają młodym cząsteczkom białek przyjąć i utrzymać właściwy kształt przestrzenny białka opiekuńcze mogą być podzielone na 2 grupy. Jedną z nich stanowią białka opiekuńcze rozpuszczone w cytoplazmie, które wiążą się posttranslacyjnie do nowopowstałych lub mających nieprawidłową konformację białek. Do drugiej grupy można zaliczyć związane z rybosomami białka opiekuńcze odpowiedzialne za fałdowanie kotranslacyjne, czyli takie, które już podczas translacji oddziałują z syntetyzowanym łańcuchem polipeptydowym. Przedstawicielami grupy pierwszej są białka opiekuńcze CCT w komórkach eukariotycznych (ang. Chaperonin type II) i GroEL u bakterii (ang. Chaperonin type I), zbudowane z wielu podjednostek, oraz białka z rodziny Hsp 90 i Hsp70, wspomagane przez białka z grupy J/Hsp40. Natomiast, do białek opiekuńczych związanych z rybosomami, w komórkach eukariotycznych zalicza się NAC (ang. nascent chain-associated complex), RAC i Ssb.

35. Jaki mechanizm decyduje o degradacji białka w cytoplazmie żywej komórki?

Przyłączenie ubikwityny i proteosomu do białka.

Ubikwityna - cząsteczka-sygnał o potrzebie

rozłożenia białka. Jest ona przyłączana do

białka przeznaczonego do rozłożenia.

Proteosom - kompleks enzymatyczny, tnie białko

na mniejsze fragmenty.

Regulacji ekspresji genów w ontogenezie

36. Jakie warunki muszą być spełnione by do opisu frekwencji alleli w populacji można było zastosować prawo Hardego i Weinberga?

Jeżeli spełnione są następujące warunki w populacji:

1. organizmy są diploidalne

2. rozmnaŜają się płciowo

3. pokolenia nie zachodzą na siebie

4. osobniki kojarzą się losowo (populacja panmiktyczna)

5. populacja jest bardzo duża (nieskończenież)

6. nie ma migracji

7. nie ma mutacji

8. dobór naturalny nie wpływa na badany gen

37. Skąd pochodzą substancje sygnałowe rozmieszczone w jaju D. melanogaster? Czy są zdeponowane jako białka czy mRNA, czy jakieś inne substancje?”

Substancje sygnałowe o których mowa są produktem działania tzw. morfogenow (Bicoid, Nanos, Toll, Torso). Morfogeny te pochodzą z komórek pęcherzyka a więc z komórek somatycznych matki. Są one w postaci białek i wpływają na biegunowości rozwijającego się osobnika.

*Gen Bicoid - koduje produkty odpowiedzialne za rozwój przedniej części ciała

*Nanos - tylniej części

*Torso - jego produkty odpowiadają za rozwój najbardziej wysuniętych czesci ciała z przodu i z tyłu = akron i telson.

*Toll - jego produkty odpowiadają za symetrie grzbieto brzuszną.

38. Opisz 4 etapy formowania się parasegmentów larwy D. melanogaster.

 Etapy rozwoju zarodka:

- wyodrębnienie zarysów ciała;

- polaryzacja ciała ( polaryzacja przodo - tylna, grzbieto - brzuszna, dwuboczna symetria ciała);

- wewnętrzna organizacja ciała;

 U Drosophila rozwój zarodkowy organizmu jest kontrolowany przez geny, które są aktywne tylko w określonych okresach rozwoju - są to geny homeotyczne. Analiza mutantów rozwojowych Drosophila umożliwiła zrozumienie sposobu regulacji genetycznej procesów rozwojowych. Mutacje rozwojowe, zaburzające symetrię ciała, zmieniające liczbę segmentów, ich wygląd i położenie, pozwoliły na zlokalizowanie ok. 100 genów zaangażowanych w kontrolę prawidłowego rozwoju owada. Geny te tworzą ścisłą hierarchię, w której geny wyższej kategorii regulują aktywność genów podrzędnych.

 Najwyższą pozycję w hierarchii układu regulacyjnego zajmują geny polarności jaja, odpowiedzialne za orientację przedniej i tylnej części jaja, a w konsekwencji również za wykształcenie osi przód- tył zarodka i dorosłego osobnika. Produkty tych genów są syntetyzowane jeszcze w organizmie samicy, a następnie zdeponowane w postaci mRNA w oocycie. - Są to geny matczyne

- Rozwój kontrolowany jest przez niezależne zespoły genów:

Białko pierwszego z nich: genu bicoid wyznacza przedni koniec ciała i jego stężenie maleje ku tyłowi jaja. Tylna część jaja wyznaczana jest przez rosnące ku tyłowi stężenie produktu innego z "królujących" genów: nanos. Białko genu bicoid jest czynnikiem transkrypcyjnym, i wraz z białkiem nanos dostarcza sygnału, regulującego aktywność genów niżej położonych w hierarchii.

- Oba białka aktywują grupę genów gab. Trzy główne geny gab to:

hunchback - ulega ekspresji w przedniej połowie zarodka;

Knirps - w regionie gdzie powstają s. tułowiowe i odwłokowe;

Krüppel - w tylnej części zarodka;

Geny te kodują czynniki transkrypcyjne i umożliwiają segmentację tworzącego się zarodka. W tej grupie działają najpierw geny powodujące podział ciała na 3 duże rejony, a następnie kaskada genów, o coraz bardziej lokalnym, ale za to bardziej precyzyjnym działaniu.

- Geny gab aktywują geny pair - rule

- Aktywacja genów polarności segmentów

Najniżej w hierarchii położone geny z tej grupy wyznaczają już ułożenie wewnątrz poszczególnych segmentów.

Najniższą, choć również niezwykle znaczącą, pozycję w kaskadzie genów regulatorowych zajmują tzw. geny homeotyczne. Nadzorują one specjalizowanie się segmentów i wykształcanie charakterystycznych dla nich narządów.

Rozwój Drosophila trwa 9 dni. W 1 dzień larwa wydostaje się z jaja, 5 dnia larwa wytwarza kokon, z którego po metamorfozie, z którego wydostaje się dorosły osobnik o długości 2 mm. Głowa dorosłego osobnika składa się z 3 segmentów (C1-3), tułów z trzech (T1-3), a odwłok z 8 segmentów (A1 -8). Ciało muszki owocowej można podzielić na 14 parasegmentów (P1-14), każdy odpowiadający drugiej połowie jednego segmentu i pierwszej połowie następnego. Segmentacja ciała jest już widoczna w stadium larwy.

39. Podaj definicję genów homeotycznych i omów dwie dowolne mutacje homeotyczne u D. melanogaster.

Geny homeotyczne -to geny, które kierują dalszym rozwojem organów ciała (różnicowaniem segmentów- u Drosophila).

Geny homeotyczne u Drosophila maja budowę o charakterze homeobox.

Mutacje w obrębie tych genów prowadzą do stanu określanego mianem homeosis, w którym określony segment zostaje zastąpiony przez inny. Geny homeotyczne bezkręgowców oznacza się HOM, u kręgowców Hox, a u człowieka - HOX.

Dwa najbardziej znane kompleksy genów homeotycznych u muszki to:

1. Kompleks Bithorax- zawiera geny odpowiedzialne za różnicowanie się tułowia (torax)

2. Kompleks Antennapedia- zawiera geny odpowiedzialne za różnicowanie się głowy.

Mutacje tych genów prowadzą do poważnych zaburzeń budowy organów ciała.

Mutacje:

-bithorax- podwójny tułów i dwie pary skrzydeł (potrójna mutacja)

-antennapedia- odnóża zamiast czułków

-nieprawidłowo wykształcone skrzydła

-dodatkowe oczy na końcu czułków

U człowieka większość mutacji homeotycznych jest letalna (śmiertelna), są one przyczyną spontanicznych poronień.

40. Co to jest "motyw homeobox" i co go łączy z białkiem homeodomeny? Gdzie spotykamy motywy homeobox?

Homeobox został pierwotnie opisany w 1983 r. jako konserwatywny

(czyli mało zmieniający się w trakcie ewolucji) motyw DNA złożony z

ok. 180 par zasad. Zatem motyw homeobox koduje peptyd zbudowany z 60 aminokwasów.

Ten peptyd nazywany jest białkiem homeodomeny.

Białka homeodomeny to zawsze czynniki transkrypcyjne, które indywidualnie

lub w kompleksach z innymi białkami uruchamiają ważne dla rozwoju kaskady genów.

Nazwa „homeobox” wzięta została od nazwy genów homeotycznych opisanych u Drosophila. Okazuje się jednak, że motyw homeobox

występuje powszechnie w świecie zwierząt, i nie zawsze odpowiada za regulację genów homeotycznych (odpowiedzialnych za morfologię

ciała). Zawsze jednak motywy homeobox odpowiadają za różnicowanie organizmu.

41. Jaki jest związek pomiędzy kompleksami genów HOX u ssaków a kompleksami antennapedia i bithorax u muszki?

NajniŜszą, choć równieŜ niezwykle znaczącą, pozycję w kaskadzie genów regulatorowych

zajmują tzw. geny homeotyczne. nadzorują one specjalizowanie się segmentów i

wykształcanie charakterystycznych dla nich narządów. Główne geny homeotyczne występują

u Drosophila w dwóch głównych kompleksach: Antennapedia (ANT-C), wyznaczającym

róŜnicę pomiędzy segmentem głowowym a segmentami tułowiowymi, oraz w kompleksie

bithorax (BX-C), odpowiedzialnym za róŜnice między tułowiem i odwłokiem.

Sekwencje genów homeotycznych u Drosophila zawierają

ok. 100 powtórzeń sekwencji 180 pz (homeoboks)

kodujących białka regulatorowe. LeŜą one jeden za drugim

na chromosomie 3, stanowią sekwencje regulatorowe

odpowiedzialne za symetrię ciała w osi przednio-tylnej.

Ekspresja kolejnych odcinków regulatorowych następuje od

przodu ku tyłowi wskazując na historię powstania tych

sekwencji.

• U kręgowców (i u człowieka) występują 4 kompleksy genów

homeotycznych (Hox) homologicznych do kompleksów

homeoboksu u Drosophila. Sekwencje tych kompleksów są

bardziej zróŜnicowane, ale takŜe odpowiadają za symetrię

przednio-tylną zarodka, płodu a następnie dojrzałego

organizmu.

Hipoteza: powstanie sekwencji homeoboksu

zapoczątkowało ewolucję zwierząt wielokomórkowych.

42. Jaka kaskada genów reguluje formowanie kwiatu u roślin naczyniowych?

U roślin stwierdzono obecność genów regulatorowych o sposobie działania podobnym do homeobox, ale innej sekwencji par zasad. Nazwano je MADbox. Jako przykład działania genów MADbox poznamy regulację rozwoju kwiatu u Arabidopsis.Geny MADbox to geny kodujące czynniki transkrypcyjne o konserwatywnej sekwencji nukleotydów (podaje się 168 do 180 bp). Geny te tworzą rodzinę genów MAD box u grzybów i roślin, również występują w klastrach.

MAD BOX w regulacji kwitnienia u Arabidopsis.

Organy kwiatowe u Arabidopsis tworzą na dnie kwiatowym koncentryczne pierścienie nazywane okółkami. Okółek działek kielicha, okółek płatków korony, okółek pręcików, okółek owocolistków. Zdefiniowano 3 klasy genów odpowiedzialnych, za formowanie organów kwiatowych.

Klasa A: mutacje tych genów powodują:

1. Powstanie nie połączonych ze sobą owocolistków zamiast działek kielicha.

2. Powstanie pręcików zamiast płatków korony.

Wzór kwiatu: owocolistki, pręcik, pręcik, słupek, (=owocolistki). Geny odpowiedzialne za to zjawisko to APETALA 1 i APETALA 2.

Klasa B: mutacje tych genów powodują:

1. Powstanie drugiego okółka działek zamiast płatków korony

2. Oraz powstanie niezrośniętych owocolistków zamiast pręcików.

Wzór kwiatu: kielich, kielich, słupek, słupek. Nazwy genów; APETALA 3, Pistillata

Klasa C: mutacje tych genów powodują:

1. Powstanie drugiego okółka płatków korony zamiast precików

2. Oraz powstanie działek kielicha zamiast słupka

Wzór kwiatu: korona, kielich, kielich, korona. Mutacja nazywa się AGAMOUS.

Zmienność i ewolucja genomów i genów.

43. Jak dzielimy mutacje ze względu na miejsce wystąpienia, ze względu na mechanizm i ze względu na skutki fenotypowe?

Rozróżnienie ze względu na miejsce wystąpienia:

Mutacja gametyczna - mutacja w komórkach linii gametycznej lub w samych gametach: dziedziczy się.

Mutacja somatyczna - mutacja w komórkach ciała (łac. soma): nie dziedziczy się.

Rozróżnienie ze względu na mechanizm:

Mutacja punktowa - dotyczy niewielkiej liczby nukleotydów

Mutacja chromosomowa (aberracja chromosomowa) - zmiana budowy chromosomu, dotyczy znacznego odcinka chromosomu.

Mutacja genomowa - zaburzenia stopnia ploidalności komórki, zmiany liczby chromosomów.

Rozróżnienie ze względu na skutki fenotypowe:

Mutacja:

Korzystna - poprawia możliwości przeżycia organizmu i jego potomstwa w danych warunkach (zawsze odniesienie do środowiska).

Obojętna (mutacja cicha) - nie wpływa na możliwości przeżycia.

Niekorzystna - powoduje obniżenie zdolności organizmu i jego potomstwa do przeżycia w danych warunkach albo uniemożliwia rozmnażanie.

Sub-letalna - prowadzi do poważnego upośledzenia organizmu i zwiększonej śmiertelności.

Letalna - prowadzi zawsze do śmierci.

44. Na czym polega powstawanie zmian nowotworowych i jak rozwija się nowotwór?

Mutacje somatyczne są przede wszystkim źródłem chorób nowotworowych. W normalnej komórce regulowany jest wzrost komórki i tempo namnażania. Onkogeny pobudzają w sposób niekontrolowany wzrost i mnożenie się komórek.”Białko zapobiegające nowotworzeni” powoduje śmierć komórek, w których nagromadziło się dużo mutacji. W nowotworach ten gen jest uszkodzony.

ROZWÓJ CHOROBY NOWOTWOROWEJ:

1.Zaczyna się od mutacji w pojedynczej komórce.

Zniesienie reakcji kontaktowej pomiędzy komórkami - komórka uwalnia się spod kontroli organizmu

2.Początkowo komórki namnażają się lokalnie i niezbyt szybko, występuje tendencja do dalszych mutacji: FAZA DYSPLAZJI.

3.Wzrasta tempo namnażania komórek nowotworowych, wdzierają się w sąsiadujące tkanki (inwazja) i ostatecznie pojedyncze komórki rozpoczynają wędrówkę naczyniami krwionośnymi (PRZERZUTY).

Intensywne podziały. Mutacje w rejonach genów naprawczych DNA. Kumulowanie się mutacji w tym protoonkogeny mutują w onkogeny.

4. Dalsze mutacje. Brak stabilności genetycznej - metastaza. Tkanka nowotworowa pobudza rozwój naczyń krwionośnych, którymi następnie komórki wędrują w organizmie.

45. Dlaczego mutacja punktowa polegająca na utracie lub dobudowaniu 1 nukleotydu może mieć poważniejsze skutki niż dobudowanie lub utrata 3 nukleotydów?

W wyniku delecji (utrata) lub inercji(włączenie z) punktowej liczby zasad różnej od 3 występuje ,,poślizg”- zmiana sekwencji odczytu, bardzo groźna dla całego genomu. Może zmienić znaczenie zapisu od miejsca powstania tej mutacji, aż do końca chromosomu, a przynajmniej do końca sekwencji transkrybowanych, w obrębie których nastąpiła mutacja. Poślizg może zupełnie zmienić sens zapisu, więc zmiany o 1 lub 2 zasady mają poważniejsze skutki niż zmiany o 3 zasady lub wielokrotność 3.

46. Mutacja punktowa powoduje:

 przesunięcie otwartej ramki odczytu - poprzez insercję lub delecję pojedynczego nukleotydu. Wiąże się to ze zmianą całej sekwencji białka poniżej mutacji, zatem może znacząco wpływać na fenotyp.

 mutacja missens - zmiana pojedynczego nukleotydu w kodonie powoduje zmianę aminokwasu w kodowanym białku. W zależności od położenia aminokwasu mutacja taka może, ale nie musi wpływać na fenotyp.

 mutacja nonsens - zmiana pojedynczego nukleotydu w kodonie powoduje, że trójka kodująca aminokwas zmienia się w jeden z trzech kodonów stop, zatem produkowane białko będzie krótsze, co zwykle wiąże się z jego niefunkcjonalnością.

47. Dlaczego duplikacje fragmentu DNA, całego genu, fragmentu chromosomu lub całego chromosomu, w końcu podwojenie całego genomu miało duże znaczenie w ewolucji organizmów żywych?

w genomach złożonych organizmów wiele sekwencji DNA występuje więcej niż jeden raz. Powtórzenia powstają w wyniku losowych zakłóceń syntezy DNA i w wyniku rekombinacji. Na skutek transpozycji i rekombinacji kopie DNA mogą pojawić się w nowych miejscach, a nawet na innych chromosomach. W genomie określonego gatunku podobne geny (lub inne odcinki DNA) często pochodzą od jednej pierwotnej sekwencji. Rozważmy, co może się stać, gdy odcinek DNA na skutek wydarzenia losowego zostanie zduplikowany? Załóżmy, że jedna kopia genu dostarcza odpowiedniego polipeptydu (lub RNA) w ilości wystarczającej do normalnego funkcjonowania. Dodatkowych kopii nie dotyczy więc presja ograniczająca powstawanie i gromadzenie się mutacji w genach ulegających ekspresji. Dywergencja genu w następstwie duplikacji zapewnia stabilność procesów, w których gen uczestniczy. Jego zduplikowana kopia jest uwolniona od presji selekcyjnej i zachodzące w niej mutacje nie są dzięki temu letalne. Zmiany w sekwencji nukleotydowej dodatkowej kopii genu mogą doprowadzić do pojawienia się zupełnie nowych możliwości funkcjonalnych, które mogą zostać zachowane podczas ewolucji. W innym przypadku dodatkowa kopia mogłaby znaleźć się pod kontrolą nowych lub zmienionych sygnałów regulatorowych i ulegać ekspresji w innych stadiach rozwoju lub tylko w pewnych rodzajach tkanek. Jest jeszcze inna możliwość: jeśli w dodatkowej kopii nastąpi mutacja unieczynniająca, wówczas kopia ta stanie się pseudogenem, który tym bardziej będzie mógł gromadzić mutacje do czasu, gdy jakaś zmiana w strukturze DNA na powrót nie uruchomi transkrypcji w tym odcinku. Większość genów organizmów wyższych wyewoluowała w ten sposób.

Duplikacja całych genomów (autopoliploidalność).

- Najszybszy sposób zwiększania liczby genów.

- U zwierząt wielokomórkowych zjawisko zawsze letalne.

- Prawdopodobnie częste zjawisko u organizmów niższych.

- Do dziś częste zjawisko u roślin.

• Duplikacja całych chromosomów lub ich fragmentów.

- U zwierząt wielokomórkowych zjawisko zawsze niekorzystne.

- U organizmów niższych i u roślin zjawisko częste.

• Duplikacja pojedynczego genu lub jego fragmentu.

- Najczęstsze i najskuteczniejsze zjawisko prowadzące do

postępu ewolucyjnego.

48. Czym różni się endomitoza od endoreduplikacji?

ENDOMITOZA- blokada podziału w fazie M - mitoza zaczyna się, lecz jest niepełna , chromatydy siostrzane się nie rozchodzą do różnych biegunów , chociaż oddzielają się od siebie.

ENDOREDUPLIKACJA-

Blokada cyklu komórkowego w fazie S zamiast w podział komórka wchodzi w nową fazę G

49. Dlaczego autopoliploidy bywają niestabilne genetycznie i na czym polega wtórna diploidyzacja?

Poliploidalność - autopoliploidy potrzebują stabilizacji mejozy co może nastąpić na skutek wtórnej diploidyzacji.

Wtórna diploidyzacja:

U autopoliploidów chromosomy koniugują czwórkami (kwadriwalenty), tak długo, aż jakieś poważne zmiany strukturalne (np, delecje, inwersje) nie zróżnicują chromosomów na tyle, że

zaczynają koniugować znowu po dwa. Jeżeli wszystkie pary chromosomów przejdą ten proces koniugacja przebiega normalnie - tworzą się biwalenty. Zjawisko to nazywamy wtórną diploidyzacją.

Dzięki wtórnej diploidyzacji przywracana jest równowaga w mejozie.

Zjawisko autopoliploidyzacji, a następnie wtórnej diploidyzacji prawdopodobnie odegrało duże znaczenie w ewolucji genomów.

50. Jakie poznałeś drogi rearanżacji (rekombinacji) genów?

Rekombinacja:

homologiczna - geny z jednej pary chromosomów homologicznych tworzą grupę sprzężeń; geny z pary chromosomów homologicznych też mogą rozejść się niezależnie, z różną charakterystyczną dla siebie częstotliwością; jest to możliwe dzięki zjawisku crossing over.

niehomologiczna - geny na chromosomach niehomologicznych dziedziczą się niezależnie, zatem w potomstwie mogą się spotkać w zupełnie nowych kombinacjach.

Konwersja genów (zmiana stosunku alleli, dodatkowa kopia jednego z alleli zastępuje drugi allel, „lepsza” kopia może wybierać z genomu homologiczne „gorsze” kopie.)

Transpozycja - przeniesienie fragmentu DNA w inne miejsce na kilku możliwych drogach. Elementy transpozycyjne (transpozony) to sekwencje DNA wyposażone w mechanizm umożliwiający ich wycięcie z chromosomu i włączenie w inne miejsce.

51. Jaka jest różnica pomiędzy transpozonami typu 1 i 2?

Transpozon typu 2 nie ma własnych sekwencji promotorowych, zatem taki transpozon uruchomiany jest razem z sąsiadującymi genami, o ile leży w miejscu gdzie następuje taka aktywacja sąsiadujących genów. Pierwotna kopia genu nie jest wycinana = powstaje wiele kopii tego samego genu, możliwość dywergencji. Przypominają retrowirusy pozbawione elementów samopowielania.

Transpozon typu 1 = Retrotranspozon to typ transpozonu, który w procesie transpozycji występuje w postaci kwasu rybonukleinowego (RNA). Ponadto retrotranspozony zawierają geny kodujące enzymy niezbędne do przemieszczania się w procesie transpozycji. Po transkrypcji retrotranspozonu zintegrowanego z genomem gospodarza na transpozonowej matrycy RNA następuje synteza pierwszej nici DNA przez enzym zwany odwrotną HYPERLINK "http://pl.wikipedia.org/wiki/Odwrotna_transkryptaza"transkryptazą. W ten sposób powstaje pozachromosomowa, dwuniciowa cząsteczka zbudowana z jednej nici RNA i jednej nici DNA. Następnie matrycowa nić RNA jest wytrawiana (przez enzym RNA-zę), a na jej miejsce syntetyzowana jest druga (komplementarna do pierwszej) nić DNA. Taki dwuniciowy DNA zostaje za pomocą enzymu integrazy wstawiony do genomu gospodarza.

52. Co oznacza termin "dywergencja genu" i w jaki sposób to zjawisko prowadzi do powstawania nowych genów?

Dywergencja genów jest to proces, połączony z duplikają w wyniku którego jedna z podwojonych kopii genu może zachować swoje funkcje co zapewnia stabilność procesów, w których gen uczestniczy. Jego zduplikowana kopia jest uwolniona od presji selekcyjnej i zachodzące w niej mutacje nie są dzięki temu letalne. Może to doprowadzić do powstania nowego genu, albo do utraty funkcji i powstania nieaktywnego „psedogenu”, który tym bardziej będzie mógł gromadzić mutacje. Większość genów organizmów wyższych wyewoluowała w ten sposób.( odsyłam do wykładu Ewolucja genomów 2009 slajd nr 51)

53. Rodziny genów:

- geny homeotyczne (homeobox, hox, mad-box)

- globiny krwi - Globiny w połączeniu z hemem tworzą hemoglobiny.

- kinazy (enzymy odpowiedzialne m.in. za fosforylację białek)

- miozyny, tubuliny

- geny histonów - potrzebne dla zachowania struktury i upakowania DNA

54. Dlaczego uważamy, że pierwszym replikującym się polimerem były cząsteczki RNA? Jakie dodatkowe przesłanki wskazują na kluczową rolę RNA w ewolucji genomów?

Pierwszymi samo replikującymi się cząsteczkami były cząsteczki RNA, które wykorzystywały rybonukleotydy z otoczenia, żeby się powielić: stanowiły one zarówno materiał genetyczny (matrycę) jak i enzym zdolny do jej odtworzenia (genotyp i fenotyp- 2 w 1). DNA jest modyfikacją RNA- przejął funkcję matrycy ze względu na swoja stabilność. Natomiast białka nie mają zdolności do samo powielania- zatem żadna cecha nabyta białka, żadna „super- kombinacja” aminokwasów powstała spontanicznie, nie może być przekazana potomstwu. Białka nie mogą pełnić roli „praprzodka”.

Dodatkowe przesłanki: W dzisiejszym świecie żywym kompleksy RNA- białko

(rybonukleoproteiny) pełnią kluczowe role w metabolizmie:

1. Rybosomy są rybonukleoproteinami.

2. Bardzo wiele enzymów ma rybonukleotydy lub ich pochodne w swoim aktywnym centrum.

3. Replikacja DNA i regulacja aktywności genów opiera się na interakcji RNA i białek.

4. Ponadto ponad połowa białkowych enzymów swoją aktywność zawdzięcza niebiałkowym kofaktorom.

Białka mają lepsze właściwości katalityczne od RNA, oraz lepsze właściwości budulcowe - są jednak niesamodzielne.

55. Jakie odkrycia z dziedziny genetyki molekularnej wskazują na jedność świata żywego na Ziemi, jego wspólne korzenie i ewolucyjny rozwój?

Kod genetyczny jest identyczny w całym świecie żywym na Ziemi: ten sam u wirusów, bakterii i człowieka.

Jednakowe są zasady zapisu i odczytywania informacji genetycznej u wszystkich organizmów.

Podstawy genetyki populacji

56. Wymień kilka cech fenotypu, które należy uznać za skanalizowane i kilka cech plastycznych.

 Cechy skanalizowane (cechy stałe, mało zmienne, zbuforowane rozwojowo) Np.:

 Liczba kończyn u człowieka
 Liczba palców

Cechy plastyczne (cechy o dużej zmienności) Np.:

 Tusza u człowieka
 Wzrost

57. Jaką populację nazywamy "populacją mendlowską"? Kiedy populację nazywamy "zamkniętą" a kiedy "otwartą"?

Zbiór osobników, które są zdolne do kojarzenia się (krzyżowania się płciowego) i posiadają wspólną pulę genów nazywamy populacją mendlowską. W obrębie populacji mendlowskiej osobniki są ze sobą spokrewnione. Populacja jest zamknięta (izolowana) jeżeli nie ma wymiany genów z innymi populacjami. Populacja jest otwarta, jeżeli następuje wymiana (przepływ genów) z innymi populacjami tego samego gatunku.

58. Jakie warunki muszą być spełnione by do opisu frekwencji alleli w populacji można było zastosować prawo Hardego i Weinberga?

 Jeżeli spełnione są następujące warunki w populacji:

1. organizmy są diploidalne

2. rozmnaŜają się płciowo

3. pokolenia nie zachodzą na siebie

4. osobniki kojarzą się losowo (populacja panmiktyczna)

5. populacja jest bardzo duża (nieskończenież)

6. nie ma migracji

7. nie ma mutacji

8. dobór naturalny nie wpływa na badany gen

59. Co to znaczy, że populacja jest panmiktyczna? Czy populacja Krakowa może być zaliczona do populacji panmiktycznych?

populacja panmiktyczna to populacja w której osobniki kojarzą się losowo: przy kojarzeniu

w praktyce prawie nigdy nie ma żadnych preferencji.

przy kojarzeniu się nie ma żadnych preferencji. W praktyce prawie nigdy nie jest spełnione, bo tu właśnie działa selekcja - mechanizm ewolucji.

Populacja panmiktyczna, zbiór osobników tego samego gatunku na danym terenie, posiadający wspólną pulę genową, u których kojarzenie zachodzi w sposób losowy.

Tak, populacja Krakowa może być zaliczona do populacji panmiktycznych.

60. Jaki mechanizm sprawia, że skutki doboru naturalnego wyglądają na celowe?

Mechanizm rozrywający - faworyzuje fenotypy skrajne, ekstremalne, a eliminuje przeciętne (średnie); jest szczególną odmianą selekcji kierunkowej, z tą różnicą, że działa w kilku kierunkach, prowadząc do dywergencji; powstają dwa nowe gatunki.

61. Podaj przykład selekcji kierunkowej i selekcji rozrywającej.

Selekcja kierunkowa, czyli eliminacja najmniejszych albo największych, uśrednianie cech populacji. Przykładem może być populacja, w której eliminowane są osobniki mniejsze lub większe od ogółu.

Natomiast w selekcji rozrywającej eliminowane są osobniki średnie, a pozostawiane są osobniki najmniejsze i największe. Powstają dwa nowe gatunki.

62. Jakie zjawisko określamy terminem "dryf genetyczny"? Dlaczego jest to zjawisko groźne dla przetrwania małych populacji?

Jest to zjawisko polegające na fluktuacji częstości neutralnego allelu genu w populacji, wynikające z losowo charakteru przekazywania genów przez rodziców potomstwu.

zjawisko to jest groźne ponieważ w małej populacji allel szybciej ulegnie eliminacji bądź zdominuje populację. To z kolei prowadzi do zwiększenia homozygotyczności i zmniejszenia różnorodności populacji a w skrajnych przypadkach prowadzi do wsobności.

Kompleks synaptonemalny- nowy kompleks białek,łączących chromosomy homologiczne w mejozie tak aby tworzyły biwalenty. Białka enzymatyczne występujące w kompleksie synaptonemalnym, sprawdzają poprawność koniugacji jednocześnie tnąc i sklejając fragmenty nici chromatynowych. Co jakiś czas „mylą się” i sklejają nici homologiczne na krzyż, następuje zjawisko

znane nam jako „crossing-over”, czyli wymiana fragmentów chromatyd pomiędzy chromosomami

homologicznymi - warunek rekombinacji mejotycznej.

zmienność ciągła - dotycząca cech ILOŚCIOWYCH, takich jak rozmiary ciała, masa, stopień wybarwienia itp. W przypadku zmienności ciągłej podaje się zakres zmienności (np. masa min. i max). Cechy ilościowe są zwykle zależne od działania wielu genów, stąd nazywa się je poligenowymi.

HnRNA - heterogenny jądrowy RNA (pra mRNA) - RNA będący bezpośrednim produktem transkrypcji, najczęściej zawierający niekodujące sekwencje nukleotydów. Elementy niekodujące, introny, są usuwane w procesie dojrzewania (splicingu). Po wycięciu niekodujących sekwencji, dołączeniu guanylowej czapki na końcu 5' łańcucha i sekwencji poli-A na końcu 3' łańcucha powstanie właściwy mRNA biorący udział w translacji. Modyfikacje hnRNA prowadzące do powstania mRNA nazywa się obróbką posttranskrypcyjną.

Selekcja różnicująca prowadzi do rozerwania pierwotnie jednolitej populacji na dwie lub więcej odrębnych populacji o odrębnych właściwościach adaptacyjnych. Zjawisko takie występuje, jeśli obszar zajmowany przez dużą populację zostaje zróżnicowany, tak że w różnych jego częściach działają różne czynniki selekcyjne lub takie same czynniki działają w innych kierunkach. Wtedy pierwotnie jednolita populacja rozpada się na szereg subpopulacji o odrębnych pulach pulach genowych.

Autoradiografia.

1. Zasada działania.

Autoradiografia jest metodą analityczną obrazowania rozkładu substancji promieniotwórczych, najczęściej w płaskim przedmiocie. W najprostszym przypadku autoradiografię wykonuje się pozostawiając na pewien czas kliszę rentgenowską ściśle przyłożoną do przedmiotu. Wywołana klisza ujawnia rozkład substancji promieniotwórczych (emitujących cząstki beta lub promieniowanie gamma) w badanym przedmiocie (autoradiogram = autoradiograf). Klisza stosowana w autoradiografii jest grubsza i czulsza od klisz stosowanych w fotografii. W technice autoradiografii oprócz klisz rentgenowskich można wykorzystywać również inne systemy detekcji promieniowania. Przy zastosowaniu bardzo cienkich skrawków można oglądać autoradiogramy pod mikroskopem elektronowym.

Autoradiografia pozwala na kontrolowanie przebiegu reakcji po uprzednim wyznakowaniu radioizotopami uczestniczących w niej związków. Substancje promieniotwórcze występują w organizmach w ilościach śladowych, dlatego wprowadza się dodatkowe izotopy radioaktywne, które następnie zostają wbudowane przez dany organizm do jego własnych związków chemicznych.

Na przykład, aby śledzić przemiany RNA w komórkach embrionalnych (zarodkowych) roślin, można inkubować komórki z radioaktywnym prekursorem RNA, znakowanym np. izotopem wodoru ³H lub ³²P, ³³P i ³⁵S, rzadziej jodu ¹²⁵I. Po inkubacji materiał poddaje się rutynowej technice histologicznej: sporządza się skrawki, umieszcza na szkiełkach podstawowych, a preparaty pokrywa się emulsją fotograficzną zawierającą AgBr i pozostawia w ciemności nawet na kilka miesięcy. W tym czasie promieniowanie emitowane przez izotop promieniotwórczy oddziałuje na AgBr znajdujący się w emulsji i powoduje pojawienie się w niej metalicznego srebra w miejscu kontaktu z radioaktywnym znacznikiem. Po wywołaniu autoradiogramu można dokładnie określić lokalizację oznakowanego promieniotwórczo RNA w komórce. W autoradiogramie miejsca nienaświetlone są przezroczyste, a w miejscach, w których promieniowanie z radioaktywnych punktów na filtrze naświetliło film zaobserwujemy ciemne ziarenka (w mikroskopie świetlnym) lub kłaczki (w mikroskopie elektronowym), których ilość jest proporcjonalna do ilości wiążącego substancję promieniotwórczą związku.

2. Zastosowanie.

Autoradiografia ma zastosowanie m.in. w dokładnej lokalizacji substancji, sekwencjonowaniu DNA, klonowaniu genów oraz w śledzeniu dynamiki procesów metabolicznych (ligandów, receptorów, enzymów), zarówno w warunkach in vivo, jak i w warunkach in vitro. Obrazowanie rozmieszczenia RNA w komórce przy pomocy wyznakowanych promieniotwórczo komplementarnych oligonukleotydów lub cząstek RNA znalazło zastosowanie w szeroko stosowanej technice hybrydyzacji in situ.

Rodzina genów - grupa genów nieallelicznych (allele) o dużym podobieństwie sekwencji; koduje białka o zbliżonej sekwencji aminokwasowej.

Ogon poly-A:łańcuch składający się z wielu adenin przyłączony do końca 3`cząsteczki mRNA Stanowi on sygnał adresowy oznaczający transport do cytoplazmy. Od jego długości zależy trwałość mRNA w cytoplazmie.

Wtórna diploidyzacja U autopoliploidów chromosomy koniugują czwórkami (kwadriwalenty), tak długo, aż jakieś poważne zmiany strukturalne (np, delecje,

I nwersje) nie zróżnicują chromosomów na tyle, że zaczynają koniugować znowu po

dwa. Jeżeli wszystkie pary chromosomów przejdą ten proces koniugacja przebiega normalnie - ttworzą się biwalenty. Zjawisko to nazywamy wtórną diploidyzacją.

Dysocjacja histonów nukleosomu: zachodzi podczas transkrypcji. Oktamer histonowy przemieszczając się w trakcie transkrypcji nie odłącza się całkiem od DNA. DNA odwija się z oktameru przed polimerazą RNA. Gdy ponownie nawija się na oktamer po przejściu enzymu następuje ponowna asocjacja.

Zagadnienia ogólne i podstawowe wiadomości z genetyki:

63. Dlaczego dzieci nie są identyczne z żadnym z rodziców?

64. Dlaczego kobieta (samica) rodzi zarówno dziewczynki (osobniki żeńskie) jak i chłopców (osobniki męskie)?

65. Podaj kilka powodów, dla których u dzieci pojawiają się cechy nieobecne u żadnego z rodziców.

66. Jak zbudowany jest chromosom?

67. Jaką rolę w replikacji DNA pełnią: helikaza, polimeraza, ligaza DNA, i topoizoemraza?

68. Do czego potrzebny jest starter (primer)?

69. Uzasadnij, dlaczego definicja genu, jako fragmentu DNA kodującego jeden łańcuch polipeptydowy jest nieaktualna w świetle współczesnej wiedzy.

70. Jak zmienia się struktura chromatyny od interfazy do mitozy? Zwróć uwagę na rolę histonów i kohezyn.

71. W jakim stadium mejozy zachodzi zjawisko crossing-over?

72. Jaką rolę w mejozie pełni kompleks synaptonemalny (koniugacyjny), a jaką rolę pełnią chiazminy?

73. Co obecnie uważamy na temat "centralnego dogmatu genetyki" i dlaczego nawet znając sekwencje nukleotydów w całym genomie danego osobnika nie jesteśmy w stanie przewidzieć w jaki sposób ulegną ekspresji?

Historia genetyki

1. Co zadecydowało, że Grzegorz Mendel pracując nad krzyżowaniem grochu sformułował podstawowe prawa dziedziczenia?

2. Wymień najważniejsze odkrycia Morgana i jego zespołu i krótko omów, na czym one polegały.

3. Jakie odkrycie genetyki XX wieku uważasz za najważniejsze, na czym ono polegało i dlaczego uważasz je za ważne?

Regulacja ekspresji genów

1. Jakie lokalne cechy budowy podwójnej nici DNA odgrywają decydującą rolę w procesie regulacji ekspresji genów?

2. Jakie cząsteczki biorą udział w inicjacji transkrypcji i jaka jest ich rola w tym procesie?

3. Jak długie bywają promotory genów i jakie charakterystyczne sekwencje nukleotydów mogą zawierać?

4. Wymień przynajmniej trzy rodziny czynników transkrypcyjnych podając charakterystyczne cechy ich budowy?

5. Jak działają czynniki transkrypcyjne?

6. Jakie inne nazwy używamy dla określenia transkryptu pierwotnego? Co różni transkrypt pierwotny od mRNA gotowego do transportu do cytoplazmy?

7. Jak działa spliceosom i jaka jest rola snRNP w procesie splicingu?

8. Jakie funkcje mogą pełnić introny i inne niekodujące fragmenty DNA?

9. Co oznaczają pojęcia "pozycjonowanie nukleosomów" i "dysrupcja nukleosomów"?

10. Co dzieje się z histonami podczas transkrypcji?

11. Jak przebiega redagowanie jądrowe transkryptu pierwotnego?

12. Opisz (najlepiej również narysuj schemat) mRNA dojrzałego do transportu do cytoplazmy.

13. Jakie rodzaje RNA, oprócz mRNA, są transportowane do cytoplazmy? Jaką pełnią rolę w cytoplazmie?

14. Opisz metodę służącą do rozpoznania rozmieszczenia mRNA w cytoplazmie.

15. Jaki znasz mechanizm modyfikowania mRNA w cytoplazmie przed rozpoczęciem translacji?

16. Wymień i krótko opisz czynniki kontrolujące rozpoczęcie translacji.

17. Jak długo cząsteczka mRNA może przebywać na terenie cytoplazmy i od czego to zależy?

18. Jakie modyfikacje przechodzą białka, zanim zaczną pełnić swoją funkcję?

19. Opisz funkcje białek opiekuńczych.

20. Wymień i krótko opisz znane Ci rodzaje białek opiekuńczych.

21. Jaki mechanizm decyduje o degradacji białka w cytoplazmie żywej komórki?

Regulacji ekspresji genów w ontogenezie

1. Omów zjawisko kaskady genów na przykładzie dowolnej grupy genów uruchamiających się w trakcie rozwoju u Drosophila melanogaster.

2. Skąd pochodzą substancje sygnałowe rozmieszczone w jaju D. melanogaster? Czy są zdeponowane jako białka czy mRNA, czy jakieś inne substancje?

3. Opisz 4 etapy formowania się parasegmentów larwy D. melanogaster.

4. Podaj definicję genów homeotycznych i omów dwie dowolne mutacje homeotyczne u D. melanogaster.

5. Co to jest "motyw homeobox" i co go łączy z białkiem homeodomeny? Gdzie spotykamy motywy homeobox?

6. Jaki jest związek pomiędzy kompleksami genów HOX u ssaków a kompleksami antennapedia i bithorax u muszki?

7. Jaka kaskada genów reguluje formowanie kwiatu u roślin naczyniowych?

Zmienność i ewolucja genomów i genów.

1. Jak dzielimy mutacje ze względu na miejsce wystąpienia, ze względu na mechanizm i ze względu na skutki fenotypowe?

2. Na czym polega powstawanie zmian nowotworowych i jak rozwija się nowotwór?

3. Dlaczego mutacja punktowa polegająca na utracie lub dobudowaniu jednego nukleotydu może mieć poważniejsze skutki niż dobudowanie lub utrata trzech nukleotydów?

4. Jakie zmiany niesynonimiczne mogą powstać na skutek mutacji punktowej zamiany jednego nukleotydu?

5. Dlaczego duplikacje fragmentu DNA, całego genu, fragmentu chromosomu lub całego chromosomu, w końcu podwojenie całego genomu miało duże znaczenie w ewolucji organizmów żywych?

6. Czym różni się endomitoza od endoreduplikacji?

7. Dlaczego autopoliploidy bywają niestabilne genetycznie i na czym polega wtórna diploidyzacja?

8. Jakie poznałeś drogi rearanżacji (rekombinacji) genów?

9. Jaka jest różnica pomiędzy transpozonami typu 1 i 2?

10. Co oznacza termin "dywergencja genu" i w jaki sposób to zjawisko prowadzi do powstawania nowych genów?

11. Wymień 5 dowolnych znanych Ci rodzin genów i nazwij procesy, za które każda z tych rodzin odpowiada.

12. Dlaczego uważamy, że pierwszym replikującym się polimerem były cząsteczki RNA? Jakie dodatkowe przesłanki wskazują na kluczwą rolę RNA w ewolucji genomów?

13. Jakie odkrycia z dziedziny genetyki molekularnej wskazują na jedność świata żywego na Ziemi, jego wspólne korzenie i ewolucyjny rozwój?

Podstawy genetyki populacji

1. Wymień kilka cech fenotypu, które należy uznać za skanalizowane i kilka cech plastycznych.

2. Jaką populację nazywamy "populacją mendlowską"? Kiedy populację nazywamy "zamkniętą" a kiedy "otwartą"?

3. Jakie warunki muszą być spełnione by do opisu frekwencji alleli w populacji można było zastosować prawo Hardego i Weinberga?

4. Co to znaczy, że populacja jest panmiktyczna? Czy populacja Krakowa może być zaliczona do populacji panmiktycznych?

5. Jaki mechanizm sprawia, że skutki doboru naturalnego wyglądają na "celowe"?

6. Podaj przykład selekcji kierunkowej i selekcji rozrywającej.

7. Jakie zjawisko określamy terminem "dryf genetyczny"? Dlaczego jest to zjawisko groźne dla przetrwania małych populacji? Czy dryf genetyczny może być powodem eliminacji allelu o dużych walorach przystosowawczych?

---