Genetyka - część II

Zadania dotyczące genów, miejsca ich występowania, ekspresji oraz sposobów ich przekazywania. Spotkacie się tu również z zadaniami związanymi z budową chromosomów, przekazywaniem ich komórkom potomnym oraz z testami związanymi z różnego typu mutacjami.

Zad. 1

Definicja genu ulegała zmianom. Przez krótki okres czasu genem nazywano jednostkę materiału, która była odpowiedzialna za syntezę jednego enzymu. Obecna definicja genu, którą można skrótowo zapisać 1 gen - 1 łańcuch polipeptydowy, jest definicją prawie uniwersalną. Napisz krótko dlaczego pierwsza z podanych definicji genu jest nieprawdziwa i dlaczego druga z definicji jest prawie uniwersalna.

Zad. 2

Na poniższym rysunku przedstawiono w sposób schematyczny kilka genów. Po przeanalizowaniu rysunków napisz w jaki sposób mogą być zapisane geny w DNA i jaki rodzaj informacji zawierają kolejne geny. Odpowiedź napisz w formie tabelki.

Zad. 2a

Odcinki zaznaczone na rysunku literami "a" i "b" mają swoje nazwy, podaj je.

Zad. 3

Podstawowym warunkiem transkrypcji jakiegokolwiek genu jest przyłączenie polimerazy RNA do "wyróżnionego" (jest to określona sekwencja nukleotydów w DNA) miejsca zwanego promotorem. Poniższe rysunki przedstawiają miejsca, do których może przyłączyć się polimeraza RNA. Miejsce rozpoznawane przez enzym to wzór ugrupowań: N, NH₂ i O, wchodzących w skład zasad azotowych. Przypatrz się rysunkom i rozwiąż kolejne zadania.

Zad. 3a

Napisz jakie mogą być konsekwencje mutacji punktowej w miejscu oznaczonym literą "a". Krótko uzasadnij odpowiedź.

Zad. 3b

Na rysunkach drugim i trzecim zaproponowano kilka miejsc, do których mogłyby zostać dołączone białka represorowe. Przyłączenie do których ze wskazanych miejsc (wskaż jedno dla każdego rysunku) będzie mogło mieć wpływ na ekspresję genu?

Zad. 4

Ujawnienie się skutków obecności genów w genomie zależy od wielu czynników. Na ekspresywność cechy mogą wpływać geny modyfikatory, geny inhibitory, płeć organizmu oraz środowisko. W większości wypadków decyzja o ekspresji genu podejmowana jest przed rozpoczęciem transkrypcji. Na poniższych rysunkach przedstawiono dwa mechanizmy takiej regulacji. Nazwij je i krótko wyjaśnij na czym one polegają.

Zad. 5

Na operon laktozowy składają się promotor, operator oraz sprzężone ze sobą strukturalnie i funkcjonalnie 3 geny strukturalne (enzymy, które dzięki aktywności tych genów powstaną są niezbędnie potrzebne do fermentacji laktozy). Przy obecności glukozy w pożywce, na której rosną bakterie, geny odpowiedzialne za fermentację laktozy są "zablokowane". Wyczerpanie w podłożu glukozy i obecność w nim laktozy powodują zniesienie represji trzech genów odpowiedzialnych za rozkład laktozy. Po starannym przeczytaniu tekstu i przeanalizowaniu poniższych rysunków rozwiąż kolejne zadania.

Zad. 5a

Napisz w jaki sposób oznaczono na rysunkach represor i jaki jest mechanizm jego działania.

Zad. 5b

W jaki sposób zostaje zniesiona represja i co w wyniku działalności genów strukturalnych w ostateczności powstaje? Napisz w jakim procesie biorą udział substancje, które powstały dzięki działalności genów strukturalnych.

Zad. 5c

Krótko wyjaśnij zalety tego typu regulacji ekspresji genów.

Zad. 6

W przypadku operonu laktozowego mieliśmy do czynienia z represją oraz z indukcją. Syntezę potrzebnych enzymów indukowało pojawienie się substratu. Istnieje jednak klasa genów, których ekspresja nie podlega regulacji. Do grupy tej u Eukariota należą między innymi geny kodujące enzymy cyklu Krebsa. Krótko wyjaśnij w jakich reakcjach biorą udział te enzymy i dlaczego nie podlegają regulacji.

Zad. 7

Transkrypcja i translacja, w komórkach organizmów eukariotycznych, nie będą mogły nastąpić, jeśli: chromatyna nie ulegnie rozluźnieniu, nie powstanie mRNA (geny represorowe, geny nieciągłe), mRNA nie opuści rejonu jądra. Ekspresywność genów może zależeć również od obecności innych genów, płci i warunków środowiska. Po przeanalizowaniu tekstu zadania napisz co może mieć wpływ na ekspresywność genów; podaj po jednym przykładzie ujawnienia lub nie ujawnienia się cechy zależnej od płci i zależnej od czynników środowiska.

Zad. 8

Na poniższym rysunku przedstawiono chromosomy. Po przeanalizowaniu rysunku rozwiąż kolejne zadania.

Zad. 8a

Napisz co nazywamy chromosomem.

Zad. 8b

Chromosomy podzielono na cztery klasy (metacentryczne, submetacentryczne, akrocentryczne, telocentryczne). Napisz jakie było kryterium tego podziału.

Zad. 8c

Pogrupuj przedstawione na rysunku z zadania 8 chromosomy w cztery klasy; podaj nazwy tych klas. Jeśli masz problem z nazwą podaj charakterystyczne cechy budowy, które zdecydowały o takim, a nie innym podziale na klasy.

Zad. 8d

Czy na rysunku w zadaniu 8 znajdują się chromosomy homologiczne? Jeśli są, wskaż je.

Zad. 8e

W budowie chromosomów możemy wyróżnić: chromatydę, ramię chromosomu, centromer z kinetochorem, satelitę, przewężenie wtórne. Napisz jak na rysunku z zadania 8 oznaczono wymienione części chromosomu.

Zad. 9

Napisz jaka jest rola centromeru i jakie są konsekwencje jego utraty przez chromosom.

Zad. 10

Napisz czym się różnią chromosomy homologiczne od chromosomów niehomologicznych (chodzi tu o autosomy) w kariotypie człowieka. Staraj się dać pełną odpowiedź.

Zad. 11

Poza autosomami w kariotypie człowieka mamy parę heterosomów. W kariotypie mężczyzny występują chromosomy XY, u kobiet natomiast chromosomy XX. Napisz czy w plemnikach, które powstały w wyniku prawidłowego podziału spotkamy się z następującymi zestawami chromosomów: 22 autosomy + X, 22 autosomy + Y, 22 autosomy + XY, 23 autosomy + Y, 46 autosomów +Y. Krótko uzasadnij odpowiedź.

Zad. 12

Niemal wszystkie organizmy wielokomórkowe są diplontami. Osobniki tego samego gatunku mają charakterystyczny dla danego gatunku kariotyp. W zależności jednak od etapu cyklu rozwojowego i rodzaju komórek mogą występować komórki haploidalne. Na rysunku przedstawiono całe organizmy lub pojedyncze komórki. Wybierz spośród nich diplonty; krótko uzasadnij wybór.

Uwaga: Czy potrafilibyście odpowiedzieć na to pytanie gdyby na rysunku znalazły się dodatkowo: Euglena, Pantofelek, Drożdże i owocnik Smardza lub innego przedstawiciela workowców?

Zad. 13

Na poniższym rysunku przedstawiono cztery pary chromosomów homologicznych, pochodzących z komórek somatycznych czterech różnych organizmów. Po przeanalizowaniu rysunku rozwiąż kolejne zadania.

Zad. 13a

Napisz, na których rysunkach przedstawiono chromosomy homologiczne pochodzące z komórek organizmów, które są pod względem zaznaczonych cech homozygotami. Krótko uzasadnij odpowiedź.

Zad. 13b

Napisz, na którym rysunku przedstawiono homozygotę recesywną pod względem wskazanej cechy. Krótko uzasadnij odpowiedź.

Zad. 14

Poniższy rysunek przedstawia chromosomy homologiczne pochodzące z komórek tkanki miękiszowej wysokiej odmiany grochu "A" i niskiej odmiany "B". W wyniku krzyżówki w pokoleniu F₂ otrzymano 120 roślin wysokich i 39 roślin niskich. Po przeanalizowaniu rysunku i tekstu rozwiąż kolejne zadania.

Zad. 14a

Napisz jakiego wzrostu były rośliny w pokoleniu F₁. Krótko uzasadnij dlaczego tak uważasz.

Zad. 14b

Zapisz genotypy roślin występujących w pokoleniu F₂ i wyjaśnij dlaczego tylko 39 roślin było niskich w tym pokoleniu.

Zad. 14c

Mając do dyspozycji rośliny z pokolenia F₂ (mają dopiero pączki kwiatowe), poletka doświadczalne i dużo czasu uzyskaj z tego materiału nasiona obu typów homozygot. Napisz czy tyle samo czasu zajmie wyselekcjonowanie nasion homozygoty dominującej i homozygoty recesywnej. Krótko uzasadnij odpowiedź.

Zad. 14d

Otrzymaliście trzy torebki z nasionami grochu, każda zawiera po 100 nasion. W jednej z nich (ma etykietkę) znajdują się nasiona roślin niskich, w dwóch pozostałych nieopisanych znajdują się nasiona roślin wysokich (oddzielnie mieszańce i oddzielnie nasiona homozygot dominujących). Twoje zadanie będzie polegało na tym, abyś używając po 3 nasionka z każdej torebki zidentyfikował torebkę zawierającą nasiona roślin homozygotycznych.

Uwaga: Nasiona wyglądają identycznie.

Czy po rozwiązaniu dwóch poprzednich zadań rozumiecie dlaczego ulubionym materiałem badawczym genetyków stały się muszki owocowe i bakterie?

Zad. 15

W tym zadaniu zostaną Wam przedstawione wyniki kilku doświadczeń, w których badano dziedziczenie jednej lub dwóch cech. Przeanalizuj rysunki i rozwiąż kolejne zadania.

Zad. 15a

Wskaż, w których z przedstawionych krzyżówek nie występują allele recesywne. Krótko uzasadnij odpowiedź.

Zad. 15b

Wskaż, w której z przedstawionych krzyżówek przedstawiono dziedziczenie dwóch cech sprzężonych; napisz jaki jest powód takiego typu dziedziczenia tych cech.

Zad. 15c

Posługując się oznaczeniami literowymi (cechy dominujące oznaczono następująco: barwa nasion - "C", kształt nasion - "B") przypisz odpowiednie genotypy pokoleniu rodziców (P) z rysunku IV. Napisz jakie mogą mieć genotypy rośliny, których nasiona ujęto w prostokącik.

Zad. 15d

Napisz czy w przypadku dziedziczenia cechy wełnistości włosów u rasy białej (rys. II), allel decydujący o wystąpieniu tej cechy jest allelem recesywnym (uzasadnij odpowiedź) i czy jest allelem często spotykanym.

Zad. 15e

Gen odpowiedzialny za dziedziczenie barwy oczu u muszki owocowej znajduje się w jednym z chromosomów płciowych. Po przeanalizowaniu wyników obu krzyżówek przedstawionych na rysunku VI napisz, w którym z chromosomów płciowych znajduje się gen kodujący barwę oczu oraz który z alleli odpowiedzialny za barwę oczu jest allelem recesywnym.

Zad. 16

Na poniższych rysunkach przedstawiono różne typy mutacji. Nazwij je i wskaż rysunki przedstawiające mutacje chromosomowe.

Zad. 17

Jeśli wykluczymy mutacje, to czemu będziemy mogli przypisać pojawienie się zupełnie nowej cechy w badanym organizmie? Podaj przykłady ilustrujące to zjawisko.

Zad. 18

Wyjaśnij dlaczego potomstwo tylko w pewnym stopniu przypomina jedno z rodziców.

Zad. 19

W hodowli myszy u jednego osobnika obserwowano jednoczesne występowanie dwóch cech w przypadku 99% badanej populacji. W rzadkich przypadkach tylko jedna ze sprzężonych cech pojawiała się samodzielnie. W hodowli szczurów również obserwowano u większości osobników jednoczesne występowanie dwóch cech przekazywanych potomstwu, jednak ilość osobników, u których pojawiała się tylko jedna ze sprzężonych cech była trzykrotnie większa. Wyjaśnij co jest powodem tego zjawiska.

Zad. 20

Niekiedy na pojawienie się kilku cech wpływa jeden gen. Bywa też odwrotnie, gdy na pojawienie się jednej cechy ma wpływ wiele genów (mówimy wtedy o cechach poligenicznych, ilościowych). Napisz czy barwa skóry, włosów i wytworzenie barwnika w tęczówce zależą od jednego czy od wielu genów; krótko uzasadnij odpowiedź.

Zad. 21

Napisz gdzie jeszcze, poza DNA jądrowym, w komórkach eukariotycznych zachodzą mutacje i w jaki sposób są przekazywane. Napisz o jakim dziedziczeniu wówczas mówimy.