1. Życie w atmosferze tlenu (tlen z CO₂ czy H₂O).

Pierwotnie atmosfera nie zawierała tlenu. Pojawił się on wskutek oddziaływania promieni UV z wodą. Jego ilość w atmosferze bardzo się wahała (35%, 17%, 23%). Fotosynteza, która wykształciła się później, również przyczyniła się do zwiększenia ilości tlenu w atmosferze. Proces ten polega na wchłanianiu przez roślinę dwutlenku węgla, po czym następują pewne reakcje w komórkach roślinnych, a ich efektem ubocznym jest wydzielanie tlenu (w węglowodanach tlen pochodzi z wody). Zwiększenie stężenia tlenu jest bardzo szkodliwe dla roślin, zwierząt i ludzi (np. szybciej opadające liście, hemoglobina, która jest nośnikiem tlenu pobieranego z atmosfery zawiera go 97%, więc podniesienie stężenia wpływa na gromadzenie się dwutlenku węgla, co umożliwia zatrucie się nim).

1. Cechy kodu genetycznego, mutacje chromosomowe liczbowe.

Cechy kodu genetycznego:

• Trójkowy – podstawowe jednostki kodu zbudowane z trzech zasad (kodonu);

• Bezprzecinkowy – między trójkami kodującymi nie ma dodatkowych elementów;

• Zdegenerowany – jeden aminokwas może być kodowany przez kilka różnych trójek;

• Uniwersalny – kod genetyczny taki sam we wszystkich organizmach;

• Jednoznaczny – każda trójka koduje jeden i ten sam rodzaj aminokwasu;

• Niezachodzący – kodony nie zachodzą na siebie.

Mutacje chromosomowe liczbowe obejmują największe zmiany materiału genetycznego ( całe liczby chromosomów). Zmieniana może być pojedyncza liczba chromosomów (aneuploidy – np. plus jeden, minus jeden). Aneuploidy dzielą się na monosomie (2n-1), trisomie (2n+1) i tetrasomie (2n+2). Istnieje również szansa na zmianę całego garnituru chromosowego n (euploidy – np. wielokrotność własnych genów 3n). Euploidy dzielą się jeszcze na autopoliploidy – mutanty jednego gatunku o zmienionej liczbie n oraz allopoliploidy, czyli mutanty powstałe na skutek połączenia ze sobą różnych gatunków n₁+n₂. Przyczyną tego może być zakłócenie przebiegu zjawiska crossing - over lub pękania chromosomów w czasie interfazy.

1. Antysensowe RNA.

To genetyczny odcinek jednoniciowego RNA, który jest komplementarny do sekwencją mRNA. Powstaje w wyniku wykorzystania nici sensownej (kodująca nić DNA) jako matrycy podczas transkrypcji(synteza RNA na macicy DNA w żywych komórkach). Jego zadaniem jest regulacja ekspresji genów (odczytanie informacji genetycznej zawartej w genie i przepisanie jej) na białko.

1. Transport wewnątrzkomórkowy i jego znaczenie.

Transportem wewnątrzkomórkowym nazywamy transport substancji między przedziałami wewnątrzkomórkowymi przez błony. Dzieli się go na transport aktywny i bierny. Transport aktywny zachodzi z udziałem mechanizmów transportujących lub substancji przekaźnikowych ze środowiska o mniejszym stężeniu do środowiska o większym stężeniu (wbrew gradientowi elektrochemicznemu), wymaga on dostarczenia energii chemicznej lub zmniejszenia entalpii swobodnej układu, np. pompa sodowo – potasowa. Transport bierny odbywa się zgodnie z gradientem stężeń (z wyższego do niższego) i dzieli się na dyfuzję prostą (w komórce dyfuzja prowadzi do wyrównania stężeń substancji po obu stronach błony komórkowej, na drodze dyfuzji przechodzą przez błonę substancje o niewielkich, obojętnych cząsteczkach, np. gazy, oraz substancje rozpuszczalne w tłuszczach, np. kwasy tłuszczowe), osmozę (przez półprzepuszczalną błonę przemieszcza się rozpuszczalnik w celu wyrównania stężeń roztworu po obu stronach błony, np. transport wody) oraz dyfuzję ułatwioną (odbywa się przy udziale białek, które uczestniczą w transporcie jonów oraz substancji o większych cząsteczkach zgodnie z gradientem ich stężeń. Białka transportujące pełnią funkcję przenośników lub budują kanały jonowe, białko przenośnikowe posiada specyficzne miejsce, do którego przyłącza się ściśle określona substancja, np. cząsteczka glukozy, przyłączenie przenoszonej substancji powoduje zmianę konformacji białka, a efektem tego jest przeniesienie tej substancji przez błonę).

1. Transport pęcherzykowy, transport cholesterolu do komórek.

Transport pęcherzykowy transportuje substancje rozpuszczalne w cytozolu i związane z błoną (np. jej składniki) oraz zapewnia możliwość sortowania transportowanych substancji zależnie od ich przeznaczenia. Proces ten zaczyna się od przyłączenia do receptora ładunku (umieszczonego w cytozolu) cząsteczki ładunku. Później adaptyna (białko) rozpoznaje ten receptor i pozwala przyłączyć go do kompleksu klatryn. Jeśli istnieje dostatecznie dużo kompleksów, powstaje płaszcz klat rymowy okrywający receptor – powstaje pęcherzyk. Dynamina odcina go. Następnie płaszcz staje się niepotrzebny i opada, ponieważ pęcherzyk musi zostać rozpoznany. Nastepuje fuzja, czyli „zrośnięcie” się pęcherzyka i jego miejsca docelowego.

Transport cholesterolu do komórek. Zachodzi endocytoza (transport większych cząsteczek w postaci wakuol, wnikają do błony komórkowej wraz z jej niewielką częścią). Receptory LDL przyłączają cząsteczkę ładuku, po czym tworzy się płaszcz klat rymowy i po jego zdjęciu zastępuje fuzja z endosomem (fagosomem), po czym następuje połączenie z lizosomem (fagolizosom), gdzie enzymy hydrolityczne rozkładają niektóre składniki, a poza fagolizosom wydostaje się wolny cholesterol. Pęchrzyk transportujący z endosomu zostaje odłączony i powraca do receptorów LDL błony komórkowej.

1. Znaczenie 7-metyloguanozy i poli-A.

Poli-A jest szeregiem nukleotydów adeninowych, które są dodawane przez poliadenylację (modyfikacja eukariotycznego mRNA dotycząca końca 3’ cząsteczki). Po zakończeniu syntezy transkryptu mRNA jest przecinane w pewnej odległości, a następnie poli-A dołączane jest do (do końca 3') (od 50 do 250 nukleotydów adeninowych). Zabieg taki ma na celu zabezpieczenie cząsteczki mRNA eukariontów przed degradacją zanim zdąży opuścić jądro komórkowe. Ponadto transkrypt z ogonem poli-A jest wydajniejszą matrycą w trakcie translacji. Reszta 7-metyloguanozy natomiast przyłącza się do 5’ końca cząsteczki, przez co powstaje wiązanie, które zabezpiecza przed dostaniem się szkodliwych substancji.

1. Teoria komórkowa (organelle komórkowe, sposób izolacji, Svedberg, komórki eukariotyczne i prokariotyczne – znaczenie praktyczne).

Organelle komórkowe:

• jąderko – element jądra komórkowego, zagęszczenie chromatyny, odpowiedzialne za syntezę RNA, głównie rRNA, w trakcie podziału komórkowego zanika;

• jądro komórkowe – zawiera błonę jądrową (nieprzepuszczalną dla większości substancji) i blaszkę jądrową oraz DNA, które w połączeniu z białkami histonowymi tworzą chromosomy, zajmuje się przechowywaniem i powielaniem informacji genetycznej, oraz kontrolowaniem czynności komórki przez regulowanie ekspresji genów;

• rybosomy – zbudowane z rRNA i białek, produkuje białka w czasie translacji;

• liposom – powstaje samoistnie z fosfolipidów, ma postać pęcherzyka wypełnionego wodą i otoczonego podwójną warstwą lipidową,

• retikulum endoplazmatyczne szorstkie – nieregularna sieć cystern, kanalików i pęcherzyków, zawiera liczne rybosomy na zewnętrznej powierzchni, syntezuje białka;

• aparat Golgiego – zbudowane z diktisomów, ma wpływ na chemiczne modyfikacje substancji zużywanych przez komórkę;

• cytoszkielet – sieć włóknistych struktur w komórce eukariotycznej, dzięki niemu organella nie pływają swobodnie w cytoplazmie;

• retikulum endoplazmatyczne gładkie- nie zawiera rybosomów,, syntezuje tłuszcze;

• mitochondria – w wyniu oddychania wewnątrz komórkowego powstaje ATP, kontroluje cykl komórkowy;

• wakuola – w komórkach zwierzęcych wiele małych, w komórkach roślinnych jedna duża, przede wszystkim funkcja magazynująca np. wodę;

• cytoplazma - część protoplazmy komórki eukariotycznej pozostająca poza jądrem komórkowym, w prokariotycznej – cała protoplazma, powierzchnia dla większości procesów metabolicznych;

• lizosom – struktury koliste otoczone błoną występujące tylko w komórkach eukariotycznych, zawierają enzymy rozkładające białka, kwasy nukleinowe, węglowodany i tłuszcze, zachodzi tu proces trawienia i rozkładu niepotrzebnych składników;

• centriole – zbudowane z mikrotobul ułożonych w formie cylindra, tworzą strukturę centrosomu, występują tylko w komórkach zwierzęcych, rola w organizacji wrzeciona podziałowego i w przebiegu cytokinezy;

• Chloroplast (ciałko zieleni) – otoczone podwójną błoną białkowo-lipidową, występują u roślin i glonów eukariotycznych, zawierają zielone barwniki chlorofile pochłaniające energię światła słonecznego potrzebną do fotosyntezy. W nich zachodzi przemiana dwutlenku węgla oraz wody z wykorzystaniem energii świetlnej w glukozę oraz tlen;

• Peroksysom - organellum komórki eukariotycznej, otoczone jedną błoną, o kształcie owalnym, w komórce roślinnej w bezpośrednim kontakcie z chloroplastami i mitochondriami, u zwierząt – z enzymem katalazą – uczestniczący w procesie neutralizacji szkodliwego nadtlenku wodoru;

• endosom – bierze udział w transporcie cholesterolu;

• kompleks porowy – struktura bardzo złożona, odpowiedzialna za to, co może się dostać do wnętrza komórki;

Svedberg – jednostka stałej sedymentacji Svedberga równa 10¹³ sekundy. izolowane, przez ultrawirowanie roztworów powstałych po lizie(rozpad obłonionych elementów i wylanie ich zawartości do środowiska) komórek, podjednostki rybosomów, zostały nazwane zgodnie z ich właściwościami sedymentacyjnymi zależnymi od kształtu i masy cząstek, a także właściwości fizycznych roztworu, w którym sedymentują.

Komórki eukariotyczne posiadają jądro komórkowe, w którym znajduje się informacja genetyczna DNA( wraz z białkami w rybosomach), mają bardziej złożoną strukturę niż komórki prokariotyczne. Jedna komórka może tworzyć samodzielny organizm. W organizmach wielokomórkowych każda z komórek może pełnić wiele funkcji.

Komórki prokariotyczne nie mają jądra komórkowego, jego funkcje zastępuje nukleoid, w cytoplazmie występuje mała ilość organelli komórkowych. Zawsze tworzą jednokomórkowe organizmy (bakterie, w tym sinice).

1. Praktyczne znczenie sztucznej komórki.

1. Transformacja materiału genetycznego

2. możliwość wytworzenia białek (wymagana izolacja)

3. zdolność utrzymywania funkcji życiowych

4. zdolność powielania – rozmnażania

5. pełnienie nowych, innych funkcji niż dotychczas.

1. Ogólna charakterystyka komórek nowotworowych, onkogeny i supersory.

1. Komórki nowotworów złośliwych – nie trzymają się miejsca w którym powstały, potrafią powędrować do naczyń krwionośnych i dostać się wraz z krwią do bardziej odległych miejsc organizmu;

2. Komórki nowotworów łagodnych – nie mają zdolności wnikania do naczyń, ich wzrost ogranicza się do jednego miejsca, nie powodują przerzutów, rozwijają się powoli

Onkogeny – geny nowotworów, powstają przez mutację w protoonkogenach, pozostaje w stale aktywnej formie, komórka w której dochodzi do jego powstania poddana zostaje transformacji nowotworowej, są genami dominującymi, ale rzadko się je dziedziczy.

Supersory – geny znoszące fenotypowy efekt mutacji w innych genach, kodują zmutowany typ tRNA.

1. Znaczenie heterogeniczności komórek nowotworowych, komórki nowotworowe i macierzyste, teoria nowotworowych komórek macierzystych, przyczyny trudności leczenia chorób nowotworowych, drogi poszukiwania nowych terapii.

Heterogeniczność komórek nowotworowych może występować nawet w granicach tego samego guza. Jej przyczyną może być to, że pewne komórki są odporne na działanie leków lub to, że komórki nowotworowe posiadają komórki macierzyste, przez co powielają się. Może to spowodować rozwój nowotworu oraz utrudnia leczenie- nieskuteczność chemioterapii i źle wpływa na samopoczucie pacjenta.

Komórki nowotworowe i macierzyste: nie ma pewności, że wszystkie komórki z hodowli uległy takiemu samemu przekształceniu - możliwość powstania nowotworowych komórek, szczególnie przy osłabionym systemie immunologicznym, wiele cech wspólnych (nieograniczona zdolność do podziału, duża wrażliwość na otoczenie).

Teoria nowotworowych komórek macierzystych: nie wszystkie z nich będą komórkami zmiennymi nowotworowo, nie maja tego samego kodu genetycznego (konieczność stosowania wielolekowej terapii).

Przyczyny trudności leczenia chorób nowotworowych:

1. Duża ilość odmian

2. Wymagane byłoby zbadanie każdego pacjenta indywidualnie pod kątem genetycznym – duże koszta;

3. Nie ma uniwersalnej dawki promieniowania niszczącej wszystkie komórki nowotworowe – zbyt duża może uszkodzić zdrowe komórki

4. Komórki aneuploidalne – nierównomierny podział materiału genetycznego, niepowtarzalność genetyczna – uodpornienie na niektóre leki

5. Istnienie komórek macierzystych – nieskuteczność chemioterapii,

Drogi poszukiwania nowych terapii:

1. Terapia genowa – germinalna (cechy dziedziczone), somatyczna (nie dziedziczone)

2. hodowle zwierząt laboratoryjnych o zwiększonej odporności na zmiany nowotworowe

3. nowe sposoby dostarczania leków

4. Kontrola genów supersorowych

5. Kontrola angiogenezy

6. Wspomaganie układu immunologicznego

7. Istnieją macierzyste komórki nowotworowe, ale nie wszystkie się rozmnażają – zabić tylko te, które się rozmnażają

1. Synteza, kontrola syntezy białek, dystrybucja, sekwencje sygnałowe, białka w błonach lizosomów a hydrolazy?

Synteza białek odbywa się w rybosomach, są zbudowane z reszt aminokwasowych połączonych wiązaniami polipeptydowymi. Kontrolują ją procesy hormonalne i energetyczne. Istotną rolę w wewnątrzkomórkowym transporcie białek pełnią zamieszczone w strukturze białka sekwencje sygnałowe. Są to molekularne adresy będące ciągiem aminokwasów, najczęściej kilkunastu lub kilkudziesięciu, na tyle swoiste, iż zapewniają dostarczenie białka tam gdzie jest jego miejsce. Poszczególne peptydy sygnałowe różnią się wieloma cechami np. rodzajem aminokwasów oraz lokalizacją wewnątrz łańcucha polipetydowego. Ruch białek wewnątrz komórki odgrywa istotną rolę w jej funkcjonowaniu, ponieważ wpływa na aktywność, wzrost i różnicowanie, a więc także na stan tkanek i całego organizmu.

Błona lizosomów może zostać uszkodzona przez hydrolazy (mają enzymy przecinające białka) przez co niszczone jest organellr i błony.

1. Mikroskopia, przyczyny artefaktów (utrwalanie, płukanie, zatapianie, cięcie), zdolność rozdzielcza mikroskopu, cel barwienia preparatów histologicznych, znakowanie przeciwciał (znaczenie), przydatność mikroskopów ze skanującą sondą w badaniach biologicznych, znaczenie białek fluorescencyjnch, (wykład na temat mikroskopów itp.)

2. Cykl komórkowy, regulacja i kontrola, przełączniki molekularne, telomery, apoptoza (szlak mitochondrialny), nekroza, (wykład cykl komórkowy, apoptoza)

3. Atlas Genomu Nowotworowego (argumenty za i przeciw), tranzycja, transwersja, delecja, insercja,

Tranzycja - zmiana prawidłowych nukleotydów w DNA na inne w ramach jednej grupy zasad azotowych (puryn lub pirymidyn) - adeniny na guaninę, a cytozyny na tyminę (i na odwrót). Jeden z rodzajów mutacji genowych.

Transwersja - mutacja genowa, punktowa zmiana chemiczna w obrębie nici DNA, w której zasada purynowa ulega zamianie na pirymidynową lub odwrotnie. Mutacja taka może nie spowodować żadnej zmiany lub zmianę kodu genetyczego (UUU → UUA) albo też skróconą syntezę białka (UCG → UCA).

Delecja - jeden z typów mutacji genowej dotyczącej zmiany składu nukleotydowego DNA. Polega na utracie jednej lub większej liczby par nukleotydów z DNA genowego. Np. delecja trójki nukleotydów powoduje brak jednego aminokwasu w łańcuchu.

Insercja - najczęściej spontaniczna mutacja genu polegająca na wstawieniu krótkiej sekwencji DNA w obrębie pojedynczego genu albo wstawieniu dłuższego fragmentu chromosomu. Wstawienie przynajmniej jednego nukleotydu. Insercja trójki nukleotydów powoduje powstanie dodatkowego aminokwasu w łańcuchu. Insercja liczby nukleotydów nie będącej wielokrotnością liczby 3 prowadzi do przesunięcia ramki odczytu i zmiany wszystkich kodonów od miejsca insercji począwszy.