Genetyka

Zad.1 Kroki milowe w rozwoju genetyki:

• 1859 Karol Darwin publikuje O powstawaniu gatunków.

• 1865 Grzegorz Mendel upowszechnia Badania nad mieszańcami roślin^[39].

• 1900 ponowne odkrycie zasad dziedziczenia, niezależnie, przez Corrensa, Tschermaka i de Vriesa.

• 1903 Hugo de Vries odkrywa mutacje.

• 1903 odkrycie, że za proces dziedziczenia odpowiedzialne są chromosomy, niezależnie przez: Waltera Suttona i Theodora Boveri.

• 1910 odkrycie, że chromosomy składają się z genów.

• 1913 pierwsza mapa genowa ukazuje geny ułożone liniowo na chromosomie - Alfred H. Sturtevant i Thomas Morgan.

• 1927 zmiany fizyczne w obrębie chromosomów zostają skorelowane z mutacjami - Thomas Morgan.

• 1928 Frederick Griffith odkrywa transformację.

• 1931 Crossing over jest przyczyną rekombinacji.

• 1944 Oswald Theodore Avery, Colin McLeod i Maclyn McCarty otrzymują wynik sugerujący, że to DNA, a nie białka, jest nośnikiem dziedziczności w eksperymencie Griffitha.

• 1944 Erwin Schrödinger, na podstawie czysto teoretycznych rozważań, proponuje molekularny mechanizm dziedziczności, tzw. kryształ aperiodyczny. W przyszłości zostało potwierdzone, że DNA ma właściwości przewidziane przez Schrödingera.

• 1950 zasada Chargaffa: ilość adenin w DNA równa się ilości tymin, ilość guanin równa się ilości cytozyn. Odkrycie to miało fundamentalne znaczenie dla oznaczenia struktury DNA.

• 1952 Martha Chase i Alfred Hershey potwierdzają, że DNA jest nośnikiem dziedziczności.

• 1953 James Watson i Francis Crick, bazując na danych dyfrakcji promieni X otrzymanych przez Rosalind Franklin i zasadzie Chargraffa rozwiązują strukturę przestrzenną DNA. Model ten w naturalny sposób implikuje molekularny mechanizm dziedziczności.

• 1961 odkrycie zasad kodu genetycznego przez Holley'a, Khoranę i Nirenberga.

• 1977 opracowanie metody sekwencjonowania DNA przez zespoły badawcze Waltera Gilberta i Fredericka Sangera.

• 1986 Walter Gilbert i James Watson proponują ideę zsekwencjonowania genomu człowieka. Gilbert, argumentując, że technologia sekwencjonowania DNA rozwija się z prawem Moore'a, przewiduje, że genom zostanie zsekwencjonowany około roku 2000.

• 1997 sekwencjonowanie pierwszego genomu.

• 2000 18 maja Nature publikuje artykuł zawierający dokładne dane na temat budowy chromosomu 21 u człowieka.

• 2001 powstają pierwsze szkice sekwencji ludzkiego genomu w wyniku rozpoczęcia prac Human Genome Project.

• 2003 międzynarodowe konsorcjum naukowców ogłosiło oficjalne zakończenie prac nad poznaniem genomu ludzkiego.

Zad. 2 Znaczenie genetyki w życiu człowieka

Medycyna:

- diagnoza chorób na podstawie DNA, dzięki molekularnym testom DNA można wykryć chorobę w jej bardzo wczesnym stadium a nawet przewidzieć jej zaistnienie u krewnych chorego

- dzięki genetyce prowadzona jest także produkcja hormonów, które wcześniej można było pozyskiwać tylko z organizmów zwierzęcych lub ludzkich

-badania DNA wykorzystuje się także m.in. w badaniach nad ewolucją organizmów oraz badaniach antropogenicznych

-w badaniach prenatalnych kariotypu płodu metodą amniopunkcji (pobranie płynu płodowego),

- USG płodu - badania rozwoju morfologicznego płodu,

- sporządzaniu map genetycznych, np. w dystrofii mięśni, chorobie Huntingtona,

- leczenie objawowe (złagodzenie skutków choroby genetycznej, np. fenyloketonurii).

Hodowla zwierząt:

- selekcja sztuczna - uzyskanie odmian o pożądanych cechach, np. krów produkujących dużo mleka, kur znoszących dużo jaj,

-krzyżowanie wsobne (krewniacze) - kojarzenie osobników spokrewnionych ze sobą,

-heterozja - wybujałość mieszańców w wyniku krzyżowania organizmów należących do dwóch różnych linii

-wykorzystanie mutacji,

-otrzymywanie poliploidów (o zwiększonym garniturze chromosomów) - często o większych wymiarach,

-klonowanie organizmów,

-otrzymywanie organizmów transgenicznych

Przemysł:

- produkcja produktów enzymatycznych np. podpuszczka

- hodowla modyfikowanych genetycznie szczepów bakterii kwasu mlekowego, które zapewniają optymalne parametry procesu fermentacji

Prawo:

- Na podstawie pozostawionych śladów na miejscu policja jest w stanie znaleźć sprawcę

- ustalanie ojcostwa

Zad.3 Znaczenie genetyki dla rozwoju nauk biologicznych

- rozwój inżynierii genetycznej

- rozwój biotechnologii

- lanie wody

Zad.4 I i II prawo Mendla

I prawo Mendla - (prawo czystości gamet) każda gameta wytwarzana przez organizm posiada tylko jeden allel z danej pary alleli genu; wynika z tego, że każda komórka płciowa musi zawierać po jednym genie z każdej pary alleli

II prawo Mendla - (prawo niezależnej segregacji cech) geny należące do jednej pary alleli są dziedziczone niezależnie od genów należących do drugiej pary alleli, w związku, z czym w drugim pokoleniu potomnym (F2) obserwuje się rozszczepienie fenotypów w stosunku 9:3:3:1

Zad.5 Istota i znaczenie odkryć Mendla

- rozwój genetyki jako odrębnej dziedziny biologii

- dzięki niezależności cech można otrzymywać w potomstwie mieszańców cech pochodzących od różnych odmian lub gatunków rodzicielskich i wytwarzać w ten sposób nowe formy

- udoskonalanie gatunków

- modyfikacja genetyczna zwierząt, roślin

- klonowanie

- wykorzystanie genetyki w medycynie, prawie, przemyśle, rolnictwie

Zad.6. Współdziałanie alleliczne w kształtowaniu fenotypów

Dominacja zupełna: uwidacznia się w heterozygotach, jeśli z 2 różnych alleli danego genu jeden maskuje obecność drugiego. Np. jeśli A oznacza allel czerwonej barwy kwiatów (dominujący), natomiast a oznacza allel barwy białej (recesywny) to heterozygota Aa wykształci kwiaty czerwone

Semidominacja: uwidacznia się w heterozygotach, jeśli allel dominujący A nie maskuje całkowicie obecności allelu recesywnego a. Np. heterozygota Aa ma różowe kwiaty, gdy homozygota dominująca AA ma kwiaty czerwone, natomiast homozygota recesywna aa ma kwiaty białe.

Kodominacja, współdominacja: uwidacznia się w heterozygotach, sytuacja, w której otrzymuje się mieszaninę składającą się zarówno z cechy determinowanej przez allel dominujący jak i recesywny Np. heterozygota miałaby kwiaty biało-czerwone (np. grupy krwi AB)

Recesywność: brak możliwości stwierdzenia, poprzez obserwację, obecności jednego z pary genów występujących u danego osobnika z powodu znacznego wpływu lub dominacji allelu działającego przeciwnie. Oba allele dotyczą tej samej dziedziczonej cechy, lecz chociaż gen warunkujący cechę recesywną jest obecny w genotypie, to cecha ta nie ujawnia się w fenotypie organizmu.

Zad.7 Letalność i geny letalne

Geny letalne - geny powodujące śmierć organizmu, taki efekt nazywamy letalnym. Geny letalne są bardzo rozpowszechnione i występują w najrozmaitszych organizmach. Czasami pojawiają się już w gametach. Zwłaszcza u roślin kwiatowych mogą powodować sterylność części pyłku. Najczęściej jednak geny letalne ujawniają się dopiero w zygotach. Mogą one powodować śmierć homozygot w bardzo wczesnych stadiach, np. w stadium zapłodnionego jaja lub wczesnego embrionu u zwierząt czy też nasienia u roślin, bądź też ich efekt letalny może się przejawiać później, w trakcie życia osobnika. Wiele genów letalnych powoduje różne śmiertelne choroby dziedziczne u człowieka. Ponieważ najczęściej są to geny recesywne, przejawiają się one tylko u osobników homozygotycznych w stosunku do genu letalnego. Przykładem choroby dziedzicznej uwarunkowanej recesywnym genem letalnym jest młodzieńcze amaurotyczne zidiocenie oraz choroba Toy-Sachsa. Oprócz genów nie wpływających w sposób widoczny na żywotność oraz genów zdecydowanie letalnych, powodujących śmierć zygoty we wczesnym okresie życia istnieje wiele genów o działaniu subletalnym. Powodują one tylko niewielkie obniżenie żywotności, odporności na różne choroby i inne czynniki uszkadzające zwiększające możliwość przedwczesnej śmierci, mogą też powodować określone stany chorobowe np. epiloja. Geny letalne mogą być dominujące, wtedy jednak w momencie powstania takiej mutacji powoduje ona śmierć osobnika w stanie heterozygotycznym, taki, więc allel nie może być przekazany potomstwu.

Zad.8 Krzyżówki testowe a krzyżówki wsteczne

Krzyżowanie wsteczne - metoda stosowana w genetyce oraz w hodowli roślin i zwierząt polegająca na krzyżowaniu heterozygotycznego potomka z jedną z homozygotycznych form rodzicielskich. Efektem krzyżowania wstecznego jest krzyżówka genetyczna zwana pokoleniem wstecznym.

Np. krzyżując formy rodzicielskie otrzymuje się heterozygotycznego mieszańca, który następnie w wyniku krzyżowania wstecznego z jedną z form rodzicielskich daje pierwsze pokolenie wsteczne. Jeśli do takiej krzyżówki użyta zostanie forma rodzicielska, która jest homozygotą recesywną, to taką krzyżówkę nazywamy krzyżówką testową.

Zad.9 Metody matematyczne w rozwiązywaniu problemów genetycznych

Hmm…?

Zad.10 Test Chi-kwadrat

Każdy test statystyczny, w którym statystyka testowa ma rozkład chi-kwadrat, jeśli teoretyczna zależność jest prawdziwa. Test chi kwadrat służy sprawdzaniu hipotez. Innymi słowy wartość testu oceniana jest przy pomocy rozkładu chi kwadrat. Test najczęściej wykorzystywany w praktyce. Możemy go wykorzystywać do badania zgodności zarówno cech mierzalnych, jak i niemierzalnych. Jest to jedyny test do badania zgodności cech niemierzalnych.

Zad.11 Współdziałanie niealleliczne: interakcje między genami, epistaza.

współdziałanie genów, wzajemne oddziaływanie na siebie genów prowadzące do wytworzenia określonej cechy fenotypowej; wyróżnia się współdziałanie alleliczne, gdy w wytworzeniu cechy mają udział allele jednego genu, lub niealleliczne - różne geny; ze współdziałaniem allelicznym mamy do czynienia w przypadku dominacji i naddominacji, współdziałanie niealleliczne, epistaza, zmienia przewidywane stosunki segregacji fenotypów.

Współdziałanie genów nieallelicznych. Może być i tak, że jedna cecha organizmu jest uwarunkowana działaniem wielu genów nieallelicznych (tzn. wielu par różnych genów), m.in. kolor tęczówki ludzkiego oka, kolor skóry

Współdziałania niealleliczne:

- geny dopełniające, gdy wzajemnie uzupełniają się w wykształceniu danej cechy,

- geny kumulatywne (polimeryczne), gdy efekt działania tych genów sumuje się, np. u człowieka warunkujące zabarwienie skóry, wzrost, inteligencję; u zbóż natężenie barwy ziarniaków; wielkość jaj u kur,

- gdy jeden gen maskuje ekspresję innego genu, np. dominujący gen epistatyczny maskuje niealleliczny recesywny gen hipostatyczny.

Epistaza: (dominacja jednego genu nieallelicznego nad drugim)

charakteryzuje się zależnością obecności jednego genu rozumianego jako para alleli od ekspresji innej pary alleli. Kilka różnych par alleli może wówczas oddziaływać na pojedynczą cechę lub też jedna para alleli może zmieniać właściwości lub hamować efekt innej pary.

Rodzaje epistazy:

1. recesywna (9:3:4);

2. podwójna recesywna (9:7);

3. dominująca (12:3:1);

4. podwójna dominująca (15:1);

5. dominująca i recesywna (13:3)

Gen epistatyczny- jest to gen, który maskuje. Gen hipostatyczny- gen, który jest maskowany.

Zad.12 Ekspresywność cechy, fenokopie

Fenokopia - osobnik, którego fenotyp w wyniku działania określonych warunków środowiskowych jest identyczny z fenotypem determinowanym przez specyficzny genotyp. Fenokopie mają dziki genotyp, ale wytwarzają inny „zmutowany” fenotyp pod wpływem warunków środowiskowych. U organizmów tych cecha pozornie zmutowana może się „dziedziczyć” z pokolenia na pokolenie, w rzeczywistości to dziedziczenie wynika jedynie z warunków środowiska.

Zad.13 Allele wielokrotne

allele występujące w więcej niż dwóch postaciach; w danym organizmie mogą występować tylko dwa allele, natomiast w puli genowej populacji może być ich wiele.
Szereg alleli wielokrotnych - geny warunkujące tę samą cechę, zajmujące to samo miejsce w chromosomie.

Cechy alleli wielokrotnych:

- powstają w wyniku mutacji

- liczba fenotypów danej cechy zależy nie tylko od długości szeregu alleli wielokrotnych, ale również od zachodzących między nimi zależności: dominacja , naddominacja , efekty letalne

Allele wielokrotne warunkują:

umaszczenie zwierząt, układy grupowe krwi u ludzi i zwierząt, polimorfizm białek surowicy krwi, hemoglobiny, mleka, jaj i nasienia

Zad.14 Dziedziczenie grup krwi u człowieka

Grupy krwi — zestawy antygenów, czyli cząsteczek powodujących gwałtowną odpowiedź układu odpornościowego, które występują na powierzchni czerwonych krwinek. W ramach tego samego gatunku może istnieć wiele różnych grup takich antygenów. Różnice mogą być niewielkie i sprowadzać się do obecności pojedynczych aminokwasów budujących białka lub monosacharydów tworzących wielocukry, które pokrywają krwinki. W innych przypadkach niektóre osobniki mogą cechować się występowaniem zupełnie innych cząsteczek antygenów nieobecnych w pozostałych grupach.

Do konfliktu między grupami krwi dochodzi w następujących przypadkach:

ciąża — jeżeli matka nie posiada pewnych antygenów, obecnych w krwi dziecka, może dojść do reakcji układu odpornościowego czyli konfliktu serologicznego,

transfuzja krwi — przetoczenie krwi zawierającej niewłaściwe antygeny wywołuje reakcję obronną organizmu (aglutynację - sklejenie krwinek), prowadząc do poważnych powikłań, ze zgonem włącznie.

przeszczep — podobnie jak w czasie transfuzji konieczne jest zapewnienie zgodności grup krwi, ale ze względu na możliwość odrzutu, pasować muszą również inne antygeny. W efekcie niektórzy pacjenci, np. wymagający przeszczepu szpiku mają szansę na odszukanie odpowiedniego dawcy dopiero wśród milionów niespokrewnionych dawców.

Każdy gatunek ma swój układ grup krwi. W medycynie wyróżnia się ponad dwadzieścia układów grup krwi. Największe znaczenie ze względów praktyki medycznej i diagnostycznej mają:

układ AB 0

układ Rh - antygeny C, c, D, E, e

układ Kell - antygen K

Zad.15 Odstępstwa od praw Mendla

- Dominowanie niepełne. Istnieć mogą również równocenne allele danej cechy, np. barwy kwiatu dziwaczka, wyżlinu lub lwiej paszczy. Zjawisko to, nazywane niezupełnym lub niepełnym dominowaniem, obserwuje się u roślin i u zwierząt, wynika zaś ono ze współdominacji genów allelicznych. Przejawia się pośrednim fenotypem heterozygot w stosunku do fenotypu obu heterozygot.

- Allele wielokrotne. Alleli danego genu może być znacznie więcej niż dwa (tzw. allele wielokrotne). Zgodnie z I prawem Mendla w gamecie występuje tylko jeden allel, a w diploidalnej zygocie - dwa allele tego samego genu. Ale tak się rzecz przedstawia u jednego osobnika, natomiast w całej populacji, tj. u wielu różnych osobników, może występować więcej odmian tego samego genu, czyli allele wielokrotne. Tak, więc w populacji jako całości ma się często do czynienia z wielokrotnością alleli genu cechy wspólnej, (ale nie identycznej) dla osobników jednego gatunku lub jednej populacji. Pojawienie się większej liczby odmian jednego genu jest efektem obojętnej (nieszkodliwej w skutkach) mutacji i przyczynia się do wzrostu zmienności cech w obrębie populacji. Przykładem roli alleli wielokrotnych u organizmów diploidalnych jest dziedziczenie grup krwi człowieka A, B, AB, O

- Plejotropizm. Mendel zakładał, że każdy gen warunkuje jedną cechę organizmu. Gdyby tak było, to musiałoby istnieć tyle genów, ile jest niezależnie dziedziczących się cech. Późniejsze badania wykazały, że jeden gen może wpływać jednocześnie na bardzo różne, istotnie lub pozornie nie związane ze sobą własności organizmu. Określa się to mianem plejotropowego działania genu, np. gen A, oprócz warunkowania barwy czerwonej kwiatu grochu, powoduje występowanie plam na łodydze.

- Współdziałanie genów nieallelicznych. Może być i tak, że jedna cecha organizmu jest uwarunkowana działaniem wielu genów nieallelicznych (tzn. wielu par różnych genów), m.in. kolor tęczówki ludzkiego oka, kolor skóry.

- Sprzężenie cech (nie wszystkie cechy dziedziczą się niezależnie). Istnieją geny, które dziedziczą się zależnie, tzn. pewne cechy w wyniku krzyżowania występują zawsze razem, tak jak u rodziców, a kombinacja cech nie zachodzi na skutek łącznego przekazywania tych genów i warunkowanych przez nie cech.

- Supresja. Jest to zjawisko znoszenia efektów fenotypowych jednych genów przez inne - tzw. geny supresory (modyfikatory). Zmieniają one przyjęty przez Mendla stosunek 9:3:3:1 na 13:3.

- Letalność. Geny letalne to specjalna grupa genów, których obecność prowadzi do śmierci organizmu. Są one dość częste u roślin i zwierząt. Zwykle są to geny recesywne i dopiero spotkanie się dwu takich alleli powoduje zamieranie organizmu, najczęściej już w okresie rozwoju zarodkowego.

Zad.16 Sprzężenie genetyczne wg Morgana

Sprzężenie genów - oznacza łączne przekazywanie genów oraz uwarunkowanych przez nie cech zlokalizowanych w tym samym chromosomie. Geny takie nazywa się genami sprzężonymi. Allele genów sprzężonych ulęgają wymianie w procesie crossing - over tym częściej zgodnie z regułom, że tym częściej się wymieniają im dalej są od siebie położone. W związku z tym stopień sprzężenia genów jest tym większy im odległość między nimi jest mniejsza. Oznacza to, że przy bardzo małych odległościach geny są przenoszone razem z pokolenia na pokolenia. Przy dużych odległościach prawdopodobieństwo zajścia miedzy nimi crossing - over jest tak duże, że są one segregowane niezależnie, zgodnie z drugim prawem Mendla tzn., że cechy dziedziczone są niezależnie od siebie, jeżeli każda z rozpoznawanych cech uwarunkowana jest przez parę alleli, z których jeden był dominujący a drugi recesywny. Geny mogą być również sprzężone z płcią, czyli zlokalizowane na chromosomach płci X i Y. Cechy uwarunkowane przez te geny wykazują specyficzny sposób dziedziczenia. Wynik tego dziedziczenia uzależniony jest od kierunku krzyżówki.

Założenia teorii Morgana:

1.Geny, czyli czynniki dziedziczne, są odpowiedzialne za powstanie określonej cechy, czyli gen jest jednostką dziedziczności
2. Geny znajdują się w chromosomach (stąd nazwa)
3. Geny ułożone są w chromosomach liniowo
4. Geny zajmują ściśle określone miejsce w chromosomie
5. Zmiana położenia genu w chromosomie zachodzi podczas mejozy podczas crossing-over (profaza I mejozy)
6. Crossing-over jest przyczyną zmienności rekombinacyjnej.
7. Geny leżące blisko siebie w chromosomie=sprzężone
8. Geny sprzężone powodują powstanie cech sprzężonych, jak u muszki barwa ciała i rodzaj skrzydeł
9. Cechy sprzężone dziedziczą się razem
10. Liczba grup genów sprzężonych określona jest na podstawie testów genetycznych i jest równa liczbie pojedynczego garnituru chromosomalnego
11. Cechy sprzężone dziedziczą się razem, czyli niezgodnie z II prawem Mendla. Oznacza to, że cechy dziedziczą się niezależnie od siebie jeżeli leżą w odrębnych chromosomach lub daleko od siebie w 1 chromosomie
12. Sprzężenie jest tym silniejsze, im bliżej siebie znajdują się geny
13. Odległość między genami to centymorgany czyli prcent crossing-over między tymi genami
14. Częstotliwość crossing-over zależy od długości chromosomu oraz od ilości chromosomów w garniturze danego osobnika
15. Określając częstość rekombinacji między poszczególnymi genami zlokalizowanymi w parze chromosomów homologicznych opracowano "mapy genetyczne" tj. względme pozycje poszczególnych genów w tych chromosomach
16. Genetyczne skutki crossing-over widoczne są tylko w heterozygotach
17. Crossin-over może zajść w dowolnych miejscach wzdłuż ramion chromosomów homologicznych - mogą w komórkach uczestniczyć w różnych miejscach wszystkie 4 chromatydy (wchodzące w skład biwalentu).

Zad.17 Zasady identyfikacji sprzężeń genetycznych

?

Zad.18 Crossing over jako mechanizm sprzyjający rekombinacji genów

Crossing-over - to proces wymiany materiału genetycznego między chromosomami homologicznymi, w wyniku, którego zwiększa się zmienność genetyczna. Odkrywcą procesu crossing-over był Thomas Morgan.

Przebieg

Proces ten zachodzi w profazie I mejozy (diplotenie) i polega na tworzeniu połączeń chiazm między chromatydami, a następnie rozrywaniu tych połączeń, ale tak, że następuje wymiana ich odcinków. W wyniku crossing-over dochodzi do rozszczepienia genów sprzężonych i powstania nowych sprzężeń. Częstość tego procesu zależy od odległości pomiędzy rozpatrywanymi genami w chromosomie: im bliżej są one położone, tym silniej są sprzężone i mniejsze jest prawdopodobieństwo rozdzielenia ich pomiędzy dwa różne chromosomy homologiczne. Wystąpienie crossing-over w określonym miejscu chromosomu wpływa ograniczająco na możliwość zajścia c-o w pobliżu. Zjawisko to określane jest terminem interferencji. Pod koniec crossing-over następuje synteza P-DNA, który stanowi 0,1% jądrowego DNA i jest reperacyjnym DNA.

Znaczenie

Crossing-over jest procesem o dużym znaczeniu dla różnorodności genetycznej, ponieważ prowadzi do powstania komórek potomnych o genotypie innym od rodzicielskiego.

Zad.19 Badania sprzężeń genetycznych u Neurosopora Crassa

Zad.20 i 21 Analiza sprzężeń w oparciu o krzyżówki dwupunktowe i trójpunktowe

Wzajemne ułożenie trzech genów w chromosomie niekoniecznie musimy badać przy pomocy trzech odrębnych krzyżówek między poszczególnymi parami genów, czyli tzw. Krzyżówek dwupunktowych. Informację o wzajemnym ułożeniu trzech genów i odległościach między nimi możemy otrzymać z jednej krzyżówki obejmującej 3 różne geny (krzyżówki trzypunktowe). Taka krzyżówka trzypunktowa daje znacznie więcej informacji niż trzy krzyżówki dwupunktowe, gdyż pozwala wykryć występowanie dwóch jednoczesnych przypadków crossing over na badanym odcinku, wyznaczonym trzema locji badanych genów.

Zad.22 Mapowanie chromosomów

Ustalanie kolejności genów w chromosomie oraz określanie względnej odległości między genami. Mapę chromosomu tworzy się w oparciu o doświadczalne krzyżówki testowe i analizę częstości zachodzenia rekombinacji.

Zad.23 Interferencja chromatyd

Interferencja - ograniczanie prawdopodobieństwa wystąpienia drugiego crossing over w bliskim odcinku o ile zaszedł już pojedynczy crossing over w odcinku sąsiednim. Stosunek czystości stwierdzonych przypadków podwójnego crossing over do częstości spodziewanych nazywamy współczynnikiem koincydencji. Przy współczynniku koincydencji równym 1 nie obserwujemy żadnej interferencji, przy całkowitej interferencji obserwujemy wartość zero. W przypadku współczynnika koincydencji wyższego od jedności obserwujemy wyższe wartości podwójnych crossing over od teoretycznie spodziewanych i wtedy mówimy o negatywnej interferencji.

Zad.24 Mechanizmy determinacji płci

Determinacja płci - proces występujący u wszystkich organizmów, u których występują różne płci.

Rodzaj płci, jaką dany organizm wykształci, jest zależny od sygnału wywoławczego, jakim może być:

- środowisko rozwoju organizmu (na przykład krokodyle czy żółwie rozwijają płeć w zależności od temperatury inkubacji jaj - temperaturowa determinacja płci).

- środowisko hormonalne, w jakim rozwija się dany organizm - hormonalna determinacja płci.

- stosunek liczby autosomów do heterosomów (na przykład muszka owocowa)

- obecność konkretnego chromosomu lub konkretnych genów (na przykład człowiek).

Sygnał wywoławczy uruchamia kaskadę genów regulatorowych, które następnie wpływają na różne procesy rozwoju, prowadzące do wykształcenia konkretnej płci.

Istnieją 4 typy determinacji płci. U człowieka i ssaków płeć determinowana jest przez dwa chromosomy płci: X i Y. Samice mają w komórkach ciała po dwa chromosomy X (układ XX). Samce natomiast mają chromosomy X i Y (układ XY). Płeć potomka jest zdeterminowana w momencie zapłodnienia. Podobne typy determinacji płci jak u człowieka i ssaków występują u wielu innych zwierząt i niektórych roślin. Na przykład u ptaków: układ XX - to samiec, a XY - samica. U muszki owocowej jest odmienny typ determinacji płci. Chromosom Y nie jest wyznacznikiem płci męskiej. O płci decyduje stosunek liczby chromosomów X do liczby autosomów. U gadów temperatura inkubacji jaj wpływa na płeć, u kukurydzy determinacja przez 2 pary genów, odpowiednia kombinacja decyduje czy osobnik jest obupłciowy, męski czy żeński.

Zad.25 Chromosomy płci i dziedziczenie płci

Chromosomy płci, heterosomy, allosomy - determinujące płeć chromosomy u rozdzielnopłciowych organizmów eukariotycznych. Płeć osobnika determinuje ich obecność lub ich liczba w stosunku do liczby autosomów.

U człowieka występują 22 pary chromosomów autosomalnych i jedna para chromosomów płci, która odpowiada za determinację płci. Łącznie kariotyp człowieka tworzą 23 pary chromosomów. Osobnik posiadający chromosomy XX jest płci żeńskiej, natomiast osobnik z jednym chromosomem X i jednym chromosomem Y - będzie płci męskiej. X jest większy od Y i zawiera więcej genów. Y zawiera gen SRY determinujący płeć męską. Płeć determinowana jest zatem przez chromosom otrzymany od ojca.

System XY występuje też u innych ssaków. U ptaków system determinacji płci jest odwrotny. Samice mają dwa różne chromosomy płci (ZW), a samce dwa jednakowe (ZZ). Płeć determinowana jest zatem przez chromosom otrzymany od matki.

U muszki owocowej Drosophila melanogaster samice mają dwa chromosomy X, a samce chromosom X i chromosom Y, ale płeć osobnika zależy od stosunku liczby chromosomów X do autosomów.

Niektóre z chorób genetycznych powstają poprzez mutacje w genach, znajdujących się w chromosomach płci (choroby sprzężone z płcią). Są to między innymi: daltonizm i hemofilia, powodowane mutacjami genów położonych na chromosomie X.

Zad.26 Mechanizmy determinacji płci u człowieka i drozofili

Drozofilka: geny determinujące płec żeńską zlokalizowane są na chromosomach płci a męskie na autosomach gdy stosunek x/a>1 samiec, gdy x/a <0,5 samica

Normalna samica 2n = 2a + xx

Normalny samiec gdy jest chromosom y 2n - 1= 2a + x0

Nadsamiec 3n - 1 = 3a + xy

Interseks 3n - 1 = 3a + xx

Nadsamica 2n + 1 = 2a +xxx

Determinacja płci u człowieka zależy od chromosomów x i y.

Zad.27 Mechanizmy heterogametycznych samic i heterogametycznych samców

Zad.28 Gynadomorfy

organizmy mające niektóre części ciała o cechach właściwych dla samicy, a inne dla samca.

Zad.29 Ciałko Barra

Chromatyna płciowa (inaczej ciałko Barra lub ciałko X) - widoczna wyraźnie w jądrze interfazowym grudka chromatyny tuż pod błoną jądrową komórek somatycznych u samic ssaków (także u kobiet). Jest to jeden z chromosomów X, inaktywowany we wczesnym okresie rozwoju zarodkowego, we wszystkich komórkach blastocysty. Proces inaktywacji zachodzi w sposób losowy i stan ten przenosi się na komórki potomne (stąd mamy dwa klony komórkowe ze względu na dwa chromosomy X, z których jeden jest inaktywowany). Proces powstawania ciałka Barra to lionizacja. Mechanizmowi towarzyszy metylacja DNA chromosomu.

U osobników, które cechuje aneuploidalność wszystkie oprócz jednego chromosomu X zostają inaktywowane. Nienormalne osobniki o składzie chromosomalnym XXX czy XXXX mają odpowiednio w jądrach 2 albo 3 ciałka Barra. Chromatyna płciowa występuje także u mężczyzn z zespołem Klinefeltera (XXY). Zespół Turnera - brak ciałek.

Ciałko Barra barwi się wyraźnie metodą Feulgena.

Zad.30 Dziedziczenie cech sprzężonych z płcią a zależnych od płci

Cechą sprzężoną z płcią u człowieka jest brak krzepliwości krwi-hemofilia i daltonizm (ślepota na barwy). Hemofilia jest wywołana przez recesywny gen h, brak hemoflii jest dominującą cechą H. U kobiet XhXh choroba ta jest śmiertelna, natomiast kobieta-nosicielka tego genu w stanie heterozygotycznym XHXh przenosi chorobę na dzieci.

31.) hemofilia, daltonizm czy dystrofia mięśniowa Duchena, choroba Menkesa, zespół Alporta

32.) -cecha wystepuje czesciej u samców niż u samic

-cecha przenoszona jest od ojca przez córke na wnuka

- allel nie jest nigdy przenoszony z ojca na syna

33.) chrom. płci l.chrom. płeć

X 45 kobieta- zespół Turnera

XXX 47 kobieta- nadkobieta

XXXX 48

XXXIX 49

XYY 47 mężczyzna

XXY 47 mężczyzna- zespół Klinefeltera

XXXY 49

34.) Euploidy - osobniki lub komórki wykazujące odchylenia polegające na zwielokrotnieniu całej podstawowej liczby chromosomów. Wyróżniamy wśród nich autopoliploidy oraz allopoliploidy. Autopoliploidy to organizmy posiadające zwiększoną liczbę identycznych genomów. Jest to wynikiem niewykształcenia się wrzeciona kariokinetycznego w czasie pierwszego podziału zygoty. Allopoliploidy z kolei to mutanty powstałe z połączenia genomów dwóch różnych gatunków (np.: muł). Są one jednak rzadkością i większość z nich jest niezdolna do życia.

Aneuploidy- osobniki lub komórki wykazujące odchylenia od diploidalnej liczby chromosomów. Zmiany aneupoliploidalne dzieli się na nullisomie, monosomie, trisomie oraz tetrasomie. U monosomików w zygocie występuje tylko jeden z danej pary chromosomów, natomiast u trisomików zamiast dwóch chromosomów homologicznych, w zygocie występują aż trzy. Analogicznie jest z tetrasomikami oraz nullisomikami, jednak są one prawie zawsze letalne.

35.) trisomie autosomów:

-zespół Pataua (47, XX+13 lub 47,XY+13), trisomia chromosomu 13

-zespół Edwarda (47, XX+18 lub 47,XY+18), trisomia chromosomu 18

-zespół Downa (47, XX+21 lub 47,XY+21), trisomia chromosomu 21

zaburzenia liczby chromosomów płci:

-zespół Turnera (45,X), monosomia chromosomu X u kobiet

-zespół Klinefeltera (47,XXY), dwa chromosomy X u mężczyzn

-trisomia chromosomów płci (47,XXX) - np.nadkobieta

36.) Z euploidami spotkać się można dosyć często w przypadku roślin hodowanych, na przykład euploidami są: tytoń, pszenica, ziemniaki, tulipany i narcyzy o kilku okółkach płatków w koronie. Rośliny te są często większe, plenniejsze i zawierają więcej substancji odżywczych. Poliploidalne rośliny są sterylne, ale rozmnażają się wegetatywnie.

-ma miejsce powiększenie objętości komórek, co powoduje gigantyzm organów; nie wszystkie organy jednak wykazują takie samo powiększenie.

-występuje mniejsza liczba aparatów szparkowych, co zmniejsza powierzchnię transpiracji, a to z kolei czyni rośliny bardziej odpornymi na suszę

-najbardziej korzystne do uprawy są rośliny tetraploidalne (4n), większa liczba chromosomów powoduje już zaburzenia w wykształcaniu organów.

37.) Aberracja chromosomowa (mutacja chromosomowa) - zaburzenie polegające na zmianie struktury lub liczby chromosomów. Do aberracji chromosomowych może dochodzić spontanicznie lub pod wpływem czynników mutagennych (np. promieniowanie jonizujące, promieniowanie ultrafioletowe, wysokiej temperatury).

Anomalie strukturalne są to zmiany powstające na skutek pęknięć a następnie łączenia się odcinków w odmiennym już porządku. Mają one ogromne znaczenie dla ewolucji, ponieważ zmieniają położenie genów, a tym samym wpływają na szansę rekombinacji.

• delecję (deficjencje) - utrata odcinka chromosomu:

-delecja terminalna- pojedyncze miejsce pęknięcia, utracona zostaje dystalna część chromosomu

-delecja interstycjalna- chromosom pęka w dwóch miejscach, tracona jest jego środkowa część.

• inwersję - odwrócenie fragmentu chromosomu o 180 stopni:

- inwersja pericentryczna (odwrócony fragment zawiera centromer)

- inwersja paracentryczna (odwrócony fragment nie zawiera centromeru )

• duplikację - powielenie odcinka chromosomu

• translokację - przeniesienie odcinków między niehomologicznymi chromosomami.

• pęknięcie centromeru - rozdzielenie ramion chromosomu

• chromosom pierścieniowy - powstaje, kiedy ramiona chromosomu łączą się tworząc pierścień; zazwyczaj towarzyszy temu delecja fragmentów położonych na końcach chromosomu.

• Izochromosom- powstaje w wyniku nieprawidłowo przebiegającej płaszczyzny podziału centromeru, który dzieli się poprzecznie, dając chromosom składający się tylko z ramion krótkich lub długich. Dochodzi w tym przypadku do delecji jednego ramienia i duplikacji drugiego. Mogą tworzyć zarówno autosomy jak i chromosomy płci. Najczęściej spotykanym izochromosomem jest izochromosom ramion długich X.

38.) Geny kumulatywne (poligeny, geny polimeryczne, geny wielokrotne) - geny o niewielkich efektach indywidualnych kontrolujące wspólnie jakąś cechę ilościową. Efekty poszczególnych genów mogą się ze sobą sumować lub współdziałać.

39.) Cechy ilościowe np. wzrost, inteligencja przyjmuja różne wartości i maja rozkład ciągły. W danym zakresie rozkładu wszystkie wartości dot. Np. wzrostu SA możliwe. Cechy ilościowe są kontrolowane przez kumulatywne geny wielu locji genowych, jak i ma wpływ środowisko.

40.) Odziedziczalność, liczba określająca procentowy wkład zmienności genetycznej cechy w jej zmienność ogólną, czyli całkowitą, uwzględniającą wpływ warunków zewnętrznych. Im wyższa wartość określająca procent odziedziczalności, tym mniejszy wpływ na daną cechę mają warunki zewnętrzne (środowiskowe).

Pojęcia odziedziczalności używa się w szerokim oraz w wąskim rozumieniu.

• odziedziczalność w szerokim rozumieniu (h²_B - broad-sense heritability)- dotyczy jedynie głównych składników wpływających na zmienność fenotypową - czynników genetycznych, bez ich części składowych.

• odziedziczalność w wąskim rozumieniu (h²_A - narrow-sense heritability)- stosunek wariancji addytywnej do wariancji fenotypowej, czyli udział jedynie czynnika genetycznego (genów otrzymanych od rodziców) w zmienności zachowania.

41.) Ograniczenie nakładane przez warunki naturalne na wielkość populacji, zmusza osobniki tego samego gatunku do współzawodniczenia o ograniczone zasoby. Te osobniki, które efektywnie wykorzystują zasoby, aby się rozmnażać, przekazując materiał genetyczny swemu potomstwu i są promowane przez dobór naturalny natomiast osobniki słabe są eliminowane.

Dostosowanie (W) poszczególnego genotypu definiuje się jako przeżycie (żywotność) i sukces reprodukcyjny (płodność) tego genotypu w stosunku do genotypu optymalnego. Dostosowanie genu czy allelu jest mierzone stopniem jego przenoszenia z pokolenia na pokolenie w porównaniu z innymi allelami. Allele o najwyższej efektywności przenoszenia są najbardziej dostosowane, a ich częstość wzrasta. Selekcja (s) przeciwko poszczególnym genotypom jest proporcjonalną redukcją sukcesu reprodukcyjnego pojedynczych organizmów o danym genotypie. Jeśli zygota o genotypie aa ginie jako zarodek albo jest sterylna, to W = 0 i s = 1.

Dostosowanie = W = (1-s) , gdzie s to współczynnik selekcji. Jeśli osobniki aa mają dostosowanie 0,99 dla AA lub Aa, wówczas W_(aa) = 0,99  , s_(aa) = 0,01

42.) Jeżeli nie zachodzi selekcja, nielosowe kojarzenia ani zdarzenia przypadkowe, to częstość (frekwencja) genów w populacji nie ulega zmianie (fakt ten wynika z cząstkowego charakteru dziedziczności). Populację, w której spełnione jest to prawo nazywamy populacją w równowadze genetycznej. Warunki decydujące o równowadze genetycznej populacji: brak doboru naturalnego, brak preferencji w krzyżowaniu brak mutacji izolacja olbrzymia liczebność

Jeżeli oznaczy się częstość występowania allelu dominującego przez p, a recesywnego przez q, przy czym p+q=1, to częstość występowania poszczególnych genotypów będzie następująca:

• q² homozygot recesywnych,

• 2pq heterozygot,

• p² homozygot dominuących.

43.)- migracje, kojarzenie nielosowe, subpopulacje, mutacje, dryf genetyczny

44.) Kojarzenie losowe (panmiksja)- możliwość swobodnego rozmnażania się w obrębie danej zbiorowości. Oznacza to możliwość kojarzenia się z równym prawdopodobieństwem osobników z każdej części danej populacji.

Kojarzenie selektywne:

-dodatnie: np.wygląd u ludzi jest ważnym czynnikem przy wyborze partnera, i tak osoby wysokie chętniej wybierają wysokiego partnera, natomiast niskie preferują partnerów o niskim wzroście. W świecie zwierząt biało- niebieskie śnieżne gęsi wybierają partnerów o podobnym kolorze. Kojarzenie się osobników osobników identycznych genotypach powoduje wzrost częstości homozygot kosztem heterozygot.

-ujemne: (różnego z różnym) np. jeżeli preferowane byłoby krzyżowanie się osobników będących przeciwnymi homozygotami, to w populacji wzrastałaby częstość heterozygot kosztem homozygot.

45.) Heterozygotyczność - występowanie odmiennych alleli, w takich samych miejscach homologicznych chromosomów.

Polimorfizm jest to występowanie kilku odmiennych, nieciągłych fenotypów wewnątrz pojedynczej kojarzącej się dowolnie populacji. Różne formy polimorficzne ("morfy") są czasami tak uderzająco odmienne od normalnego typu danej populacji, że opisywano je błędnie jako odrębne gatunki.

Wyróżniamy polimorfizm:
-genetyczny - dotyczy kilku alleli
-chromosomowy
-przejściowy - związany ze zmianami w składzie genowym populacji, np. motyl nocny forma szaro ubarwiona została zastąpiona przez formę melanistyczną
-zrównoważony - np. anemia sierpowata, ciekawym przykładem polimorfizmu są grupy krwi.

46.)Wsobność- jest to kojarzenie się między krewnymi i wpływ tego zjawiska na populację. Zjawisko to powoduje wzrost częstości homozygot powyżej wartości spodziewanych dla kojarzenia losowego przy równowadze Hardy - Weinberga. Ten nadmiar homozygotyczności wyróżnia się określeniem autozygotyczność, aby wskazać na wspólne pochodzenie alleli. Homozygotyczność dla szkodliwych recesywnych alleli powoduje depresję wsobną. Krzyżowanie dwóch wsobnych linii daje jednolite genetycznie potomstwo z większością szkodliwych alleli ukrytych w stanie heterozygotycznym: powoduje to powstanie u pokolenia F1 wigoru mieszańcowego.

47.) Heterozja ( gr. hetérōsis - przekształcenie^[1]) - zjawisko nazywane również wybujałością lub wigorem mieszańców pierwszego pokolenia, fenotypowy skutek współdziałania genów u heterozygot. Dzięki niemu mieszańce pierwszego pokolenia mogą znacznie przewyższać wartością fenotypową cech ilościowych swoich homozygotycznych rodziców. Heterozja dotyczy głównie cech związanych z rozrodem oraz szybkości rozwoju osobniczego (wzrost i masa ciała), a także większej odporności na choroby i zdolności przystosowawczych do niekorzystnych czynników środowiskowych.

48.) Wielkość populacji efektywna, N_e, termin stosowany w genetyce populacyjnej, część populacji efektywnie uczestnicząca w wymianie genów dokonującej się w trakcie rozrodu płciowego; zależy głównie od proporcji płci wśród zdolnych do rozrodu osobników; szacuje się ją według formuły: N_e = 4N_mN_f /(N_m+N_f), gdzie N_m oznacza liczebność samców, a N_f - liczebność samic.

49.) Dryf genetyczny opisuje zmiany frekwencji genów nie wynikające z doboru, mutacji czy migracji osobników, ale z czystego przypadku. Można go zdefiniować jako utratę alleli danych genów w populacji przez przypadkowe łączenie się gamet w procesie rozmnażania Rola dryfu genetycznego jest większa im mniejsza jest populacja.

50. Budowa chemiczna i fizyczna DNA.

Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) stanowi nośnik informacji genetycznej organizmów, przekazywany (dziedziczony) z pokolenia na pokolenie. Cząsteczka DNA jest podwójną spiralą (dwie nici polinukleotydowe skręcone wokół siebie). Podstawową jednostką, monomerem budującym DNA są nukleotydy (połączone ze sobą wiązaniami), złożone z następujących elementów:

• zasady azotowej (jednej z czterech rodzajów: adeniny i guaniny - pochodnych puryny oraz cytozyny i tyminy - pochodnych pirymidyny);

• cukru pentozy, a dokładnie deoksyrybozy;

• reszty kwasu fosforowego (fosforanu).

CECHY BUDOWY HELISY DNA:

• DNA jest dwuniciową prawoskrętną helisą (nici polinukleotydowe w cząsteczce są zorientowane względem siebie przeciwnie);

• zasady azotowe wchodzące w skład nukleotydów znajdują się wewnątrz helisy i ułożone są pod kątem prostym do jej długiej osi, zaś deoksyryboza i grupa fosforanowa są na zewnątrz;

• średnica helisy to 2 nm, a na jeden jej skręt przypada 10 par nukleotydów;

• pomiędzy obiema nićmi tworzą się wiązania wodorowe: dwa pomiędzy A i T, trzy pomiędzy G i C.

51. Dowody, ze DNA jest czynnikiem dziedzicznym.

Od dawnych czasów ludzie wiedzieli, iż powstawanie organizmów nowych jest związane ze cyklem szczególnym, którego elementem kluczowym jest stworzenie przez rodzicielski organizm miniaturowego zawiązku, który w sobie zawiera wszystkie informacje konieczne by odtworzyć dorosły organizm.

Łącznie z rozwojem biologicznej wiedzy oraz ulepszaniem technik obserwacji, pośród przyrodników coraz powszechniejszym było przekonanie, iż powstawaniu potomnych organizmów z rodzicielskich organizmów towarzyszyć musi przekazywanie swego rodzaju zapisu cech zminiaturyzowanego. Bardzo długo biologowie ten zapis traktowali jako coś abstrakcyjnego zupełnie.

W roku 1865 Grzegorz Mendel - zakonnik zgromadzenia w Brnie znajdującym się na Morawach ogłosił ciekawe niezwykle wyniki swych prac prowadzonych nad sposobem przekazywaniem cech. Ten zakonnik wiele lat obserwacje drobiazgowe sposobu dziedziczenia cech łatwych do odróżnienia groszku ogrodowego zwykłego. To on postulował istnienie zawiązków cech w organizmach. Wyniki jego badań znane są dzisiaj w postaci praw Mendla.

Dopiero w roku 1944 Oswald Avery - amerykański biochemik oraz jego współpracownicy dowiedli, iż dodanie kwasu nukleinowego oczyszczonego pochodzącego z komórek bakterii szczepu określonego do bakterii które należą do odmiennego szczepu na ostatnie z wymienionych przenosi dziedziczne cechy będące charakterystycznymi dla bakterii, od których kwas nukleinowy pochodził.

Nukleinowym kwasem przynoszącym dziedziczne cechy okazał się dezoksyrybonukleinowy kwas, DNA w skrócie.

52. Wpływ sekwencji zasad na konformację i właściwości DNA.

Nie znalazłam ;/

53. Organizacja nukleoidu bakteryjnego.

nukleoid bakteryjny, chromosom bakteryjny; długa, kolista, podwójna spirala DNA; podstawowy materiał genet. komórek bakterii lub innych organizmów prokariotycznych.

54. Organizacja genomu eukariotycznego.

Struktura w jakiej wystepuje genom organizmow eukariotycznych jest znacznie bardziej skomplikowana w porownaniu z prokariontami. Glowna tego przyczyna sa roznice w jego wielkosci. Wieksze rozmiary DNA eukariontow powoduja koniecznosc mocniejszego upakowania czasteczki. Nawiniecie jej na bialkowy rdzen oraz skrecenie, ulatwia dokladne rodzielenie ogromnej nici DNA. Strukura, w ktorej DNA zwiazany jest z bialkami, a nastepnie kilkukrotnie poskrecany nosi nazwe chromosomu.

Bialka, na ktore nawiniete jest DNA to histony. Histony wraz z DNA tworza podstawowa strukture chromosomu zwana nukleosomem . Nukleosom to czastka o ksztalcie dysku, ktorej bialkowa czesc buduje 8 czastek histonowych (po dwie z typu: H2A, H2B, H3, H4). Na taki proteinowy rdzen nawinieta jest nic DNA o dlugosci ok 170 nukleotydow. Dodatkowo, obok wpomnianego oktameru wystepuje histon H1, ktory odgrywa znaczaca role w dalszym upakowaniu DNA

55. Nukleosomy, solenoid

Nukleosom - Większość cząsteczek DNA jądra komórkowego jest upakowana w postaci nukleosomów. Dzięki temu długie cząsteczki DNA mogą zmieścić się w jądrze komórkowym o niewielkiej objętości. Powstawanie nukleosomów jest pierwszym etapem tworzenia chromatyny, a od struktury chromatyny w pewnym stopniu zależy aktywność genów obecnych w cząsteczkach jądrowego DNA.

Pojedynczy nukleosom składa się z białek histonowych i nawiniętego na te białka fragmentu cząsteczki DNA. Osiem cząsteczek histonów rdzeniowych (po dwie cząsteczki histonów H2A, H2B, H3 i H4) łączy się ze sobą, tworząc oktamer w kształcie dysku. Odcinek DNA o długości 146 par zasad owija się dookoła tego kompleksu białkowego i w ten sposób powstaje rdzeń nukleosomu. Kolejne nukleosomy są połączone przez odcinki łącznikowego DNA, które mogą różnić się długością. DNA nawinięty na nukleosomy przypomina koraliki; trzeba jednak pamiętać, że cząsteczka DNA nie przechodzi przez nukleosomy, ale jest nawinięta na ich powierzchnię.

Nie do końca wyjaśniono rolę histonu H1 w tworzeniu chromatyny. To białko nie wchodzi w skład rdzenia nukleosomu, ale może spinać cząsteczki łącznikowego DNA i zmieniać stopień upakowania DNA chromatyny.

Nukleosomy w ogóle nie występują w komórkach prokariotycznych. Histony rdzeniowe, które występują u różnych gatunków Eukaryota, mają prawie identyczną strukturę. Jest tak dlatego, że prawidłowa budowa nukleosomów jest potrzebna do utrzymania odpowiedniej struktury chromatyny, więc nawet drobne mutacje genów kodujących histony rdzeniowe mogą prowadzić do śmierci komórki.

Solenoid - substancja występująca w jądrze komórkowym, zbudowana z 8 histonów tworzących oktamer histonowy oraz zespiralizowanego łańcucha DNA. Solenoid wraz z białkami niehistonowymi jest częścią składową chromosomów.

56. Wielkość genomów różnych organizmów.

Informacja genetyczna zawarta w gamecie danego organizmu określana jest mianem genomu. DNA jądrowe w parze z mitochondrialnym stanowią o wielkości genomu, którą wyraża wartość 1C. Ponieważ różne komórki w pojedynczym organiźmie mogą mieć różny poziom ploidalności, wielkość genomu zawsze odnosi się do haploidalnego zestawu chromosomów. Opisując ją liczbą par zasad definiujemy fizyczną wielkość genomu. Używając do tego celu jednostki centymorgana (cM) odnosimy się do jego genetycznej struktury.  „C” można odnieść do słowa „constans” - stały lub „characteristic” - charakterystyczny, bo o ile  jej wartość ulega zmianom podczas cyklu komórkowego przyjmując wartości 1C, 2C, 4C to ostatecznie wielkość genomu równa 1C pozostaje stała na przestrzeni wielu pokoleń danego gatunku. Pierwsze próby oszacowania wielkości genomu zostały podjęte już w latach sześćdziesiątych i przyniosły zaskakujące wyniki. Bakteria E.Coli, typowy prokariont posiada genom złożony z 4,2 miliona par zasad. Ponieważ wiedziano, że istnieje około 4 tysięcy genów E.Coli o średniej długości 1000 p.z. wynik 4 k.b nie budził zastrzeżeń. Ale 2-4 miliardy p.z. u wielu organizmów eukariotycznych z przyjmowaną dla nich liczbą 100 tys. genów było już zagadką. O wielkości genomu nie możemy również wnioskować na podstawie pozycji filogenetycznej danego organizmu o czym świadczą wartości dla C przedstawione w tabeli 1 . Widzimy, że te z najniższych szczebli drabiny ewolucyjnej posiadają genomy kilkadziesiąt razy większe od organizmów z samego jej szczytu. Właśnie brak korelacji pomiędzy ilością niesionej informacji genetycznej a wielkością genomu nazywany jest paradoksem wartości C ( C-value paradox ). Pozostawał on niewiadomą do momentu kiedy rozwój technik molekularnych pozwolił na sekwencjonowanie cząsteczki DNA. Okazało się że funkcjonalne geny kodujące białka stanowią zaledwie kilka procent genomu. Struktura materiału genetycznego jest zatem swoistą mozaiką genów i sekwencji niekodujących.

Wartości dla parametru C uszeregowane według wielkości.

GATUNEK	C (kp)
Navicola pelliculosa  (okrzemka)	35 000
E.Coli (bakteria)	42 000
Drosophila melanogaster  (muszka owocowa)	180 000
Gallus domesticus  (kura)	1 200 000
Erysiphe cichoracearum  (grzyb)	1 500 000
Cyprinus carpio  (karp)	1 700 000
Lampreta planeri  (minóg)	1 900 000
Boa constrictor  (boa)	2 100 000
Parascaris equorum  (obleniec)	2 500 000
Carcaris obscurus  (rekin)	2 700 000
Rattus norwegicus  (szczur)	2 900 000
Xenopus laevis  (ropucha)	3 100 000
Homo sapiens  (człowiek) Protopterus (ryba dwudyszna)	3 400 000 102 000 000
Amoeba dubia  (ameba)	670 000 000

57. Histony

Histony, grupa białek zasadowych (bogatych w reszty argininy i lizyny) występujących w jądrze komórek eukariotycznych. Wyróżnia się histony nukleosomowe: H2A, H2B, H3 i H4, formujące struktury globularne (nukleosomy) stanowiące jednostki chromatyny, oraz histon nienukleosomowy H1, wykazujący duże zróżnicowanie tkankowe i gatunkowe, w chromatynie leżący pomiędzy strukturami globularnymi i pełniący rolę mostka łączącego nukleosomy.

Charakterystyczną cechą histonów są występujące w nich regiony aminokwasów zasadowych, kwaśnych i hydrofobowych, co, zależnie od kolejności tych regionów w histonie, wpływa na tworzenie się swoistych struktur trzeciorzędowych, które wykazują różne powinowactwo do DNA (kwasy nukleinowe) i w rezultacie prowadzą do uformowania jego nici w nukleosomy.

58. Powtarzające się sekwencje DNA

Uzyskane w IBM's Centre for Computational Biology wyniki wskazują, że powtarzające się motywy sekwencji DNA w rejonach niekodujących ludzkiego genomu są związane z małocząsteczkowym RNA (small RNA), który uczestniczy w procesach post-traksrypcyjnego wyciszania genów.

Rodziny powtarzających się sekwencji mogą zawierać setki tysięcy, a nawet miliony powtórzeń, i zwykle stanowią 10%, a często nawet niemal 50% genomu. Długość powtórzonej jednostki wynosi od dwóch do wielu tysięcy par zasad. Podobnie jak powtórzone geny, powtarzające się sekwencje albo występują bezpośrednio po sobie (na przykład: 5'-AGGAGGAGGAGG-... i tak dalej), albo są rozrzucone po różnych miejscach chromosomu.

Techniki analizy molekularnej umożliwiły stwierdzenie, że pewne rodzaje sekwencji DNA występują w okolicy charakterystycznych struktur chromosomów, takich jak centromery, telomery czy organizatory jąderka. Na przykład region chromosomu nazywany organizatorem jąderka zawiera ciąg powtórzeń genów dla rRNA. Centromery i telomery większości chromosomów eukariotycznych również zawierają ciągi powtórzeń sekwencji nukleotydowych. Znaczenie powtórzeń centromerowych nie jest dobrze poznane.

W genomach eukariotycznych sekwencja genu może występować tylko raz lub też należeć do całej rodziny sekwencji powtórzonych. Członkami tej rodziny może być kilka funkcjonalnych genów, które są ze sobą blisko spokrewnione, ale ulegają ekspresji w różnych okresach rozwoju lub w różnych tkankach bądź komórkach, albo kilka pseudogenów, albo jednych i drugich. Bywa, że są zebrane razem w jednym regionie genomu albo rozrzucone nawet po wielu różnych chromosomach.

Centromery i telomery większości chromosomów eukariotycznych również zawierają ciągi powtórzeń sekwencji nukleotydowych. Znaczenie powtórzeń centromerowych nie jest dobrze poznane. Powtarzające się sekwencje w centromerach są różne u każdego badanego gatunku. W rzeczywistości wcale nie muszą być konieczne dla właściwego działania centromeru - w przynajmniej jednym organizmie, drożdżach, centromery działają dobrze bez nich.

59. Replikon, primosom, replisom

Replikon - jednostka replikacji, która w bakterii obejmuje cały chromosom, natomiast chromosomy eucaryota składają się z wielu replikonów (np. na cały genom ssaka przypada ich 25 000), w których proces replikacji DNA może się rozpoczynać równocześnie w kilku pętlach ("oczkach") replikacyjnych, czyli w miejscach rozejścia się dwóch nici.

Replisom lub primosom/prymosom (aparat replikacyjny) - grupa białek rozpoczynających i kontynuujących replikację DNA.

Jest to replikacyjny kompleks białkowy obejmujący wiele białek m.in. są to: polimeraza DNA III, primaza, białko DnaA (inicjatorowe), białko DnaB (helikaza), białko DnaC. Rozwija on widełki replikacyjne podczas replikacji.

Szybkość replikacji replisomu wynosi kilkaset pz/s. Efektywna szybkość replikacji DNA wynosi od 0 do 1000 pz/s.^{[1] [2]}. In vivo u Eukariota proces przebiega średnio znacznie wolniej i zależy od fazy rozwojowej komórki.

60. Inicjacja replikacji u E. Coli

Prymosom E.coli tworzy się w miejscu startu replikacji oriC

białko DnaA(zastępuje kompleks [PriA, PriB, PriC, DnaT] inicjujący

tworzenie prymosomuφX174) wiąże się do oriCw miejscach zw.

kasetami dnaAi kooperuje z polRNA i białkiem HU w rozpleceniu

bogatego w AT regionu DNA przyległego do najbardziej na lewo

położonej kasety dnaA

Do tak utworzonych widełek replikacyjnych dołączająsię SSB i helikaza

DnaB związana z DnaC i ułatwiają przyłączenie prymazy Dna. Gco

kompletuje prymosom.

Prymosom pozostaje w replisomie i w powtarzalny sposób inicjuje syntezę.

fragmentów Okazakina nici opóźnionej

61. Rola RNA w inicjacji replikacji

Replikacja RNA to proces powielania cząsteczek RNA zawierających informację genetyczną. Występuje tylko u niektórych wirusów. Należy odróżnić go od procesu powielania się retrowirusów (np. wirusa HIV), gdzie podczas powstania nowych cząsteczek RNA obecne jest pośrednie stadium przepisywania informacji genetycznej na DNA. W procesie tym bierze udział enzym replikaza RNA, czyli polimeraza RNA zależna od RNA.

62. Organizacja widełek replikacyjnych u prokariota i eukariota.

Inicjacja, czyli poczatek replikacji zachodzi w scisle okreslonych miejscach na nici DNA. Miejsca te nazywaja sie "origin" (w skrocie ori). Zawieraja one specyficzne sekwencje, sluzace im do:

• wiazania bialek inicjatorowych,

• rozdzielenia nici i rozpoczecia procesu replikacji,

• przylacznia bialek wspomagajacych proces replikacji.

Miejsce inicjacji jest bardzo wazne, poniewaz tylko tu moze odbywac sie kontrola repikacji. Raz rozpoczety proces musi przebiegac az do zakonczenia syntezy calego replikonu. U bakterii replikon obejmuje caly genofor, znaczy to, ze pojedyncze miejsce inicjacji kontroluje replikacje calego genomu. Organizmy eukariotyczne natomiast, maja wiele replikonow w kazdym chromosomie. Dzieki tej roznicy szybkosc replikacji genomu eukariota wielokrotnie przewyzsza szybkosc replikacji genomu prokariota.

Rozdzielajace sie w miejscu syntezy lancuchy matrycowego DNA tworza tzw. "widelki replikacyjne". O rozdzieleniu heliksu DNA decyduja bialka enzymatyczne zwane helikazami. Wykorzystuja one energie hydrolizy ATP do zmiany ksztaltu swojej czasteczki (podobnie jak bialka miesniowe), co umozliwia im wykonanie pracy mechanicznej. Helikazy przesuwaja sie wzdluz dwuniciowego DNA, rozdzielajac nici i poszerzajac widelki replikacyjne.

Najwazniejszymi enzymami odpowiedzialnymi za replikacje DNA sa polimerazy DNA. Nie maja one jednak zdolnosci do samodzielnego rozpoczecia syntezy lancuchow DNA, moga jedynie je wydluzac. Z tego powodu synteza DNA zaczyna sie od wbudowywania starterowych odcinkow RNA, ktore zakonczone sa wolna grupa -OH, na koncu 3'. Za wbudowywanie tych odcinkow odpowiedzialne sa wyspecjalizowane enzymu zwane primazami.

Zatem kolejne etapy inicjacji replikacji to:

• przylaczenie sie helikaz do odpowiednich sekwencji inicjatorowych,

• rozplatanie podojnego heliksu i powstanie widelek replikacyjnych,

• synteza starterowych odcinkow RNA przez primazy,

63. Polimerazy DNA u prokariota i eukariota.

Polimeraza DNA - enzym katalizujący syntezę DNA w czasie replikacji lub naprawy DNA. Synteza ta polega na polimeryzacji deoksyrybonukleotydów przez wytwarzanie wiązań fosfodiestrowych między nimi. Substratami do tej reakcji są nukleotydy trójfosforanowe, a jej produktem ubocznym jest pirofosforan, złożony z dwóch reszt fosforanowych. Dlatego składnikami DNA są nukleotydy jednofosforanowe (monofosforanowe). Większość polimeraz DNA wymaga matrycy, w formie jednoniciowego DNA lub RNA, z krótkim obszarem dwuniciowym. Odcinek dwuniciowy powstaje przez przyłączenie się do jednoniciowej matrycy krótkiego komplementarnego do matrycy odcinka DNA lub RNA, zwanego primerem (prajmerem) lub starterem (zwykle ma długość od kilku do ok. 20 nukleotydów).

polimeraza DNA: u prokariota I, II, III u eukariota .γ, ε, δ

64. Terminacja replikacji u pro i eukariota.

Terminacja jest koncowym etapem replikacji, w ktorym dochodzi do polaczenia DNA w kompletne chromosomy i rozdzielenia ich pomiedzy komorki potomne. Mechanizmy terminacji u prokaroiota i eukariota znacznie roznia sie sie od siebie.

U organizmow prokariotycznych, gdzie na kolistym genoforze znajduje sie tylko jeden replikon, za koncowy etap replikacji odpowiedaja 4 sekwencje nukleotydowe , wiazace sie z bialkiem terminacyjnym. Bialko to bedac inhibitorem replikacji, hamuje caly proces.

U eukariontow sytuacja przedstawia sie inaczej. Wystepowanie kilku repikonow w replikujacym sie chromosomie powoduje, ze do zakonczenia replikacji wystarczy fizyczne zetkniecie sie dwoch podazajacych ku sobie w przeciwnych kierunkach widelek replikacyjnych. Nie potrzeba tu specjalnych sekwencji terminalnych.
Odmiennie przedstawia sie sytuacja z zakonczeniem syntezy chromosomow. W przeciwienstwie do kolistych genoforow bakteryjnych, chromosomy eukariotyczne zbudowane sa z liniowych czasteczek DNA. Gdyby replikacja u organizmow eukariotycznych konczyla sie analogicznie do prokariota to ostatni kilkunukleotydowy fragment pozostawalby niedoreplikowany. Na koncu kazdego chromosomu istnieja jednak charakterystyczne sekwencje, ktore pozwalaja na utrzymanie niezmiennej dlugosci genomow. Sekwencje te zwane sa telomerami. Telomery odpowiadaja rowniez za ochrone DNA przed laczeniem sie z innymi chromosomami.
Replikacja telomerow zachodzi w sposob odmienny od reszty chromosomu. Odpowiada za nie specjalny enzym zwany telomeraza. Jest to enzym, ktory w swoim centrum aktywnym zawiera matryce do syntezy telomerow - czasteczke RNA. Starterami w tym procesie sa koncowe sekwencje telomeru pozostalego z poprzedniego cyklu replikacyjnego.

Zatem na terminacje replikacji skladaja sie nastepujace procesy:

• zakonczenie syntezy nowych nukleotydow w odpowienich miejscach,

• polaczenie powstalego DNA w kompletne chromosomy,

• rozdzielenie chromosomow pomiedzy komorki potomne.

Pytanie 65 - budowa i znaczenie telomerów

Telomer jest to fragment chromosomu, który zabezpiecza go przed uszkodzeniem podczas kopiowania. Telomer skraca się podczas każdego podziału komórki odliczając czas do jej śmierci. Telomery chronią organizm przed powstawaniem nowotworów, ale za to powodują proces starzenia.


Wczesne badania

W latach 40. XX wieku Barbara McClintock dowiodła, że chromosomy pozbawione telomerów zlepiają się i łączą w nieprawidłowy sposób z innymi chromosomami, co więcej nieprawidłowo rozdzielają w czasie podziału komórki.

Tempo skracania telomeru

W chwili zapłodnienia, telomer ma długość ok. 10 kpz. Do chwili narodzin skraca się do 5 kpz (osiemset powtórzeń sekwencji TTAGGG). Obszar subtelomerowy i telomerowy mają łącznie w chwili zapłodnienia 15 kpz, a w chwili narodzin dziecka - 10 kpz. Średniej wielkości chromosom zawiera 130 milionów par zasad (130 Mpz), a gen zawiera około 120 tysięcy par zasad (120 kpz). Porównanie to pokazuje, jak niewielki fragment chromosomu stanowi telomer.


Telomer to element strukturalny chromosomu zapewniający mu stabilność. Każdy chromosom ma dwa telomery umiejscowione na jego końcach. W każdej komórce człowieka występują w sumie 92 telomery. Telomer zbudowany jest z kilku tysięcy zasad nukleinowych i związanych z nimi białek. Sekwencja składająca się na telomer człowieka zbudowana jest z nukleotydów: TTAGGG (gdzie T=tymina, A=adenina, G=guanina). Telomer nie zawiera żadnych genów i nie koduje żadnych białek.
Funkcje telomeru

Telomer ma cztery zasadnicze funkcje:

1. ochronę końca chromosomu przed uszkodzeniem lub nieprawidłową rekombinacją,
2. umożliwienie całkowitej replikacji chromosomu,
3. nadzorowanie ekspresji genów,
4. wspomaganie organizacji chromosomów w trakcie podziałów komórki.

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

Pytanie 66 i 67- ewolucja koncepcji 1 gen - 1 enzym.

-Garod 1909 rok - badał choroby metaboliczne u ludzi i zaproponował że alkeptonuria jest powodowana pojedynczym genem recesywnym. 1 gen zmutowany - 1 blok metaboliczny.

- Beadle i Tatum 1941 rok - ponowne odkrycie prawa Garoda. Badanie dzikiego grzyba Neurospora crassa oraz mutanta. W przypadku mutanta brak wzrostu na skutek braku jednego ze składników. Udowodnili że, mutacja pojedyncza powodowała utratę aktywności pojedynczego enzymu.

1 gen - 1 enzym (geny nie kodują wyłącznie enzymów, więc zmiana na 1 gen- 1 polipeptyd)

Współcześnie GEN to fragment DNA ulegający transkrypcji.

Pytanie 68

a)Translacja u Prokarionta

b)Translacja u Eukaryonta

A) U organizmów prokariotycznych inicjacja translacji wymaga małej i dużej podjednostki rybosomu, czynników inicjacji translacji, GTP jako źródła energii, oraz inicjatorowego aminoacylo-tRNA (ze związanym aminokwasem formylometioniną).

Mała podjednostka rybosomu wiąże się z czynnikiem inicjacji translacji IF3. 16S rRNA z małej podjednostki rybosomu 30S rozpoznaje i wiąże komplementarną sekwencję Shine-Dalgarno w mRNA. Czynnik inicjacji translacji IF2 wiąże się z fMet-tRNA i pomaga mu związać się z małą podjednostką rybosomu. W rybosomie są trzy miejsca, w których może znajdować się tRNA: miejsce A, przez które wchodzi aminoacylo-tRNA (z wyjątkiem pierwszego aminoacylo-tRNA - fMet-tRNA, które wchodzi przez miejsce P), miejsce P, gdzie tworzy się peptydylo-tRNA, oraz miejsce E, przez które tRNA opuszcza rybosom po oddaniu aminokwasu. Aminoacylo-tRNA (fMet-tRNA) znajdujące się w miejscu P rybosomu rozpoznaje kodon inicjujący AUG. Inicjacja kończy się przyłączeniem dużej podjednostki rybosomu i uwolnieniem czynników inicjacji translacji.

Kiedy kodon STOP znajdzie się w miejscu A rybosomu, następuje terminacja translacji. Kodony STOP nie są rozpoznawane przez żadne tRNA, tylko przez czynniki uwalniające, które są odpowiedzialne za hydrolizę wiązania estrowego peptydylo—tRNA i uwolnienie nowo powstałego białka z rybosomu. U Prokaryota za proces terminacji translacji odpowiedzialne są dwa czynniki — RF1 i RF2. Czynnik RF1 rozpoznaje kodony UAA i UAG, a RF2 rozpoznaje kodony UAA i UGA^[1].

Po terminacji mRNA i tRNA są uwalniane z rybosomu, a on sam dysocjuje na podjednostki, które mogą zostać ponownie wykorzystane do inicjacji translacji kolejnego mRNA.

B) U organizmów eukariotycznych inicjacja translacji może przebiegać na dwa sposoby.

Pierwszy z nich to inicjacja zależna od czapeczki. Złożony z czynników inicjacji translacji eIF4E, eIF4G i eIF4A kompleks eIF4F wiąże się z czapeczką i z białkiem PABP wiążącym ogon poli-A. Mała podjednostka rybosomu 40S wiąże eIF1, eIF3, eIF5 i kompleks eIF2-GTP-Met-tRNAi. Następnie eIF3 wchodzi w interakcje z eIF4G związanym z czapeczką. Taki kompleks inicjacyjny zaczyna przesuwać się wzdłuż cząsteczki mRNA w kierunku od 5' do 3', aż natrafi na kodon start AUG. Wtedy następuje uwolnienie niektórych czynników i związanie się dużej podjednostki rybosomu 60S z małą. Powstaje funkcjonalny rybosom i rozpoczyna się elongacja.

Inicjacja niezależna od czapeczki u eukariotów nie wymaga wędrówki rybosomu od czapeczki do kodonu start. Czynniki ITAF umożliwiają małej podjednostce rybosomu 40S związanie się z sekwencją IRES (ang. internal ribosome entry site - wewnętrzne miejsce wiązania rybosomu). Sekwencje IRES występują m. in. w genach ulegających ekspresji pod wpływem czynników stresowych. Można je znaleźć także u wirusów.

U Eukaryota występuje tylko jeden czynnik terminacyjny eRF1

Pytanie 69 - Polimerazy RNA

Polimeraza RNA, RNAP - enzym wytwarzający nić RNA na matrycy DNA w procesie zwanym transkrypcją. Polimeraza porusza się wzdłuż nici DNA w kierunku 3'->5', a nić RNA powstaje w kierunku 5'->3' z szybkością 50-100 zasad na sekundę.

Polimeraza RNA wykorzystująca jako matrycę nić DNA to polimeraza RNA zależna od DNA. U wirusów i roślin występują też polimerazy RNA zależne od RNA, które wykorzystują jako matrycę nić RNA.

U bakterii występuje jedna polimeraza RNA, syntetyzująca wszystkie rodzaje RNA. Składa się ona z 5 podjednostek: dwóch podjednostek α rozpoznających czynniki regulatorowe, podjednostki β katalizującej syntezę RNA, podjednostki β' wiążącej niespecyficznie DNA i podjednostki ω tworzących razem część rdzeniową enzymu. Do związania się z sekwencjami promotorowymi potrzebna jest jeszcze szósta podjednostka - sigma (σ). Taki enzym określa się jako holoenzym. Transkrypcja z większości promotorów Escherichia coli prowadzona jest przez polimerazę RNA zawierającą czynnik σ⁷⁰, ale podczas transkrypcji niektórych genów wykorzystywane są alternatywne czynniki sigma rozpoznające inne sekwencje promotorowe.

U Eukaryota

Polimeraza RNA II - enzym ten transkrybuje geny kodujące białka. Wiążące enzym sekwencje promotorowe tych genów zwykle zawierają kasetę TATA ulokowaną około 25 par zasad przed miejscem startu transkrypcji. Czynniki transkrypcji wiążą się w określonym porządku z DNA w pobliżu kasety TATA i tworzą platformę, a która łączy się polimeraza RNA II . Geny nie zawierające kasety TATA mogą mieć element inicjujący, jednak niektóre geny nie zawierają ani odnicnka inicjującego ani kaset TATA.

Polimeraza RNA I - enzym ten transkrybuje geny 18S, 28S i 5,8S rybosomowych RNA (rRNA). Promotor zawiera dwa istotne elementy dla transkrypcji : element rdzeniowy, nachodzący na miejsce startu transkrypcji , oraz sekwencję kontrolną, zlokalizowaną przed sekwencją kodującą w rejonie około -100. W odległości około 600 par zasad za końcem genu znajduje się sygnał terminacji o długości 18 par zasad.

Polimeraza RNA III - enzyn transkrybuje krótkei geny kodujące tRNA i 5S rRNA. Promotory tych genów znajdują się w obrębie sekwencji kodujących i są określane jako wewnętrzne regiony kontrolne. Geny tRNA mają dwa ważne elementy sekwencji, nazywane blokami A i B. Transkrypcja genów 5S rRNA wymaga sekwencji zwanej kasetą C.

Pytanie 70 - Metabolizm fenyloalaniny jak przykład genetycznej kontroli metabolizmu

W organizmie chorego dziecka brakuje enzymu przekształcającego aminokwas fenyloalaninę w tyrozynę oraz związki odpowiedzialne m.in. za pigmentację skóry.

Fenyloalanina dla człowieka jest aminokwasem egzogennym, a jej główne źródła stanowią białka pokarmowe. W warunkach fizjologicznych 75 % wchłoniętej do krwiobiegu fenyloalaniny ulega przemianie (hydroksylacji) do aminokwasu tyrozyny w komórkach wątroby.

Jest to główny szlak przemiany fenyloalaniny w ustroju, który zachodzi w warunkach tlenowych pod obecność wątrobowego enzymu hydroksylazy fenyloalaniny oraz kofaktora tej reakcji - tetrahydrobiopteryny (BH4). Blok przemiany fenyloalaniny do tyrozyny w przebiegu fenyloketonurii jest spowodowany całkowitym lub częściowym niedoborem PAH (Rys. 1).

Zaburzenie hydroksylacji fenyloalaniny prowadzi do nagromadzenia jej w dużych ilościach we krwi, w płynach ustrojowych oraz ośrodkowym układzie nerwowym (o.u.n.). Nagromadzenie olbrzymich ilości fenyloalaniny w płynie mózgowo-rdzeniowym i tkance nerwowej stanowi podstawową przyczynę uszkodzenia układu nerwowego u chorych nie leczonych, a przejawia się głównie upośledzeniem umysłowym.

Zaburzony metabolizm

Organizm osoby chorej na fenyloketonurię nie jest zdolny do prawidłowego metabolizmu jednego ze składników diety - fenyloalaniny. Aminokwas fenyloalanina znajduje się w pokarmach zawierających dużo białka, takich jak: mięso, jaja, ryby, mleko, ser oraz (w mniejszych ilościach) w produktach zbożowych, warzywach i owocach.

Jak pamiętamy z lekcji biologii, w przewodzie pokarmowym soki trawienne rozkładają białka na "cegiełki", z których są zbudowane, czyli aminokwasy. Te pojedyncze elementy "budulcowe" składamy z powrotem, tworząc takie białka, które są nam potrzebne. Ponadto organizm jest w stanie przekształcić jeden aminokwas w drugi, co powoduje, że tylko niektóre z nich muszą być dostarczane z pożywieniem (do tych ostatnich należy fenyloalanina).

Z fenyloalaniny w naszym ustroju powstaje inny aminokwas - tyrozyna. Na tym właśnie etapie w fenyloketonurii pojawia się blokada i fenyloalanina (surowiec) gromadzi się we krwi. Brakuje także produktu, czyli tyrozyny, ale jest ona na szczęście dostarczana w wystarczającej ilości w prawidłowej diecie.

Nadmierne stężenie fenyloalaniny we krwi oraz produktów jej rozkładu jest przyczyną upośledzenia rozwoju fizycznego i intelektualnego. Nie znamy dokładnie mechanizmów, według których taki nadmiar wpływa na rozwój człowieka, szczególnie na rozwój mózgu

Pytanie 71 - inicjacja transkrypcji

Inicjacja transkrypcji

Inicjacja transkrypcji to ten moment, w którym odbywa się najbardziej precyzyjna kontrola ekspresji. To, czy dany gen w konkretnej komórce zostanie w danym momencie wyrażony, tzn. czy zostanie zsyntetyzowane określone białko, zależy w głównej mierze od tego, czy transkrypcja zostanie zapoczątkowana. Oczywiście zdarza się, że transkrypcja zachodzi, ale na dalszych etapach ekspresja zostaje wygaszona, czego skutkiem jest brak syntezy białka. Jednakże generalnie inicjacja transkrypcji jest głównym punk tem kontrolnym ekspresji.

Jako inicjację określa się zdarzenia zachodzące w obrębie promotora, a także daleko położonych rejonów zwanych enhancerami ( wzmacniaczami ), które umożliwiają polimerazie II RNA podjęcie działania.W przeciwieństwie do prokariontów u polimeraza II RNA wymaga do zapoczątkowania reakcji obecności pewnych białek, które określa się mianem czynników transkrypcyjnych tzw. TF-ów ( ang. transcription factors ). Białka te w określonym porządku wiążą się do DNA w obrębie promotora, enhancerów bądź silencerów.

To właśnie ich obecność lub brak w danej komórce ( czy tkance ) decyduje w znacznej mierze o rozpoczęciu lub też nie transkrypcji konkretnego genu. Oprócz białek na transkrypcję mogą również wpływać hormony.

Pytanie 72 - Co to jest translacja?

Translacja jest drugim (po transkrypcji) procesem w biosyntezie białka. Powstawanie łańcucha polipeptydowego sterowane jest przez sekwencję mRNA. Translacja odbywa się w cytoplazmie lub na błonach szorstkiej siateczki wewnątrzplazmatycznej. Proces ten jest katalizowany przez rybosom obejmujący podjednostkami przesuwającą się nić mRNA. Rybosomy składają się z dwóch podjednostek, większej i mniejszej, które są zbudowane z białek i rRNA, a funkcję katalityczną pełnią enzymy (rybozymy) zawarte w dużej podjednostce rybosomu. Translacja na jednej cząsteczce mRNA może być prowadzona przez wiele rybosomów równocześnie. Taki kompleks mRNA związanego z wieloma rybosomami nazywa się polisomem lub polirybosomem.

Translacja składa się z czterech faz:

• aktywacji

• inicjacji

• elongacji

• terminacji

W aktywacji właściwy aminokwas jest dołączany do właściwego tRNA za pomocą wiązania estrowego, powstałego przez reakcję grupy karboksylowej aminokwasu i grupy OH przy końcu 3' tRNA. Taki zespół określa się mianem aminoacylo-tRNA. Inicjacja translacji ma miejsce, kiedy mała podjednostka rybosomu przyłącza się do końca 5' mRNA. Do małej podjednostki przyłącza się duża podjednostka rybosomu. Na podjednostce 50s uaktywniają się dwa miejsca: P - miejsce peptydowe i A - miejsce akceptorowe. Pierwszy aminoacylo-tRNA ustawia się w miejscu P. Elongacja ma miejsce, kiedy następny aminoacylo-tRNA przyłącza się do rybosomu w miejscu A. Następnie proces translacji zachodzi na zasadzie komplementarności kodonu mRNA z antykodonem na tRNA. Rybosom i tRNA są tak ukształtowane, aby dwa aminokwasy, przyłączone do tRNA zajmujące w rybosomie miejsca A i P znajdowały się blisko siebie. Dzięki temu zachodzi reakcja między resztą aminową i karboksylową - dwa aminokwasy łączą się. Ten proces - tworzenie wiązań peptydowych jest katalizowany przez peptydylotransferazę - rybozym (rRNA) wchodzący w skład rybosomu. Po syntezie, tRNA szybko zwalnia miejsce P i wraca do cytoplazmy, z kolei aminoacylo-tRNA ulega przesunięciu z miejsca A na miejsce P. Proces ten nazywamy translokacją. Jednocześnie przesuwa się także mRNA. Wielkość tego przesunięcia wynosi zawsze trzy nukleotydy. Na miejsce A nasuwa się nowy tRNA zawierający antykodon odpowiadający kolejnemu kodonowi na mRNA. Proces elongacji powtarza się aż do napotkania przez podjednostkę mniejszą rybosomu w miejscu A kodonu stop (UAA, UAG lub UGA). Tych trójek kodonowych, w normalnych warunkach, nie koduje żaden tRNA. W tym momencie następuje terminacja translacji. Łańcuch polipeptydowy zostaje uwolniony do cytoplazmy, tRNA zostaje oddzielone od mRNA, a rybosom rozpada się na podjednostki, które mogą zostać ponownie wykorzystane do inicjacji translacji kolejnego mRNA.

Pytanie 73 - Budowa i organizacja rybosomów

Rybosomy - organelle służące do produkcji białek w ramach translacji.Rybosomy występują u wszystkich oorganizmów żywych, (półautonomicznych - chloroplastów i mitochondriów. Rybosomy U eukariontów rybosomy mogą być "wolne", lub przyczepione do retikulum endoplazmatyczne.Każdy rybosom jest zbudowany z dwóch dopasowanych do siebie podjednostek: małej i dużej. Obie podjednostki są zbudowane z białek i rNa. podjednostka mała składa się z 33 białek i 1 cząsteczki rNA, natomiast podjednostka duża składa się z 49 białek i 3 cząsteczek. Rybosomy są bardzo małe i widoczne tylko pod mikroskopowym . Podjednostki rybosomu są ze sobą połączone tylko podczas translacji - po zakończeniu translacji danego łańcucha białkowego podjednostki rozdzielają się, a podczas inicjacji translacji jakieś blisko siebie znajdujące się podjednostki (jedna duża i jedna mała) łączą się ze sobą, odtwarzając rybosom. Pojedynczy rybosom składający się z 2 podjednostek z wyglądu przypomina mały spłaszczony grzybek. Zespół rybosomów połączonych nicią matrycową stanowi polirybosom zwany inaczej polisomom.

Pytanie 74 - Budowa i rola tRNA

tRNA - transportujący, transferowy RNA (z ang. transfer RNA) - cząsteczki kwasu rybonukleinowego (RNA), których zadaniem jest przyłączanie wolnych aminokwasów w cytoplazmie i transportowanie ich do rybosomów, gdzie w trakcie procesu translacji zostają włączone do powstającego łańcucha polipeptydowego. tRNA cechuje wysoka specyficzność w stosunku do aminokwasów. Każdy z aminokwasów syntetyzowanego białka może być transportowany przez jeden, a niektóre przez kilka różnych tRNA. Cząsteczki tRNA występują w komór­kach w stanie wolnym bądź też związane ze specyficznym aminokwasem. Kompleks tRNA-aminokwas nosi nazwę aminoacylo-tRNA.

W każdej komórce organizmu znajduje się przynajmniej 20 rodzajów cząsteczek tRNA i przynajmniej jedna odpowiada swoistemu aminokwasowi. Są to małe cząsteczki o strukturze liniowej zbudowane z 74 - 95 nukleotydów. Występuje 50 - 60 różnych typów tRNA - wielu aminokwasom jest przyporządkowanych kilka typów tRNA.

TRNA może przyjmowac strukturę pierwszorzędową, drugo - i trzeciorzędową. Struktura drugorzędowa jest wynikiem komplementarnego łączenia się zasad azotowych w pewnych rejonach cząsteczki liniowego tRNA to prowadzi do utworzenia charakterystycznej struktury cząsteczki złożonej z ramion i pętli , tzw struktury liścia koniczyny. Licząc od końca 5' w budowie II - rzędowej czasteczki tRNA wyróżniamy:

1. ramię D - składa się z krótkiego odcinka sparowanego (3-4 par zasad) i pętli D, zwanej dihydrourydylową DHU, zawierającej zmodyfikowaną zasadę dihydrouracyl.

2. Ramię antykodonowi - składa się z krótkiego odcinka sparowanego - 5 par zasad i 7-mio nukleotydowej pętli, w skład której wchodza m.in. 3 sąsiadujące ze sobą nukleotydy zwane antykodonem; obecność inozyny w antykodonie umożliwia cząsteczce tRNA rozpoznawanie więcej niż jednego kodonu

3. Ramię zmienne - dodatkowe - może być małe i zawierać 2-3 nukleotydy lub większe, w których znajduje się 13-21 nukleotydów i może tworzyć się odcinek sparowany 7 par zasad. Ramię zmienne występuje tylko w niektórych rodzajach tRNA

4. Ramię T - składa się z odcinka sparowanego 5 par zasad i pętli zawierającej zmienne sekwencje nukleotydowe. Występuje zmodyfikowana zasada pseudoracyl

5. Ramię akceptorowe - utworzone przez sparowanie 7 par zasad, końców 5' i 3' cząsteczki tRNA. Sekwencja CCA występująca na końcu 3' nie jest sparowana i stanowi miejsce przyłączenia aminokwasu. W komórkach Eukariotycznych sekwencja CCA jest przyłączana do tRNA po transkrypcji .

Pytanie 75 - Obróbka RNA

Obróbka potranskrypcyjna (tzw. splicing) polega na wycięciu i usunięciu intronów oraz łączniu eksonów. Ponadto następuje dojrzewania pre-mRNA, polegające na modyfikowaniu obu końców pre-mRNA. Na końcu 5' zostaje dodana czapeczka (cap), a do końca 3' zostaje dodana sekwencja 150-200 nukleotydów adeninowych. To tzw. koniec poli (A)

składanie RNA (odp na pyt.77), splicing, jeden z etapów dojrzewania pierwotnych transkryptów, proces wycinania z cząsteczek pre-mRNA → intronów i łączenia → eksonów zachodzący w jądrze podczas powstawania → RNA informacyjnego, katalizowany przez kompleks sn RNP (ang. small nuclear ribonucleoprotein) - małych jądrowych rybonukleoprotein oraz innych białek, razem tworzących → spliceosom; po zbliżeniu do siebie dwóch końców intronu powstaje pętla nazywana lassem, ulegająca następnie degradacji w jądrze, a eksony zostają połączone kowalencyjnie, tworząc jedną ciągłą sekwencję kodującą -informacyjny RNA (mRNA), który przemieszcza się do cytoplazmy i uczestniczy w → translacji; s. RNA może się też odbywać bez udziału białek, na drodze samowycinania, dzięki katalitycznym właściwościom samego RNA (→ rybozymy).

Pytanie 76 - introny a egzony

Introny - odcinki DNA nie zawierające informacji genetycznej o aminokwasach (niekodujące). Całość genu jest przepisywana w procesie transkrypcji na pre-mRNA, w którym występują zarówno introny, jak i eksony (odcinki kodujące). Następuje wycinanie intronów i składanie eksonów. Po przepisaniu sekwencji genu z DNA na RNA introny są wycinane przy udziale snRNA w procesie splicingu i powstaje dojrzały matrycowy RNA (mRNA), który wykorzystują rybosomy jako matrycę do syntezy peptydów i białek.^[1] Introny nie są tylko "genetycznym śmieciem", ponieważ odgrywają rolę w regulacji ekspresji genów, jak również umożliwiają tzw. alternatywne składanie

Egzon, ekson - w komórkach eukariotycznych odcinek genu kodujący sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka. Eksony są w genomie jądrowym oddzielone intronami. Pierwotny transkrypt zawiera na przemian ułożone odcinki intronowe i eksonowe. Po zsyntetyzowaniu czapeczki i poliadenylacji cząsteczki RNA, ale jeszcze przed jej eksportem z jądra do cytoplazmy następuje wycięcie wszystkich intronów oraz połączenie eksonów w jedną całość (splicing). Po zakończeniu tych procesów transkrypt staje się funkcjonalną cząsteczką informacyjnego RNA (mRNA), który w tej postaci może opuścić jądro komórkowe.

Pytanie 78. Kod genetyczny i jego cechy.

Kod genetyczny - sposób zapisania informacji dziedzicznej w DNA albo w RNA u niektórych wirusów. Informacja genetyczna dotyczy głównie kolejności nukleotydów w łańcuchu DNA.

Wszystkie nukleotydy w łańcuchy DNA są zbudowane z:

- deoksyrybozy

- reszty kwasu fosforowego

- zasady azotowej

Jedyną zmienną jest kolejność przyłączania zasad. Występują 4 zasady azotowe - Adenina, Guanina, Tymina, Cytozyna.

Za pomocą kodu genetycznego zapisujemy informację genetyczną dla białek. Białka są zbudowane z aminokwasów. Występuje 20 różnych aminokwasów. Jeden aminokwas jest kodowany przez trójkę zasad - triplet w DNA. Ta trójka zasad odpowiada komplementarnej trójce zasad w mRNA wanej kodonem.

Kodon - trójka zasad.

4 rodzaje zasad do potęgi 3 daje 64 możliwości zakodowania aminokwasu. Skoro mamy 20 rodzajów aminokwasów oznacza że istnieje nadmiar kodonów. Poszczególne aminokwasy mogą być kodowane przez więcej niż 1 kodon.

Kodony synonimowe - kodony kodujące ten sam aminokwas. Większość kodonów różni się tylko trzecią zasadą.

Kodony sensowne - kodony zwierające informację o aminokwasie. Jest ich 61.

Kodony nonsensowe - nie kodują aminokwasów, pełnią funkcje interpunkcji. Kodony „stop” UAA,UAG, UGA. Wskazują one miejsca zatrzymania translacji i nie zawierają informacji i o żadnym aminokwasie.

Cechy kodu genetycznego:

• Trójowy - jeden aminokwas jest kodowany przez triplet nukleotydów w DNA, a zatem kodon w mRNA

• Uniwersalny - takie same kodony kodują te same aminokwasy u wszystkich organizmów żywych oraz wirusów.

• Niezachodzący - nukleotyd wchodzący w skład danego kodonu nie zachodzi na kolejną trójkę. A każdy z nukleotydów wchodzi w skład tylko jednego kodonu.

• Bezprzecinkowy - nie ma znaków przecinkowych pomiędzy kolejnymi trójkami, kod jest odczytywany w sposób ciągły. Zaczynamy od kodonu startowego, a kończąc na kodonie „stop”.

• Wieloznaczny - zdegenerowany - dany aminokwas może być kodowany przez więcej niż jedną trójkę nukleotydów

Pytanie 79 - dowody na to że kod genetyczny jest trójkowy.

Dowód 1)

Gdyby kod genetyczny był dwójkowy to 4 możliwe zasady do potęgi dugiej dałyby 16 możliwych kombinacji zakodowania aminokwasów. Jednak musi zostać zakodowane 20 aminokwasów, w związku z tym kod genetyczny musi być trókowy. 4 do potęgi 3 daje 64 możliwości zakodowania aminokwasów. Jeden aminokwas może być kodowany przez róźne trójki.

Dowód 2) trójnukleotydy sa wystarczające aby związać aminoacyl - tRNA do rybosomów.

Pytanie 80 - mutacje związane ze sposobem odczytywania informacji genetycznej.

Punktowe	nieduże zmiany w sekwencji DNA bez zmian ilości materiału genetycznego	przeważnie jedna lub kilka par zasad
Odcinkowe	zmiany obejmujące utratę lub powiększenie mate­riału genetycznego, ale mniejsze niż mutacje chromosomowe	od kilku par zasad do kilku mln par zasad
Chromosomowe	zmiany liczby lub struktury chromo­somów widoczne w mikroskopie optycznym	ok. 4 mln par zasad lub więcej
Genowe	zmiany w sekwencji DNA dotyczące jed­ne­go genu (przeważnie są to mutacje punktowe^a)	przeważnie jedna lub kilka par zasad
Pozachromo­somowe	zmiany dotyczące pozajądrowego DNA, w szczególności DNA mitochondrialnego	do 100-200 tys. par zasad
Klasyfikacja ze względu na miejsce wystąpienia w genomie i wielkość. Inne kryteria klasyfikacji — patrz niżej. ^a Mutacji punktowych i genowych nie należy z sobą utożsamiać (przykładem mutacji punktowej, która nie jest mutacją genową jest zmiana dowolnego nukleotydu w niekodującym obszarze DNA).

Rodzaje mutacji punktowych i odcinkowych

Kryterium	Rodzaj mutacji		Efekt
Zmiany w łańcuchu DNA	substytucja	tranzycja	zamiana zasady purynowej na inną purynową lub pirymidy­nowej na inną pirymidynową (A ↔ G lub C ↔ T)
				trans­wersja	zmiana zasady purynowej na pirymidynową lub odwrotnie
		delecja		wypadnięcie jednej lub większej liczby par nukleotydów^a
		insercja		wstawienie jednej lub więcej par nukleotydów do DNA^a
	Zmiany w syntezowanych polipeptydach	milcząca		zmiany w syntezowanych polipeptydach nie występują^b
		typu zmiany sensu		jeden aminokwas zastąpiony innym, długość polipeptydu bez zmian
		neutralna		jw., ale białko zachowuje swą funkcję
		typu nonsens		powstanie kodonu STOP, przedwczesne zakończenie syntezy łańcucha polipeptydowego
		mutacja zmiany fazy odczytu		syntezowany polipeptyd jest od pewnego miejsca zupełnie inny od pierwotnego, przeważnie nieaktywny biologicznie
	Stosunek do wcześniejszej mutacji^c	powrotna		mutacja, która przywraca sytuację sprzed pierwszej mutacji
		supresorowa		mutacja, która nie odtwarza sytuacji sprzed pierwszej mutacji, ale znosi jej efekty fenotypowe
	Szczególne miejsce mutacji^d	w promotorze		zmienia się ilość produkowanego białka bez zmiany jego struktury
		w sekwencji regulatorowej		może stać się niemożliwe np. wycięcie intronu i powstaje polipeptyd o wiele dłuższy niż normalnie, zawierający przypadkową, zbędną część
		w genie związanym z naprawą DNA		następuje ogólny wzrost liczby mutacji w DNA
^a Przeważnie odpowiada to mutacji zmiany fazy odczytu, ale wypadnięcie lub wstawie­nie wielokrotności 3 par nukleotydów oznacza wypadnięcie lub wstawienie jednego lub kilku aminokwasów; ^b dotyczy sytuacji, gdy zmiana nastąpiła w niekodującym regionie DNA lub w trzecim nukleotydzie kodonu; ^c uwzględ­niono tylko najbardziej charakterystyczne rodzaje mutacji; ^d wskazano niektóre przykłady, kiedy mutacja dotycząca nawet jednego nukleotydu może dać zaskakujące, rozległe efekty.

Substytucje - to mutacje związane ze zmianą sensu kodonu (z wyjątkiem mutacji synonimicznych) prowadzą do zmiany sensu kodonu i w konsekwencji do zmiany sekwencji aminokwasowej białka. Podstawienia mogą powododwac mutacje:

1. synonimiczne - nowy kodon koduje taki sam aminokwas, powstaje niezmieniony produkt genu; mutacja taka nie wpływa na fukcję genu i jest przykładem mutacji cichej (niemej)

2. niesynonimiczna - (zmiana sensu) - nowy kodon koduje inny aminokwas; w białku zostaje zmieniony aminokwas, często taka zmiana jest tolerowana, jeśli nie ma wpływu na jego funkcję, jednak zmiany aminokwasów w centrum aktywnym białka poważnie upośledzają jego funkcjonowanie;

3. nonsens - kodon kodujący zostaje zmieniony na kodon terminacyjny (jeden z kodonów STOP), co powoduje zatrzymanie translacji i zatrzymanie translacji i skrócenie produktu genu; w zależności od miejsca pojawienia się kodonu terminacyjnego łańcuch polipeptydowy może być dłuższy lub krótszy, z reguły efekt jest drastyczny, gdyż białko traci swoje funkcje

4. kodonu terminacyjnego - zmiana kodonu terminacyjnego na kodon kodujący aminokwas; powoduje pominięcie sygnału translacji translacji i wydłużenie końca C polipeptydu - niewielkie wydłużenie łańcucha nie powoduje większych zaburzeń funkcji polipeptydu - lecz znacznie może wpływać na jego fałdowanie.

Delecje i insercje - zmiany w liczbie nukleotydów (wstawianie i wypadnięcie liczby nukleotydów niepodzielonej przez 3) prowadzą do mutacji typu zmiany fazy odczytu, co powoduje wbudowanie w polipeptyd innych niż pierwotnie aminokwasów lub pojawienie się kodonu STOP i przedwczesną terminację translacji.

Pytanie 81. mutacje indukowane a spontaniczne

mutacje spontaniczne, mutacje powstająca samorzutnie, bez wyraźnych przyczyn; częstość tych mutacji jest znacznie mniejsza od częstości → mutacji indukowanych i wynosi ok. 10^{- 5} na gen na pokolenie.

mutacje indukowane, mutacje powstające na skutek działania → mutagenów występujących w naturze (mutageneza środowiskowa) lub stosowanych przez człowieka; m. i. mogą służyć otrzymywaniu genotypów roślin czy zwierząt przydatnych w hodowli, a także w biotechnologii (w procesie → mutagenezy ukierunkowanej), uzyskiwaniu organizmów produkujących na przykład pożądane białka.

Częstość występowania mutacji spontanicznych jest stosunkowo niewielka i wynika głównie z nie naprawionych błędów powstających w czasie replikacji DNA. Również wiele czynników środowiska zewnętrznego może wpływać na zawarty w komórkach DNA, powodując jego uszkodzenia, w wyniku których powstają mutacje. Czynniki te powodują zwiększenie częstości występowania mutacji i zwane są czynnikami mutagennymi, a zachodzące pod ich wpływem mutacje, w odróżnieniu od mutacji samorzutnych, nazywamy mutacjami indukowanymi.

Pytanie 82 - Doświadczenie Laderbergów

Spontaniczne występowanie mutacji udowodniło ostatecznie do wiadczenie ś Lederbergów.

Przeprowadzając je w 1952 r. bracia Lederbergowie wykazali możliwość powstawania szczep

bakterii opornych na dany czynnik selekcyjny bez udziału tego czynnika. Doświadczenie to

polega na wyhodowaniu na płytce matrycowej kolonii nieodpornych bakterii, a następnie na

przeniesieniu bakterii z tej płytki na inną, kta zawierać będzie czynnik selekcyjny (np.

streptomycynę).

Dokonuje się tego tzw. metodą stemplową, używając bloczka obciągniętego jałowym

aksamitem, ktego włoski pełnią rolę wielokrotnej ezy (rnomiernie przenoszą bakterie). Na

bloczek nakłada się na początku płytkę matrycową, a następnie kilka kolejnych płytek ze

streptomycyną. Na każdej z płytek zaznaczamy, w jaki spos nałożona została na bloczek, po

czym po kilkugodzinnej inkubacji pornujemy rozkład miejsc, w jakich wyrosły oporne

kolonie. Okazuje się, że jest on podobny na wszystkich płytkach, z czego wnioskujemy, że

mutacja powodująca odporność na streptomycynę zaszła już na płytce matrycowej, mimo że nie

zetknęła się ona w żadnym momencie z czynnikiem selekcyjnym.

Chcąc uzyskać czyste mutanty odporne na streptomycynę, powtarzamy doświadczenie kilka

razy, za każdym razem pobierając bakterie do nowej hodowli z miejsca, w ktym wyrosła

oporna kolonia.

Pytanie 83 - mutacje synonimowe i izoallele

Mutacje synonimowe - zmiana nukleotydu nie powoduje zmiany sekwencji aminokwasu

Pytanie 84 - mutacje warunkowo letalne

Skutki mutacji

Skutki mutacji mogą być różne. Ogólnie mutacje można podzielić na:

1. niekorzystne - najczęściej występujące. Mówimy o nich wówczas, gdy mutacja zmniejsza dostosowanie organizmu do warunków środowiska. Wyróżnić tu możemy dwie kategorie:

• mutacje letalne, ograniczające zdolność przeżywania w każdych warunkach środowiskowych

mutacje warunkowo letalne, zmniejszające dostosowanie organizmu w takim stopniu, że w gorszych warunkach osobnik ginie. Mutant warunkowo letalny giną w określonych warunkach wzrostu np. mutanty termowrażliwe giną po podniesieniu do temperatury. Mutacja zmienia stabilność białka, podwyższona temperatura niszczy jego strukturę i aktywność

85 - Anemia sierpowata

Anemia sierpowata - choroba genetyczna uwarunkowana genem współdominującym. Hemoglobina typu S w łańcuchu b zamiast kwasu glutaminowego zawiera walinę.Cecha letalna dla homozygot (HbSS),heterozygoty (Hb AS) z objawami anemii,lecz odporne na malarię.

Hemoglobina S ma niższe powinowactwo do tlenu, a przy niskich stężeniach tlenu polimeryzuje. Powoduje to, że erytrocyty (w tym przypadku nazywane drepanocytami) przyjmują sierpowaty kształt (stąd pochodzi nazwa tej anemii). Następstwem takiej zmiany erytrocytów jest ich skłonność do rozpadu, czyli do hemolizy (hemoliza jest to właśnie rozpad erytrocytów, o hemolizie mówimy zwykle, gdy rozpada się wiele erytrocytów, często znaczna ich część, np. 50% i gdy jest to zjawisko chorobowe, o hemolizie można także mówić wtedy, gdy erytrocyty w próbce krwi ulegną rozpadowi).

Choroba dziedziczy się w sposób autosomalny (nie jest sprzężona z płcią) recesywny, z allelem kodominującym. Ten rodzaj dziedziczenia polega na tym, że nosiciele tylko jednej kopii wadliwego genu (heterozygoty), w normalnych warunkach nie mają objawów klinicznych, jednak ich erytrocyty zawierają około 40% HbS.

Heterozygoty są również w dużym stopniu odporne na malarię. Zjawisko takie nazywa się przewagą heterozygot lub naddominacją. Naddominacja powoduje, że na terenach występowania malarii mutacja powodująca anemię sierpowatą utrzymuje się w populacji.

86

Plejotropia genu, wpływ jednego genu na kilka cech organizmu. gen, który wpływa na więcej niż jedną cechę fenotypową. W konsekwencji, mutacja w tym genie objawi się zmianą więcej niż jednej cechy - na przykład jednocześnie większym umięśnieniem, ale i zwiększonym ryzykiem zawału serca.u ludzi także fenyloketonuria.

87

mutacja supresorowa, mutacja wtórna, zlokalizowana w innym miejscu niż mutacja pierwotna, odtwarzająca w całości lub częściowo funkcję genu utraconą w wyniku mutacji pierwotnej; w odróżnieniu od → mutacji wstecznej, m. s. likwiduje skutki mutacji pierwotnej; m. s. może zajść w obrębie genu zmutowanego w wyniku mutacji pierwotnej - m. s. wewnątrzgenowa lub zupełnie innego genu - m. s. Międzygenowa

mutacja powrotna, mutacja wsteczna, mutacja powodująca odzyskanie cechy zmienionej lub utraconej w trakcie mutacji zmieniającej → typ dziki; rzeczywista mutacja wsteczna przywraca pierwotny układ nukleotydów zmieniony w czasie pierwszej mutacji, jednak pojawienia się fenotypu dzikiego nie zawsze związane jest z wystąpieniem rzeczywistej mutacji wstecznej, to jest przywróceniem stanu wyjściowego nukleotydów.

Sa to mutacje przywracające pierwotną postać genu.

88

Ważnymi pochodnymi pirymidyny są zasady azotowe występujące w kwasach

nukleinowych, mianowicie cytozyna, tymina i uracyl.

Tautomeria keto-enolowa, wynikająca z przemieszczania się protonów H,

sprawia, Że zasady pirymidynowe występują w różnych postaciach tautomerycznych,

mianowicie w formie laktamu (postać ketonowa, =O) lub laktymu (postać

enolowa, -OH).

W warunkach fizjologicznych dominującą ilościowo postacią tautomeryczną

tyminy i uracylu jest laktam, natomiast cytozyny laktym.

Mutagenny efekt tautomerii zasad pirydynowych wynika z faktu, Że laktym

tyminy tworzy komplementarną parę z guaniną, a nie z adeniną.

Zmodyfikowane zasady pirymidynowe, np. metylowane, występują w kwasach

nukleinowych zarówno u prokariota, jak i eukariota, w tym także u człowieka

np. 5-metylocytozyna), niektóre obecne są tylko u wirusów np. 5-hydroksymetylocytozyna.

W warunkach fizjologicznych głównymi formami tautomerycznymi guaniny

i hipoksantyny są tautomery laktamowe, natomiast dominującą formą adeniny jest

laktym. Laktamowa forma tautomeryczna adeniny tworzy parę z cytozyną, co może

leżeć u podłoża mutagenezy.

http://biochigen.slam.katowice.pl/podrecznik/18.pdf

Adenina i Guanina

Innymi występującymi naturalnie w przyrodzie pochodnymi puryn są: hipoksantyna (6-hydroksypuryna), ksantyna (2,6-dihydroksypuryna) i kwas moczowy (2,4,6-trihydroksy­puryna). Są to między innymi produkty przemian adeniny i guaniny, powstające w procesach dezaminacji (odszczepiania grup aminowych) i utleniania tych związków:

Hipoksantyna, ksantyna i kwas moczowy

Hipoksantyna, ksantyna i kwas moczowy ulegają tautomeryzacji - występują w formie: laktamowej i laktimowej:

forma enolowa i ketonowe kwasu moczowego

Kwas moczowy był pierwszą z odkrytych pochodnych puryny. Otrzymał go K.W. Scheele w 1776 roku z kamieni i osadów moczowych. Jest to również główny azotowy składnik wydalin tzw. urykotelicznych zwierząt: ptaków, owadów i gadów (węży). Kwas moczowy jest bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie (0,006g w 100g wody w 37°C), natomiast w środowisku alkalicznym przechodzi w jedno- lub dwuzasadowy, rozpuszczalny moczan:

W świecie roślinnym głównie występują metylowe pochodne puryn. Do najbardziej znanych należą: 1,3-dimetyloksantyna znaleziona w liściach herbaty, teobromina (3,7-dimetyloksantyna) otrzymana z owoców kakaowych, oraz kofeina (1,3,7-trimetyloksantyna) zwana również teiną. Występuje ona w liściach i ziarnach kawy, w liściach herbaty, w orzeszkach kola i innych

. W kwasach nukleinowych występują głównie trzy zasady pirymidynowe. Są to: cytozyna, czyli 2-hydroksy-4-aminopirymidyna, występująca w obu odmianach kwasów nukleinowych, uracyl, będący 2,4-dihydroksypirymidyną, składnik RNA oraz tymina, czyli 5-metylouracyl, występująca tylko w DNA.

Pirymidyny, by mogły tworzyć wiązanie glikozydowe muszą występować w dwu tautomerycznych formach ( laktamowo-laktimowa). Grupa aminowa cytozyny wykazuje zbyt niską nukleofilowość by mogła uczestniczyć w wiązaniu glikozydowym, ntomiast uracyl oraz tymina w ogóle nie posiadają grupy aminowej.

Charakterystyczną cechą tych heterocyklicznych zasad, zarówno purynowych jak i pirymidynowych, jest ich silna absorpcja promieniowania w ultrafiolecie. Maksimum pochłaniania występuje w okolicach 260 nm. Te właściwości zasad są wykorzystywane w analityce.

89

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. Zarówno tranzycja jak i transwersja należą do typu mutacji jakim są substytucje. Puryna na puryne pirymidyna na pirymid.

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). Puryna na pirymidyne.

90

• promieniowanie jonizujące (X, α, β, γ)

• promieniowanie UV (dł. fali ok. 260 nm)

• wysoka temperatura

91

• iperyt azotowy wywołuje mutacje u Drosophila melanogaster

• kwas azotawy HNO₂ powoduje mutacje w DNA

• barwniki akrydynowe

• amoniak

• benzen

• azbest

• analogi zasad azotowych

• alkaloidy- np. kolchicyna

• sole metali ciezkich

• czynniki metaboliczne < np. brak jonów Mg 2+ >

92

Fotoreaktywacja

Jednym z najwcześniej wykrytych mechanizmów naprawy DNA jest fotoreaktywacja. Mechanizm ten służy do naprawy uszkodzeń DNA wywołanych promieniowaniem UV. W wyniku działania promieniowania UV powstają fotodimery pirymidyn, które powodują zahamowanie włączania nukleotydów w procesie replikacji przez polimerazę DNA III co powoduje fragmentację DNA i efekt letalny. Pod wpływem światła widzialnego, przy udziale enzymu fotoliazy następuje rozszczepienie fotodimerów do monomerów i przywrócenie DNA do stanu pierwotnego. Ten system reperacji jest procesem bezbłędnym, nie powodującym mutacji.

Enzym fotoliaza został wykryty u bakterii, grzybów, roślin i niektórych kręgowców.

Naprawa przez wycinanie

A/ Naprawa przez wycięcie zasady Base Excision Repair (BER) Usunięcie uszkodzonej zasady (szacunkowo występuje około 20.000 razy dziennie w naszym organizmie!)

Zasady w DNA mogą być zmodyfikowane na skutek deaminacji lub alkilacji. Naprawa rozpoczyna się od rozpoznania miejsca uszkodzenia przez glikozylazę. Istnieje co najmniej 8 genów kodujących różne glikozylazy DNA, z których każda odpowiada za identyfikację i usunięcie specyficznego rodzaju uszkodzenia zasady. Glikozylaza usuwa zmodyfikowaną zasadę tworząc tzw miejsce AP, następnie endonukleaza usuwa sąsiednie nukleotydy. Brakujący fragment jest odtwarzany przy udziale polimerazy DNA I i ligazy

B/ Naprawa przez wycinanie nukleotydów -Nucleotide Excision Repair (NER),

Jest najbardziej powszechnym i uniwersalnym mechanizmem usuwania uszkodzeń powstałych na jednej nici DNA pod wpływem różnego typu czynników uszkadzających (promieniowanie UV, jonizujące, związki alkilujące). Proces ten nie wymaga światła widzialnego. Biorą w nim udział cztery białka kodowane przez geny: uvrA, uvrB , uvrC , uvrD. Białka te tworzą układ reperacyjny zwany endonukleazą UVRABCD. Dwucząsteczkowe białko uvrA tworzące kompleks z białkiem uvrB przyłącza się do DNA najczęściej w miejscu uszkodzenia(rozpoznaje deformację strukturalną łańcucha DNA wywołaną obecnością dimeru). Kompleks ten może także przyłączać się do DNA w miejscu nieuszkodzonym i przesuwając się wzdłuż łańcucha docierać do miejsca uszkodzenia. Następnie białko uvrA jest odłączane a białko uvrB trwale łączy się z DNA. Kolejnym etapem jest przyłączenie białka uvrC do DNA w pobliżu białka uvrB w wyniku czego następuje aktywacja białka uvrB i przecięcie przez nie łańcucha DNA ok. 4 nukleotydów od miejsca uszkodzenia od strony 3' a następnie aktywacja białka uvrC i przecięcie przez nie łańcucha DNA ok. 7 nukleotydów od miejsca uszkodzenia od strony 5'. W kolejnym etapie białko uvrD zwane helikazą DNA II powoduje rozkręcenie odciętego fragmentu DNA i jego odłączenie od łańcucha oraz odłączenie białka uvrC. Białko uvrB jest odłączane a brakujący odcinek DNA dosyntetyzowany od końca 5' przez polimerazę DNA I(lub przy jej braku przez polimerazę DNA II). Po wypełnieniu luki na końcu 3' następuje ligacja przy udziale ligazy DNA I. Warunkiem reperacji przez ten system jest obecność nieuszkodzonej, komplementarnej nici DNA.

Systemy reperacji dimerów pirymidynowych przez fotoreaktywację i wycinanie usuwają dimery z DNA w zasadzie bezbłędnie i stanowią podstawową ochronę organizmów przed mutagenicznym bądź letalnym wpływem promieniowania UV .

C/ Naprawa niesparowanych zasad - ang. Mismatch Repair (MMR)

 MMR dotyczy korekty nukleotydów, które nie spełniają reguły parowania zasad wg Watsona-Cricka (A:T, C:G).

MMR angażuje liczne enzymy uczestniczące zarówno w naprawie przez wycinanie zasady (BER), jak i wycinanie nukleotydu (NER), a także inne wyspecjalizowane enzymy.

Aby możliwa była ta naprawa system musi wiedzieć, która ze sparowanych zasad jest zasadą prawidłową. U E.coli rozpoznawanie prawidłowej zasady jest możliwe dzięki metylazie zwanej Dam metylazą, który to enzym odpowiada za metylację adeniny w sekwencji GATC w nici DNA. Natychmiast po tym jak nastąpi replikacja DNA nić wzorcowa/matryca jest metylowana, nowo zsyntetyzowana nić natomiast jeszcze nie uległa metylacji. Dzięki temu jest możliwe odróżnienie nici nowej od starej/wzorcowej.

Proces naprawy rozpoczyna się gdy białko MutS zostaje przyłączone do źle sparowanej zasady. Następnie do tego kompleksu jest przyłączane białko MutL i aktywuje białko MutH, które przyłącza się do nici do sekwencji GATC. Zaktywowane białko MutH przecina niezmetylowaną nić w miejscu GATC. Następnie fragment ze źle sparowanymi zasadami jest usuwany przez egzonukleazę przy udziale helikazy II i białek SSB. Jeśli przecięcie następuje od strony 3' od miejsca źle sparowanych zasad usunięcie wyciętego fragmentu odbywa się przy udziale egzonukleazy I, jeśli przecięcie następuje od strony 5' od miejsca źle sparowanych zasad usunięcie wyciętego fragmentu odbywa się przy udziale egzonukleazy VII lub białka RecJ. Brakujący fragment jest uzupełniany przez polimerazę III i ligazę.

Odległość pomiędzy sekwencją GATC a miejsce wystąpienia źle sparowanej zasady może wynosić nawet 1000 zasad w związku z tym ten sposób naprawy jest bardzo kosztowny i mało wydajny.

Naprawa typu MMR u Eukaryota jest najprawdopodobniej zbliżona to sytemu występującego u Prokaryota. U drożdży, ssaków i innych Eukaryota znaleziono homologi białek MutS i MutL.

Naprawa rekombinacyjna

Rekombinacja, czyli wymiana odcinków między homologicznymi cząsteczkami DNA spełnia dwie zasadnicze role. Prowadzi do zwiększania różnorodności genetycznej komórek jako podstawowy proces wymiany genów. Z drugiej strony jest procesem umożliwiającym przeżycie organizmu w sytuacjach, gdy na skutek licznych uszkodzeń w obu niciach DNA jest niemożliwa reperacja przez wycinanie. Naprawa rekombinacyjna polega na przywróceniu właściwej informacji genetycznej w uszkodzonym miejscu przez wymianę homologicznych odcinków między siostrzanymi chromatydami.

Mutageniczny system SOS naprawy DNA

Do tej pory system reperacji SOS został opisany jedynie u bakterii

Omówione wcześniej procesy reperacji uszkodzeń DNA odbywały się przy udziale enzymów syntetyzowanych konstytutywnie w komórkach. Ze względu na ich ograniczoną aktywność ilość uszkodzeń, które mogą zostać zreperowane jest ograniczona. Jeśli systemy reperacyjne nie są w stanie eliminować uszkodzeń w DNA to w DNA powstają liczne pęknięcia i dochodzi do fragmentacji cząsteczek DNA Gdy zawiada inne mozliwosci naprawy , komorka zaczyna losowo wstawiac nukleotydy , nawet bez komplementarnosci co powoduje utrwalenie bardzo wielu mutacji,. Taki proces reperacji DNA powoduje istotny wzrost częstości mutacji w wyniku losowego włączania zasad i kontynuacji syntezy DNA mimo braku właściwej matrycy, lecz równocześnie reakcja SOS zwiększa istotnie przeżywalność komórek po działaniu mutagenu

93 Mechanizmy :

• Wybor jednego z kilku miejsc terminacji transkrypcji.
  Organizmy eukariotyczne maja specjalne sekwencje na 3' koncu pierwotnego transkryptu, po rozpoznaniu ktorych nastepuje poliadenylacja (porownaj posttranskrypcyjne etapy ekspresji genow eukariotycznych). Jednakze niektore geny maja kilka miejsc dodawania lancucha poliA, wybor jednego z nich moze determinowac rodzaj powstajacego transkryptu. Z taka sytuacja mamy do czynienia w genach kodujacych ciezkie lancuchy przeciwcial.

• Rozne wycinanie intronow z gotowego transkryptu, czyli alternatywny splicing.
  W wyniku laczenia ze soba roznych egzonow moze powstac wiecej niz jeden rodzaj mRNA, niestety mechanizm tego zjawiska nie jest do konca poznany.

• Zmiany w sekwencji transkryptu, tzw. redagowanie.
  Wkryto, ze transkrypty niektorych genow nie sa w pelni zgodne z odpowiednimi genami. Moga zawierac punktowe mutacje lub calkiem rozlegle addycje i delecje. Zmiany te powstaja powstaja po transkrypcji i sa najprawdopodobiniej realizowane przez zlozony kompleks enzymatyczny, w ktorego sklad wchodza: endonukleaza, 3'-egzonukleaza, aminotransferaza i ligaza.

• Regulacje stabilnosci mRNA
  Od tego jak dlugo mRNA moze sie utrzymac w cytoplazmie (byc matryca) zalezy jak dlugo utrzyma sie efekt dzialania danego genu. Zatem czas poltrwania mRNA wplywa bezposrednio na czas ekspresji genu.

• Regulacje transportu mRNA z jadra do cytoplazmy
  Istnieja mechanizmy, pozwalajace na zatrzymywanie w jadrze tych mRNA, ktore w danym momencie nie powinny ulegac ekspresji. U niektorych Eucariota warunkiem eksportu transkryptu z jadra jest prawidlowe uformowanie konca 3'.

• Regulacje stabilnosci bialek.
  Dzialanie danego produktu bialkowego moze byc regulowane poprzez jego degradacje lub jej brak. Degradacja bialek jest procesem aktywnym, w ktorym bierze udzial male bialko zwane ubikwityna. Enzymatyczne przylaczenie ubikwityny do bialka powoduje jego degradacje (proces ten wymaga energii ATP). Ubikwitynizacja jest rownieza istotna dla poprawnego funkcjonowania komorek, dzieki niej degradowane moga byc nieprawidlowe bialka.

94

Operon laktozowy -indukowany (Escherichia coli) - jest systemem regulacyjnym stężenie enzymów odpowiedzialnych za rozkład laktozy. W warunkach nieobecności laktozy, system utrzymuje niski poziom enzymów, natomiast w przypadku obecności laktozy warunkuje szybki wzrost stężenia tych enzymów. Istota mechanizmu regulacyjnego operonu laktozowego jest zdolność łączenia się represora z odcinkiem operatorowym, warunkowana przez drobnocząsteczkowe związki chemiczne.
W przypadku połączenia się laktozy do białka regulatorowego (represora) nastąpi obniżenie zdolności represora do wiązania się z operatorem. Zatem represor nie będzie w stanie blokować sekwencji operatora i w rezultacie umożliwia przyłączenie się polimerazy RNA do promotora (transkrypcja genów).

Przy braku laktozy represor uniemożliwia przyłączenie się polimerazy RNA i rozpoczęcie transkrypcji.
Pojawienie się laktozy w środowisku zmienia strukturę cząsteczek represora, umożliwiając tym samym syntezę mRNA (oraz ekspresję genów kodujących enzymy rozkładające laktozę. Po wyczerpaniu substratu (laktozy), nie zmodyfikowane już cząsteczki represora znów łącza się z operatorem, przywracając wyjściową sytuacje.

Operon tryptofanowy - represyjny -operon kodujący enzymy potrzebne do syntezy aminokwasu - tryptofanu. Składa się z operatora, promotora i pięciu genów struktury.

Represor operonu trp, kodowany przez gen trpR, jest produkowany w sposób ciągły. Gdy w komórce brak jest tryptofanu represor pozostaje nieaktywny i nie blokuje on trankrypcję genów struktury. W komórce występuje w postaci dimerów. Gdy stężenie tryptofanu w komórce wzrasta, jego cząsteczki łączą się z nieaktywnym represorem. Następuje wówczas zmiana konformacji represora, dzięki czemu staje się on aktywny (tryptofan jest tu korepresorem). Aktywny represor blokuje operator, co uniemożliwia związanie się polimerazy RNA z DNA i prowadzenie transkrypcji genów operonu tryptofanowego (jest to więc system reprymowalny). Stan taki utrzymuje się tak długo, aż stężenie tryptofanu w komórce się zmniejszy. Tryptofan jest stale potrzebny w komórce, zatem kiedy go zabraknie, nieaktywny represor nie wiąże się z operatorem, dzięki czemu geny operonu tryptofanowego ulegają transkrypcji.

95

represja kataboliczna - polega na zahamowaniu ekspresji genów kodujących białko enzymatyczne, katalizujące rozkład substancji pokarmowych, na skutek wzrostu dostępności innego substratu, którego katabolizm jest bardziej wydajny energetycznie. Przykładem jest zahamowanie genów operonu laktozowego u pałeczki okrężnicy w obecności glukozy w pożywce.

96 trwale zmiany aktywnosci genomu

• zmainy w strukturze chromatyny

• zmiany utrzymywane przez sprzezenie zwrotne

• zmiany spowodowane rearanżacjami fizycznymi genomu

97 genetyka rozwoju Drosophilla M.

Nie mogę tego nigdzie znalezc!!!!

Notatki z wykladow:

• syncytium < 1 komorka jajowa-wiele jader komorkowych>

• -ok. 1500 jader- blastoderma przed blastoderma, zarys ciala jakie komorki gdzie < glowa, tulow , odwlok.> odpowiedzialne za to geny homeotyczne.

98

Geny homeotyczne (ang. homeobox genes, z gr. ηομεος = podobny) - grupa genów kontrolujących rozwój morfologiczny poszczególnych części ciała w początkowych stadiach rozwoju zarodkowego, zarówno u bezkręgowców jak i kręgowców. Mutacje w obrębie tych genów zazwyczaj nie wpływają negatywnie na układ segmentów ciała ale prowadzą do stanu określanego mianem homeosis, w którym określony segment zostaje zastąpiony przez inny. Wynika to z tego, że w przypadku takiej mutacji niektóre komórki otrzymały w czasie rozwoju zarodka błędną informację pozycyjną i dlatego zachowują się w niewłaściwy dla siebie sposób. Geny homeotyczne bezkręgowców oznacza się HOM, u kręgowców Hox, a u człowieka - HOX.

99

Inżynieria genetyczna - ingerencja w materiał genetyczny organizmów, w celu zmiany ich właściwości dziedzicznych. Polega ona na wprowadzaniu do komórek organizmu, którego cechy chcemy zmienić (biorcy), określonego odcinka DNA innego organizmu (dawcy). Odpowiednie fragmenty DNA wycina się z DNA dawcy za pomocą enzymów restrykcyjnych. Następnie tak wydzielone fragmenty DNA wprowadza się do komórek biorcy za pomocą specjalnych przenośników (wektorów). W tej roli wykorzystywane są m.in. wirusy, plazmidy, kosmidy. Wprowadzone do komórki biorcy wraz z przyłączonym fragmentem DNA dawcy umożliwiają namnażanie się w niej genów zawartych w tym DNA. Metody inżynierii genetycznej są już wykorzystywane do produkcji wielu lekarstw, np. insuliny, niektórych witamin i in. Ma to ogromne znaczenie praktyczne. Dawniej, przed opracowaniem metody biosyntezy insuliny metodami inżynierii genetycznej, otrzymywano ją z trzustek zwierzęcych. Była to metoda bardzo droga, gdyż ilość insuliny otrzymana z jednej trzustki była niewielka, a proces jej wydzielania kosztowny. Inżynieria genetyczna wykorzystywana jest również do wytwarzania tzw. organizmów transgenicznych. Ma również duże znaczenie w rozwoju genetyki. Umożliwia bowiem poznanie funkcji pełnionych przez określone geny.

Inżynieria genetyczna polega na:

• izolowaniu fragmentów materiału genetycznego z komórki,

• wprowadzeniu zmian do informacji genetycznej,

• przenoszeniu fragmentów DNA do komórek innego organizmu,

• powielaniu (klonowaniu) genów i całych organizmów.

100

Organizmy Modyfikowane Genetycznie (GMO) są to rośliny lub zwierzęta, które dzięki modyfikacji w ich genomie - materiale genetycznym - uzyskały nowe cechy. Modyfikacja genetyczna zwykle polega na ustawieniu nowego genu (co fizycznie jest fragmentem DNA) do genomu modyfikowanego organizmu. Jednak można także i wyciszać geny poprzez wprowadzenie komplementarnego genu kodującego tzw. nonsensowne RNA, czy też za pomocą kierowanej mutagenezy, wywołać mutacje w konkretnym genie, co może doprowadzić do jego inaktywacji (dokładnie inaktywacji produktu tego genu).. Dotycza glownie roslin np. kukurydzy, pomidorow

< Jest to organizm, który powstal przy udziale zrekombinowanego DNA >

101

Rekombinacja genetyczna - proces wymiany materiału genetycznego, w wyniku którego powstają nowe genotypy. Rekombinacja nie zwiększa puli genowej gatunku. < Jest to polaczenie 2 czasteczek DNA pochodzacych od dwoch organizmow >

U organizmów rozmnażających się płciowo rekombinacja genetyczna jest wynikiem niezależnej segregacji genów zlokalizowanych na chromosomach niehomologicznych (prawa Mendla) oraz crossing over (wymiana alleli genów na chromosomach homologicznych). Występuje również rekombinacja wewnątrzgenowa (cossing over wewnątrzgenowe).

Rekombinacja genetyczna jest źródłem zmienności genetycznej. Przykładowo skrzyżowanie dwóch odmian grochu - odmiany o żółtych i okrągłych nasionach z odmianą o zielonych i pomarszczonych nasionach - da w potomstwie osobniki produkujące nasiona takie, jak rodzice oraz rekombinanty, tj. osobniki wytwarzające nowe typy nasion: żółte i pomarszczone oraz zielone i okrągłe.

Klonowanie DNA, metoda pozwalająca na namnażanie DNA (kwasy nukleinowe), a właściwie jego odcinków, w celu wykorzystywania ich później do badań.

Wyizolowany z komórki organizmu dawcy, za pomocą enzymów restrykcyjnych, DNA jest następnie poddawany działaniu technik elektroforetycznych, pozwalających rozdzielić uzyskane fragmenty, a następnie wyizolować dany fragment. Wprowadzenie takiego odcinka do organizmu odbywa się za pomocą tzw. wektorów, czyli stosunkowo niewielkich cząsteczek DNA mogących replikować się autonomicznie (replikacja DNA) w danych komórkach lub integrować z chromosomem biorcy.

102

Reakcja łańcuchowa polimerazy, PCR (ang. Polymerase Chain Reaction) - łańcuchowa reakcja polimerazy, metoda powielania łańcuchów DNA w warunkach laboratoryjnych, polegająca na sekwencji wielokrotnego podgrzewania i oziębiania próbki. Technika wynaleziona w 1983 roku przez Kary'ego Mullisa i współpracowników z kalifornijskiej firmy Cetus. Za pracę w tej dziedzinie Kary Mullis otrzymał w roku 1993 Nagrodę Nobla.

Do reakcji wprowadza się matrycowy DNA, trifosforany deoksyrybonukleozydów, startery (primery), czyli krótkie (najczęściej ok. 20 nukleotydów) fragmenty DNA komplementarne do matrycy oraz termostabilną polimerazę DNA Polimeraza Pfu charakteryzuje się większą progresywnością niż Taq, jednakże działa wolniej. Dostępne są także inne polimerazy, będące z reguły modyfikacjami wyżej wymienionych). W wyższej temperaturze (zwykle około 95°C) pękają wiązania wodorowe i podwójna helisa DNA rozdziela się na dwa pojedyncze łańcuchy. W temperaturze niższej, ściśle określonej dla danej pary starterów (pomiędzy 45-70°C), przyłączają się one do matrycy. Podwyższenie temperatury do około 72°C powoduje utworzenie się na matrycy, z przyłączonymi do niej starterami, kompleksu z polimerazą DNA, wskutek czego rozpoczyna się synteza nici komplementarnej do matrycy.

Notatki z wykladow :

1. Denaturacja nici matrycowego Dna w ok. 93 stopni

2. Przylaczenie starterow - ok. 55 stopni

3. wokół interesujacego nas fragmentu przylaczamy startery taj aby ustawione były do wewnatrz wolnym koncem 3-OH. Polimeraza DNA przylacza się do starterow

103

Sekwencjonowanie genow - okreslenie sekwencji nukleotydowej w poszczegolnych genach.

Sekwencjonowanie DNA - technika odczytywania sekwencji czyli kolejności par nukleotydowych, w cząsteczce DNA.

Metody :

PCR

Metoda degradacji chemicznej DNA maxam and gilbert 1977

Metoda terminacji lancucha < metoda dideoksy sanger i inni 1977

Metoda ShotGun

104. Transpozon to sekwencja DNA, która może przemieszczać się na inną pozycje w genomie tej samej komórki w wyniku procesu zwanego transpozycją. Transpozycja często powoduje mutacje i może zmieniać ilość DNA w genomie. Transpozony są także nazywane "wędrującymi genami" lub "skaczącymi genami" (ang. jumping genes) oraz "mobilnymi elementami genetycznymi" (ang. mobile genetic elements). Za badania nad transpozonami u kukurydzy powodującymi zmiany ubarwienia nasion Barbara McClintock otrzymała Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w roku 1983.

Rozróżniamy dwie klasy transpozonów:

• transpozony klasy I: retrotranspozony (ang. retrotransposons). Wymagają przepisania z DNA na RNA, a następnie przy użyciu odwrotnej transkryptazy (ang. reverse transcriptase) zostają skopiowane na DNA, wreszcie wklejone do genomu, niekiedy w wielu kopiach; (Retrotranspozon to typ transpozonu, który w procesie transpozycji występuje w postaci kwasu rybonukleinowego (RNA). )

*transpozony klasy II. Przemieszczają się w genomie poprzez wycinanie z pierwotnego położenia, następnie "wklejanie się" w nowe miejsce przy użyciu enzymu transpozazy.

Retrowirusy, wirusy, które posiadają swój materiał genetyczny w postaci RNA oraz których informacja genetyczna przepisywana jest za pomocą odwrotnej transkryptazy na DNA (replikacja DNA na matrycy RNA), rekombinowane następnie z genomem gospodarza. Do retrowirusów należą m.in. wirusy onkogenne zwierząt, HIV, jeden z wirusów zapalenia wątroby.

105

Dziedziczenie cytoplazmatyczne (pozachromosomowe), pozajądrowe, przekazywanie potomstwu genów zlokalizowanych w strukturach znajdujących się poza jądrami komórkowymi, w cytoplazmie np. w plastydach i mitochondriach, czyli przez geny pozachromosomowe (chromosomy).

Geny pozachromosomowe (tak jak chromosomowe) są zbudowane z DNA (kwasy nukleinowe), który ma zdolność do samopowielania się (replikacja DNA), dzięki czemu mogą być powielane i przekazywane w nie zmienionej liczbie komórkom potomnym. Główną cechą odróżniającą je od genów chromosomalnych jest fakt, iż przekazywanie genów odbywa się tu w sposób nieuporządkowany i nie podlega prawom Mendla.

Dziedziczenie pozachromosomowe jest czasami nazywane matecznym, gdyż cytoplazma osobnika potomnego pochodzi w głównej mierze od komórki jajowej a udział cytoplazmy plemnika jest znikomy.

106

Choroby genetyczne (gr. genetes = rodzic, zrodzony) - grupa chorób wywołana mutacjami w obrębie genu lub genów, mających znaczenie dla prawidłowej budowy i czynności organizmu.

Ze względu na rodzaje mutacji wyróżnia się choroby genetyczne niedziedziczące się, które powstają wskutek mutacji DNA tylko w komórkach somatycznych, oraz choroby genetyczne dziedziczące się, wywołane mutacjami istniejącymi we wszystkich komórkach ciała, również w komórkach prapłciowych, odpowiedzialnych za wytwarzanie komórek jajowych i plemników. Od rozległości zmian w materiale genetycznym zależy, czy ma się do czynienia z chorobami spowodowanymi przez aberracje chromosomowe, czy z chorobami, których przyczyną są mutacje punktowe.

Aberacje chromosomowe

1.zespol downa. Trisomia 21 niski wzrost, mongoidalne rysy twarzy,, niedorozwoj umyslowy ale tez pogodne usposobienie

2. zepol Pataua trisomia 13.rozszczep wargi,niedorozwoj umyslowy,niezrosniety otwor miedzyprzedsionkowy w sercu,. Dzieci umieraja w 1 roku zycia, kilka % dozywa 3 lat.

3. zespo Edwardsa trisomia 18 Powoduje niedorozwój umysłowy. Prowadzi do śmierci we wczesnym dzieciństwie z powodu poważnych nieprawidłowości w budowie wewnętrznej

Zaburzenia w liczbie chromosomow plci

Zespol Turnera Monosomia X niski wzrost szeroki kark niedorozwoj 2rzedowych cech plciowych, bezplodne

Zespol Klinefeltera mezczyzni XXY ; nie leczona powoduje występowanie tzw. zespołu Klinefeltera, który charakteryzuje nienormalne wydłużenie członów, brak lub ograniczony rozwój drugorzędowych cech płciowych oraz niepłodność spowodowana brakiem spermatogenezy.

Nadkobieta

Kobiety XXX obnizona plodnosc,,, budowa fizyczna zasadniczo bez zmian.

Delecje

Delecja - jeden z typów (najczęściej spontanicznej) mutacji genowej dotyczącej zmiany składu nukleotydowego DNA.

Zespół kociego krzyku { cri du chat] - wywołany delecją krótkiego ramienia chromosomu 5. Objawy: niepełnosprawność intelektualna (od lekkiej do głębokiej), jasna karnacja, płaczliwość, po porodzie specyficzny płacz dziecka przypominający miauczenie kota.

Zespół Wolfa-Hirschhorna ywołany częściową delecją krótkiego ramienia chromosomu 4. Objawia się szczególnym wyglądem twarzy, nierozwojem żuchwy, zahamowaniem wzrostu, zaburzeniami rozwoju umyslowego oraz wrodzonymi wadami serca.

Zespół Angelmana oraz Pradera-Williego

wywołane mikrodelecją w chromosomie 15.

Zespół Di George'a

wywołany mikrodelecją krótkiego ramienia chromosomu 22.

Mutacje punktowe

Mukowiscydoza

Jedną z częściej występujących chorób genetycznych jest mukowiscydoza wywołana przez recesywne allele położonego na 7. chromosomie genu kodującego białko, które jest niezbędne do zajścia procesu regulacji transportu jonów chlorkowych przez błony cytoplazmatyczne. Brak syntezy tego białka powoduje niewydolność układu oddechowego, polegająca na wytwarzaniu dużych ilości śluzu o dużej lepkości, co sprzyja powstawaniu infekcji. Towarzyszy mu również niewydolność wątroby (u ok. 85% pacjentów). Częstotliwość występowania mukowiscydozy wynosi 1 do 2 tys., a częstość heterozygot (nosicieli) w populacji ocenia się na ok. 1 do 22 nosicieli.

Hemofilia

Jest to choroba recesywna powodująca brak krzepliwości krwi, zwana też krwawiączką albo chorobą królów. Wadliwy gen znajduje się na chromosomie X, dlatego też u mężczyzn nie ma możliwości zdominowania go przez gen z homologicznego chromosomu (mają genotyp XY). Z tego powodu wystarczy, by jedno z rodziców przekazało ten gen dziecku, aby zachorował mężczyzna, lecz w przypadku kobiet oboje rodzice muszą posiadać wadliwy gen.

Dystrofia mięśniowa

Mutacje w pojedynczym genie zlokalizowanym na chromosomie X są przyczyną dystrofii mięśniowych typu Duchenna (DMD) i Beckera (BMD). Szacuje się, że DMD występuje u 1 na 3500 chłopców, ujawniając się w 2-3 roku życia postępującym zanikiem mięśni. BMD ma przebieg łagodniejszy.

Anemia sierpowata

Anemia sierpowata to rodzaj wrodzonej anemii (niedokrwistości) polegającej na wadzie budowy hemoglobiny. Mutacja punktowa w genie β-globiny powoduje zmianę pojedynczego aminokwasu w sekwencji białka (z kwasu glutaminowego na walinę). Hemoglobinę z taką mutacją określa się jako hemoglobinę S (HbS) w przeciwieństwie do normalnej hemoglobiny A (HbA) u dorosłych. Choroba dziedziczy się w sposób autosomalny (nie jest sprzężona z płcią i częściowo recesywny - nosiciele tylko jednej kopii wadliwego genu (heterozygoty) zwykle nie mają objawów klinicznych, choć ich erytrocyty zawierają ok. 40% HbS. Heterozygoty są również w dużym stopniu odporne na malarię. Zjawisko takie nazywa się przewagą heterozygot lub naddominacją. Naddominacja powoduje, że na terenach występowania malarii mutacja powodująca anemię sierpowatą utrzymuje się w populacji.

Zespół Retta

Mutacja genu MECP2 na chromosomie X, dziedziczona jako cecha dominująca, w większości przypadków letalna dla mężczyzn. Objawia się zaburzeniami rozwoju psychoruchowego i wadami somatycznymi (m.in. skoliozą).

Alkaptonuria

rzadka, genetycznie uwarunkowana choroba polegająca na enzymatycznym defekcie metabolicznym w szlaku przemian aminokwasów aromatycznych: tyrozyna i fenyloalanina. Alkaptonuria jest dziedziczona w sposób autosomalny recesywny i charakteryzuje się wydalaniem z moczem dużych ilości kwasu homogentyzynowego (ciemniejącego na powietrzu), niebieskawo-czarnym zabarwieniem tkanki łącznej (ochronoza) oraz zmianami zwyrodnieniowymi stawów i kręgosłupa.

Mutacje dynamiczne (kodonow

Zespół łamliwego chromosomu X

Jedna z najczęstszych przyczyn uwarunkowanego genetycznie obniżenia poziomu rozwoju intelektualnego. Przyczyną jest powielenie kodonu CGG w genie FMR1 na długim ramieniu chromosomu X, upośledzające tworzenie synaps w mózgu.

---