1. Genetyka jako dziedzina nauki - przedmiot i zadania.

Genetyka - nauka o dziedziczności i zmienności; dziedziczność - występowanie u rodziców i potomstwa tych samych cech/właściwości funkcjonalnych i strukturalnych; zmienność- to różnicowanie jakościowe i ilościowe.

Główne problemy:

-reguły przekazywania genów pomiędzy komórkami, organizmami i populacjami

-powstawanie nowych form

-różnicowanie w ortogenezie i filogenezie

-sposób działania materiału genetycznego

2. Charakterystyczne okresy w rozwoju genetyki.

Pięć okresów rozwoju genetyki:

1. Tzw. Zerowy - poglądów przednaukowych

• złe uczynki przodków skażają ich potomstwo na wiele pokoleń

• poczęcie od wiatru, wody, specjalnych pokarmów, samorództwo,

• dziedziczenie cech nabytych - narządy uczestniczą w tworzeniu substancji, z których powstaje potomstwo,

• telegonia- w potomstwie są cechy nie tylko ojca, ale i poprzednich rozpłodników,

• preformacja - zarodek jest ukształtowany już w jaju czy plemnikach, zapłodnienie go tylko pobudza do rozwoju

2. Do 1910- podstawowe odkrycia ogólne

• Mendel , De Vries, Tschermak, Bateson, Johansen, - linie czyste, dziedziczenie w obrębie populacji; Galston,Sutton, Boveri - lokalizacja genów w chromosomie

• Darwin i Wallace (teoria ewolucji) walka o byt i dobór naturalny

• Wesissmann - plazma zarodkowa decyduje o cechach potomstwa, ciało = soma nie, a więc cechy nabyte nie mogą być dziedziczone; efekt obcinania ogonów myszom,

3. Od 1910 -Ogólna charakterystyka natury genów

• Morgan - sprzężenie „przyciąganie się genów”, chromosomowa teoria dziedziczności, ukonkretnienie pojęcia genu, mapy genetyczne;

• Sturtevant- efekt pozycji(wpływ sąsiedztwa genu na efekty jego działania)

• Muller- wpływ naświetlenia promieniowaniem jonizującym na zwiększenie częstotliwości mutacji

• Rappaport- mutacje indukowane chemicznie

• Od 1941 roku mikroorganizmy (olbrzymie populacje) Beadle i Tatum, wpływ poszczególnych genów na przebieg metabolizmu u Neurospora, mutanty pokarmowe

4. Od 1944- chemizm i struktura substancji dziedzicznej, podstawowe działania, epigenetyka

• 1944 - transformacja Dna

• 1946- płeć i rekombinacja g. u bakterii

• 1950 - niestabilne allele mutowane, efekt transpozycji

• 1953 - podwójna spirala, wyjaśnienie reguł kodowania

• 1957 - nukleotyd, jako podstawowy element mutacji i rekombinacji genu

• 1961- sposób działania i zorganizowania genu, operon

• 1967 - synteza faga X174 w warunkach sztucznych

• odkrycie enzymów restrykcyjnych

5. Okres 1980 -budowa i regulacja genu eukariotycznego, inżynieria genetyczna

• białko może być podobnie jak RNA czy DNA nośnikiem informacji (1997r)

• Epigeneza metyzacja DNA, jako ważny czynnik regulujący aktywność genów - piętno rodzicielskie i odcisk środowiska

• tworzenie genów sztucznych (chimeralnych) i badanie ich efektów

• nieciągłość informacji genetycznej jeden gen może kodować nie jedno białko a więcej, (1993r)

• wyciszanie genów, interferencja RNA: mir - geny mikrona [ 10 tys. miRNA u 115 gatunków ; ca 700 miRNA reguluje ekspresję 90% genów człowieka ; dlaczego szympans ma aż 50 miRNA występujących u człowieka?]

6. Chemizm i struktura substancji dziedzicznej, podstawy działania

• u niektórych wirusów informacja genetyczna jest przekazywana w kierunku od RNA do DNA

3. Łysenkizm

Główne tezy `postępowej” biologii miczurinowskiej okresu łysenkowskiego (1926 - 1964)

• dziedziczność jest własnością całego organizmu. Nie istnieje żadne dyskretne czynniki dziedziczności lub geny.

• przez zmienione środowisko i warunki życia mogą być indukowane zmiany genetyczne. Charakter tych zmian jest adekwatny do charakteru warunków indukujących.

• właściwości nabyte w czasie przeciwstawiania się warunkom środowiska są dziedziczone.

• w roślinach mogą powstawać kierunkowe zmiany w procesie wegetatywnej hybrydyzacji przez szczepienie; nie ma tu żadnej zasadniczej różnicy do hybrydyzacji płciowej

• ewolucja to dostosowywanie budowy organizmów do ich funkcji ulegających zmianie wraz z przemianami warunków środowiska

• przez uprawę form ozimych bez szoku zimna można u zbóż otrzymać dziedziczne formy jare; traktowanie zimnem form jarych w określonych stadiach rozwoju (jarowizacja) może prowadzić do dziedzicznych form ozimych

• jako praktyk odrzucał konieczność żmudnych testów doświadczalnych

4. Genetyka w Polsce.

Genetyka i jej rozwój w Polsce- okresy:

- okres przed II wojną światowa

- okres powojenny (wpływ rasizmu, okres Łysenkowski (zakaz wykładów przez Malinowskiego; wpływ na rozwój kadry).

5. Cechy charakterystyczne DNA.

Budowa:

- 4 zasady azotowe = nukleotydy: adenina, tymina, guanina, cytozyna; zasady dzielimy na pirymidynowe : C i T ; purynowe A i G

- spolaryzowane nici, z których każda ma dwa końce (5' , 3' 3' , 5'); 2-niciowa cząsteczka o kształcie komplementarnie skręconej spirali; skręcona prawoskrętnie

Cechy:

- denaturacja - rozpad po podgrzaniu na 2 pojedyncze nici

- renaturacja - denaturowane DNA wraca do pierwotnej postaci

- nośnik informacji genetycznej we wszystkich org.

- kopiowanie DNA czyli replikacja ma charakter semikonserwtywny; w czasie replikacji powstają widełki replikacyjne, a do powielania DNA są potrzebne złożone układy enzymatyczne; replikacja prowadzi do powielania DNA czyli z kazdej dwuniciowej czast. powst. dwie potomne o identycznej sekwencji nukleotydowej. Zapewnia to ciaglosc trwania DNA.

- temp. topnienia ,dochodzi do rozdzielenia nici

6. Genom - cechy charakterystyczne i organizacja.

GENOM - ogół genów zawartych w gamecie; wiedza o organizacji informacji genetycznej charakterystycznej dla danego gatunku odnoszona do 1n zestawu chromosomów; podstawowy komplet informacji genetycznej; zawiera niezbędny komplet informacji genetycznej potrzebnej do funkcjonowania organizmu. Im bardziej zaawansowany ewolucyjnie organizm tym większy jego genom. Wyróżniamy trzy poziomy organizacyjne układów biologicznych:
- w prostych formach genomy są małe i nie zawierają informacji niezbędnej do samodzielnego funkcjonowania
- w organizmach prokariotycznych ilość inf. genetycznej i jej organizacja pozwala juz na funkcjonowanie układu o komórkowym poziomie złożoności ,zdolnych do samodzielnego życia.
- pojemność informacyjna genomów eukariotycznych i co ważne sposób jej organizacji umożliwiają funkcjonowanie na bardzo wysokim poziomie złożoności takim ze u większości zachodzi proces różnicowania sie komórek w tkanki i organy. Nie oznacza to jednak ze każdy org. Eukariotyczny jest wielokomórkowcem!

W czasie podziałów komórkowych materiał jądrowy organizuje sie w oddzielne twory - chromosomy. Są to bardzo skomplikowane „paczki” zawierające materiał genetyczny. Ilość takich „paczek” jest cecha gatunkowa, np. człowiek posiada 46, muszka owocowa 8. Graficzna prezentacje garnituru chromosowego danego organizmu nazywamy kariotypem.
Ponieważ chromosomy zawierają zarówno białka jak i kwasy nukleinowe ( głownie DNA) oba rodzaje makrocząsteczek współuczestniczą w organizacji genomu tworząc chromatynę.

7. Zmienność wielkości genomów.

Zmienność genetyczna - naturalne różnice sekwencji DNA (genotypu) organizmów jednego gatunku. Różnice te mogą powodować zmiany w budowie białek lub czasie i miejscu ich wytwarzania, w efekcie prowadząc do różnic w fenotypie, np. inne ubarwienie sierści, różna odporność na zmiany temperatury, zdolność (lub jej brak) do trawienia laktozy. Wiele cech, które są zróżnicowane genetycznie prawdopodobnie nie ma wpływu na przeżycie organizmów (np. kolor oczu u ludzi), ale zmienność genetyczna cech, które mogą wpłynąć na przystosowanie organizmów, to „paliwo” ewolucji. Organizmy mogą się też różnić nie kodującymi sekwencjami DNA. Takie różnice nie mają znanego nam wpływu na fenotyp, ale są użyteczne w analizie zmienności genetycznej przez biologów.

Zróżnicowanie genetyczne jest ważne dla odporności danego gatunku na pasożyty - jeśli dany gatunek jest w niedużym stopniu zmienny, to pasożyt (np. wirus,bakteria) musi przystosować się do niewielu genotypów gospodarzy i może łatwo odnieść sukces. Z tego powodu monokultury uprawne łatwiej ulegają atakowi pasożytów, a przy ochronie gatunków zagrożonych wyginięciem trzeba zachować pewną minimalną pulę genową zapewniającą zmienność genetyczną.

Stopień zmienności genetycznej różnych gatunków pozwala wysnuć wnioski co do ich przeszłości - wiadomo np., że gepardy przeżyły bardzo silne zredukowanie liczebności i odrodziły się z niewielkiej grupy osobników, gdyż są w niewielkim stopniu zmienne. Ludzie również są stosunkowo mało zróżnicowanym genetycznie gatunkiem. Badaniem zmienności genetycznej zajmuje się genetyka populacyjna.

Źródłem zmienności genetycznej są mutacje, powodujące pojawianie się nowych wariantów sekwencji DNA. Dzięki zaś rekombinacji DNA powstają nowe zestawienia różnic genetycznych.

8. Sekwencje powtarzalne i unikalne w genomie.

Ułożenie nukleotydów w DNA - Sekwencje - podział:

• Sekwencje unikalne - to takie, które występują tylko raz w całym genomie. Sekwencje te są szczególnie liczne w materiale genetycznym wirusów i bakterii. W tych drugich to aż 99,7%. U człowieka stanowią one 70%, u myszy 60%, u ropuchy 55%, a u ślimaka mniej niż połowę - 40%.

• Sekwencje średnio często powtarzalne - występują pomiędzy sekwencjami unikalnymi w całym genomie.

• Sekwencje często powtarzalne - w heterochromatynie (w pobliżu centromerów), w DNA satelitarnym i na końcach chromosomów.

• Sekwencje powtórzeniowe - mogą być rozproszone lub tworzyć tandemowe bloki:

• Duże tandemy w DNA satelitarnym; w homologicznych sekwencjach (w czterech frakcjach) umożliwiających rozróżnienie chromosomów.

• Małe tandemy jako minisatelity lub rozproszone; wykorzystywane np. w ustalaniu ojcostwa.

• Mikrosatelity- sekwencje rozproszone po genie jako proste tandemy; mogą być od jedno- do pięcionukleotydowych, wykorzystywane przy tworzeniu map genów i w diagnostyce molekularnej.

9. Epigenetyka i epigenom.

Epigenetyka - badanie dziedziczności pozagenowej. Termin ten w biologii ma dwa bliskoznaczne znaczenia:

• badanie mechanizmów związanych z rozwojem, polegających na powstaniu cech dziedziczonych przez komórki potomne, które nie są związane z mutacjami w DNA. Przykładami procesów epigenetycznych w tym rozumieniu są między innymi: stabilne zmiany ekspresji genów w rozwoju lub onkogenezie poprzez mechanizm wyciszenia transkrypcji, inaktywacja jednej z kopii chromosomu X u samic ssaków, wyciszenie ekspresji genów w rejonach telomerowych i centromerowych chromosomów.

• badanie dziedziczności pozagenowej, w szczególności cech, które nie są determinowane sekwencją jądrowego DNA. Przykładami procesów epigenetycznych w tym rozumieniu są np. zjawisko dziedziczenia związane z obecnością prionów u drożdży, matczyny efekt na kierunek skrętu muszli u ślimaków, odziedziczalny wpływ kwasu foliowego na fenotyp mutacji viable yellow determinującej kolor futra u myszy domowej, odziedziczalna utrata ekspresji genów u nicieni pod wpływem interferencji RNA, kontrola procesu transpozycji transpozonów i retrotranspozonów poprzez metylację DNA

10. Klasyfikacja i znaczenie mutacji.

Mutacje powstają w czasie replikacji (błędy w czasie tego procesu), mogą być też wywołane czynnikami mutagennymi (czynniki fizyczne i chemiczne). Część mutacji ma charakter letalny - prowadzi do śmierci komórki. Część mutacji jest naprawiana zanim zdążą wywołać zmiany, za naprawę są odpowiedzialne różne geny i kodony, zapewniają pewną stałość sekwencji nukleotydów w DNA. Mutacje są konieczne do zachodzenia zmienności przekazywanej kolejnym pokoleniom i w ten sposób zapewniają ciągłość ewolucji.

Mutacje zachodzą losowo i nie mają określonego kierunku, są zmianą skokową, mogą być dziedziczone. Dotyczą obszarów różnej wielkości. Jeśli rozważać ich zasięg można wydzielić następujące typy mutacji:

1. Genowe (punktowe) - polega przeważnie na zmianie jednej pary nukleotydów lub nieco dłuższej, dotyczą krótszych odcinków niż gen. Nie są wykrywalne pod mikroskopem. Te dzielą się na:

• Wynikające z substytucji, czyli zastąpienia właściwej zasady inną (puryna jest zastępowana puryną, a pirymidyna pirymidyną). Ramka odczytu nie przesuwa się, mutacja dotyczy tylko tej jednej zmiany. Wśród tej grupy mamy do czynienia z mutacjami milczącymi, nonsensownymi, mutacjami zmiany sensu. W tych pierwszych sekwencja nie zmienia się, gdy mutacja przypada np. na trzecią literę kodonu. Mutacje nonsensowne zachodzą, gdy zmianie ulegnie taka zasada, która zmieni cały kodon w kodon stop. Zostaje zahamowana translacja DNA. W mutacjach zmiany sensu kodon będzie kodował inny aminokwas. Dotyczą one zwłaszcza jednej z dwóch pierwszych zasad tripletu. Np. w kodonie AUC U zostanie zamienione na G, jednak wpływ na białko może być niewielki lub przeciwnie może powstać nowe białko mające niekorzystny wpływ na organizm.

• Wynikające z delecji lub insercji - tu zmianie ulega ramka odczytu w wyniku wycięcia lub wstawienia dodatkowego nukleotydu. Informacja będzie źle odczytywana aż do samego końca. Wywołuje to różne niepożądane skutki (powstaje bezużyteczne białko, gdyż chociaż zachodzi synteza peptydu to są przyłączane niewłaściwe aminokwasy lub też synteza zostanie przerwana przez kodon stop w niewłaściwym miejscu i łańcuch będzie zbyt krótki, by pełnić jakiekolwiek funkcje).

2. Chromosomowe (abberacje) - mutacji podlega pojedynczy chromosom, zachodzą na odcinku większym od jednego genu, ale mniejszym od chromosomu. Te dzielą się na:

• Wewnątrzchromosomowe - dotyczą pojedynczego chromosomu; deficjencja (utrata części chromosomu), duplikacja (podwojenie części chromosomu) lub inwersja (odwrócenie odcinka chromosomu).

• Międzychromosomowe - translokacja, czyli przemieszczenie części chromosomu na inny niehomologiczny.

3. Genomowe - zmianie ulega liczba chromosomów, można je zaobserwować pod mikroskopem analizując całykariotyp. W wyniku tych zmian powstają różne mutanty:

• Autoploidy - mutacje dotyczą genomu jednego gatunku; powstają aneuploidy (zmianie ulega ilość pojedynczych chromosomów, w czasie podziału mejotycznego chromosomy homologiczne nie rozchodzą się - non dysjunkcja) ,monosomiki (o kariotypie (2n-1) - z pary chromosomów homologicznych w zygocie jest tylko jeden), trisomiki (o kariotypie 2n+1 - są trzy chromosomy zamiast dwóch).

• Alloploidy - powstają w wyniku zmieszania się genomów różnych gatunków, nie będą tu powstawały żywotne gamety, ponieważ nie występują chromosomy homologiczne i nie zajdzie koniugacja.

11. Przyczyny powstawania mutacji.

Mutacje powstają w różny sposób:

1. Samorzutnie - nie oddziałują tu żadnego czynniki fizyczne czy chemiczne. Częstość takich mutacji jest mała i zachodzą na dwa sposoby:

• Oddziaływanie przypadkowe bliżej nieokreślonych czynników wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowych na proces replikacji

• Błędy w procesie replikacji zgodnie z prawami statystyki (w każdym procesie zachodzą błędy, różny jest tylko ich odsetek) - źle funkcjonujące polimerazy DNA, brak enzymów naprawczych.

• Są indukowane przez czynniki fizyczne lub chemiczne, zachodzą w warunkach naturalnych jak i sztucznych. Do czynników mutagennych fizycznych należą:

• Promieniowanie: jonizujące, rentgenowskie, gamma - pod wpływem niesionej energii cząsteczka DNA ulega uszkodzeniu (rozerwaniu)

• Promieniowanie ultrafioletowe - powoduje powstanie np. dimerów tymidynowych między zasadami pirymidynowymi, uniemożliwiając odczyt zapisanych sekwencji. UV jest szczególnie niebezpieczne dla skóry człowieka i zewnętrznych powłok małych organizmów.

• Wysoka temperatura - wpływa na działanie enzymów.

Do czynników fizycznych należą:

• Kwas azotowy (III) - adenina jest zamieniana w hipoksantynę, która działa jak guanina, zamiast pary adenina - tymina powstaje guanina - cytozyna.

• Analogi zasad azotowych - bromouracyl - następują błędy w odczycie przez polimerazy i są wstawiane nieprawidłowe nukleotydy.

• Iperyt - zmienia zasady azotowe.

• Barwniki akrydynowe - wchodzą między nukleotydy, czego skutkiem jest utrata lub powstawanie nowych nukleotydów.

• Nadtlenek wodoru i amoniak - mogą wchodzić w reakcje z cząsteczkami DNA ze względu na swą dużą aktywność chemiczną.

• Kolchicyna - zaburza rozchodzenie się chromosomów przez blokowanie powstania wrzeciona kariokinetycznego.

• Wybrane węglowodory i ich pochodne np. benzopiren.

Siła działania mutagenów zależy od różnych czynników takich, jak wilgotność, temperatura, dostępność tlenu, wieku komórki (jej stanu fizjologicznego), skutecznej selekcji.

Naprawa szkód wyrządzonych przez promieniowanie ultrafioletowe u bakterii E. coli polega na:

• Fotoreaktywacji - dzięki enzymowi fotolizie możliwe jest odtworzenie struktury DNA, enzym ten używa pochłanianą energię świetlną do rozerwania wiązań kowalencyjnych w dimerach tymidynowych.

• Wycinaniu dimerów i innych uszkodzeń na odcinku od dwudziestu do trzydziestu nukleotydów (jednak drugie pasmo DNA nie może być uszkodzone). Naprawa zachodzi dzięki enzymowi endonukleazie, która nacina nić w pobliżu miejsca uszkodzenia. Kolejny enzym usuwa uszkodzone fragmenty, a w ich miejsce wstawiane nowe nukleotydy. Wykorzystywana jest druga nieuszkodzona nić jako matryca. Ligaza łączy wszystkie odcinki w całość.

12. Znaczenie komórek genetycznie efektywnych w pojawianiu się mutacji

13. Poliploidyzacja i związane z nią zmiany fenotypowe.

Poliploidyzacja - zwielokrotnienie liczby garniturów chromosomowych w jądrze komórkowym w wyniku nieprawidłowego przebiegu cyklu komórkowego (zwielokrotnienie liczby chromosomów bez zakończenia podziału jądra). Może zachodzić spontanicznie albo w wyniku procesu nowotworowego. Może zostać wywołana sztucznie przez działanie podwyższoną temperaturą lub substancjami chemicznymi, np. → kolchicyną. Poliploidyzacja może zajść także w wyniku połączenia dwóch gamet o niezredukowanej liczbie chromosomów, pochodzących od tego samego gatunku (powstaje autopoliploid) lub gamet dwóch różnych, choć spokrewnionych gatunków. W tym ostatnim przypadku organizm potomny może wytworzyć gamety o niezredukowanej liczbie chromosomów; w wyniku połączenia takich gamet powstaje allopoliploid. Obydwa rodzaje spontanicznej p. odgrywają dużą rolę w powstawaniu nowych gatunków roślin.

14. Charakterystyka i działanie operonu lac.

Jednym z najlepiej poznanych układów regulacyjnych u bakterii jest operon. Jego mechanizm jest oparty na oddziaływaniu białka regulatorowego z określoną sekwencją nukleotydową DNA - operatorem. Operon można sobie wyobrazić, jako grupę genów kontrolowanych przez wspólny system regulacyjny, mających jeden promotor i transkrybowanych w postaci pojedynczego mRNA.
Działanie operonu można przedstawić na przykładzie operonu laktozowego, występującego u pałeczki okrężnicy (Escherichia coli). Umożliwia on utrzymanie niskiego stężenia enzymów warunkujących rozkład laktozy w warunkach jej braku oraz szybki wzrost stężenia przy pojawieniu sie substratu.

Operon laktozowy składa sie z trzech leżących obok siebie genów kodujących enzymy (lacZ, lacY, lacA) - tzw. genów struktury. W kierunku 5' do tych genów znajduje sie sekwencja DNA, zwana operatorem, z którym wybiorczo może się łączyć białko zwane represorem. Dodatkowo region operatorowy (operator) nakłada sie pięcioma nukleotydami na promotor genów struktury, znaczy to, że dołączenie represora uniemożliwia transkrypcje tych genów.
Istotą mechanizmu regulacyjnego operonu jest to, że zdolność łączenia sie represora z odcinkiem operatorowym jest zmieniana przez drobnocząsteczkowe związki chemiczne. W przypadku operonu laktozowego, polaczenie sie laktozy do białka regulatorowego (represora) powoduje obniżenie jego zdolności do wiązania sie z operatorem. W rezultacie zmieniony w ten sposób represor przestaje blokować sekwencje operatorowa i umożliwia przyłączenie się polimerazy RNA do promotora.
Represor jest wytwarzany w komórce bakteryjnej w sposób ciągły, niezależnie od tego, czy laktoza jest obecna w środowisku, czy tez nie. Przy braku laktozy represor uniemożliwia przyłączenie się polimerazy RNA i rozpoczęcie transkrypcji. Pojawienie sie laktozy w środowisku zmienia strukturę cząsteczek represora, umożliwiając tym samym syntezę mRNA z zapisana informacją o enzymach rozkładających laktozę. Po wyczerpaniu substratu, niemodyfikowane już cząsteczki represora znów łączą się z operatorem, przywracając wyjściową sytuacje.
Na uwagę zasługuje fakt, ze operon laktozowy nie może być zaindukowany, kiedy w środowisku obok laktozy znajduje sie łatwiej przyswajalne źródło węgla - glukoza. Musi, więc istnieć mechanizm, dzięki któremu glukoza nie dopuszcza do indukcji operonu laktozowego. Zjawisko to nazwano represja glukozowa (ogólnie represja kataboliczna).

15. Mutacje represora w operonie lac.

Powstające mutacje związane są z uszkodzeniami w DNA (zmiana sekwencji nukleotydów) mogą wynikać również z tego, że polimeraza lubi sie mylić ponieważ represor jest tworem genu regulującego, to jego mutacje będą związane bezpośrednio
z tym genem (i) gen regulatorowy (i) leży po lewej stronie nici DNA bakterii i jest oddalony od promotora, operatora i genów strukturalnych.

Wyróżniamy 4 rodzaje mutacji genu regulatorowego:

• i - represor nie jest syntezowany. Powoduje to konstytutywna syntezę enzymów nie ma, bowiem represora, który może połączyć sie z operatorem

• is - mutacja superrepresjonujaca - powoduje ze represor ma szczególnie duże powinowactwo do operatora i wynikiem tego jest sytuacja, gdy represor nie oddziela sie od operatora nawet, gdy w środku jest laktoza, nie ma wiec syntezy enzymów. Jest to mutacja dominująca nad normalnym stanem (i+)

• i-d - gen regulacyjny wytwarza represor, ale jest on nieaktywny. Wynikiem tego jest konstytutywna synteza enzymów

• i-q - na skutek mutacji promotora genu regulacyjnego nadmiar represorów. Wynikiem jest induktywna ( powodowana induktorem) synteza

16. Mutacje genów strukturalnych w operonie lac.

Każdy z tych genów odpowiedzialny jest za powstawanie innego enzymu i przeprowadzanie innej reakcji

• jeśli Z ^-Y⁺A⁺ - pomimo aktywności Y i A brak podziału na galaktozę i glukozę, za to w komórce jest dużo laktozy - działanie Y

• jeśli Z^-Y^-A⁺ - brak podziału brak laktozy w kom

• jeśli Z^-Y^-A^- - nic sie nie dzieje

• jeśli Z⁺Y^-A⁺ - jest podział, ale nie ma sprowadzonej laktozy do komórki

• jeśli Z⁺Y^-A^- -jest podział, ale ani nie jest pobrana ani nie ma jej, kto obrobić (galaktozy)

Wszystkie geny musza funkcjonować prawidłowo żeby proces był pełny. Najgorzej wpływa brak lac2, bo aktywność YiA nie mają później znaczenia. Przy braku Y po prostu mniej laktozy i szybciej sie wyczerpuje. Przy braku A galaktoza nie może być rozłożona.

Z - permeaza
A - transacetylaza galaktozydowa
Y - beta-galaktozydaza

17. Mutacje części regulatorowych operonu lac.

Mutacje następują również w promotorze i operatorze pomimo ze nie są one transkrybowane i regulują ten proces.

• m. o c - mutacja operatora polega na tym ze represor nie może dołączyć sie do niego. Wynikiem jest ciągła synteza enzymów.

• m. p. - rożne mutacje promotora powodują syntezę enzymów, ale z różną wydajnością, różna wydajność transkrypcji

18. Regulacja nadrzędna w operonie lac.

Funkcje nadrzędnej regulacji pełni w operonie białko LAC. stotą 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), niezmodyfikowane już cząsteczki represora znów łącza się z operatorem, przywracając wyjściową sytuacje.

19. Podstawy dziedziczenia cytoplazmatycznego.

Dziedziczenie cytoplazmatyczne - (pozajądrowe) - dotyczy cech, których geny zlokalizowane są w mitochondriach i chloroplastach. Dziedziczeniem pozajadrowym nazywac bedziemy te wszystkie zjawiska dziedzicznosci u organizmow euk., ktore uwarunkowane sa czynnikami zlokalizowanymi w DNA wystepujacym poza jadrem kom. Cechy wywolane czynnikami dziedzicznosci pozajadrowymi nie podlegaja mendlowskim prawom dziedziczenia wynikajacym z regularnej segregacji chromosomow w podzialam mitotycznych i mejot. DNA w kom.eukariot. wyst.poza jadrem glownie w chloroplastach i mitochondriach. Wiekszosc zbadanych zjawisk dziedziczenia pozajadrowego dotyczy genow wyst. w DNA mitochondrialnym (mitDNA ) badz chloroplastowym (chlDNA ).
Wykrywanie dziedziczenia pozajadrowego opiera sie na kilku prostych metodach. Jesli mieszance powstale w wyn. Krzyzowania odwrotnego miedzy dwiema f.rodzicielskimi posiadaja odrebne fenotypy to to czest moze to byc wskazowka efektow fenotypowych czynnikow pozajadrowych. W ten sposob mozna wykazac u szeregu roslin dziedziczenie pozajadrowe cech uwarunkowanych przez geny mieszczace sie w chlDNA. Glowna metoda genetyczna wykrywania czynn.pozajadrowych jest analiza ich dziedziczenia w dalszych pokoleniach osobnikow heteroplazmatycznych. Zwykle cechy warunkowane czynn,pozajadr.segreguja sie w czasie podzialow miotycznych a nie wykazuja segregacji w czasie mejozy odwrotnie niz geny jadrowe.


20. Reguły dziedziczenia cytoplazmatycznego.

Dziedziczenie genów mitochondrialnych i chloroplastowych nie jest zgodne z prawami Mendla, a reguły tego dziedziczenia wyznaczają: biologia organelli (mitochondriów i chloroplastów) oraz liczba kopii mitochondralnych chromosomów. U zdecydowanej większości organizmów (zwierząt i roślin) mitochondria i chloroplasty są dziedziczone od jednego rodzica (MATKI) poprzez cytoplazmę komórki jajowej

21. Homo i heteroplazmatyczność.

22. Cytoplazmatyczna męska sterylność, jej typy i znaczenie.

Cecha bezpłodności pyłku u wielu roślin związana jest z cytoplazmą. Jednym z lepiej poznanych jest przykład przekazywania bezpłodności męskiej przez cytoplazmę mateczną u kukurydzy. Rośliny o bezpłodnym pyłku zawiązują normalnie nasiona i nie wykazują nawet śladów bezpłodności żeńskiej, pewien nieduży procent tych roślin wytwarza wyjątkowo pojedyncze pylniki zawierające żywotny pyłek. Są to rośliny częściowo bezpłodne.
Cecha sterylności męskiej jest wynikiem współdziałania cytoplazmy z genem recesywnym ulokowanym w jadrze komórkowym rośliny o normalnej cytoplazmie N wytwarzają normalny pyłek, zaś o nienormalnej S wykazują sterylność męską, o ile zawierają jeszcze do tego gen recesywny. Gen ten nie wykazuje żadnego działania w normalnej cytoplazmie. Z tego wynika ze wszystkie rośliny wykazujące męską sterylność u cebuli maja skład genetyczny Smm. Gen dominujący M wpływa na występowanie normalnej cytoplazmy niezależnie czy jest w formie MM czy Mm.
Od czasu do czasu w niektórych odmianach cebuli pojawiają się osobniki o bezpłodnym pyłku. Sterylność męska wykryta była przez Jonesa w 1925 roku na odmianie Red Italian. Jones znalazł mutanta gdzie w pylniku nie wytwarzał pyłku. Poza tym roślina była normalna i nie różniła sie od formy matecznej. Analiza genetyczna wykazała, że męska sterylność pojawia sie tylko w przypadku spotkania cytoplazmy S i z obu recesywnymi genami mm.
W obecności normalnej cytoplazmy N powstają zawsze kwiaty normalne niezależnie czy występuje gen m czy M.
ODMIANY:

• genetyczna - nie wytwarza sie pyłek

• funkcjonalna - organy męskie nie funkcjonują, jeśli nie zostaną spełnione pewne wymagania, np. kwiat sie nie otworzy

23. Uwarunkowania genetyczne budowy kwiatu roślin okrytozalążkowych.

Geny rozwoju kwiatu tzw. Geny kwiatowe:

• Gen czasu kwitnienia - o tym które geny biorą udział w procach związanych z kwitnieniem decydują warunki środowiskowe (długość dnia, wernalizacja)

• Gen tożsamości merystemu - merystem kwiatowy, kwiatostanowy, wegetatywny

• Gen tożsamości organów kwitnienia

• Gen rodzaju zalążka

Zgodnie z graficznym modelem określania tożsamości organów kwiatowych powstawanie:

- działek kielicha determinuje działanie tylko genu A

- płatków korony determinuje działanie genu A i B

- pylników determinuje działanie genu B i C

- słupka determinuje działanie tylko genu C

24. Długość życia

 

25. Starzenie się i śmierć - podstawy genetyczne

   Zaburzenia procesu starzenia się - odnalezienie i modyfikacja genu odpowiedzialnego za te choroby  pozwoli myśleć o próbach wydłużenia życia.

-     zespół Wernera - przedwczesnego starzenia się (opisany w 1904 r.) -- zachowana zostaje kolejność faz życia,  ale dożyć można  najwyżej 45 lat. Za  wystąpienie  zespołu odpowiedzialny jest działanie recesywnego genu - który przyspiesza zegar biologiczny. Gen jest zlokalizowany na krótkim ramieniu chromosomu 8. Jego kod  DNA  wykazał  brak enzymu helikazy -  katalizatora koniecznych reakcji. Podczas podziału komórkowego dochodzi do mutacji i zniszczeń całych chromosomów, przyspieszenia zużycia telomerów

Wprawdzie enzym telomeraza uzupełnia DNA o dodatkowe telomery (znajduje się w jajach i spermie zapewniając młodość komórkom rozrodczym), udało sie go wyizolować  i sklonować jego geny, niestety jego zastosowanie zapewniałoby również niesmiertelnośc komórkom nowotworowym

-     zespół Hutchinsona-Gilforda - można żyć ok. 20 lat -  zaledwie 30 przypadków na świecie

-     progeria dziecięca sześcioletnie dzieci wyglądają jakby miały 40 albo nawet 60 lat -  umierają przed 13 r. życia.

 

°         Choroby częściej występujące w okresie starości.

 -     ch. nowotworowe  - zaburzeniem zdolność komórek do  nieograniczonej liczby podziałów

Terapia genowa może polegać na podaniu pacjentom genów pobudzających aktywność układu odpornościowego albo na wstawieniu do komórek nowotworowych takiego genu, który uczulałby te komórki na stosunkowo słabo toksyczne związki chemiczne. Celem leczenia hamowaniem angiogenezy (powstawania naczyń krwionośnych ) nowotworów.  Bez angiogenezy niemożliwy jest wzrost wszystkich guzów litych (np. raka piersi, jelita grubego i płuca). Dlatego każde leczenie, które ogranicza dopływ krwi do guza, może okazać się skuteczne.

-     ch. zwyrodnieniowe mózgu

 Choroba Alzheimera - w 40% przypadków związana z wystepowaniem mutacji genu na chromosomie 19 kodującego  apolipoproteine E 4 - białko osocza przenoszące tłuszcz, ułatwia skupianie się w mózgu amyloidu, zakłócającego pracę mózgu. Ciało bez kontroli umysłu odmawia posłuszeństwa, chaos organizacyjny skutkuje śmiercią organizmu.

26. Geny tkankowo i rozwojowo specyficzne - istota oraz efekty.

Ułożeniu względem siebie chromosomów w jądrze interfazowym, jest ono specyficzne tkankowo.

27. Hemoglobina - znaczenie i rodzaje.

Hemoglobina - białko wyróżniające organizmy zwierzęce. Występuje tylko w krwi, a konkretnie w erytrocytach - jest ich głównym wypełniaczem. Prócz niej znajduje się ok 1500 białek usprawniających pracę hemoglobiny. Hemoglobina jest heterotetramerem, konglomeratem składającym się z dwóch łańcuchów α i dwóch łańcuchów β, odpowiednio ułożonych względem siebie w przestrzeni. W jednym erytrocycie jest 30pg hemoglobiny.

Masa cząsteczkowa: 66 700 daltonów

Łańcuch α: 141aa

Łańcuch β: 146aa

Geny hemoglobiny to geny alfa i beta zlokalizowane na różnych chromosomach. Tworzą dwie rodziny genów. Występują w formie różnych form molekularnych, zwanych allelami.

• Geny α - znajdują się w chromosomie 16 i są transkrybowane w jednej nici

• Geny β - znajdują się w dystalnej części krótkiego ramienia chromosomu 11 i są ułożone na tej samej nici DNA zgodnie z ich ekspresją podczas rozwoju.

Rodzaje hemoglobiny:

• He C i S - dotyczy defektów w łańcuchu β (allele genu beta)

• Hbs Hbs - anemia sierpowata

• HbsHbA - skaza sierpowata

28. Mutacje w genach hemoglobiny.

Wszystkie geny hemoglobiny powstały w wyniku serii duplikacji, transpozycji i mutacji pojedynczego geny pozycyjnego! W hemoglobinie człowieka mogą występować mutacje, które zdarzają się w każdym łańcuchu. Da się je zidentyfikować za pomocą elektroforezy. Zamiana w pozycję 6 łańcucha beta kwasu glutaminowego na walinę zmienia właściwości białka na hydrofobowe - tworzą się agregaty ze zmutowaną cząsteczką Hb. Zmiana w strukturze pierwszorzędowej białka może powodować znaczne zmiany w funkcji fizjologicznej.

Hemoglobiny powstałe w wyniku podstawienia aminokwasowego w łańcuchu β :

• Hb Siriraj

• Hb San Jose

• Hb M Saskatoon

• Hb Zurich

• Hb N

Hemoglobiny powstałe w wyniku podstawienia aminokwasowego w łańcuchu β :

• Hb J Totonto

• Hb J Oxford

• Hb I

• Hb J Mendluu

• Hb Mexico

• Hb Shimonoseki

• Hb M Iwate

29. Relacje miedzy środowiskiem i genotypem na przykładzie operonu laktozowego, genów hemoglobiny i długości życia.

Środowisko jest wywoływaczem tego co jest zapisane w genomie.

• Starzenie się i długość życia:

Możemy zadbać, aby proces starzenia nie ulegał  przyspieszeniu, sprawić, aby odbywał się w sposób harmonijny, abyśmy  mogli jak najdłużej wieść aktywne życie, zachowując jak najdłużej sprawność i zdrowie.

wpływ środowiska → charakter→osobowość , zdrowie geny → temperament→osobowość, zdrowie osobowość, wiedza →  wybór, stan środowiska, geny, zdrowie

Żyjemy dłużej, nie dlatego, że wolniej się starzejemy ale dlatego, że żyjemy inaczej:

- lepiej się odżywiamy

- korzystamy z dobrodziejstw wiedzy, medycyny ( szczepienia, antybiotyki), powszechnej opieki lekarskiej

- mamy lepsze warunki socjalne, materialne, możemy wybrać zdrowszy styl życia .

---