Elementy inżynierii 

Elementy inżynierii 

genetycznej

genetycznej

 

 

 

 

 

 

Sposoby przekazywania 

Sposoby przekazywania 

informacji genetycznej

informacji genetycznej



Koniugacja

Koniugacja



Transdukcja

Transdukcja



Transformacja

Transformacja

 

 

 

 

Koniugacja

Koniugacja



Bezpośrednie przekazanie DNA z jednej 

Bezpośrednie przekazanie DNA z jednej 

komórki do drugiej, kiedy wchodzą one ze 

komórki do drugiej, kiedy wchodzą one ze 

sobą w kontakt 

sobą w kontakt 

(bakterie)

(bakterie)



Plazmid:

Plazmid:

-

małe, pozachromosomalne elementy 

małe, pozachromosomalne elementy 

genetyczne

genetyczne

-

dwuniciowe, koliste DNA 100x mniejsze 

dwuniciowe, koliste DNA 100x mniejsze 

od chromosomu bakteryjnego

od chromosomu bakteryjnego

-

występuje w setkach kopii

występuje w setkach kopii

-

warunkują przykładowe fenotypy: 

warunkują przykładowe fenotypy: 

oporności na antybiotyki, produkcji 

oporności na antybiotyki, produkcji 

restryktaz, produkcji enterotoksyn

restryktaz, produkcji enterotoksyn

 

 

 

 

Koniugacja

Koniugacja



Replikacja i przekazanie komórkom potomnym

Replikacja i przekazanie komórkom potomnym



Rekombinacja homologiczna 

Rekombinacja homologiczna 

→ integracja z genomem

→ integracja z genomem

 

 

 

 

Rekombinacja 

Rekombinacja 

homologiczna

homologiczna

Crossing-over 

Crossing-over 

czyli wymiana 

czyli wymiana 

odcinków   

odcinków   

chromatyd 

chromatyd 

chromosomó

chromosomó

w 

w 

homologiczny

homologiczny

ch

ch

 

 

 

 

Transformacja

Transformacja



Pobieranie DNA przez komórkę 

Pobieranie DNA przez komórkę 

bakterii z otoczenia

bakterii z otoczenia



Podstawowym wymogiem jest 

Podstawowym wymogiem jest 

kompetencja (cecha dziedziczna) czyli 

kompetencja (cecha dziedziczna) czyli 

zdolność włączania małych cząst. DNA

zdolność włączania małych cząst. DNA



Zaobserwowana w 1928 roku przez 

Zaobserwowana w 1928 roku przez 

Griffitha, wyśniona przez Avery’ego w 

Griffitha, wyśniona przez Avery’ego w 

1944 roku

1944 roku

 

 

 

 

 

 

 

 

Transdukcja

Transdukcja



Przenoszenie materiału 

Przenoszenie materiału 

genetycznego ze szczepu 

genetycznego ze szczepu 

bakteryjnego dawcy do biorcy z 

bakteryjnego dawcy do biorcy z 

udziałem bakteriofagów

udziałem bakteriofagów



Wykryta przez Zindera i Ledeberga 

Wykryta przez Zindera i Ledeberga 

w 1952 roku u 

w 1952 roku u 

Salmonella 

Salmonella 

typhimurium

typhimurium

 dla faga P22

 dla faga P22

 

 

 

 

W trybie lizogenicznym faga, jego genom integruje się z genomem 

bakterii (profag, rekombinacja zlokalizowana), a ta rozmnaża się 

normalnie przekazując komórkom potomnym.

 

 

 

 

 

 

 

 

Cykl komórkowy

Cykl komórkowy

   

   

cyklicznie zachodzące procesy podziału i 

cyklicznie zachodzące procesy podziału i 

wzrostu komórki 

wzrostu komórki 

 

 

 

 

Kontrola cyklu 

Kontrola cyklu 

komórkowego

komórkowego



Układ kontrolny, zapewniający poprawny 

Układ kontrolny, zapewniający poprawny 

przebieg cyklu komórkowego oraz 

przebieg cyklu komórkowego oraz 

regulowanie jego mechanizmu

regulowanie jego mechanizmu

-  We właściwym czasie włącza enzymy i inne 

-  We właściwym czasie włącza enzymy i inne 

białka uczestniczące w kolejnych etapach 

białka uczestniczące w kolejnych etapach 

cyklu, a po ich zakończeniu je dezaktywuje

cyklu, a po ich zakończeniu je dezaktywuje

-  Ma zdolność zatrzymania cyklu 

-  Ma zdolność zatrzymania cyklu 

komórkowego (hamowanie molekularne) w 

komórkowego (hamowanie molekularne) w 

różnych punktach kontrolnych (ang. 

różnych punktach kontrolnych (ang. 

checkpoints) 

checkpoints) 

np. W fazie G1 sprawdzenie wielkości komórki 

np. W fazie G1 sprawdzenie wielkości komórki 

pozwala zatrzymać układ by komórka dorosła, gdy jest to konieczne 

pozwala zatrzymać układ by komórka dorosła, gdy jest to konieczne 

zanim zreplikuje DNA lub w G2 informujący o zakończeniu syntezy 

zanim zreplikuje DNA lub w G2 informujący o zakończeniu syntezy 

DNA

DNA

 

 

 

 

Kontrola cyklu 

Kontrola cyklu 

komórkowego

komórkowego



Układ kontroli cyklu komórkowego sprawują 

Układ kontroli cyklu komórkowego sprawują 

kinazy białkowe zależne od cyklin Cdk (

kinazy białkowe zależne od cyklin Cdk (

c

c

yclin-

yclin-

d

d

ependent protein 

ependent protein 

k

k

inases)

inases)

-

Cdk są regulowane nagromadzeniem i rozpadem 

Cdk są regulowane nagromadzeniem i rozpadem 

cyklin, 

cyklin, 

np.synteza cykliny zaczyna się po mitozie i trwa w interfazie; 

np.synteza cykliny zaczyna się po mitozie i trwa w interfazie; 

jego późniejszy spadek aktywuje wyjście z mitozy

jego późniejszy spadek aktywuje wyjście z mitozy

-

Różne kompleksy cyklina–Cdk włączają różne 

Różne kompleksy cyklina–Cdk włączają różne 

etapy cyklu komórkowego

etapy cyklu komórkowego

-

Aktywność Cdk regulują procesy fosforylacji i 

Aktywność Cdk regulują procesy fosforylacji i 

defosforylacji

defosforylacji

-

Białkowe inhibitory Cdk mogą zatrzymać cykl 

Białkowe inhibitory Cdk mogą zatrzymać cykl 

komórkowy w fazie G1

komórkowy w fazie G1

→ 

→ 

strażnik genomu – białko p53

strażnik genomu – białko p53

 

 

 

 

 

 

 

 

  

  

Kontrola liczby komórek w 

Kontrola liczby komórek w 

organizmie wielokomórkowym 

organizmie wielokomórkowym 

    

Proliferacja

Apoptoza

 

 

 

 

Proliferacja

Proliferacja



Substancje odżywcze

Substancje odżywcze



Czynniki wzrostu – są wiązane przez receptory 

Czynniki wzrostu – są wiązane przez receptory 

znajdujące się na powierzchni komórek 

znajdujące się na powierzchni komórek 

docelowych po czym aktywują 

docelowych po czym aktywują 

wewnątrzkomórkowe szlaki sygnałowe indukujące 

wewnątrzkomórkowe szlaki sygnałowe indukujące 

wzrost i podziały komórki

wzrost i podziały komórki

-

PDGF (platelet-derived growth factor) 

PDGF (platelet-derived growth factor) 

→ stymuluje 

→ stymuluje 

podziały tkanki łącznej

podziały tkanki łącznej

-

EGF (epidermal growth factor) → stymuluje 

EGF (epidermal growth factor) → stymuluje 

proliferację komórek skóry

proliferację komórek skóry

-

HGF (hepatocyte growth factor) → stymuluje 

HGF (hepatocyte growth factor) → stymuluje 

proliferację komórek wątroby

proliferację komórek wątroby

 

 

 

 



Komórki zwierzące mają 

Komórki zwierzące mają 

ograniczoną zdolność do 

ograniczoną zdolność do 

podziałów – 

podziałów – 

starzenie się 

starzenie się 

komórki

komórki



Czynniki proliferacyjne są 

Czynniki proliferacyjne są 

więc swego rodzaju 

więc swego rodzaju 

czynnikami przeżycia

czynnikami przeżycia

. 

. 

Pozbawione ich włączają 

Pozbawione ich włączają 

śródkomórkowy program 

śródkomórkowy program 

samobójczy - 

samobójczy - 

apoptozę

apoptozę

 

 

 

 

Apoptoza

Apoptoza



Programowana śmierć komórki

Programowana śmierć komórki



Odpowiedź komórki na działanie 

Odpowiedź komórki na działanie 

czynników stresogennych: 

czynników stresogennych: 

chemioterapeutyki, promieniowanie 

chemioterapeutyki, promieniowanie 

γ

γ

 i 

 i 

UV, niedotlenienie, szok termiczny, brak 

UV, niedotlenienie, szok termiczny, brak 

czynników wzrostowych, zaburzenia cyklu 

czynników wzrostowych, zaburzenia cyklu 

komórkowego, cytostatyki, jony wapnia, 

komórkowego, cytostatyki, jony wapnia, 

granzymy…

granzymy…

zmiany integralności błon mitochondrium oraz 

zmiany integralności błon mitochondrium oraz 

wartości ich potencjału błonowego, wzrost 

wartości ich potencjału błonowego, wzrost 

produkcji wolnych rodników tlenowych

produkcji wolnych rodników tlenowych

 

 

 

 

   

   

Przekazanie sygnału apoptozy 

Przekazanie sygnału apoptozy 

przebiega różnymi szlakami, które są 

przebiega różnymi szlakami, które są 

regulowane przez procesy 

regulowane przez procesy 

wewnątrzkomórkowe i 

wewnątrzkomórkowe i 

zewnątrzkomórkowe, np. związanie 

zewnątrzkomórkowe, np. związanie 

ligandu z 

ligandu z 

„receptorem śmierci”

„receptorem śmierci”

→ 

→ 

Należą do nadrodziny receptorów dla 

Należą do nadrodziny receptorów dla 

TNF (tumor necrosis factor – czynnik 

TNF (tumor necrosis factor – czynnik 

martwicy nowotworów)

martwicy nowotworów)

→ 

→ 

wewnętrzna „domena śmierci” DD 

wewnętrzna „domena śmierci” DD 

(death domain) niezbędna do 

(death domain) niezbędna do 

transmisji sygnału do wnętrza komórki

transmisji sygnału do wnętrza komórki

 

 

 

 

Apoptoza

Apoptoza

•

Morfologicznie:

Morfologicznie:

-

Obkurczenie komórki na skutek utraty 

Obkurczenie komórki na skutek utraty 

wody

wody

-

Kondensacja chromatyny

Kondensacja chromatyny

-

Fragmentacja DNA

Fragmentacja DNA

-

Reorganizacja cytoszkieletu

Reorganizacja cytoszkieletu

-

Kondensacja cytoplazmy

Kondensacja cytoplazmy

-

Powstanie ciałek apoptycznych

Powstanie ciałek apoptycznych

Stymulacja układu immunologicznego 

(fagocyty)

 

 

 

 

 

 

 

 



Zachodzące w trakcie apoptozy zmiany o 

Zachodzące w trakcie apoptozy zmiany o 

charakterze biochemicznym i 

charakterze biochemicznym i 

morfologicznym prowadzą poprzez 

morfologicznym prowadzą poprzez 

nukleolityczną i proteolityczną degradację 

nukleolityczną i proteolityczną degradację 

składników komórki do jej śmierci

składników komórki do jej śmierci

                  

                  

Kaspazy

Kaspazy

Endonukleazy

Endonukleazy

-

 

 

Proteoliza

Proteoliza

-

 

 

Dotychczas 14

Dotychczas 14

-

 

 

Występują w komórkach 

Występują w komórkach 

jako nieaktywne 

jako nieaktywne 

proenzymy

proenzymy

-

 

 

Aktywna enzymatycznie 

Aktywna enzymatycznie 

forma to tetramer 

forma to tetramer 

powstający wskutek 

powstający wskutek 

autoproteolizy 2 

autoproteolizy 2 

cząsteczek prokaspazy i 

cząsteczek prokaspazy i 

składania jednostek 

składania jednostek 

( kompleks białkowy 

( kompleks białkowy 

DISC

DISC

 

 

– 

– 

D

D

eath 

eath 

I

I

nduced 

nduced 

S

S

ignalling 

ignalling 

C

C

omplex) lub działania 

omplex) lub działania 

innych kaspaz i proteaz

innych kaspaz i proteaz

-

Nukleoliza

Nukleoliza

-

Aktywowana kaspazą 3 

Aktywowana kaspazą 3 

CAD 

CAD 

(

(

C

C

aspase-

aspase-

A

A

ctivated 

ctivated 

D

D

Nase) 

Nase) 

-

 

 

Występuje w komórkach 

Występuje w komórkach 

związana z inhibitorem 

związana z inhibitorem 

(ICAD), który po sygnale 

(ICAD), który po sygnale 

apoptotycznym ulega 

apoptotycznym ulega 

proteolizie

proteolizie

 

 

 

 

Endogenne białkowe 

Endogenne białkowe 

regulatory apoptozy

regulatory apoptozy



Rodzina białek BCL-2

Rodzina białek BCL-2

-

Należą tu białka proapoptyczne i inhibujące 

Należą tu białka proapoptyczne i inhibujące 

apoptozę

apoptozę

-

4 konserwatywne domeny 

4 konserwatywne domeny 

BH

BH

 (

 (

B

B

CL-2 

CL-2 

H

H

omology)

omology)

-

Proapoptyczne działanie opiera się na tworzeniu 

Proapoptyczne działanie opiera się na tworzeniu 

kanałów w błonie mitochondrialnej, przez które 

kanałów w błonie mitochondrialnej, przez które 

uwalniane są do cytoplazmy inne czynniki 

uwalniane są do cytoplazmy inne czynniki 

apoptyczne

apoptyczne

-

Inhibitorowa rola wiąże się z możliwością 

Inhibitorowa rola wiąże się z możliwością 

połączenia z białkiem Apaf-1 uniemożliwiające 

połączenia z białkiem Apaf-1 uniemożliwiające 

związanie prokaspaz do apoptosomu lub też 

związanie prokaspaz do apoptosomu lub też 

hamowaniem uwalniania cytochromu c z 

hamowaniem uwalniania cytochromu c z 

mitochondriów do cytoplazmy

mitochondriów do cytoplazmy

 

 

 

 



IAP

IAP

 (

 (

I

I

nhibitory 

nhibitory 

A

A

poptosis 

poptosis 

P

P

roteins)

roteins)

-

Hamują proces apoptozy na etapie pobudzania 

Hamują proces apoptozy na etapie pobudzania 

receptorów błonowych

receptorów błonowych

-

Hamują aktywację niektórych kaspaz przez ich 

Hamują aktywację niektórych kaspaz przez ich 

bezpośrednie związanie

bezpośrednie związanie

-

Działają jak ligaza ubikwitynowa prowadząc do 

Działają jak ligaza ubikwitynowa prowadząc do 

degradacji kaspaz

degradacji kaspaz



p53

p53

-

Czynnik transkrypcyjny wpływający na losy 

Czynnik transkrypcyjny wpływający na losy 

komórki z uszkodzonym DNA

komórki z uszkodzonym DNA

•

Reperacja uszkodzeń

Reperacja uszkodzeń

•

Zahamowanie cyklu komórkowego w G1

Zahamowanie cyklu komórkowego w G1

•

apoptoza

apoptoza



HSP 

HSP 

(

(

H

H

eat 

eat 

S

S

hock

hock

 P

 P

roteins)

roteins)

-   Zahamowanie apoptozy nawet po aktywacji 

-   Zahamowanie apoptozy nawet po aktywacji 

kaspaz efektorowych

kaspaz efektorowych

 

 

 

 

Nekroza

Nekroza



Najczęściej spowodowana mechanicznym 

Najczęściej spowodowana mechanicznym 

uszkodzeniem komórek

uszkodzeniem komórek



Następuje w wyniku utraty równowagi 

Następuje w wyniku utraty równowagi 

osmotycznej komórki:

osmotycznej komórki:

•

Bierny transport jonów (Ca

Bierny transport jonów (Ca

2+

2+

) do wnętrza 

) do wnętrza 

komórki

komórki

•

Zwiększony napływ wody

Zwiększony napływ wody

•

Zahamowanie syntezy ATP

Zahamowanie syntezy ATP



Zniszczona otoczka jądrowa i błona 

Zniszczona otoczka jądrowa i błona 

komórkowa ułatwiają wypływ zawartości 

komórkowa ułatwiają wypływ zawartości 

komórki na zewnątrz, czemu towarzyszy 

komórki na zewnątrz, czemu towarzyszy 

reakcja zapalna

reakcja zapalna