pytania z egzaminu.doc

G1: Dziedziczenie niemendlowskie – opisać.

Dziedziczenie cytoplazmatyczne, dziedziczenie pozachromosomowe, dziedziczenie niemendlowskie związane z materiałem genetycznym zlokalizowanym poza chromosomami, w mitochondriach, plastydach i plazmidach występujących w cytoplazmie komórki; główne cechy d. c. to brak segregacji lub segregacja niemendlowska genów pozachromosomowych i dziedziczenie uniparentalne (po matce lub po ojcu); w czasie zapłodnienia udział gamet męskiej i żeńskiej w przekazywaniu cytoplazmy u wielu gatunków nie jest jednakowy, często cała cytoplazma pochodzi z komórki jajowej, w takiej sytuacji mitochondria i plastydy przekazywane są potomstwu przez matki; u drzew szpilkowych jednak cytoplazmę przekazuje także pyłek.

Dziedziczenie niemendlowskie; geny obecne na chromosomach płciowych

Samica –czerwone oczy X samiec białe

Całe potomstwo –czerwone oczy

Samiec –czerwone oczy X samica białe Potomstwo samiczki –czerwone oczy Samczyki –białe oczy

G2: Proces powstawania przeciwciał – opisać.

Przeciwciała to białka wydzielane przez limfocyty B (a ściślej – przez komórki plazmatyczne, czyli pobudzone limfocyty B w odpowiedzi immunologicznej typu humoralnego), mające zdolność do swoistego rozpoznawania antygenów. Głównym zadaniem przeciwciał jest wiązanie antygenu, co umożliwia z kolei zachodzenie innych procesów:

·   opsonizacji, w wyniku której patogen jest łatwiej usuwany na drodze fagocytozy

·   aktywowania dopełniacza, co skutkuje zniszczeniem niektórych typów patogenów oraz pobudzeniem odpowiedzi odpornościowej

·   cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał

·   neutralizowania toksyn

·   neutralizowania wirusów

·   oddziaływania bakteriostatycznego

·   blokowania adhezyn bakteryjnych

Przeciwciała odgrywają zasadniczą rolę w obronie organizmu przed bakteriami i pasożytami zewnątrzkomórkowymi oraz, w znacznie mniejszym stopniu, pasożytami i bakteriami wewnątrzkomórkowymi.

Komórki układu immunologicznego mają genom różniący się od pozostałych komórek

Geny immunoglobulin powstają w limfocytach B na drodze rekombinacji V(D)J

Podobne rearanżacje zachodzą przy powstawaniu genów receptorowych limfocytów T

Tworzenie genu dla immunoglobuliny lekkiej typu lambda

(I exon) sekwencja liderowa–intron –(II exon) segment zmienny----------------------segment łączący-intron -(III exon) segment stały

Tworzenie genu dla immunoglobuliny lekkiej typu kappa

(I exon) sekwencjaLn–intron–(II exon) segment Vn---------------------------------segment J1 --------segment J2 --------segment J3 --------segment J4 --------segment J5 --------(III exon) segment C

G3: Jaki związek ma zróżnicowanie w trakcie embriogenezy z tubulinami.

Embriogeneza, proces rozwojowy charakterystyczny dla człowieka i zwierząt wielokomórkowych rozmnażających się płciowo, obejmujący okres od zapłodnienia do opuszczenia osłonek jajowych (zwierzęta jajorodne) lub organizmu matki w czasie porodu (zwierzęta żyworodne).
W wyniku zapłodnienia powstaje zygota, która ulega następnie podziałom mitotycznym (I etap rozwoju zarodkowego - bruzdkowanie), w wyniku których powstaje zarodek złożony z wielu komórek zwanych blastomerami, osiągający następnie stadium moruli (w komórkach jajowych bruzdkujących całkowicie i regularnie - np. u człowieka).

Tubuliny w procesie embriogenezy odpowiadają za nierównomierny transport.  Tworzą  centra w rożnych misjach (tak jakby pewnie rodzaj biegunowości) i z nich tubuliny wychodzą np. tam gdzie wniknie plemnik. Za różnicowanie odpowiadają tez warunki, inne komórki itp.

G4: Proszę opisać budowę immoglobulin i budowę genów kodujących immoglobulin.

Wszystkie przeciwciała mają podobną budowę. Są to białkowe cząsteczki o kształcie litery "Y" o masach cząsteczkowych od 150 do 970 kDa, złożone (w formie monomerycznej) z czterech glikozylowanych łańcuchów peptydowych. Dwa z tych łańcuchów, określane mianem łańcuchów ciężkich (IgH – na rysunku kolor niebieski) są dłuższe i związane ze sobą wiązaniami dwusiarczkowymi. Pozostałe dwa łańcuchy, nazywane lekkimi (IgL – kolor zielony) są związane z łańcuchami ciężkimi również za pomocą mostków dwusiarczkowych. Obydwa łańcuchy ciężkie w danej cząsteczce są identyczne, podobnie jest z łańcuchami lekkimi. Region, w którym występują wiązania dwusiarczkowe pomiędzy IgH (miejsce zgięcie łańcuchów) nazywamy regionem zawiasowym, gdyż warunkuje on tzw. zmienność segmentalną, czyli możliwość rozchylania się ramion przeciwciała.

Zastosowanie papainy umożliwia rozcięcie przeciwciała i uzyskanie z pojedynczej cząsteczki dwóch fragmentów Fab (ang. Antigen Binding – wiążących antygen) oraz jednego fragmentu Fc (ang. Crystalization – krystalizującego). Miejsce cięcia enzymu wypada nieco powyżej regionu zawiasowego. Na podstawie takiego trawienia enzymatycznego udało się potwierdzić istnienie dwóch funkcjonalnych części:

·   fragmentów Fab, odpowiadających ramionom przeciwciała i wiążących się z antygenem

·   fragmentu Fc, pełniącego funkcję efektorową, czyli odpowiadającego za różne zjawiska, które zapoczątkowuje związanie antygenu, np. immunofagocytozę. Fragment Fc jest związany z cytofilnością przeciwciał.

Badania nad budową przeciwciał pozwoliły wniknąć głębiej w budowę ich łańcuchów peptydowych. Okazało się, że każdy łańcuch posiada część stałą (ciemniejszy kolor na schemacie), która jest taka sama u wszystkich przeciwciał danej klasy (klasy są opisane dalej), oraz część zmienną (jaśniejszy kolor na schemacie), różniącą się wśród przeciwciał o różnej swoistości. Część zmienna łańcucha ciężkiego nosi nazwę VH, zaś łańcucha lekkiego – VL. Części stałe są oznaczone symbolami CH (łańcuch ciężki) i CL (łańcuch lekki), przy czym każda domena części stałej łańcucha ciężkiego jest oznaczona cyfrą. Jak widać, w skład fragmentu Fc wchodzi wyłącznie część stała IgH, zaś w skład Fragmentu Fab – fragment części stałej łańcucha ciężkiego oraz kompletne łańcuchy lekkie. Każde z ramion przeciwciała (Fab) zawiera więc część wiążącą antygen, zwaną paratopem (na rysunku otoczona czerwonym, przerywanym okręgiem), który złożony jest zarówno z fragmentów IgH, jak i IgL, funkcje efektorowe natomiast zależą jedynie od IgH.

G5: Cechy charakterystyczne (charakteryzujące) transposony.

·   Fragmenty DNA zdolne do przemieszczania się w obrębie genomu

·   Do przemieszczania się nie wymagają wektorów (fagów, plazmidów)

·   Nie wymagają sekwencji homologicznych

·   Klasy transposonów

- Transposony - występują u prokariota i eukariota

- nie wymagają transkrypcji do przemieszczania

- Retrotransposony – wywodzą się z retrowirusów,

  - mechanizm ich przemieszczania się zawiera transkrypcję i retrotranskrypcję na DNA

  - cząsteczki DNA wbudowują się

·   Transposony:

- Bakteryjne –niosą geny kodujące białka niezbędne do procesu transpozycji

- Eukariotyczne -na ogół zbudowane są podobnie, czasem wymagają pewnych enzymów gospodarza, kodowanych w innych częściach genomu (polimerazy, gyrazy, ligazy)

·   Transposony są liczne- genom muszki owocowej zawiera więcej niż50 typów transposonów (wieleset indywidualnych kopii takich elementów)

·   Trasposony

- obecność transposonów jest prawdopodobnie neutralna dla organizmu

- przemieszczają się niezależnie,

- stanowią miejsca rekombinacyjne w genomie (przenośne regiony homologii)

- duplikują się w procesach rekombinacji

·   Najmniejsze transposony sekwencje IS

- sekwencja insercyjna (IS) mały bakteryjny transposon niosący jedynie gen swojej własnej transpozycji

- końcowe powtórzenia odwrócone (inverted terminal repeats) krótkie sekwencje identyczne lub o wysokim stopniu homologii występujące w orientacji odwróconej na końcach wielu transposonów

- powtórzenia proste (direct repeat) powstają w genomie w procesie transpozycji

- transpozaza –enzym, którego aktywność jest niezbędna do zajścia transpozycji

·   Typy procesów transpozycji

- transpozycja replikatywna

- transpozycja niereplikatywna

- transpozycja niereplikatywna z zachowaniem wiązań

·   Obecność dwóch jednakowych transposonów w niewielkiej odległości sprzyja rekombinacji homologicznej w której zajdzie delecja materiału leżącego między transposonami

G6: Opisać totipotencjalne, jak powstają, techniki...

Komórka macierzysta to komórka posiadająca zdolność do samoodnawiania oraz różnicowania w komórki potomne. Pula komórek macierzystych utrzymuje w równowadze liczbę komórek somatycznych organizmu. Wyróżnić można wiele rodzajów komórek macierzystych, różniących się potencjałem proliferacyjnym oraz zdolnością do różnicowania. Za najbardziej prymitywną komórkę macierzystą można uznać zygotę – komórka totipotencjalna. Podczas embriogenezy z totipotencjalnej komórki macierzystej powstaje embrion i łożysko.
Komórki węzła zarodkowego blastocysty są pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi.

Komórki pluripotencjalne dają początek komórkom macierzystym poszczególnych trzech listków zarodkowych (entodermalne, mezodermalne, endodermalne) – komórki multipotencjalne. Podczas embriogenezy z komórek multipotencjalnych powstają komórki macierzyste poszczególnych tkanek i narządów – ukierunkowane tkankowo komórki macierzyste (naskórek, wątroba, mięśnie, krew, nerwy i inne).
 

Komórki totipotencjalne (totipotentne) - mogą różnicować się do każdego typu komórek danego organizmu, jest to komórka powstała w wyniku zapłodnienia - zygota, lub komórki blastuli do stadium kilku blastomerów, komórki totipotencjalne są zdolne do wykształcenia całego organizmu, są najbardziej pierwotnymi komórkami.

Komórki macierzyste można otrzymywać zarówno z zarodków ludzkich uzyskanych metodą zapłodnienia pozaustrojowego, z zarodków uzyskanych poprzez klonowanie tkanki płodu po poronieniu czy aborcji, z krwi pępowinowej uzyskanej podczas porodu, jak i z organizmu ludzkiego, w którym występują komórki macierzyste dorosłe. Pojawiają się także doniesienia o możliwości pobierania komórek macierzystych ze zwłok.

G7: Proszę opisać proces determinacji płci ... i dlaczego mogą istnieć ... Z genotypu XY i fenotypu żeńskim.

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).

·   środowisko hormonalne, w jakim rozwija się dany organizm.

·   stosunek liczby autosomów do heterosomów (na przykład Drosophila melanogaster)

·   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.

Determinacja płci to bardzo złożony proces, w którym biorą udział zarówno geny z chromosomów płci (X i Y), jak i autosomów. Sama obecnośc genów z chromosomu Y nie wystarcza do wykształcenia w pełni cech męskich. Konieczne jest też zapewnienie odpowidniego kontekstu hormonalnego w trakcie rozwoju. Ponieważ geny z autosomów i chromosomu X wystarczą do zdeterminowania płci żeńskiej i w łonie matki panują warunki hormonalne typowe dla kobiety, to łatwiej jest uzyskać fenotypowo taką właśni płeć. Dlatego częściej zdarzają się przypadki takich anomalii, gdy genetyczny chłopiec jest fenotywo dziewczynką (np. zespół feminizujących jąder), niż odwrotnie. Do wykształcenia cech męskich trzeba zarówno czynników z Y jak i odpowiednich warunków hormonalnych wytwarznych przez sam płód. Dlatego, jeśli z jakichś powodów genetyczna dziewczynka znajdzie się w trakcie rozwoju w warunkach hormonanych kierujących jej rozwój w kierunku cech męskich, to może być ona fenotypowo chłopcem. Jednak zdarza się to dość rzadko, gdyż bardzo rzadko męskie hormony dominuja w organizmie matki w trakcie ciąży.

Determinacja płci zależy od reakcji komórek zarodka na androgeny i pojawienia się androgenów w odpowiednim momencie rozwoju

Rodzeństwo 5 sióstr,

4 miały kariotyp męski XY

1 kariotyp XX

Odziedziczyły recesywny allel chromosomu X niosący niewrażliwość na androgeny (testicular feminization syndrome)

G8: Opisać proces powstawania przeciwciał i wyjaśnić dlaczego organizm może wytwarzać miliardy białek        rozpadających rożne antygeny.

Różnicowanie limfocytów B do plazmocytów zachodzi w węzłach chłonnych, do których limfocyty B napływają z krwią. Po przejściu do wnętrza węzła dochodzi do kontaktu limfocytów B z limfocytami Th, czego następstwem jest formowanie ośrodka rozmnażania grudki limfatycznej. Po kilku-kilkunastu podziałach komórkowych powstają tam komórki plazmatyczne lub limfocyty pamięci.

Dlaczego jest ich aż tyle ?

W reakcji immunologicznej bierze udział liczna populacja klonów, różniących się stopniem dopasowania. Ten mechanizm określa się jako odpowiedź poliklonalna. Wykształcenie mechanizmu poliklonalnego pozwala na rozpoznawanie dużej przestrzeni potencjalnych, różnorodnych antygenów. Podstawą tego procesu jest zmienność przeciwciał.

Zmienność przeciwciał - występowanie przeciwciał o znacznym stopniu zróżnicowania miejsc wiążących antygen (paratopów). Zmienność przeciwciał jest zjawiskiem nietypowym, bowiem jego podstawą są procesy genetyczne, które doprowadzają do utworzenia całkiem nowych, nieobecnych w linii zarodkowej, genów.

Zmienność przeciwciał wynika z trzech głównych mechanizmów:

·         rekombinacji genów - spośród kilkuset genów wybierane są trzy, które łączą się przypadkowo

·         tworzenie regionów P - przed połączeniem genów tworzone są krótkie sekwencje palindromowe bazujące na sekwencjach obecnych w linii zarodkowej

tworzenie regionów N - przed połączeniem genów dodawanych jest kilka dodatkowych nukleotydów, tworzących nowe sekwencje, nieobecne w ogóle w linii zarodkowej.

Oprócz tego, w określonych przypadkach, znaczącą rolę mogą odgrywać mutacje somatyczne oraz konwersja mitotyczna. Pierwszy z tych procesów jest istotny w zjawisku dojrzewania powinowactwa, drugi natomiast bywa głównym źródłem zmienności np. u ptaków.

G9: Proszę wyjaśnić czym rożni się klonowanie genów od klonowania organizmów i opisać w skrócie wybrane w obu przypadkach metody.

KLON-grupa komórek, zarodków lub osobników identycznych pod względem genetycznym; potomstwo jednego osobnika zwierzęcego albo roślinnego identyczne pod względem właściwości dziedzicznych, powstałe z rozmnażania wegetatywnego.

KLONOWANIE- tworzenie identycznych kopii oryginału:

• poziome –rozdzielenie komórek zarodka zanim zaczną różnicowanie;

• pionowe –wprowadzenie materiału genetycznego dojrzałych komórek do pozbawionego własnego jądra komókowego oocytu

Klonowanie organizmów oznacza procedurę otrzymywania organizmów o takiej samej informacji genetycznej, z reguły poprzez procedurę transferu jądra z komórki somatycznej do komórki jajowej pozbawionej uprzednio jądra. W przypadku klonowania roślin stosuje się procedurę odróżnicowania komórek dawcy do komórek merystematycznych.

Klonowanie genów - w genetyce i biologii molekularnej proces wyosobniania genu. Polega na łączeniu fragmentów materiału genetycznego z wektorem molekularnym i ich namnażaniu w innym organizmie. Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii tego samego genu. Termin klonowanie genów odnosi się też do identyfikacji genów poprzez wykorzystanie procedury klonowania genów. Jeśli pojedynczy fragment genomu jest przenoszony z jednego wektora do drugiego, taki proces określa się mianem subklonowania.

G10: Gene targeting - opisać, zastosowanie, czemu nie można używać mikroiniekcji.

Gene targeting jest to homologiczna wymiana genów, Wykorzystanie rekombinacji homologicznej umożliwia wprowadzenie zmian do genomu w dokładnie określonym miejscu. W celu dotarcia do obydwu alleli genu muszą by użyte różne geny markerowe w dwóch rundach „ gene targeting”.

- knock-in to dołączenie czegoś do genu w genomie

- knock-out to wyłączenie genu w genomie

Usunięcie genu może być letalne  już na etapie wczesnego rozwoju zarodkowego. Wykorzystanie rekombinacji homologicznej i rekombinazy miejscowo- swoistej umożliwia wyłączenie genu w wybranym narządzie lub na określonym etapie rozwoju.

Transgen wprowadzony metodą mikroiniekcji integruje z genomem w przypadkowym, niemożliwym do przewidzenia miejscu.

G11: Metody klonowania zwierząt i możliwe wykorzystanie tych zwierząt w biotechnologii i medycynie.

W przypadku zwierząt zazwyczaj stosuje się technikę polegającą na przeniesieniu jądra komórki somatycznej pobranej z klonowanego osobnika, do komórki jajowej pozbawionej jądra. Proces ten tworzy funkcjonalną zygotę. Zygota ta może, jeśli się jej na to pozwoli, rozwinąć w żywego osobnika. Dawca komórki jajowej z reguły pochodzi z tego samego gatunku. Transfer jądra do komórki jajowej innego gatunku rzadko jest skuteczny.

Klony otrzymane w procesie transferu jądrowego nie są w 100% genetycznie identyczne z dawcami. W trakcie tego procesu wymienia się bowiem tylko materiał genetyczny zawarty w jądrze komórkowym pozostawiając RNA mitochondrialny biorcy. Mitochondrialne RNA ma jednak minimalny wkład w dziedziczenie cech genetycznych.

Klonowanie zarodków metodą izolacji blastomerów.
Polega na usunięci osłonki przejrzystej zarodka gdy występuje on w stadium 4-komórkowym – składa się z 4 blastomerów (wykorzystywane też są czasami zarodki składające się z 2, lub 8 blastomerów), a następnie umieszczeniu w pożywce pozbawionej jonów magnezu i wapnia, co powoduje osłabienie połączeń pomiędzy blastomerami i rozdzielenie się ich. Następnie rozdzielne blastomery hoduje się w warunkach in vitro do momentu uzyskania przez nie stadium moruli lub blastocysty. Następni...