Biblioteka DNA stanowi zbiór fragmentów DNA danego organizmu włączonych do
cząsteczek wektorów i wprowadzonych najczęściej do komórek bakterii lub drożdży.
Wyróżnia się dwa rodzaje bibliotek DNA – genomowe oraz cDNA. Biblioteki cDNA
tworzone są wg informacji zawartej w mRNA.
Na schemacie przedstawiono etapy tworzenia biblioteki genomowej człowieka.
a)
Podaj, czym różni się zawartość informacji genetycznej organizmów eukariotycznych pochodząca z biblioteki DNA genomowej od informacji genetycznej pochodzącej z biblioteki cDNA.
b)
Podaj nazwę rodzaju enzymu katalizującego proces
trawienia DNA:
syntezy cDNA:
c)
Podaj przykład wektora najczęściej stosowanego podczas tworzenia biblioteki DNA przedstawionej na schemacie.
Pod koniec XX wieku zaczęto stosować badania DNA dla potrzeb sądownictwa.
Gdy w próbce jest zbyt mało DNA jądrowego, lub gdy jest on mocno zniszczony, bierze się
pod uwagę DNA mitochondrialny – mtDNA, który występuje w komórkach w większej
liczbie kopii niż jądrowy. Zygota człowieka otrzymuje ok. 100 tys. cząsteczek mtDNA, które
znajdowały się w mitochondriach oocytu. Mitochondria obecne w plemniku, zawierające
po ok. 100 kopii mtDNA, po zapłodnieniu degenerują wraz z ich zawartością, w wyniku
niepoznanego dotąd dobrze mechanizmu.
Na podstawie: K. Gawęda-Walerych, I.Sołtyszewski, Zastosowanie analizy mitochondrialnego DNA w badaniach kryminalistycznych, www.badanieojccostwa.pl
Na podstawie przedstawionych informacji wyjaśnij, dlaczego mtDNA, w przeciwieństwie do DNA jądrowego, nie może być wykorzystywany do ustalania ojcostwa.
Przykładem organizmów modyfikowanych genetycznie (GMO) są transgeniczne bakterie
Escherichia coli, wytwarzające ludzką insulinę. Do genomu tych bakterii wprowadzony
został fragment DNA, tzw. cDNA (ang. complementary DNA), syntezowany na matrycy
mRNA wyizolowanego z komórek trzustki, będącego matrycą do wytwarzania insuliny.
17.1. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego do genomu modyfikowanych bakterii nie wprowadza się odcinka DNA z genem ludzkiej insuliny, tylko cDNA wytworzone na podstawie mRNA transkrybowanego z tego genu.
17.2. (0–1)
Uzasadnij prawdziwość stwierdzenia: „Każdy organizm transgeniczny jest GMO, ale nie każdy GMO to organizm transgeniczny”.
Celem modyfikacji prowadzonych na roślinach użytkowych jest uzyskanie dzięki nim jak
największych korzyści, np. ekonomicznych. Niektóre nowo wytworzone odmiany roślin
transgenicznych są już odporne na niekorzystne warunki środowiska, takie jak: mróz
czy wysokie temperatury, susza czy zasolenie gleby, które do tej pory stanowiły dla zwykłych
roślin czynniki ograniczające. Wytworzono też rośliny potrafiące akumulować pierwiastki
metali ciężkich z gleby, co daje możliwość ich usuwania ze środowiska.
Na podstawie: http://www.biotechnolog.pl/rosliny-transgeniczne-gmo-przyklady-modyfikacji
Wybierz jedną z podanych w tekście cech roślin transgenicznych i określ korzyści, jakie może przynieść dla gospodarki człowieka uprawa roślin mających tę cechę.
Do otrzymania w sposób tradycyjny nowej odmiany pszenicy potrzebowano ponad 20 lat
pracy polegającej na żmudnym krzyżowaniu aż sześciu istniejących odmian. Przykładem
postępu w tradycyjnych eksperymentach nad pozyskiwaniem nowych odmian roślin może
być również otrzymanie nektarynki (odmiany brzoskwini o gładkiej skórce), która powstała
poprzez utrwalenie recesywnego allelu. W czasie takiej uprawy nie ma jednak możliwości
wywołania określonej, pożądanej zmiany – hodowca dokonuje jedynie selekcji. Inżynieria
genetyczna zrewolucjonizowała tradycyjne metody, co pozwoliło w stosunkowo krótkim
czasie uzyskać pożądane i trwałe cechy roślin, np. tzw. złoty ryż, o wysokiej zawartości
prowitaminy A, wyhodowano już po czterech latach pracy badawczej.
Na podstawie: A. Koziński, Biotechnologia talerza, „Wprost” nr 24/2004 (1124); www.wprost.pl
Na podstawie tekstu podaj dwie cechy metod stosowanych w inżynierii genetycznej dające im przewagę nad metodami tradycyjnymi w uzyskiwaniu nowych odmian roślin.
Insulina jest hormonem regulującym poziom glukozy we krwi kręgowców.
Połączenie się insuliny z receptorami błonowymi komórek wątroby i mięśni skutkuje
zwiększeniem liczby białek transportujących glukozę do komórek. Ponadto insulina zwiększa
wychwytywanie aminokwasów przez komórki oraz pobudza transkrypcję i translację.
Insuliny różnych gatunków zwierząt i człowieka różnią się nieznacznie składem
aminokwasów. Różnice te na ogół nie wpływają na ich aktywność biologiczną, gdy są one
podawane człowiekowi. Jednak rezultatem dłuższego podawania człowiekowi obcej insuliny
(np. wołowej) jest powstawanie przeciwciał hamujących jej działanie.
Insulina była pierwszym lekiem wytworzonym metodami inżynierii genetycznej. Obecnie
do jej produkcji wykorzystuje się bakterie Escherichia coli, którym wszczepia się
odpowiednio przygotowane geny ludzkie warunkujące wytwarzanie insuliny.
Na podstawie: W. Traczyk, A.Trzebski, Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej, Warszawa 2007.
Na rysunku przedstawiono budowę cząsteczki insuliny.
3.1. (0–1)
Uzasadnij, że insulina jest białkiem mającym strukturę IV-rzędową.
3.2. (0–1)
Przyporządkuj wszystkie wymienione poniżej informacje (1–4) do dwóch kategorii: I – czynniki stymulujące wydzielanie insuliny i II – skutki działania insuliny. Zapisz ich numery w odpowiednich kolumnach tabeli.
wysoki pozom glukozy we krwi
prawidłowy poziom glukozy we krwi
wzmożona synteza glikogenu w komórkach mięśni i wątroby
wzmożona synteza białek w komórkach mięśni i wątroby
I. Czynniki stymulujące wydzielanie insuliny
II. Skutki działania insuliny
3.3. (0–1)
Określ, czy insulina jest hormonem pobudzającym w komórkach mięśni i wątroby reakcje anaboliczne, czy – kataboliczne. Odpowiedź uzasadnij.
3.4. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego gen człowieka, warunkujący wytwarzanie insuliny musi być przed wprowadzeniem do komórek bakterii odpowiednio przygotowany, aby uległ w nich prawidłowej ekspresji.
3.5. (0–1)
Określ, czy zmodyfikowane bakterie Escherichia coli wykorzystywane do wytwarzania insuliny ludzkiej są organizmami transgenicznymi. Odpowiedź uzasadnij.
3.6. (0–1)
Wykaż, że podawanie człowiekowi choremu na cukrzycę insuliny typu ludzkiego produkowanej przez bakterie ma mniejsze skutki uboczne niż długotrwałe podawanie insuliny zwierzęcej.
Celem modyfikacji prowadzonych na roślinach użytkowych jest uzyskanie dzięki nim jak
największych korzyści, np. ekonomicznych. Niektóre nowo wytworzone odmiany roślin
transgenicznych są już odporne na niekorzystne warunki środowiska, np. mróz czy wysokie
temperatury, susza czy zasolenie gleby, które do tej pory stanowiły dla zwykłych roślin
czynniki ograniczające. Wytworzono też rośliny potrafiące akumulować pierwiastki metali
ciężkich z gleby, co daje możliwość ich usuwania ze środowiska.
Na podstawie: http://www.aptekazsercem.pl/artykuly/18-roliny-transgeniczne-html
Wybierz jedną z podanych w tekście cech roślin transgenicznych i określ, jakie korzyści dla gospodarki człowieka może przynieść uprawa roślin mających tę cechę.
Przeprowadzono doświadczenie: z w pełni zróżnicowanych komórek pobranych z jelita
kijanki żaby pobrano jądra komórkowe i wprowadzono je do komórek jajowych żaby,
z których wcześniej usunięto ich własne jądra komórkowe. Wiele zygot otrzymanych w ten
sposób rozwinęło się w normalne kijanki. Doświadczenie to może dowodzić,
że w wyspecjalizowanych komórkach organizmu znajduje się „pełen zestaw instrukcji”
niezbędnych do utworzenia całego organizmu.
Na podstawie: Biologia, pod red. N.A. Campbella, Poznań 2012.
a)
Podaj nazwę opisanego sposobu otrzymywania organizmów potomnych.
b)
Na podstawie wyników doświadczenia uzasadnij prawdziwość stwierdzenia: „Wszystkie zróżnicowane komórki danego organizmu zawierają jego pełną informacje genetyczną”.
c)
Wyjaśnij, dlaczego, komórki różnych tkanek tego samego organizmu mogą się różnić budową i funkcją, mimo że zawierają tę samą informację genetyczną.
Restryktazy (enzymy restrykcyjne) – to enzymy wytwarzane przez bakterie w celu obrony
przed wirusowym DNA, ale są także powszechnie wykorzystywane przez człowieka
w inżynierii genetycznej.
Oceń prawdziwość informacji dotyczących mechanizmu działania restryktaz i ich zastosowania w inżynierii genetycznej. Zaznacz w tabeli P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Warunkiem przecięcia łańcucha DNA przez restryktazę jest wcześniejsze rozpoznanie określonej sekwencji nukleotydów właściwych dla danego enzymu.
P
F
2.
Ten sam rodzaj restryktazy może rozcinać różne cząsteczki DNA na fragmenty z tępymi lub lepkimi końcami.
P
F
3.
Restryktazy przeprowadzają także reakcje łączenia odcinków DNA wektora i DNA dawcy.
