Na rysunku przedstawiono etapy klonowania pierwszego ssaka, w wyniku którego powstała słynna owca Dolly.

a) Uporządkuj wymienione w tabeli czynności, tak aby odpowiadały kolejnym etapom klonowania. Wpisz odpowiednio numery 2–6.

b) Zaznacz owcę, której klonem była owca Dolly. Odpowiedź uzasadnij. A. owca rasy fińskiej B. owca rasy szkockiej C. zastępcza matka owca rasy szkockiej

Bliźnięta jednojajowe (monozygotyczne) są zawsze tej samej płci, natomiast bliźnięta różnojajowe (dizygotyczne) mogą mieć płeć taką samą lub różną.

Wyjaśnij, od czego zależy płeć bliźniąt różnojajowych.

U osoby chorej na SCID (rodzaj ciężkiego złożonego niedoboru odporności), u której komórki szpiku kostnego nie działają prawidłowo z powodu mutacji genowej na chromosomie X, zastosowano przedstawioną poniżej metodę leczenia.

1. Sklonowano prawidłowy allel, który nie warunkuje wystąpienia choroby (nieobecny
w komórkach pacjenta).

2. Do genomów retrowirusów pozbawionych zjadliwości wstawiono inserty (fragmenty) RNA kodujące prawidłowy allel.

3. Retrowirusami zakażono, wcześniej pobrane od pacjenta, komórki szpiku kostnego, które następnie hodowano w kulturze komórkowej.

4. Zmodyfikowane komórki szpiku kostnego wstrzykiwano do szpiku kostnego pacjenta.

Na podstawie: N.A. Campbell i inni, Biologia, Poznań 2012.

a) Określ, czy opisany sposób leczenia osoby chorej na SCID można uznać za terapię genową. Odpowiedź uzasadnij.

b) Wyjaśnij, dlaczego w opisanej metodzie wykorzystano retrowirusy jako wektory. W odpowiedzi uwzględnij mechanizm infekcji wirusowej.

c) Określ, czy pacjent, u którego zastosowano przedstawioną metodę leczenia, przekaże allel warunkujący SCID swoim córkom. Odpowiedź uzasadnij.

W celu sprawdzenia, czy na przejście komórek do fazy M cyklu komórkowego mogą mieć wpływ związki chemiczne zawarte w cytoplazmie innych komórek będących w fazie M, przeprowadzono doświadczenie w dwóch wariantach: A i B. W doświadczeniu wykorzystano
oocyty żaby Xenopus, które są wygodnym obiektem sprawdzania aktywności czynników kierujących komórkę do fazy M, gdyż mają one zakończoną replikację DNA i są zatrzymane tuż przed fazą podziału jądra komórkowego.

A. Z oocytu żaby Xenopus, znajdującego się w interfazie cyklu komórkowego, pobrano
cytoplazmę, następnie wstrzyknięto ją do innego oocytu tej żaby, znajdującego się
w interfazie.

B. Z dzielącego się jaja żaby Xenopus, znajdującego się w fazie M cyklu komórkowego,
pobrano cytoplazmę, następnie wstrzyknięto ją do oocytu tej żaby, znajdującego się
w interfazie.

Przebieg doświadczenia i jego wyniki przedstawiono na poniższych schematach.

Sformułuj wniosek na podstawie wyników przedstawionego doświadczenia.

Określ, który wariant tego doświadczenia – A czy B – stanowił dla niego próbę kontrolną.
Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do roli tej próby w interpretacji wyników
doświadczenia.

Podaj nazwę podziału jądra komórkowego, który został wywołany wstrzyknięciem do oocytu cytoplazmy z dzielącej się komórki w fazie M, i rozpoznaj fazę podziału, którą oznaczono na schemacie literą X. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do zmian w komórce.

Nazwa podziału: …………………………………………………………………………………………………………………….

Faza podziału: ………………………………………………………………………………………………………………………..

Uzasadnienie:

Uzasadnij tezę, że konsekwencją mutacji genów kodujących białka regulujące cykl komórkowy może być u człowieka rozwój nowotworu.

Podaj przykład funkcji, jaką pełnią w niedzielącym się oocycie mikrotubule wchodzące w skład cytoszkieletu komórki.

Białka histonowe, typowe dla eukariontów, zbudowane są z części globularnej oraz
z tzw. ogonka, wystającego poza nukleosom. Ogonki białek histonowych są miejscem modyfikacji chemicznych polegających m.in. na acetylacji i deacetylacji. Modyfikacje te
wpływają na strukturę chromatyny: regulują w ten sposób ekspresję informacji genetycznej w komórce. Na schemacie przedstawiono modyfikacje fragmentu chromatyny o długości
ok. 600 par zasad.

Podaj, który z procesów przedstawionych na schemacie – acetylacja czy deacetylacja –
prowadzi do zahamowania ekspresji informacji genetycznej danego fragmentu DNA.
Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do znaczenia powstałych zmian w strukturze
chromatyny.

Wśród mikroflory jelita krwiopijnego pluskwiaka Rhodnius prolixus, który jest wektorem świdrowca wywołującego u ludzi groźną chorobę Chagasa, dominuje bakteria – Rhodococcus rhodnii. Do genomu tej bakterii wprowadzono gen ćmy kodujący cekropinę A – peptyd wywołujący śmierć świdrowca. W wyniku tego w ciele pluskwiaka liczba świdrowców
znacznie spadła. Preparaty zawierające transgeniczne bakterie Rhodococcus rhodnii mogą być wykorzystywane do zapobiegania roznoszenia choroby Chagasa poprzez wprowadzanie ich do środowiska życia pluskwiaków.

Na podstawie: M. Kukla, Z. Piotrowska-Seget, Symbioza owady – bakterie, „Kosmos”, t. 60/2011.

Wyjaśnij, dlaczego gen kodujący cekropinę A wprowadza się do genomu bakterii Rhodococcus rhodnii w postaci cDNA otrzymanego w wyniku odwrotnej transkrypcji na matrycy eukariotycznego mRNA.

Uzasadnij tezę, że stosowanie preparatów zawierających transgeniczne bakterie
Rhodococcus rhodnii w celu zapobiegania roznoszenia choroby Chagasa jest korzystniejsze dla środowiska niż stosowanie chemicznych metod zwalczania tego pluskwiaka.

Wskazówki:

Organizmy transgeniczne to takie organizmy, które otrzymały gen innego gatunku. Pamiętajmy, że nie każdy organizm modyfikowany genetycznie jest transgeniczny. Modyfikacja może zachodzić w obrębie genomu jednego organizmu, bez wprowadzaniu genu innego gatunku, a może polegać na usunięciu genu (wyciszeniu) lub jego duplikacji czy zwielokrotnieniu.

Oceń, czy poniższe zdanie jest prawdziwe. Odpowiedź uzasadnij, przedstawiając odpowiednie obliczenia.

Odcinek mRNA kodujący polipeptyd zbudowany z 45 aminokwasów składa się ze 120 nukleotydów.

Leptyna jest hormonem peptydowym, uczestniczącym w kontroli przyjmowania pokarmu. Hormon ten, zwany również „hormonem sytości”, jest syntetyzowany i wydzielany głównie przez komórki białej tkanki tłuszczowej. Działa on poprzez receptory leptynowe znajdujące się w neuronach podwzgórza. Głównym efektem działania leptyny jest zarówno pobudzanie grupy neuronów, które zwiększają wydzielanie peptydów α-MSH i CART odpowiedzialnych za uczucie sytości, jak i hamowanie syntezy oraz wydzielanie przez neurony neuropeptydu Y – jednego z najsilniejszych czynników powodujących łaknienie. U niektórych osób występuje mutacja w obrębie genu kodującego leptynę lub genu receptora leptyny.

Na podstawie: http//www.kzf.amp.edu.pl/files/pl/laknienie

a) Na podstawie tekstu wyjaśnij, w jaki sposób mutacja genu leptyny powodująca np. powstanie kodonu STOP wpływa na łaknienie (pobieranie pokarmu przez człowieka). W odpowiedzi uwzględnij rolę peptydów wymienionych w tekście.
b) Na podstawie tekstu określ prawdopodobną przyczynę wzmożonego łaknienia u części osób otyłych, mimo występującego u nich podwyższonego stężenia leptyny.

Najprostszymi mutacjami w DNA są substytucje: tranzycje – polegające na wymianie puryny na purynę lub pirymidyny na pirymidynę i transwersje – polegające na zamianie pirymidyny na purynę lub na odwrót. Innymi mutacjami są np. insercje i delecje.
Poniżej przedstawiono fragment nici DNA, w której nie zaszła żadna mutacja, i która nie zawiera intronów. Poszczególne kodony zostały oddzielone przerwami.

5’ ATG AAG GGC GTA GGA 3’ – nić kodująca (nieulegajaca transkrypcji)
3’ TAC TTC CCG CAT CCT 5’ – nić matrycowa (transkrybowana)

W nici kodującej analizowanego fragmentu DNA doszło do dwóch niezależnych mutacji (przypadek 1. i przypadek 2.), w wyniku których powstały następujące zapisane poniżej,
zmienione fragmenty nici DNA (zamienione nukleotydy zostały podkreślone i wyróżnione pogrubioną czcionką).

a) Zapisz sekwencję antykodonu dla cząsteczki tRNA komplementarnej do drugiego kodonu w mRNA, który powstanie po transkrypcji niezmutowanego DNA. W odpowiedzi uwzględnij polarność nici RNA (koniec 3’ i 5’).
b) Na podstawie tekstu podaj pełną nazwę substytucji dla każdego z przypadków (1. i 2.) przedstawionych powyżej oraz określ, na czym dana mutacja polega.

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.

Na podstawie: http://bioinfo.mol.uj.edu.pl/articles/Tkocz04

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: 1. trawienia DNA i 2. syntezy cDNA.
c) Podaj przykład wektora najczęściej stosowanego podczas tworzenia biblioteki DNA przedstawionej na schemacie.

W komórkach bakterii Escherichia coli ekspresja genów kodujących enzymy niezbędne do pobierania i metabolizowania laktozy jest zależna od źródła pożywienia, jakie jest dostępne w środowisku. Ekspresję operonu laktozowego regulują sekwencja wiążąca aktywator ułatwiający polimerazie RNA rozpoczęcie transkrypcji oraz operator wiążący represor, który blokuje dostęp do promotora polimerazie RNA. Kiedy zarówno glukoza, jak i laktoza są obecne w środowisku, E. coli preferencyjnie wykorzystuje glukozę, a represor laktozowy wiąże się z operatorem. Jednak w warunkach ograniczonego dostępu do glukozy, w komórce E. coli dochodzi do gromadzenia się cząsteczki cAMP aktywującej aktywator, a obecna w środowisku laktoza inaktywuje represor – co przedstawiono na poniższym schemacie. Zachodzi wówczas ekspresja genów kodujących enzymy szlaku metabolizmu laktozy, np. β-galaktozydazę.

Na podstawie: Biologia, pod. red. N.A. Campbella, Poznań 2012.

1. Na podstawie przedstawionych informacji oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń dotyczących regulacji ekspresji operonu laktozowego E. coli. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.

2. Uzupełnij poniższy tekst charakteryzujący rolę β-galaktozydazy w metabolizmie laktozy. Wpisz w luki właściwe określenia.

Białko enzymatyczne kodowane przez gen lacZ operonu laktozowego – β-galaktozydaza – katalizuje w cząsteczkach laktozy reakcję hydrolizy wiązania …………………………, co prowadzi do jej rozkładu na dwie cząsteczki cukrów prostych: glukozę oraz ………….…………….. .

4. Zaznacz prawidłowe dokończenie poniższego zdania.

DNA E. coli zawierający m.in. geny operonu laktozowego
A. ma postać koliście zamkniętej cząsteczki i znajduje się w jądrze komórkowym.
B. ma postać liniowej cząsteczki i znajduje się w cytoplazmie.
C. ma postać koliście zamkniętej cząsteczki i znajduje się w cytoplazmie.
D. ma postać liniowej cząsteczki i znajduje się w jądrze komórkowym.

Wskazówki

Operon laktozowy składa się z trzech genów, których ekspresja prowadzi do otrzymania 3 enzymów hydrolizujących laktozę do galaktozy i glukozy. Operon laktozowy jest operonem katabolicznym, który jednocześnie podlega regulacji pozytywnej i negatywnej. Dzięki temu mechanizmowi komórka bakteryjna może reagować i enzymy nigdy nie będą niepotrzebnie syntezowane, np gdy nie ma laktozy w podłożu z któego jest ona pobierana, lub np gdy jest dostępna glukoza i nie ma uzasadnienia by ją pozyskiwać z laktozy.

 

Najprostszymi mutacjami w DNA są substytucje: tranzycje – polegające na wymianie puryny na purynę lub pirymidyny na pirymidynę i transwersje – polegające na zamianie pirymidyny na purynę lub na odwrót. Innymi mutacjami są np. insercje i delecje.
Poniżej przedstawiono fragment nici DNA, w której nie zaszła żadna mutacja, i która nie zawiera intronów. Poszczególne kodony zostały oddzielone przerwami.

5’ ATG AAG GGC GTA GGA 3’ – nić kodująca (nieulegajaca transkrypcji)
3’ TAC TTC CCG CAT CCT 5’ – nić matrycowa (transkrybowana)

W nici kodującej analizowanego fragmentu DNA doszło do dwóch niezależnych mutacji (przypadek 1. i przypadek 2.), w wyniku których powstały następujące zapisane poniżej,
zmienione fragmenty nici DNA (zamienione nukleotydy zostały podkreślone i wyróżnione pogrubioną czcionką).

1. Zapisz sekwencję antykodonu dla cząsteczki tRNA komplementarnej do drugiego kodonu w mRNA, który powstanie po transkrypcji niezmutowanego DNA. W odpowiedzi uwzględnij polarność nici RNA (koniec 3’ i 5’).
2. Na podstawie tekstu podaj pełną nazwę substytucji dla każdego z przypadków (1. i 2.) przedstawionych powyżej oraz określ, na czym dana mutacja polega.
3. Określ, jakie będą skutki każdej z dwóch opisanych mutacji dla pierwszorzędowej struktury polipeptydu, w porównaniu z jego prawidłową sekwencją. W odpowiedzi uwzględnij nazwy kodowanych aminokwasów.

Pod wpływem ogrzewania struktura podwójnej helisy DNA ulega zniszczeniu i rozpada się
na pojedyncze nici. Temperatura, w której dochodzi do utraty połowy helikalnej struktury tej cząsteczki, nazywana jest temperaturą denaturacji cząsteczki DNA. Wartość tej temperatury jest zależna od składu nukleotydów budujących cząsteczkę DNA. Denaturacja jest procesem odwracalnym (renaturacja).

a) Zaznacz poprawne dokończenie zdania.
Wartość temperatury denaturacji będzie najwyższa w przypadku fragmentu cząsteczki DNA, którego jedna z nici (1.– 4.) zawiera następującą sekwencję zasad:

1. TGA GAT CAT GAT
2. CCC GGA GAT TTA
3. AAT CGA TTC GTA
4. TAC CCT ATC GAT

b) Wyjaśnij, dlaczego wartość temperatury denaturacji cząsteczki DNA jest zależna od jej składu nukleotydowego.

Wśród zasad azotowych wchodzących w skład fragmentu nici DNA kodującej (nieulegającej transkrypcji), tymina stanowi 35%, guanina – 15%, a cytozyna – 20%.

Podaj udział procentowy wszystkich zasad azotowych wchodzących w skład:

Uporządkuj etapy procesu prowadzącego do otrzymania transgenicznej kukurydzy wytwarzającej prowitaminę A. Wpisz w tabelę numery 2–6.