Prolaktyna, wydzielana przez gruczołową część przysadki mózgowej, jest jednołańcuchowym
polipeptydem złożonym ze 199 aminokwasów, powstającym w wyniku odcięcia peptydu
sygnałowego liczącego 28 aminokwasów.
Na poniższym schemacie przedstawiono strukturę przestrzenną cząsteczki dojrzałej ludzkiej
prolaktyny.
Na podstawie: S.J. Konturek, Fizjologia człowieka, Wrocław 2013;
Protein Data Bank, https://www.rcsb.org/structure/1RW5.
1.1. (0–1)
Określ dominującą strukturę II-rzędową w cząsteczce dojrzałej ludzkiej prolaktyny.
1.2. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji określ najwyższą rzędowość struktury białka
– prolaktyny. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do cech budowy tego białka.
1.3. (0–1)
Podaj całkowitą liczbę kodonów w mRNA stanowiącym matrycę podczas syntezy
prolaktyny.
U ssaków przeciwciała produkowane przez matkę mogą zostać przekazane potomstwu
nie tylko w czasie życia płodowego, lecz także po urodzeniu. Zawarte w mleku matki
przeciwciała klasy IgG mogą przedostać się przez nabłonek jelita do krwiobiegu niemowlęcia,
ale przeciwciała klasy IgA są wchłaniane do enterocytów tylko w niewielkim stopniu, gdzie są
następnie trawione.
Selektywny transport przeciwciał umożliwia białko FcRn, składające się z dwóch
niekowalencyjnie związanych łańcuchów: ciężkiego H oraz lekkiego L. Przechodzi ono
modyfikacje potranslacyjne – do co najmniej jednego aminokwasu są dołączane reszty
cukrowe. Białko FcRn pełni funkcję receptora na powierzchni błony enterocytu, a jego
powinowactwo do przeciwciał jest zależne od pH środowiska. U młodych ssaków treść
dwunastnicy i jelita czczego ma kwaśny odczyn, a więc niższy niż fizjologiczne pH krwi.
Transport przeciwciał zilustrowano na poniższym schemacie.
Na podstawie: M. Pyzik i inni, The Architect Behind the Immune and Nonimmune
Functions of IgG and Albumin, „Journal of Immunlogy” 194, 2015, s. 4595–4603.
1.1. (0–1)
Wybierz i zaznacz makroelement, który może wejść w skład białka wyłącznie w wyniku
modyfikacji potranslacyjnej.
węgiel
wodór
azot
tlen
fosfor
siarka
1.2. (0–1)
Na podstawie przedstawionych we wstępie do zadania informacji określ najwyższą rzędowość struktury białka
FcRn. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się do cechy budowy tego białka.
1.3. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdanie tak, aby powstał poprawny opis transportu przeciwciał przez
komórkę nabłonka jelita z mleka matki do krwiobiegu niemowlęcia. W każdym nawiasie
podkreśl właściwe określenie.
Przeciwciała dostają się z treści jelita niemowlęcia do wnętrza enterocytu na zasadzie
(dyfuzji wspomaganej / endocytozy), a następnie wydostają się z niego do jego krwiobiegu
w procesie (dyfuzji prostej / egzocytozy).
1.4. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego przez barierę jelitową do krwiobiegu niemowlęcia przedostają
się wyłącznie przeciwciała klasy IgG, mimo że w mleku matki są zawarte także
przeciwciała klasy IgA. W odpowiedzi uwzględnij rolę białka FcRn.
Na poniższym rysunku przedstawiono jeden z etapów translacji. Literami: E, P i A zaznaczono
trzy miejsca funkcyjne rybosomu.
https://pl.khanacademy.org
2.1. (0–1)
Podaj nazwę aminokwasu oznaczonego na rysunku literą X.
Nazwa aminokwasu:
2.2. (0–1)
Oceń czy poniższe stwierdzenia dotyczące rybosomów w komórkach eukariotycznych
są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Funkcjonalny rybosom w komórce eukariotycznej składa się z dwóch podjednostek: małej i dużej, które są zbudowane z białek i rRNA.
P
F
2.
Wszystkie rybosomy w komórce eukariotycznej są jednakowej wielkości i pełnią te same funkcje.
P
F
3.
W komórkach eukariotycznych białka produkowane na eksport powstają na rybosomach związanych z siateczką śródplazmatyczną.
P
F
2.3. (0–2)
Do funkcji rybosomu 1.–4., pełnionych podczas translacji przez poszczególne miejsca
funkcyjne rybosomu, przyporządkuj ze schematu ich odpowiednie oznaczenia wybrane
spośród: E, P lub A.
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby zawierały one prawdziwe informacje dotyczące
translacji. Podkreśl w każdym nawiasie właściwe określenie.
Do połączenia podjednostek rybosomu dochodzi tylko w przypadku przyłączenia do (małej / dużej) podjednostki odpowiedniego rodzaju kwasu nukleinowego – (tRNA / końca 3ʹ mRNA / końca 5ʹ mRNA). Zachodzi wtedy proces (inicjacji / elongacji / terminacji) translacji.
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby powstał poprawny opis zjawiska alternatywnego
składania eksonów. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.
W wyniku alternatywnego składania eksonów może powstać (tylko jeden rodzaj / wiele
rodzajów) mRNA. Dzięki temu w organizmach eukariotycznych obserwuje się znacznie
(mniej / więcej) różnych białek w porównaniu z liczbą genów w genomie. Ze względu na to,
że ten proces nie zachodzi w organizmach prokariotycznych, gdy planuje się otrzymanie
eukariotycznego białka w komórkach bakterii, należy przeprowadzić odwrotną (transkrypcję / translację) mRNA, która pozwala uzyskać gen pozbawiony (eksonów / intronów).
Współcześnie stosuje się dwie podstawowe metody wykrywania zakażeń HIV. Rutynowe
badanie polega na wykrywaniu przeciwciał anty-HIV w surowicy pacjenta. W przypadku tej metody czułość badania, czyli prawdopodobieństwo otrzymania wyniku dodatniego u osoby
chorej, tzn. wykrycia zakażenia, wynosi 100%, ale wynik dodatni otrzymuje się także dla 0,5% zdrowych osób – specyficzność wynosi 99,5%. Dlatego postawienie diagnozy zakażenia HIV wymaga potwierdzenia dodatkowym badaniem za pomocą metody PCR, wykrywającym gen odwrotnej transkryptazy wbudowany w genom gospodarza. Ta metoda jest teoretycznie
bezbłędna pod warunkiem utrzymywania wysokich standardów pracy laboratoryjnej.
Odpowiednie próby kontrolne służą sprawdzeniu, czy:
polimeraza DNA nie utraciła aktywności podczas przechowywania (kontrola pozytywna),
wszystkie odczynniki są wolne od wirusowego materiału genetycznego (kontrola negatywna).
Dla trzech pacjentów uzyskano dodatni wynik testu na obecność przeciwciał anty-HIV. Z tego powodu lekarz zlecił dodatkowe badanie z wykorzystaniem metody PCR, którego wyniki
podsumowano w poniższej tabeli.
Próba
badawcza
kontrolna pozytywna
kontrolna negatywna
Pacjent 1.
–
+
–
Pacjent 2.
+
+
+
Pacjent 3.
+
+
–
Na podstawie: GenBank sekwencja nr KR861191.1;
M. Fearon, The Laboratory Diagnosis of HIV Infections, „Can J Dis Med Microbiol” 16, 2005, s. 26–30;
D.S Boyle i inni, Rapid Detection of HIV-1 Proviral DNA for Early Infant Diagnosis Using Recombinase
Polymerase Amplification, „mBio” 4, 2013, e00135–13;
S. Koblavi-Dème i inni, Sensitivity and Specificity of Human Immunodeficiency Virus Rapid Serologic Assays
and Testing Algorithms in an Antenatal Clinic in Abidjan, Ivory Coast, „J Clin Microbiol” 39, 2001, s. 1808–1812.
14.1. (0–2)
Zaprojektuj doświadczenie PCR wykrywające DNA HIV wbudowane w genom gospodarza.
Dla każdej z prób – badawczej, kontrolnej pozytywnej i kontrolnej negatywnej – wybierz
wszystkie właściwe składniki mieszaniny reakcyjnej. Wpisz w tabelę znak „+”, jeśli składnik
należy dodać do próby, albo znak „–”, jeśli ten składnik należy pominąć.
Próba
badawcza
kontrolna pozytywna
kontrolna negatywna
DNA genomowy wyizolowany
od pacjenta
DNA genomowy wyizolowany
z linii komórkowej zakażonej HIV
para specyficznych starterów
bufor zapewniający optymalne pH
i stężenie jonów Mg2+
termostabilna polimeraza DNA
mieszanina deoksyrybonukleotydów
14.2. (0–1)
Wybierz spośród A–D i zaznacz prawidłowe sekwencje starterów polF1 i polR1,
wykorzystywanych w teście diagnostycznym HIV, przyłączających się do zaznaczonych
fragmentów poniższej sekwencji genu odwrotnej transkryptazy wirusa HIV,
wbudowanej w genom gospodarza.
Przed zabiegiem chirurgicznym pacjentowi wykonano testy na nosicielstwo wirusa HIV
wykrywające przeciwciała anty-HIV. Wynik wyszedł dodatni. Pacjent nie znajduje się w żadnej
z grup ryzyka zakażenia HIV. Według oficjalnych danych częstość występowania zakażenia
HIV w Polsce wynosi ok. 40 osób na 100 tys.
Oblicz prawdopodobieństwo, że pacjent jest zakażony HIV, z uwzględnieniem czułości
i specyficzności testu na przeciwciała anty-HIV. Zapisz obliczenia w wyznaczonych
miejscach 1.–3.
Oczekiwana liczba osób zakażonych HIV, u których wynik testu na przeciwciała anty-HIV będzie dodatni, wśród 100 tys. losowo przebadanych osób:
Oczekiwana liczba osób zdrowych (niezakażonych), u których wynik testu na przeciwciała anty-HIV będzie dodatni, wśród 100 tys. losowo przebadanych osób:
Prawdopodobieństwo, że pacjent z dodatnim wynikiem testu na przeciwciała anty-HIV jest zakażony HIV:
14.4. (0–1)
Oceń, czy poniższe interpretacje przedstawionych wyników badań trojga pacjentów są
prawidłowe. Zaznacz T (tak), jeśli interpretacja jest prawidłowa, albo N (nie) – jeśli jest
nieprawidłowa.
1.
U pacjenta 1. wynik testu na przeciwciała anty-HIV był fałszywie dodatni, o czym świadczy wykluczenie zakażenia na podstawie wyników PCR.
T
N
2.
Wyniki testu PCR dla pacjenta 2. są niewiarygodne ze względu na dodatni wynik w próbie kontrolnej negatywnej – należy powtórzyć badanie.
T
N
3.
Dodatkowe badanie techniką PCR potwierdziło podejrzenie, że pacjent 3. jest zakażony HIV.
T
N
14.5. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego testy wykrywające przeciwciała anty-HIV nie nadają się
do diagnostyki zakażeń HIV u noworodków i niemowląt urodzonych przez matki
zakażone HIV. W odpowiedzi uwzględnij spodziewany wynik testu oraz funkcjonowanie
układu odpornościowego matki.
14.6. (0–1)
Oceń, czy poniższe osoby znajdują się w grupie zwiększonego ryzyka zakażenia HIV.
Zaznacz T (tak), jeśli się w niej znajdują, albo N (nie) – jeśli w niej się nie znajdują.
1.
Osoby przebywające w jednym pomieszczeniu z osobami zakażonymi HIV, np. w pracy lub szkole.
T
N
2.
Osoby narażone na częste ukąszenia komarów i innych owadów odżywiających się krwią.
T
N
3.
Sąsiedzi osób zakażonych HIV, mieszkający w tym samym domu wielorodzinnym.
Na schemacie przedstawiono, w uproszczony sposób, syntezę pewnego peptydu.
Na podstawie: https://en.wikipedia.org/wiki/Ribosomal_pause#/media/File:Peptide_syn.png
18.1. (0–1)
Uzupełnij powyższy schemat.
Wpisz w puste prostokąty odpowiednie oznaczenia (3ʹ lub 5ʹ) obu końców nici cząsteczki mRNA.
Dorysuj do linii grot strzałki wskazującej kierunek odczytu informacji genetycznej.
18.2. (0–1)
Zapisz kodon, oznaczony na schemacie literami XYZ, kodujący metioninę
rozpoczynającą ten peptyd, oraz podaj nazwę aminokwasu oznaczonego na schemacie
literą α, który jako kolejny zostanie dołączony do syntezowanego peptydu.
Kodon XYZ:
Aminokwas α:
18.3. (0–1)
Określ, z ilu aminokwasów będzie ostatecznie zbudowany ten peptyd, jeżeli po translacji
metionina zostanie odcięta.
Liczba aminokwasów budujących peptyd:
18.4. (0–1)
We fragmencie DNA, w którym jest zapisana sekwencja aminokwasowa przedstawionego
peptydu, doszło w nici kodującej do podstawienia adeniny na guaninę w trzeciej pozycji kodonu
kodującego lizynę.
Określ skutek tej mutacji na poziomie sekwencji aminokwasowej peptydu.
W strukturze genu obok fragmentów kodujących (eksonów) mogą występować elementy
niekodujące, takie jak promotor lub introny.
W poniższej tabeli przedstawiono informacje na temat sześciu wybranych genów człowieka,
oznaczonych numerami 1.–6., kodujących określone białka.
Oznaczenie genu
Kodowane białko
Oznaczenie chromosomu
Wielkość genu (kpz DNA)
Wielkość mRNA (kz)
1.
α-globina
16
0,8
0,5
2.
albumina
4
25,0
2,1
3.
receptor LDL
19
45,0
5,5
4.
kinaza zależna od cyklin
4
54,0
1,7
5.
hydroksylaza fenyloalaninowa
12
90,0
2,4
6.
dystrofina
X
2000,0
16,0
kpz – tysiąc par zasad
kz – tysiąc zasad
Na podstawie: red. J. Bal, Biologia molekularna w medycynie, Warszawa 2013;
https://ghr.nlm.nih.gov/gene;
https://www.ncbi.nlm.nih.gov.
19.1. (0–1)
Podaj nazwę procesu, którego produktem jest pre-mRNA, oraz określ lokalizację
tego procesu w komórce człowieka.
Nazwa procesu:
Lokalizacja procesu:
19.2. (0–1)
Wyjaśnij, z czego wynikają różnice między wielkościami genów a wielkościami
cząsteczek mRNA, które im odpowiadają.
19.3. (0–1)
Podaj nazwę choroby, u podłoża której leży mutacja genu kodującego hydroksylazę
fenyloalaninową, prowadząca do utraty funkcji tego enzymu niezbędnego
w metabolizmie fenyloalaniny.
19.4. (0–1)
Spośród wymienionych w tabeli wybierz i zapisz oznaczenia pary genów, które mogą
dziedziczyć się niezgodnie z II prawem Mendla. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się
do treści tego prawa oraz do lokalizacji wybranych genów w genomie.
19.5. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby powstał poprawny opis dotyczący albumin. Podkreśl
w każdym nawiasie właściwe określenie.
Albuminy to białka (rozpuszczalne / nierozpuszczalne) w wodzie, występujące głównie
(w cytoplazmie erytrocytów / w osoczu krwi). Główną funkcją tych białek jest (transport
tlenu / regulacja ciśnienia osmotycznego krwi).
Dystrofia mięśniowa Duchenne'a jest najczęstszą i najcięższą z postępujących dystrofii
mięśniowych. Jest to choroba genetycznie uwarunkowana – dziedziczy się w sposób
recesywny sprzężony z płcią. Wynikiem obecności nieprawidłowego allelu d genu DMD,
jest synteza nieprawidłowej dystrofiny w komórce mięśniowej – białka tworzącego ,,szkielet"
komórki mięśniowej. Chorzy umierają zwykle w wieku przedreprodukcyjnym.
Poniżej na schemacie przedstawiono fragment sekwencji nukleotydowej DNA (poszczególne
kodony zostały oddzielone przerwami) prawidłowego (I) i zmutowanego genu DMD (II).
Zamieszczone fragmenty nie zawierają intronów.
I. Fragment prawidłowej sekwencji nici kodującej: 5’ CAG CAG CAG CAG CAG 3’
II. Fragment sekwencji nici kodującej, w której występuje mutacja: 5’ CAG CAG TAG CAG CAG 3’
18.1. (0–1)
Wpisz, posługując się trójliterowymi skrótami nazw aminokwasów, w wykropkowane
miejsca na schemacie sekwencję kodowanego fragmentu białka, zakodowanego w zapisanych fragmentach DNA I i II genu DMD.
18.2. (0–1)
Na podstawie sekwencji I i II genu DMD określ rodzaj mutacji genowej warunkującej
rozwój dystrofii mięśniowej Duchenne’a.
18.3. (0–1)
Określ, jakie będą skutki przedstawionej mutacji dla pierwszorzędowej struktury białka,
w porównaniu z jego prawidłową strukturą.
18.4. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego mimo działania doboru naturalnego w populacji ludzkiej utrzymuje
się allel warunkujący zespół Duchenne’a.
18.5. (0–2)
Określ, jakie jest prawdopodobieństwo, że kolejne dziecko zdrowych rodziców, którzy mają
już jednego syna chorego na dystrofię mięśniową typu Duchenne’a, będzie chore na tę chorobę.
W odpowiedzi uwzględnij genotypy rodziców oraz zapisz krzyżówkę genetyczną lub obliczenia.
Prawdopodobieństwo, że kolejne dziecko tych rodziców będzie chore: %
Kod genetyczny to reguła, według której informacja genetyczna zapisana w sekwencji
nukleotydów jest tłumaczona na sekwencję aminokwasów w białku. Jedną z cech kodu genetycznego jest możliwość zapisania jednego aminokwasu za pomocą różnych kodonów.
a)
Określ, na którym etapie ekspresji informacji genetycznej – transkrypcji czy translacji – komórka bezpośrednio wykorzystuje kod genetyczny. Odpowiedź uzasadnij.
b)
Podaj nazwę cechy kodu genetycznego opisanej w tekście i wykaż jej znaczenie dla zmniejszenia szkodliwych skutków mutacji zachodzących w materiale genetycznym.
