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.
Badano wpływ niedoboru witamin w diecie kobiet na ryzyko wystąpienia wady cewy
nerwowej u urodzonych przez nie dzieci. W tym celu porównano dwie grupy kobiet
i przebadano ich nowo narodzone dzieci.
Grupa I – kobiety, które planowały ciążę i uzupełniały dietę o witaminy
Grupa II – kobiety, które nie uzupełniały diety o witaminy ani przed ciążą, ani w czasie ciąży.
Wyniki tego badania przedstawiono w tabeli.
Grupa kobiet
Rodzaj diety
Liczba przebadanych dzieci
Liczba dzieci z wadami rozwojowymi (cewy nerwowej)
I
z uzupełnianiem witamin
141
1 (0,7%)
II
bez uzupełniania witamin
204
12 (5%)
Na podstawie: Biologia, pod red. N.A. Campbella, Poznań 2012.
a)
Wyjaśnij, dlaczego do opisanego badania potrzebny był udział wymienionych dwóch grup kobiet.
b)
Na podstawie wyników badania sformułuj wniosek dotyczący wpływu diety matki na występowanie wad rozwojowych u niemowląt.
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”.
Bioindykacja jest metodą oceny stanu środowiska, głównie poziomu zanieczyszczeń,
na podstawie badania reakcji organizmów na różne czynniki działające w ich środowisku.
Na podstawie wieloletnich obserwacji wyróżniono gatunki, których występowanie lub brak
sygnalizują obecność określonych warunków w środowisku (np. małą lub dużą ilość jakiegoś
składnika mineralnego, obecność czynników niekorzystnych). Nazwano je gatunkami
wskaźnikowymi.
23.1 (0–1)
Wybierz i zaznacz w tabeli odpowiedź A albo B, która jest poprawnym dokończeniem poniższego zdania, oraz jej uzasadnienie spośród odpowiedzi 1.–2.
Funkcję gatunków wskaźnikowych mogą pełnić jedynie organizmy
A.
o wąskim zakresie tolerancji na dany czynnik
ponieważ
1.
szybko reagują na niewielkie zmiany tego czynnika w ich środowisku.
B.
o szerokim zakresie tolerancji na dany czynnik
2.
występują w środowiskach o różnym stopniu nasilenia danego czynnika.
23.2. (0–1)
Wyjaśnij, w jaki sposób można wykorzystać porosty (grzyby porostowe) jako gatunki wskaźnikowe. W odpowiedzi uwzględnij rodzaj zanieczyszczenia, którego porosty są wskaźnikami, i stopień ich tolerancji na to zanieczyszczenie.
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.
Skrętnicę, która jest nitkowatym glonem zawierającym spiralnie skręcony chloroplast, umieszczono w roztworze zawierającym zdolne do aktywnego ruchu bakterie tlenowe. Wykonano trzy powtórzenia doświadczenia (A–C), które różniły się sposobem oświetlenia
wybranej komórki skrętnicy:
zestaw A – komórka skrętnicy była oświetlona światłem białym punktowo w dwóch miejscach (1 i 2)
zestaw B – komórka skrętnicy była oświetlona równomiernie światłem białym
zestaw C – komórka skrętnicy była oświetlona punktowo światłem czerwonym w miejscu (3) i zielonym – w miejscu (4).
Każdy z zestawów był zabezpieczony przed dostaniem się powietrza atmosferycznego z zewnątrz. Po pewnym czasie można było zaobserwować charakterystyczne rozmieszczenie bakterii wokół komórek skrętnicy. Warunki i wyniki doświadczenia zilustrowano
na poniższych rysunkach.
7.1. (0–1)
Wyjaśnij, czym jest spowodowany sposób rozmieszczenia bakterii przedstawiony na rysunku B. W odpowiedzi uwzględnij odpowiedni proces zachodzący w komórce skrętnicy.
7.2. (0–2)
Spośród podanych propozycji wybierz dwa właściwe sformułowania problemu badawczego i dwa odpowiednio sformułowane wnioski dotyczące przedstawionych doświadczeń. Wpisz numery tych propozycji w wyznaczone miejsca.
Wpływ barwy światła na zachodzenie procesu fotosyntezy w komórkach skrętnicy.
W procesie fotosyntezy komórki skrętnicy wykorzystują światło o czerwonej barwie.
W którym obszarze komórki skrętnicy zachodzi proces fotosyntezy?
Badania nad wykorzystaniem światła w procesie fotosyntezy.
W cytozolu skrętnicy nie zachodzi faza fotosyntezy zależna od światła.
Problemy badawcze:
Wnioski:
7.3. (0–1)
Oceń, czy na podstawie przedstawionych doświadczeń można stwierdzić, że bakterie wykazują fototaksję dodatnią – przemieszczają się w kierunku światła. Odpowiedź uzasadnij, uwzględniając odpowiedni zestaw doświadczalny.
