1. U eukariontów w obecne są zazwyczaj trzy enzymy odpowiadające za przeprowadzanie transkrypcji - zależne od DNA polimerazy RNA I, II i III. Polimerazy DNA biorą udział w replikacji DNA, a także są wykorzystywane m.in. w inżynierii genetycznej do powielania fragmentów DNA, np. wybranych genów.

Oceń prawdziwość poniższych zdań.

2. Jedną z dziedzin, w których wykorzystuje się biotechnologię tradycyjną jest przemysł spożywczy. Drożdże piekarskie (Saccharomyces cerevisiae) są wykorzystywane m.in. do produkcji napojów alkoholowych w wyniku fermentacji alkoholowej, a także do wypieku chleba i ciast. Poniżej przedstawiono zdjęcie mikroskopowe drożdży piekarskich.

Określ, jakie muszą panować warunki dla drożdży piekarskich, by produkcja napojów alkoholowych zachodziła z największą intensywnością.

3. Myszy to zwierzęta często wykorzystywane w inżynierii genetycznej. Ssaki te są poddawane modyfikacjom własnych genów bądź do ich organizmów wprowadzane są geny pochodzące z innych organizmów – myszy bądź szczurów. Pozwala to na zmianę ekspresji genów bądź wytwarzanie nowych białek.

Oceń prawdziwość podanego zdania: Myszy, w których doszło do ingerencji w ich własny materiał genetyczny są organizmami transgenicznymi.

4. Klon to organizm, który posiada identyczny materiał genetyczny w stosunku do innego organizmu. Naturalnie występującymi klonami są np. bliźniaki jednojajowe. Innym procesem biotechnologicznym jest haploidyzacja, która polega na usunięciu jednego z dwóch zestawów chromosomów z komórek danego osobnika. Poniżej przedstawiono jeden z opisanych procesów, w wyniku którego powstała tzw. owca Dolly.

Podaj, który z procesów – klonowanie czy haploidyzacja – został wykorzystany w celu otrzymywania owcy Dolly.

5. Terapia genowa to jedna z metod inżynierii genetycznej. Wykorzystywana jest w leczeniu chorób genetycznych, które są spowodowane obecnością w organizmie nieprawidłowej wersji danego genu lub genów. Jedną z chorób genetycznych jest zespół Downa.

Uzasadnij, czy za pomocą terapii genowej możliwe jest wyleczenie zespołu Downa.

6. Metoda PCR jest wykorzystywana do powielania nawet małych fragmentów DNA, dzięki czemu możliwe jest otrzymywanie dużej liczby kopii wybranego genu. Startery wykorzystywane w trakcie PCR są zbudowane z nukleotydów DNA, zaś startery biorące udział w replikacji są zbudowane z nukleotydów RNA. Każdy cykl prowadzi do podwojenia liczby cząsteczek DNA.

Zaznacz, ile razy musiałby zostać powtórzony cykl PCR, aby otrzymać 64 cząsteczki DNA.

7. Plazmidy mają postać kolistego DNA i mogą być wykorzystywane w inżynierii genetycznej do wytwarzania obcych białek przez komórki bakteryjne. Gen odpowiedzialny za wytworzenie pewnego białka składa się z eksonu obejmującego łącznie 5000 par zasad azotowych, który porozdzielany jest trzema intronami – o długości 340 pz każdy.

Określ, czy wprowadzenie kompletnego genu kodującego białko X do komórek bakteryjnych spowoduje syntezę tego białka przez nie.

8. Enzymy restrykcyjne rozpoznają i przecinają daną sekwencję DNA w konkretnym miejscu restrykcyjnym. Po cięciu enzymy restrykcyjne pozostawiają wolne końce nici DNA, które mają pojedyncze nukleotydy wystające poza helisę – są to tak zwane końce lepkie. Z kolei końce tępe nie mają pojedynczych wystających nukleotydów.

Zaznacz odpowiedź, w której prawidłowo dopasowano rodzaj końców na rysunkach A i B.

9. Przykładem rośliny GMO jest złoty ryż. Żółty kolor ziaren został uzyskany poprzez wprowadzenie trzech genów, które kodują enzymy odpowiadające za syntezę beta-karotenu, który jest prekursorem witaminy A.

Oceń prawdziwość poniższych zdań.

10. Elektroforeza DNA to technika pozwalająca na rozdzielenie DNA w specjalnym żelu pod wpływem działania pola elektrycznego. W trakcie niej badane fragmenty DNA przemieszczają się pod wpływem działania pola elektrycznego. Przebyta odległość jest odwrotnie proporcjonalna do wielkości (masy) cząsteczki – im mniejsza cząsteczka, tym dalej wędruje. Poniżej podano wyniki elektroforezy przeprowadzonej na pewnej roślinie.

Zaznacz, w której roślinie mogło dojść do mutacji chromosomowej i określ na czym ona polegała.

11. Wirus krowianki jest wykorzystywany jako wektor w produkcji żywej szczepionki rekombinowanej. Proces ten polega na wprowadzeniu odpowiednio zmodyfikowanego plazmidu, zawierającego geny kodujące antygeny wybranego drobnoustroju (np. wirusa wścieklizny) do komórek z hodowli, a następnie zakażeniu ich wirusem krowianki. Geny kodujące antygeny ulegają integracji z genomem wirusa krowianki, dzięki czemu w wyniku jego namnażania powstają wiriony niosące te geny. Zmodyfikowane wiriony wprowadzane są do organizmu człowieka, co prowadzi do syntezy antygenów przez zainfekowane komórki, a następnie do rozwinięcia odpowiedzi immunologicznej skierowanej przeciwko nim.

Spośród podanych odpowiedzi wybierz jedną prawdziwą.

12. Genom poxwirusów składa się z dużej liniowej cząsteczki dwuniciowego DNA. W wirionie obecne są liczne enzymy, między innymi polimeraza RNA zależna od DNA. W inżynierii genetycznej najczęściej stosowanymi enzymami są enzymy restrykcyjne, polimerazy DNA i ligazy. Poniżej przedstawiono działanie ligazy.

Wyjaśnij, dlaczego reakcja ligacji (katalizowana przez ligazy) przebiega najwydajniej w przypadku cząsteczek DNA z komplementarnymi lepkimi końcami.

13. PKD (zwyrodnienie wielotorbielowate nerek) to choroba genetyczna, w wyniku której w korze i rdzeniu nerek powstają liczne torbiele. W biotechnologii do wykrywania chorób genetycznych stosuje się hybrydyzację DNA z sondą molekularną – krótkim odcinkiem kwasu nukleinowego. Sonda wyszukuje dany fragment DNA w materiale genetycznym i się z nim łączy, po czym wykrywany jest sygnał fluorescencyjny.

Wyjaśnij, dlaczego istotne jest wykrycie sygnału fluorescencyjnego po związaniu sondy molekularnej z odpowiednim fragmentem DNA podczas testu diagnostycznego na PKD.

14. Środki owadobójcze są często nieselektywne – oprócz szkodników działają także na inne owady, będące np. zapylaczami określonych gatunków roślin. Dzięki inżynierii genetycznej można opracować rośliny, które są odporne na szkodniki lub choroby.

Określ, dlaczego środki owadobójcze mogą być szczególnie niebezpieczne dla roślin owadopylnych zagrożonych wyginięciem.

15. Cukrzyca typu 1 to choroba metaboliczna, w wyniku której trzustka nie produkuje insuliny, co skutkuje podwyższonym poziomem cukru we krwi. Insulina różnych gatunków zwierząt i człowieka nie różnią się szczególnie pod względem budowy łańcucha aminokwasów. Hormon ten może być wytworzony metodami inżynierii genetycznej przy wykorzystaniu bakterii takich jak Escherichia coli. Bakteriom wszczepia się odpowiednio przygotowane ludzkie geny warunkujące syntezę insuliny.

Uzasadnij w jaki sposób powinny być przygotowane ludzkie geny warunkujące syntezę insuliny nim zostaną wszczepione w komórki bakteryjne.

16. Kasztanowiec jadalny to roślina, która zawiera wiele ważnych dla człowieka substancji m.in. witaminy z grupy B, które odpowiadają przede wszystkim za prawidłowe funkcjonowanie układu nerwowego. Wprowadzenie do komórki kasztanowca jadalnego określonych genów pochodzących z innego przedstawiciela tego gatunku bądź innego mogłoby spowodować zwiększenie syntezy witaminy B w jadalnych częściach rośliny.

Oceń prawdziwość poniższych zdań.

17. PCR jest często stosowaną metodą z zakresu inżynierii genetycznej, w trakcie której konieczne jest stosowanie termostabilnych enzymów. Dzięki niej można powielić wybrany odcinek DNA za pomocą polimerazy DNA bez udziału komórek. W związku z tym jest możliwe np. zwiększenie liczby kopii genu o nieznanej sekwencji w przypadku znajomości sekwencji jego promotora.

Zaznacz zestaw, w którym w prawidłowej kolejności przyporządkowano etapy metody PCR.

18. Biotechnologia molekularna niesie ze sobą wiele korzyści np. w produkcji żywności. Złoty ryż to przykład rośliny GMO, do której wprowadzono trzy geny warunkujące syntezę beta-karotenu, co pozwala na zwalczanie tzw. kurzej ślepoty w obszarach, w których występuje. Jednak stosowanie technik inżynierii genetycznej niesie ze sobą pewne zagrożenia.

Zaznacz dwa zagrożenia, które są związane ze stosowaniem metod biotechnologii molekularnej.

19. Przysadka mózgowa wydziela hormon wzrostu (GH). Wyizolowano gen kodujący GH z DNA szczura, a następnie połączono go z promotorem genu myszy, który koduje białko stymulujące obecność dużej ilości cynku. Powstałe osobniki potomne okazały się znacznie większe niż niezmodyfikowane genetycznie myszy.

Zaznacz zestaw, w którym prawidłowo uporządkowano etapy prowadzące do otrzymania transgenicznej myszy.

20. PCR pozwala na zwiększenie ilości materiału genetycznego, którym najczęściej jest DNA. Jeżeli znana jest sekwencja danego genu, to poprzez zastosowanie konkretnych starterów, które komplementarne są do jego sekwencji, można wykryć jego obecność w badanym materiale, a nawet określić liczbę kopii takiego genu. Natomiast rozdzielenie fragmentów DNA lub białek na podstawie ich wielkości możliwe jest dzięki elektroforezie.

Wymień dwa czynniki, które umożliwiają rozplatanie nici DNA na pojedyncze nici.