Rola kwasów nukleinowych, mutacje, genetyka mendlowska

1. Kwasy nukleinowe i białka jako materiał genetyczny uczestniczący w procesach przekazywania informacji, biosyntezie białka i mutacjach.

Do przechowywania i informacji genetycznej służą makrocząsteczki. Są to duże cząsteczki chemiczne zbudowane z niewielkiej liczby rodzajów podstawowych jednostek połączonych w długie łańcuchy. Spośród kilku typów makrocząsteczek występujących w komórce tylko dwa biorą udział w przechowywaniu i przekazywaniu informacji genetycznej: kwasy nukleinowe i białka.
Cząsteczki kwasów nukleinowych są zbudowane z 4 różnych rodzajów nukleotydów, zaś łańcuchy polipeptydowe białek – z 20 różnych rodzajów aminokwasów. Zarówno kwasy nukleinowe, jak i białka niosą w sobie informację zawartą w sekwencji poszczególnych nukleotydów lub aminokwasów w długim łańcuchu cząsteczki.
Z wyjątkiem niewielkiej grupy wirusów zawierających RNA, materiałem genetycznym całego świata żywego jest kwas deoksyrybonukleinowy (DNA).

Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA)

Budowa DNA

DNA jest makrocząsteczką zbudowaną z deoksyrybonukleotydów (w skrócie – nukleotydów). Są to związki kwasu fosforowego, pięciowęglowego cukru – deoksyrybozy i jednej z 4 rodzajów zasad azotowych A, G, C, T (rys 1)

W pojedynczej nici DNA nukleotydy są ze sobą połączone wiązaniami kowalencyjnymi w ten sposób, że cząsteczki cukru są ułożone na zmianę z resztami fosforanowymi, podczas gdy zasady azotowe są odchylone od utworzonej w ten sposób długiej cząsteczki (rys 2)

Końce takiej nici zbudowanej z nukleotydów nie są równomierne. Wynika to stąd, że reszta kwasu fosforowego łączy ze sobą niejednakowe atomy węgla cząsteczki cukru. W nici polinukleotydowej można wyróżnić kierunek od atomu węgla pierścienia cząsteczki cukru do atomu węgla grupy CH2OH oraz kierunek odwrotny.
Cząsteczkę DNA tworzą dwie nici polinukleotydowe. Są one owinięte wokół siebie w ten sposób, że zasady azotowe znajdują się wewnątrz, zaś łańcuch cukrowo-fosforanowy na zewnątrz (rys 3). Struktura ta to podwójny heliks

Nici heliksu biegną w przeciwnych kierunkach. Prawie cały DNA to heliks skręcony w prawo w ten sposób, że płaszczyzny zasad azotowych leżą równolegle jedna nad drugą. Na jeden całkowity skręt heliksu przypada 10 par nukleotydów.
Dwie nici polinukleotydowe tworzące DNA są utrzymywane razem dzięki oddziaływaniom między zasadami azotowymi na zasadzie komplementarności. Bierze się ona stąd, że łączące je wiązania wodorowe powstają wyłącznie między adeniną i tyminą oraz cytozyną i guaniną (Rys 4)

Komplementarność zasad ma podstawowe znaczenie dla kopiowania informacji genetycznej. Informacja zapisana w sekwencji nukleotydów jednej nici zawiera informacje o kolejności ich ułożenia w drugiej nici. Wystarczy rozpleść nici DNA i dobudować do nich komplementarne łańcuchy polinukleotydowe, aby otrzymać dwie identyczne kopie DNA.

Struktura chromosomu eukariotycznego

Regularne struktury tego chromosomu powstają przez połączenie DNA z grupą histonów (5 białek). Podstawową jednostką tych struktur jest nukleosom, cząstka o cząstka o kształcie dysku. Białkowa część nukleosomu zbudowana jest z 8 cząsteczek histonów. Wokół niej jest zwinięty odcinek DNA. Na zewnątrz znajduje się jeszcze jedna cząsteczka histonu, inna niż te, które tworzą centralna część nukleosomu (Rys 5)

Łańcuchy nukleosomów w jądrze tworzą kolejne struktury, co pozwala na upakowanie w jądrze o niewielkiej średnicy cząsteczek DNA o znacznej długości.

Replikacja DNA

Cząsteczka DNA zawiera w sobie informację potrzebną do wiernego kopiowania swych sekwencji. Mechanizm replikacji polega na rozpleceniu podwójnego heliksu i dobudowaniu do każdej nici, nowej nici komplementarnej (Rys 6)
Replikacja to proces semikonserwatywny. Na każdej nici DNA powstaje druga nić potomna i identyczna. W nowej cząsteczce DNA jedna nić pochodzi od pierwotnego DNA a druga a druga jest nowo syntezowana. Replikacja nie rozpoczyna się w dowolnym miejscu chromosomu. W nici DNA jest specjalne miejsce – origin, do którego przyłącza się białko inicjatorowe. W komórce prokariota jest tylko 1 takie miejsce, natomiast w dużych genomach jest ich wiele. Do tego miejsca poprzez białko inicjatorowe przyłączają się również enzymy niezbędne do przeprowadzenia procesu replikacji i to wszystko tworzy kompleks replikacyjny.
Pierwszym enzymem jest helikaza, która rozszczepia mostki wodorowe między zasadami azotowymi i tym samym powstają widełki replikacyjne (Rys 7).
Następnym enzymem jest najważniejsza - polimeraza DNA, która ma zdolność dołączania kolejnych nukleotydów. Dołączane są one tylko do końca 3’. Ten enzym nie jest w stanie zapoczątkować syntezy DNA. Do tego służy polimeraza RNA (primaza), która syntetyzuje krótkie odcinki RNA – primery (startery), a do takiego primeru polimeraza DNA dobudowuje nic DNA. Teraz należy wyciąć primery z nici, co dzieje się za sprawą enzymu zwanego polimerazą DNA o aktywności endonukleazy. Pozostają krótkie odcinki nici DNA (tzw. Fragmenty Okazaki), które teraz łączone są ze sobą za pomocą ligazy DNA. Tenże enzym tworzy również wiązania wodorowe, łączy ze sobą zasady azotowe i tym samym kończy replikację nici DNA (Rys 8)
Liczba błędów popełnianych przez aparat replikacyjny jest bardzo mała. Jeden na miliard nukleotydów jest wstawiony nieprawidłowo. Tak wysoka wierność procesu replikacji DNA wynika z istnienia specjalnych mechanizmów korekcyjnych, natychmiast usuwających nieprawidłowo wstawione nukleotydy. W przypadku bakterii korektę taka przeprowadza polimeraza DNA, która potrafi rozpoznać i wycinać błędnie wstawione nukleotydy.

Kwasy rybonukleinowe (RNA)

Informacja o budowie organizmu zapisana jest w DNA, jednak organizm to przede wszystkim białka. W uproszczeniu można powiedzieć, że dla informacji genetycznej droga między genotypem a fenotypem to droga między DNA a białkiem. Na tej drodze DNA jest dwukrotnie przekształcana: po raz pierwszy podczas transkrypcji, czyli przepisywaniu DNA na RNA i po raz drugi podczas translacji, gdy informacja zawarta w sekwencji nukleotydów kwasu nukleinowego jest tłumaczona na sekwencję aminokwasów cząsteczki białka.


DNA ® RNA ® białko

Budowa RNA

W przekazywaniu informacji genetycznej z DNA do białka biorą udział kwasy rybonukleinowe.
Budowa chemiczna DNA i RNA jest podobna. RNA różni się od DNA cukrem – rybozą. Również zasady azotowe mają drobną różnicę. Otóż zamiast tyminy występuje tu uracyl. Tworzy on komplementarna parę tak jak tymina w DNA.
RNA nie występuje w postaci dwuniciowego podwójnego heliksu, jednakże może zachodzić parowanie zasad między komplementarnymi odcinkami tej samej nici RNA (Rys. 9).

Jeżeli komplementarne odcinki są rozdzielone sekwencjami komplementarnymi, tworzący się w obrębie pojedynczej nici podwójny heliks jest zakończony niesparowaną pętlą. Dzięki temu RNA przybiera różne kształty.
W komórce występują 3 różne rodzaje kwasów rybonukleinowych. Pierwszy to matrycowy RNA – mRNA. Przekazuje on informację z DNA bezpośrednio na białko. Drugi rodzaj do RNA dopasowujący kwasy nukleinowe do sekwencji nukleotydów, transportujący RNA – tRNA. Trzeci to RNA tworzący wraz z grupą białek rybosomy. To rybosomowy RNA – rRNA.

Transkrypcja

Podstawą tego procesu jest reguła parowania się zasad azotowych. Wtedy sekwencja nukleotydów w syntetyzowanej nici RNA jest jednoznacznie określona przez sekwencje nukleotydów w nici DNA służącej jako matryca.
Na nici DNA jest miejsce zwane promotorem, do którego przyłącza się enzym, polimeraza RNA, która syntetyzuje nić RNA. Polimeraza RNA przyłącza się do promotora i nabudowuje cząsteczkę RNA.
Na cząsteczce DNA są dwa rodzaje odcinków nici: egzony (odcinki kodujące) i introny (odcinki niekodujące). W pierwszym stadium transkrybowane są egzony i introny. Tworzy się nić o nazwie pre-mRNA. Następnie introny są wycinane z cząsteczki RNA i łączą się tylko egzony. To proces składania genowego.

Powstaje mRNA, która zabezpieczona jest w ten sposób, że na końcu 3’ dołącz się struktura o nazwie poli–A (kilkanaście adenin), a do końca 5’ przyłącza się czapeczka (cap) – guanina. To ochrona cząsteczki przed rozłożeniem jej w cytoplazmie przez enzymy.
Aminokwasy – składniki cząsteczki białka

Różnice chemiczne między nukleotydami są niewielkie. O wiele bardziej różnią się między sobą składniki łańcuchów polipeptydowych – aminokwasy. Aminokwasy są zbudowane według tego samego planu, w którym atom węgla jest otoczony przez 4 podstawniki: COOH, NH2, atom wodoru i łańcuch boczny kwaśny lub zasadowy, mający lub nie mający powinowactwa do wody. Odgrywają one decydującą rolę w tworzeniu struktury przestrzennej białka. Aminokwasy połączone są ze sobą wiązaniami polipeptydowymi.

Kod genetyczny

To sposób, według którego można przetłumaczyć informację genetyczną z języka nukleotydów na język aminokwasów.
Kod genetyczny jest kodem trójkowym. Trójkę nukleotydów oznaczającą aminokwas nazywa się kodonem. Oznaczenie wielu aminokwasów jest możliwe za pomocą kilku różnych trójek nukleotydów w mRNA. Kod genetyczny jest uniwersalny dla wszystkich organizmów żyjących na Ziemi.
Każdy kodon oznacza jakiś aminokwas. Jednak istnieją 3 kodony, które nie oznaczają żadnego aminokwasu. To kodony nonsensowne: UAG UGA UAA. Powodują one zakończenie procesu powstawania białka.

Translacja

Zachodzi w szorstkiej siateczce wewnątrzplazmatycznej. To przepisywanie kodu genetycznego na sekwencję aminokwasową w białku. Rybosomy są miejscem translacji. Kluczową rolę odgrywa w tym procesie tRNA. Rozpoznaje z jednej strony trójkę zasad, z drugiej zaś odpowiadający jej aminokwas.
Rozpoznanie odpowiedniej trójki w mRNA dzięki regule komplementarności. W tRNA znajduje się trójka nukleotydów tworząca pary z jednym kodonem w mRNA. Trójkę tę nazywamy antykodonem.
Kształt cząsteczki przedstawiłem na rysunku poniżej

Dzięki podobnej budowie wszystkie cząsteczki tRNA łączą się z odpowiednimi miejscami w rybosomie. Cząsteczki tRNA są swoiście rozpoznawane przez enzymy rozpoznające równie swoiście poszczególne aminokwasy. Enzymy łączące tRNA i aminokwasy są dopasowane do obu cząsteczek. Skutkiem ich aktywności jest połączenie tRNA i aminokwasu wiązaniem kowalencyjnym w związek nazwany aminoacylo-tRNA.
W czasie syntezy łańcucha polipeptydowego cząsteczka mRNA jest umieszczana między dwiema podjednostkami rybosomu. Dwa miejsca mogące pomieścić tRNA są zlokalizowane w rybosomie w ten sposób, że przyjmują tylko te cząsteczki, których antykodony są komplementarne do kodonów tego odcinka mRNA, jaki aktualnie znajduje się w rybosomie. W ten sposób jest możliwe przypisanie związanego z tRNA aminokwasu właściwej trójce nukleotydów w matrycy mRNA.
W jednym z miejsc wiązania tRNA (P) znajduje się cząsteczka tRNA z dołączonym do niej fragmentem łańcucha polipeptydowego. Do tego miejsca dołącza aminoacylo-tRNA, którego rodzaj jest określony przez znajdująca się pod nim trójkę zasad mRNA. Teraz następuje przeniesienie fragmentu łańcucha polipeptydowego z tRNA w miejscu P na aminoacylo-tRNA. W ten sposób fragment łańcucha wydłuża się o jeden aminokwas. Wolny tRNA odłącza się od miejsca P. Cykl zamyka przesunięcie tRNA z dołączonym fragmentem łańcucha polipeptydowego z A do P. Towarzyszy temu przesunięcie się mRNA w ten sposób, że naprzeciw wolnego A pojawia się kolejna trójka nukleotydów. Cały proces może się zacząć od nowa, a kończy go pojawienie się w miejscu A trójki kodonu nonsensownego.

Geny

Gen to jednostka informacji genetycznej. Pojęcie genu zmieniało się na przestrzeni lat. Grzegorz Mendel: „związki cech materiału genetycznego odpowiedzialne za pojawienie się obserwowanych cech”. Na podstawie badań oka muszki owocowej stwierdzono, że molekularnym efektem działania badanych genów są enzymy katalizujące syntezę brązowego barwnika oka muszki owocowej. Genem nazwano „taką jednostkę materiału genetycznego, która jest odpowiedzialna za syntezę jednego enzymu”. Wkrótce przekonano się, że nie wszystkie produkty genów są enzymami. Ingram badał różnicę między prawidłową i nieprawidłową hemoglobiną w anemii sierpowatej i stwierdził, że ogranicza się ona tylko do zmiany jednego aminokwasu w jednym tylko łańcuchu polipeptydowym Te badania doprowadziły do powstania nowej definicji genu: „genem nazywamy taką jednostkę materiału genetycznego, która odpowiada za syntezę jednego łańcucha polipeptydowego. Jest to definicja prawie uniwersalna, nie dotyczy tylko tych przypadków, kiedy produktem końcowym genu jest RNA nie ulegające translacji.
Wyróżniamy geny podzielone, o których pisałem już przy omawianiu transkrypcji (introny i egzony) oraz geny nakładające się.
Te ostatnie podlegają zjawisku nakładania się genów, czyli wykorzystania tej samej sekwencji nukleotydów do kodowania różnych łańcuchów polipeptydowych.

Regulacja ekspresji genu

1. Regulacja transkrypcji przez oddziaływania białko – DNA

Odbywa się ona dzięki dwóm prostym mechanizmom. Regulacja negatywna – dołączenie cząsteczki białka regulatorowego w sąsiedztwie promotora w ten sposób, że umożliwia ono dołączenie polimeraza RNA i rozpoczęcie transkrypcji. Drugi mechanizm to regulacja pozytywna – wymaga obecności białka regulatorowego w celu rozpoznania promotora przez polimerazę RNA (Rys. 12)


2. Regulacja ekspresji genu u bakterii – operon laktozowy

Operon laktozowy to zespół genów odpowiedzialnych za metabolizm laktozy. Są to trzy geny rozkładające ten cukier: permeaza, betagalaktozydoza i acetylotransferaza.
Laktoza jest rozkładana do monocukrów tylko gdy jest ona obecna w środowisku bakterii. Żeby polimeraza RNA przyłączyła się do promotora i został zainicjowany proces syntezy białka potrzebny jest represor, który łączy się z laktozą. Jeśli nie jest z nią połączony, to łączy się z operatorem powodując, że polimeraza RNA nie może nie może się przyłączyć do operonu. Nie zachodzi transkrypcja i translacja.
Jeżeli w środowisku znajduje się laktoza, to łączy się ona z represorem, represor staje się nieaktywny i nie przyłącza się do operatora, w związku z czym polimeraza RNA może prowadzić transkrypcję genów, enzymów rozkładających laktozę.
Tym mechanizmem rządzi aktywator – połączenie CRP z cyklicznym adenozynomonofosforanem, czyli cAMP. Rozkład ATP do AMP jest związany z oddaniem energii i rozerwaniem reszt fosforowych. Ta przemiana ma miejsce w błonie komórkowej, a enzymem odpowiedzialnym za to jest cyklaza adenylowa. Inhibitorem cyklazy adenylowej jest glukoza. Powoduje, że gdy w środowisku będzie laktoza nie nastąpi ani translacja ani transkrypcja. To się nazywa represja kataboliczna.
Kompleks aktywatora jest także potrzebny, aby polimeraza RNA przeprowadziła transkrypcję – aktywuje ją.
Poniżej narysowałem schemat działania operonu laktozowego.

Mutacje

Naprawa uszkodzeń DNA

Przedstawię to na przykładzie oddziaływania promieni UV na bakterie i wirusy. Na skutek tego promieniowania powstają tzw. dimery pirymidynowe – nienaturalne połączenia między dwoma tyminami (mostki tyminowe). Organizmy wirusów i bakterii potrafią bronić się przed efektem działania promieniowania. Wytwarzają one enzym fotoreaktywujący, który przecina mostki tyminowe. On działa tylko w świetle dziennym, jednak organizmy te wypracowały sposób naprawy również w ciemności. Te dwa procesy nie prowadzą jeszcze do mutacji. Prowadzi do niej reperacja rekombinacyjna.
Mutacja to utrwalona zmiana zapisu informacji genetycznej. Istnieje wiele rodzajów mutacji:
1. Mutacje punktowe(genowe) – dotyczą one tylko fragmentu genu, są to:
a) tranzycja – przejście puryny w inna purynę lub pirymidyny w inną pirymidynę
b) transwersja – przejście puryny w pirymidyne i odwrotnie
c) mutacje zmiany sensu – jeden tryplet warunkuje jeden aminokwas. Jeżeli w tryplecie nastąpi zmiana jednej zasady na inną, to może się tak zdarzyć, że białko będzie takie samo, ale w kodzie genetycznym może się coś zmienić
d) nonsensowe – prowadzą do powstania kodonu terminacyjnego w trakcie syntezy białka i proces ten urywa się
e) zmiany fazy odczytu – należą do nich:
· delecja – utrata jednej lub kilku par zasad
pierwotny układ: AGTCGTCG
zmiana: AGGTCG
· Insercja – wbudowanie w pewnym miejscu genu jednej lub kilku par zasad:
AGTC|AACAT|GTCG
· Inwersja – na pewnym odcinku kolejność poszczególnych par zasad może zostać odwrócona:
AGT|TGC|CG
· Duplikacja – podwojenie krótkiego odcinka DNA:
AGT|AGT|CGTCG
Choroby wywołane przez mutacje punktowe:
- Galaktozemia: upośledzenie szlaku metabolicznego rozkładu glukozy. Objawy: niedorozwój fizyczny i umysłowy, niski wzrost
- Fenyloketonuria: upośledzenie szlaku metabolicznego rozkładu fenyloalaniny. Zaburzenia w rozwoju fizycznym i umysłowym, zaburzenia ruchowe. To mutacja recesywna.
- Albinizm: upośledzenie szlaku metabolicznego rozkładu tyrozyny. Nie wytwarzanie barwnika, białe włosy i skóra, czerwona tęczówka.
- Alkaptonuria: upośledzenie szlaku metabolicznego rozkładu kwasu homogentyzynowego. Brązowy mocz po kontakcie z tlenem atmosferycznym, bo kwas homogentyzynowy nie rozkłada się i krąży we krwi i w moczu.

2. Mutacje chromosomowe – dotyczą większych obszarów materiału genetycznego.
Powstają w ich skutek tzw. aneuploidy – organizmy o nieprawidłowej liczbie chromosomów w genomie, np.
2n – 1 – monosomy
2n + 1 – trisomy
2n + 2 – tetrasomy
…

Do tych zjawisk prowadzi nondysjunkcja – zachodzi ona podczas mejozy. Do jednej z dwóch komórek potomnych przechodzą dwa chromosomy (I mejoza), bądź dwie chromatydy (II mejoza). Wynikiem tego jest to, że w jednej gamecie jest za dużo lub za mało chromosomów.
Do jednych z najbardziej typowych mutacji chromosomowych należą też delecja – utrata fragmentu chromosomu, translokacja – przeniesienie fragmentu z jednego chromosomu na drugi oraz inwersja – odwrócenie fragmentu chromosomu o 180 stopni.
Choroby wywołane mutacjami chromosomowymi:
- Zespół Downa – to trisomia 21 chromosomu lub translokacja między 15 a 21 lub 21 a 22 chromosomem. Zaburzenia fizyczne i psychiczne, fałd mongolski, wysunięty język, hypotomia, niski wzrost, szeroko rozstawione szpary powiekowe, małpie dłonie i stopy.
- Zespół Klinefeltera – 47 XXY lub 2n = 47XXY. Niedorozwój jąder mężczyzny, bezpłodność, cechy kobiece u mężczyzny
- Zespół Turnera – 2n = 45X czyli 2n – 1. Bezpłodne, upośledzone umysłowo kobiety z niedorozwojem jajników, mające cechy mężczyzny.
- Chromosom filadelfijski – utrata jednego z ramion chromosomu 21. Przewlekła białaczka.

3. Mutacje genomowe – to np. poliploidie – zwielokrotnienie garnituru chromosomalnego, np. 3n, 4n, 5n,...:
a) alloploidy – zestaw chromosomów pochodzących z dwóch różnych organizmów
b) autoploidy – zestaw chromosomów pochodzących z jednego organizmu

U zwierząt wyższych poliploidia jest śmiertelna, natomiast u roślin jest to pożądane, gdyż taka roślina wydaje potem większe plony (minusem jest to, że jest bezpłodna).

4. Mutacje letalne – są to mutacje punktowe, ale dotyczą białek niezbędnych do życia organizmowi:

XXl x XY

XX XY XlY XlX
Umrze
Stosunek płci zamiast 2:2 będzie 2:1.

Czynniki mutagenne

a) promieniowanie jonizujące, np. UV
b) analogi zasad azotowych, np. bromouracyl lub aminopuryna
c) kwas azotowy
d) barwniki akrydynowe:
- policykliczne węglowodory
- gazy bojowe, np. iperyt
- benzopiren – dym tytoniowy
- alkaloid kolchicyna – stosowany jest do poliploizaci u roślin.

Elementy inżynierii genetycznej

Technikę inżynierii genetycznej można najprościej określić jako wprowadzenie do komórki obcego genu w taki sposób, aby gen ten zachowywał się podobnie do naturalnych genów komórki, tzn. aby ulegał replikacji oraz w niektórych przypadkach ekspresji. W dalszej części pracy przedstawię pokrótce, w jaki sposób można ten cel osiągnąć.

Włączanie obcych genów do wektorów i wprowadzanie ich do komórki gospodarza – klonowanie.

Na początku wyjaśnię co to są wektory. Cząsteczki DNA organizmów eukariotycznych są zbyt duże aby można było przeprowadzić z nimi jakiekolwiek manipulacje genetyczne, w związku z czym obce geny wprowadza się do komórek bakteryjnych, w których znajdują się plazmidy. W komórkach swoich bakterie najczęściej niosą w plazmidach geny odporności na antybiotyki. Zaraz wyjaśnię jak to się dzieje.
Obcy fragment DNA nie może być wszczepiony do wektorowego DNA w dowolnym miejscu. Dlatego też powodzenie przy włączaniu obcych genów do wektorów zależy od możliwości włączenia genu w ściśle określone miejsce wektora. Możliwości takie stwarzają enzymy restrykcyjne. Potrafią one przecinać cząsteczkę DNA, poszukując ściśle określonych sekwencji nukleotydów. Znalazłszy taką sekwencje dokonują jej wycięcia. Restryktazy wykorzystuje się też do wycinania cząsteczki wektora i włączania w to miejsce obcego fragmentu DNA.
Wiele restryktaz wykonuje cięcie przechodzące w jednakowej odległości od osi symetrii w obu łańcuchach. Wszystkie końce po przecięciu cząsteczek mają końce jednoniciowe, o takiej samej sekwencji nukleotydów. Te końce są komplementarne w stosunku do siebie. Te zakończenia nazywane są „lepkimi końcami”. Odnajdują się one i łączą dzięki temu, że są komplementarne. Dzięki ligazie odtwarzają po połączeniu przerwane wiązania kowalencyjne.
Gdy odpowiedni gen wprowadzony jest już do plazmidu, plazmid zostaje wprowadzony do komórki gospodarza. W ten sposób można produkować antybiotyki.
Poniżej przedstawiłem schemat procesu klonowania:
Genetyka Mendlowska

Terminem tym określa się podstawowe reguły dziedziczenia się cech. Grzegorz Mendel był uczonym, którego zasługą jest wykrycie tych reguł.
U podstaw tych reguł leży proces powstawania gamet w wyniku mejozy.

Powstawanie gamet.

Diploidalna komórka organizmu eukariotycznego zawiera pary chromosomów homologicznych tej samej długości i tego samego kształtu. Po replikacji DNA każdy chromosom jest zbudowany z dwóch chromatyd siostrzanych. W czasie I mejozy rozdzieleniu ulegają całe chromosomy, w czasie II mejozy całe chromatydy. W efekcie powstają 4 komórki haploidalne. Są to gamety. Gamety są zawsze haploidalne, a łącząc się w zygotę odtwarzają diploidalny stan wyjściowy.

Podstawowe pojęcia z genetyki:

- allele – geny odpowiadajace za alternatywne formy danej cechy.
- homozygota – komórka mająca takie same allele.
- heterozygota – komórka mająca różne allele.
- dominacja – allele dominujące występują w organizmach heterozygotycznych i dają. taką samą cechę jak w organizmach homozygotycznych.
- allele recesywne – ujawniają się tylko u homozygoty recesywnej.
- niepełna dominacja – u heterozygoty ujawni się cecha pośrednia pomiędzy dwiema homozygotami.
- kodominacja – w heterozygocie wystąpią jednocześnie cechy obu homozygot.

Prawa Mendla

Mendel jest autorem dwóch kluczowych i podstawowych praw genetyki dotyczących dziedziczenia cech:

I PRAWO MENDLA

Każdy organizm diploidalny posiada 2 allele determinujące daną cechę i podczas rozmnażania płciowego każdy z rodziców przekazuje tylko jeden z tych alleli potomkowi.

Mwndel udowodnił to prawo krzyżując groch o różnych barwach kwiatów:

A – kwiat czerwony
a- kwiat biały

AA x aa

Aa – pokolenie f1


A A a a


Aa x Aa – pokolenie f2


AA aa Aa Aa
Tutaj cechu te dzidziczone są w stosunku 1:3 – 1 kwiat biały i 3 czerwone

II PRAWO MENDLA

Allele należące do dwóch różnych genów dziedziczą się niezależnie. To inaczej prawo niezależnej segregacji dwóch cech.

To prawo zostało udowodnione przy krzyżowaniu nasion żółtych o gładkiej powierzchni i zielonych o powierzchni szorstkiej:


A – gładkie
a – szorstkie
B –żółte
b – zielone

AABB x aabb

AaBb – pokolenie f1


AaBb x AaBb

Pokolenie f2:
ab Ab aB AB
ab aabb aAbb aabB aAbB
Ab Aabb Aabb AabB AAbB
aB aaBb aABb aaBB aABB
AB AaBb AABb AaBB AABB

Stosunek w tej krzyżówce wynosi 9:3:3:1
9 żółtych gładkich
3 żółte pomarszczone
3 zielone gładkie
1 zielony pomarszczony

Podsumowanie

Genetyka nie jest tylko nauką teoretyczną, ale posiada liczne aspekty praktyczne i jest podstawą zarówno dla hodowli roślin i zwierząt, a zwłaszcza dla mikroorganizmów. W najbliższej przyszłości, przy wykorzystaniu praktycznym metod inżynierii genetycznej, będzie ona miała istotny wpływ na tworzenie nowych technologii produkcji całego szeregu leków, a być może i żywności. Po eliminacji chorób zakaźnych leczenie wad wrodzonych ma coraz większe znaczenie w medycynie i wykrywanie molekularnych podstaw schorzeń postępuje obecnie bardzo szybko. Ja omówiłem tylko niektóre aspekty tej niezwykle ważnej i szerokiej dziedziny nauki. W dzisiejszych czasach mimo, że potrafimy przy pomocy inżynierii genetycznej zwalczyć wiele chorób, wyprodukować szczepionki czy wzbogacić możliwości produkcyjne roślin i zwierząt bardzo niewiele jeszcze wiemy na temat tej niezwykle rozległej nauki.