GENETYKA

Genetyka – jest to nauka o dziedziczności i zmienności organizmów.

Materiałem genetycznym wszystkich żywych organizmów jest DNA, wyjątkiem są wirusy które mogą mieć materiał genetyczny w postaci RNA, ale wirusy nie są organizmami.

Kwasy nukleinowe - znane są od około 150 lat. Początkowo nazywane nukleiną (nukleus- jądro komórkowe), nazwano je tak, bo ich obecność stwierdzono w jądrach komórek drożdży i plemników. Gdy stwierdzono, że mają charakter kwasowy nazwę zmieniono na kwasy nukleinowe. Dokonano podziału na dwie grupy: RNA – rybonukleinowe i DNA – deoksyrybonukleinowe, podzielono je gdy wykazano, że są w nich dwa różne cukry: ryboza i deoksyryboza.

Każdy organizm ma różne rodzaje kwasów DNA, co pociąga różnice w RNA, im organizmy bliżej spokrewnione tym DNA jest bardziej podobne, co pociąga podobne cechy.

Każdy organizm ma własny kwas nukleinowy. Identyczny DNA mają tylko bliźnięta jednojajowe.

Wszystkie kwasy RNA powstają na matrycy DNA.

W 1953 roku amerykanin J. Watson i anglik F. Crick stworzyli dzisiejszą koncepcje budowy DNA i występowanie RNA. Przed tym odkryciem powstawały różne hipotezy lecz były nietrafne. Za to odkrycie w 1963 roku otrzymali nagrodę Nobla. Odkrycia dokonali dzięki zdjęciom redgenowskim które wyniósł człowiek z pracowni pani Rosalind Franklin która dopominała się o nagrodę.

DNA jest to materiał genetyczny i dowodzą tego rozmaite doświadczenia.

DOŚWIADCZENIE Z ACETABULARIĄ HAMMERLINGA  

Acetabularia – protist, jednokomórkowy glon.

Jeden z gatunków różni się od pozostałych formą parasolika. W doświadczeniu tym Hammerlig wykazał, że informacje genetyczne (materiał genetyczny) mieści się w jądrze i jadro decyduje o regeneracji i cechach organizmu.

DOŚWIADCZENIE GRIFFITHA

Griffith pracował w latach 20 XX wieku i zauważył, że wśród bakterii (pneumokoków – bakterie zapalenia płuc) są ich dwa typy. Jedne pokryte szczelną ścianą komórkową i nazwał je gładkie, drugie pozbawione ściany komórkowej nazwał szorstkie. Te pozbawione ściany komórkowej to mutanty.

Griffith zakażał tymi bakteriami myszy i zauważył, że po wprowadzeniu bakterii gładkich myszy chorowały i umierały, gdy wprowadzał bakterie szorstkie myszy nie chorowały. Można wywnioskować, że bakterie straciły w wyniku mutacji zjadliwość.

Następnie zabił bakterie gładkie (zjadliwe) temperaturą i wprowadził szorstkie i choroba nie wystąpiła.

Połączył żywe bakterie szorstkie z martwymi gładkimi (chorobotwórczymi) i okazało się, że przy tej mieszance myszy chorują. Griffith wywnioskował, że gen z bakterii martwej zjadliwej jest przekazywany do żywej nie chorobotwórczej.

W latach 60 XX wieku badacze amerykańscy przeprowadzili te próbę ponownie. Pobrano próbkę od chorych myszy i rozłożyli ją i stwierdzili, że te bakterie w porównaniu z niezjadliwymi mają dodatkowy fragment DNA.

Przekazanie informacji genetycznej z jednej bakterii do drugiej bez niczyjego pośrednictwa, albo pobranie fragmentu DNA z otoczenia, czyli pożywki nazwano transformacją.

Doświadczenie

Koniugacja u bakterii. W czasie koniugacji uczestniczy plazmidowy DNA. Biorca zyskuje nowe cechy.

Doświadczenie

Transdukcja – jest to przekazywanie informacji genetycznej z jednej bakterii do drugiej za pomocą bakteriofaga.

Kiedy bakteriofag zostanie namnożony w komórce bakterii komórka ulegnie rozpadowi. Rozpadowi ulega również bakteryjny DNA. Bakteriofag wstrzykując własny DNA do bakterii wstrzykuje mały fragment DNA bakterii poprzednio zniszczonej.

NUKLEOTYD – składa się z 3 cząsteczek; jest monomerem kwasu nukleinowego. Pojedynczy składa się:

·         ZASADA AZOTOWA

DNA: adenina, guanina, cytozyna, tymina

RNA: adenina, guanina, cytozyna, uracyl

Zasady purynowe: adenina, guanina

Zasady pirymidynowe: cytozyna, tymina, uracyl

Zasada azotowa- organiczny związek azotowy o odczynie zasadowym

Zasady azotowe rozróżniamy po budowie:

·         Puryny – są 2 pierścieniowe

·         Pirymidyny – są 1 pierścieniowe

Puryny i pirymidyny tworzą komplementarne pary:

W DNA: A – T; C – G

W RNA: A – U; C – G

·         CUKER PENTOZA

Deoksyryboza w DNA

Ryboza w RNA

·         RESZTA KWASU FOSFOROWEGO (ORTOFOSFOROWEGO) – H₃PO₄

NUKLEOZYD – nukleotyd bez reszty fosforanowej

Cząsteczki DNA są 2 niciowe, czyli cząsteczka kwasu DNA zbudowana jest z 2 polinukleotydowych łańcuchów. Te 2 łańcuchy skręcają się wokół siebie tworząc podwójną helisę. Dwa łańcuchy w tej cząsteczce biegną do siebie przeciwnym końcem.

Na jeden skręt podwójnej helisy przypada 10 par nukleotydów. Łańcuchy te trzymają się razem dzięki specjalnym wiązaniom.

Cząsteczki DNA są bardzo duże, szczególnie w komórkach eukariotycznych. Wykryto nawet takie które mają 1 m długości.

Rola DNA polega na tym, że decyduje o rodzaju powstającego DNA. O powstawaniu białka decyduje mały fragment DNA, czyli gen.

O wbudowaniu 1 aminokwasu do białka decydują 3 nukleotydy z DNA.

WIĄZANIA W DNA

Nukleotydy wzajemnie jeden z drugim, w obrębie jednego łańcucha powiązane są wiązaniami diestrowymi, które powstają między reszta fosforanową i cukrem.

W obrębie nukleotydów są wiązania glikozydowe pomiędzy cukrem, a zasadą azotową.

W DNA występują jeszcze wiązania wodorowe i występują między zasadami azotowymi położonych naprzeciwko nukleotydów. Mogą one powstawać tylko między A – T i G – C.

·         Adenina z tyminą tworzy wiązanie słabsze podwójne

·         Guanina z cytozyną tworzą wiązanie mocniejsze potrójne

Zasada komplementarności oznacza, że komplementują, czyli pasują do siebie tylko adenina z tyminą i guanina z cytozyną. Okazało się, że w Dna jest tyle samo guaniny co cytozyny i adeniny co tyminy.

Kwasy RNA to pojedyncze łańcuchy, tylko tRNA w pewnych fragmentach tworzy podwójną nić.

Występowanie kwasów DNA i RNA:

Kwasy DNA występują głównie w jądrze komórkowym w chromosomie oraz w małej ilości w mitochondriach i chloroplastach tzw. DNA cytoplazmatyczny.

Kwasy RNA zlokalizowane są przede wszystkim w rybosomach 50%, w jądrze komórkowym w jąderku oraz cytoplazmie.

DNA – jest to nośnik informacji genetycznej, czyli w nich zapisane są rodzaje białek tworzonych w komórce, a od rodzaju białek zależą cechy organizmu.

RNA – mają zadanie wynieść informacje o rodzajach białek z jądra komórkowego do rybosomów, gdzie informacja ta jest realizowana.

Replikują (podwajają) się tylko kwasy DNA, a wszystkie kwasy RNA powstają na matrycy małych odcinków DNA, czyli genów.

Różnice między DNA i RNA
	DNA	RNA
Występowanie	Jądro komórkowe (również mitochondria i chloroplasty)	Cytoplazma, rybosomy, jądro komórkowe
Struktura przestrzenna cząsteczki	Zawsze podwójna helisa (u niektórych wirusów wyjątkowo pojedyncza)	Najczęściej pojedyncza nic różnie ułożona
Budowa nukleotydu	·         Reszta kwasu fosforowego ·         Cukier deoksyryboza ·         Jedna z zasad azotowych: adenina, guanina, cytozyna, tymina	·         Reszta kwasu fosforowego ·         Cukier ryboza ·         Jedna z zasad azotowych: adenina, guanina, cytozyna, uracyl
Funkcja	Jest nośnikiem informacji genetycznej	Umożliwia realizację informacji genetycznej
Wielkość cząsteczki	Często bardzo duże liczące nawet miliony nukleotydów	Mniejsze, liczące kilkaset do kilku tysięcy nukleotydów
Rodzaje (frakcje i ich funkcje)	Ze względu na rodzaj informacji wyróżnia się kilka frakcji m.in. kodujący DNA zawierające informacje o budowie białek i niekodujący DNA	- mRNA (informacyjny) przekazuje informacje genetyczną z jądra do cytoplazmy - tRNA (transportujący) transportuje aminokwasy z cytoplazmy do rybosomów - rRNA (rybosomalny)- buduje rybosomy

CHOROBOTWÓRCZOŚĆ

Zdrowie oznacza stan dobrostanu zarówno fizycznego i psychicznego, a zaburzenia tego dobrostanu to choroba.

Podział chorób:

·         Zakaźne – związane z drobnoustrojami (bakteryjne, wirusowe); nie wszystkie są zaraźliwe np. tężec (osoba chora na tężec nie może zarazić drugiej osoby )

·         Pasożytnicze – spowodowane pasożytami np. malaria, włośnica, glistnica, tasiemczyca

·         Cywilizacyjne – choroby wynikające z rozwoju cywilizacji, przemysłu, dużych aglomeracji np. choroby psychiczne, nowotwory, choroby układu krążenia, uzależnienia.

·         Zawodowe – wynikają z wykonywania danego zawodu np. pylica, choroby krtani, rozedma płuc (trębacze i dmuchacze szkła).

·         Genetyczne – uwarunkowane zmianami w pojedynczych genach lub chromosomach np. hemofilia, daltonizm, zespół Downa.

Podział czynników chorobotwórczych:

·         Czynniki biologiczne – bakterie, wirusy, grzyby, pasożyty

·         Czynniki fizykochemiczne – temperatura, wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne, promieniowanie.

·         Czynniki społeczne – niepowodzenia szkolne, brak harmonii w rodzinie, uzależnienia członków rodziny

CHOROBY WIRUSOWE

Wirus nie jest komórką, a cząstką chemiczną (winion), składają się z kwasu nukleinowego i białka.

Etapy infekcji wirusowej:

    1.       Adsorpcja

    2.       Wnikanie (penetracja)

    3.       Faza utajenia (eklipsy)

    4.       Faza replikacji

    5.       Składanie (dojrzewanie)

    6.       Uwalnianie

Choroby wirusowe: grypa, ospy wietrzna i naturalna, kurzajki, półpasiec, AIDS, WZW, wścieklizna, różyczka, świnka, choroba chatnego mediny (paraliż dziecięcy), odra, ebola, opryszczka

Choroby bakteryjne: kiła i rzeżączka, gruźlica, dur brzuszny, czerwonka, salmonelloza, angina, szkarlatyna, błonica (dyfteryt)

Choroby drobnoustrojowe: malaria, ameba (pełzakowatość)

WRAŻLIWOŚĆ ROŚLIN

Wyróżniamy 3 rodzaje ruchów roślin:

    1.       Tropizmy

Są  to ruchy wzrostowe – wynikające z różnego tempa wzrostu. Są to ruchy wolne – obserwacja trwa wiele dni i kierunkowe – reakcje rośliny w kierunku działającego bodźca lub w kierunku przeciwstawnym do bodźca. Ruchy w kierunku bodźca zwane są dodatnimi, w kierunku przeciwległym do bodźca – ujemnymi.

Plagiotropizmy to ruchy pod katem do działającego bodźca.

Nazwy tropizmów związane są z nazwami bodźca – fototropizmy, chemotropizmy, geotropizmy (przyciąganie ziemskie), aerotropizmy (powietrze), tigmotropizmy/ mechanotropizmy (na bodziec mechaniczny).

Reakcje stałe:

·         Geotropizm korzeni jest zawsze dodatni, pędów ujemny.

·         Fototropizm korzeni jest ujemny, pędów dodatni.

Pozostałe Tropizmy są różne w zależności od natężenia czynnika środowiskowego.

Tigmotropizm – dzięki niemu roślina mocuje się na tyczkach. 

Z czego wynikają tropizmy ?

Auksyny to fitohormony powstające w stożkach wzrostu. Transportowane są wiązkami do innych części roślin.

Pod wpływem padającego światła auksyny przemieszczają się ze strony oświetlonej na przeciwległą zacienioną, światło przyczynia się do rozkładu auksyn. Zacieniona strona rośnie szybciej – jest dłuższa i stożek się wygina w kierunku działającego bodźca.

W przypadku korzenia reakcja auksyn jest odwrotna – auksyny przemieszczają się na stronę nasłonecznioną.

Owijanie roślin:

W stożkach wzrostu roślin tworzą się auksyny, stożek wzrostu szuka podpory i dotknięcie tej podpory powoduje przemieszczenie auksyn i dlatego pęd owija się wokół przeszkody.

Doświadczenia nad tropizmami prowadził Karol Darwin, wykazał on, że w przypadku tropizmu bodziec powoduje przemieszczenie się auksyn.

Darwin wykazał to działając na 3 siewki roślin światłem.

    2.       Nastie

Są to ruchy turgorowi i bezkierunkowe, obserwujemy je szybciej niż tropizmy np. kielichy tulipanów zamykają się na noc – jest połowicznie foto i termonastia, czyli reakcja na światło i temperaturę, otwieranie i zamykanie maciejki – foto i hydronastia (otwiera kwiaty na noc i przy dużej wilgotności). Ruchy aparatów szparkowych to również nastie.

Są to ruchy turgorowe – występuje zmiana uwodnienia pewnych części rośliny – u tulipanów przy wysokim turgorze płatki na baczność.

Do nastii zaliczamy również chemonastie występujące u roślin owadożernych. Jest to reakcja na skład chemiczny owada, a szczególnie na jego białka.

U roślin motylkowych wykazano ruchy senne, czyli nyktynastie. W dzień liście ustawione SA prostopadle do padających promieni, a gdy nastaje noc liście zwisają wzdłuż łodygi. (Zmiana turgorowa w miejscu połączenia blaszki liściowej z ogonkiem liścia).

Sejsmonastie u mimozy to reakcje rośliny na wszelkiego rodzaju bodźce głównie mechaniczne. Reakcje można wywołać dotknięciem, ukłuciem, ogrzaniem. Bodziec powoduje odpłyniecie wody z ogonka liścia. U mimozy obserwuje się przekazywanie bodźca po wiązkach przewodzących i dlatego wiązki przewodzące liści to nerwy ( Przekazywanie informacji to również depolaryzacja błon komórkowych).

    3.       Taksje

Są to reakcje kierunkowe dotyczące tylko całych organizmów lub gamet, rodzaj taksji zależy od wywołującego ją bodźca (owady wykazują fototaksje dodatnią). Glony i pierwotniaki wykazują chemotaksje w zależności od składnika chemicznego. Chemotaksje dodatnią wykazują niektóre gamety mszaków – zarodnie wydzielają cukry lub kwasy organiczne które wabią. Chemotaksje występują też w narządach rodnych organizmów żeńskich.

Fotoperiodyzm – odpowiedzi rozwojowe roślin ze względu na długość ich ekspozycji na światło.

Długość oświetlenia (dnia i nocy) decyduje o rozwoju paków kwiatowych i zakwitaniu. Wyróżniamy rośliny:

·         Dnia długiego – zawiązuje pąki kwiatowe, gdy dzień jest długi (przechodzi z fazy wegetatywnej w generatywną)np. sałata, rzodkiew, szpinak, zboża.

·         Dnia krótkiego – zawiązują paki, gdy dzień jest krótki np. astry, chryzantemy.

·         Neutralne – zakwitają bez względu na długość dnia i nocy np. pomidory, ogórki.

W młodych liściach znajdują się błękitne barwniki fitochromy decydujące o zakwitaniu, a ilość światła decyduje o przemianach w fitochromach, konsekwencją przemian jest wytworzenie paków kwiatowych.