1.Opisz krótko proces transkrypcji u priokariotów.
Transkrypcja katalizowana przez polimerazę RNA E.coli obejmuje trzy etapy: inicjację, elongacje, germinacje. Inicjacja polega na związaniu enzymu z promotorem ulokowanym przed transkrybowanym genem i utworzeniem inicjującego kompleksu. Podczas elongacji zachodzi synteza RNA, będącego kopia matrycowej nici genu(antysensownej nici DNA). W końcu, polimeraza RNA napotyka na sygnał terminacji, zatrzymujący syntezę i powodujący uwolnienie zsyntezowanego RNA..
2.Co to jest kod genetyczny i jakie są jego cechy?
Jest zestawem reguł, która określają sposób, w jaki sekwencja nukleotydów w mRNA zostaje przetłumaczona na sekwencję aminokwasów w polipeptydzie. Sekwencja nukleotydów jest czytana trojkami. Kodony UAG, UOA, UAA nie specyfikują żadnego aminokwasu i są określane jako kodony terninacyjne, czyli kodony „stop". Kodon AUG koduje metioninę i działa również jako kodon inicjujący, czyli * start*. Cechy kodu: 1) zdegenerowany- większość aminokwasów jest kodowana przez więcej niż jeden kodon; 2) Uniwersalny- jest taki sam w większości organizmów,; 3) Nienakładający się ; 4) Jednoznaczny; 5) Bezprzecinkowy ;6)Jest to kod trójkowy.
3. Cechy bodowy dwuniciowej helisy DNA?
a) Dwa helikalne łańcuchy polinukleotydowe oplatają wspólną oś Łańcuchy te biegną w przeciwnych kierunkach
b) Zasady purynowe i pirymidynowe znajdują sie wewnątrz, a fosforany i reszty deoksyrybozy — na zewnątrz helisy. Płaszczyzny zasad są prostopadle do osi helisy a płaszczyzny pierścieni cukrów są ułożone prostopadle względem zasad.
c) Średnica helisy wynosi 2.0 ma Odległość miedzy sąsiednimi zasadami mierzona wzdłuż osi helisy wynosi 0.34nm. Zasady te są skręcone względem siebie pod katem 36°. Na całkowity skręt helisy przypada po JO nukleotydów w każdym łańcuchu, co daje okres powtarzalności równy 3.4 nm
d) Dwa łańcuchy łączą się ze sobą wiązaniami wodorowymi między zasadami tworzącymi komplementarne pary. Adenina zawsze tworzy parę z tyminą a guanina z cytozyną. Dodatkowo strukturę stabilizują oddziaływania asocjacji warstwowej pomiędzy zasadą.
e) Kolejność zasad w łańcuchu polinukleotydowym nie jest w żaden sposób ograniczona. ŚCISŁE OKREŚLONA SEKWENCJA ZASAD NIESIE INFORMACJE.
4 Co to jest biotechnologia ?
Ogólnie rzecz ujmując biotechnologia jest to świadczenie dóbr i usług z zastosowaniem metod biologicznych. Inaczej –biotech. Jest to integracja nauk przyrodniczych i inżynieryjnych w celu osiągnięcia zastosowań organizmów, komórek lub ich części oraz molekularnych analogów dla .pozyskania produktów i usług (definicja wg Europejskiej Federacji Biotechnologii). U podstaw biotechn. leży wiele dziedzin nauki i techniki, jednak szczególne miejsce zajmuje biologia i genetyka molekularna.
5.Co to jest inżynieria genetyczna?
Zestaw techniki biologii molekularnej stosowanych w celu modyfikacji genomu. Za pomocą tej techniki możemy dowiedzieć się jakie substancje chemiczne powinien wytworzyć organizm, by móc funkcjonować, rosnąć i rozmnażać się. Inżynieria genetyczna najczęściej polega na przenoszeniu genów z jednego organizmu do drugiego w celu jego ulepszenia (np: uzyskanie odporności roślin na szkodniki) za pomocą technik laboratoryjnych. Działalność taka jest określana również mianem nowoczesnej biotechnologii. Przy okazji warto wspomnieć, że poprzez zmiany DNA organizmu, dzięki technikom rekombinacji DNA, można spowodować wytwarzanie większej ilości podstawowego białka lub produkowania jego zmodyfikowanej formy. Znaczące jest to, że naukowcy mogą przenieść mały fragment DNA z jednego organizmu do genomu innego, w ten sposób krzyżując naturalne granice pomiędzy gatunkami. W ten sposób mogą być wprowadzone geny ludzkie do bakterii lub drożdży, umożliwiając wytwarzanie ludzkich białek dla celów medycznych w kontrolowanych, kulturach. Podobne techniki inżynierii genetycznej stosowane są także przy rozmnażaniu zwierząt i roślin, jak i w przypadku większości dziedzin tradycyjnej biotechnologii.
6. Różnica pomiędzy tradycyjna a nowoczesna biotechnologią
W nowoczesnej biotechnologii utożsamianej i zawężanej do inżynierii genetycznej, stosowane procedury polegają przede wszystkim na przenoszeniu lub modyfikacji określonych, zdefiniowanych genów pomiędzy rożnymi osobnikami, najczęściej pomiędzy rożnymi gatunkami za pomocą technik laboratoryjnych. W „klasycznej" hodowli również ma miejsce przenoszenie genów, np podczas dokonywanych krzyżówek; jednakże, nikt nie wie jakie geny czy zespoły genowe zostały przeniesione Ta „nowoczesna" biotechnologia ściśle wiąże się z „klasyczną", a zatem taki podział jest sztuczny, wręcz niewłaściwy. Można natomiast wyróżnić inżynierię genetyczną, czyli zespół metod stosowanych dla modyfikacji genomu, a zatem w celu zmian właściwości organizmu.
7. Rys historyczny
Okres I- Przedpasteurowski (korzenie biotechnologii)- od zarania ludzkości do poł. XIX w; Spontaniczne procesy fermentacyjne, m.in. produkcja wina, piwa, octu, napojów mlecznych, chleba. Osiągnięciem tego okresu było wprowadzenie techniki inokulacji - szczepienia kolejnych cykli fermentacji częścią produktu, finalnego łub ubocznego.
Okres II przejściowy (początki nowych technologii mikrobiologicznych) IIpoł. XIX w., do lat 40- tych XXw. —Naukowe poznanie procesów mikrobiologicznych i wdrażanie nowych rozwiązań technicznych; Opracowano i wdrożono do produkcji na skalę przemysłową etanol, butanol, metanol, aceton, kwasy organiczne Zastosowanie do oczyszczania ścieków techniki złoża zraszanego, na którym rozwijała się mikroflora degradująca składniki wód ściekowych. Opracowano pierwsze metody biotransformacji mikrobiologicznej: sorbitolu do sorbozy, glukozy do kwasu glukonowego.
Okres III- Era nowoczesnej biotechnologii (po II wojnie światowej): Podokres 1 (1940-1970) Złota era antybioz.- Opracowano nowe biotechnologie: ok. 100 antybiotyków w tym penicylina, kilkunastu enzymów, kilku aminokwasów, dwóch witamin, nukleotydów, dekstranu, biotransformacje steroidów, szczepionki wirusowe, białka paszowego pochodzenia drobnoustrojowego (SCP). Wprowadzenie pierwszych technologii z zastosowaniem biokatalizatorów immobilizowanych. Podokres 2 (od 1970) Współczesna biotechnologia - Narodziła się koncepcja manipulacji genami poza komórką. Nastąpił rozwój metod rekombinaqi DNA in vitro i in vivo. Opracowano szereg nowych biotechnologii, m.in. mikrobiologiczną produkcję insuliny, hormonów wzrostu, białek odpornościowych, wytwarzania przeciwciał monoklonalnych, powszechne stosowanie metod klonowania i rozmnażania roślin in vitro
8. Replikacja u bakterii
Polimeraza DNA I z E. coli wymaga prekursorów w postaci wszystkich czterech 5'-trifosforanów deoksynukleozydów (dNTP) jonów Mg2*, matrycy DNA oraz odcinka starterowego zawierającego wolną grupę 3'-OH. Synteza DNA przebiega w kierunku 5`-»3'. Polimeraza DNA I wykazuje też aktywność egzonukleazy3'-»5' {sprawdzającą wierność replikacji) oraz aktywność egzonukleazy 5'-»3\ Polimerazy DNA II i III z E. coli nit wykazują egzonukleotycznej aktywności 5`-»3. Replikacja rozpoczyna się w pojedynczym miejscu inicjacji (ori).przebiega dwukierunkowo i jest semikonserwarywna. Każde oczko replikacyjne zawiera dwa widełki replikacyjne.Synteza QNA przebiega w kierunku 5'->3' na każdej nici wyjściowego DNA. Na jednej z nici, o orientacji 3*->5ł (nic wiodąca) nowo powstający DNA jest syntetyzowany w sposób ciągły. Na drugiej nici, o orientacji 5'-»3' {nić opóźniona) synteza DNA przebiega w sposób nieciągły (skokowy) z tworzeniem się najpierw serii krótkich fragmentów Okazaki, które następnie ulegają połączeniu. Do zainicjowania replikacji konieczny jest starter RNA („primer"), syntetyzowany przez polimerazę RNA zwaną prymazą. Starter jest wydłużany przez polimerazę DNA III, która syntetyzuje DNA na obu matrycowych niciach. DNA, to jest na nici wiodącej i opóźnionej. Polimeraza. DNA I degraduje starter i zastępuje go odcinkiem DNA, a następnie ligaza DNA łączy, końce DNA. Dwuniciową helisę DNA rozplatają helikazy, a białka łączące się z jednoniciowym DNA (SSB) stabilizują jednoniciowy odcinek DNA podlegający replikacji. Potrzebna też jest topoizomeraza DNA I, umożliwiająca rozplatanie DNA bez konieczności rotacyjnych ruchów całego chromosomu. Topoizomeraza DNA II oddziela od siebie potomne cząsteczki kolistego DNA powstałe w wyniku replikacji.
9. Mutacją nazywamy zmianę w strukturze DNA na skutek uszkodzenia. Mutacja dziedziczy się w następnych pokoleniach.
Rodzaje mutacji:
- spontaniczna (naturalna) — zachodzą samorzutnie z częstością mniejszą niż 10". Są poważnym problemem w procesach biotechnologicznych ponieważ mogą doprowadzić do zdominowania hodowli przez niekorzystne mutanty i doprowadzić do utraty przez szczep produkcyjny cech ważnych biotechnologicznie.
- indukowane zachodzą pod wpływem czynników fizycznych (promieniowanie UV najczęściej o zakresie tzw dalekiego UV czyli 254- 265 nm, promieniowanie jonizujące, prędkie neutrony) oraz czynników chemicznych (Kwas azotawy, związki alkilujące, iperyt, nitrozoammy, barwniki akrydynowe).
10. Przenoszenie materiału genetycznego u bakterii
1)Koniugacja- połączenie dwóch komórek bakteryjnych, po którym następuje jednostronne przekazanie dużych fragmentów DNA z komórki dawcy (męska) do komórki biorcy;
2) Transdukcja- przenoszenie materiału genetycznego przez wirusy( bakteriofagi) z jednej komórki do drugiej;
3) Transformacja- proces wnikania do komórki biorcy fragmentu DNA( bez kontaktu z komórką dawcy) i zastąpienie przez ten fragment DNA odpowiedniego fragmentu genomu biorcy
11. Etapy w opracowaniu procesu biotechnologicznego
1) Pozyskiwanie drobnoustrojów (skrining) Jest to poszukiwanie odpowiednich drobnoustrojów prowadzących określony bioproces lub wytwarzających określony bioprodukt. (izolacja, ocena przydatności, warunki przechowywania), charakterystyka materiału biologicznego (szybkość wzrostu, szybkość przyswajania substratu, szybkość tworzenia produktu, szybkość oddychania)
2) Dobór warunków hodowli. Stworzenie warunków zapewniających szczepom max. produkcję (min. Skład podłoża czyli źródła C,N,P i inne prekursory, pH, . potencjał 02, potencjał redox, , pH, dalej; temp., natlenienie, sposób prowadzenia, hodowli.). Na tym etapie ustala się również metody wyodrębniania i oczyszczania bioproduktów oraz warunki tych operacji: temp., ciśnienie, lepkość, piana, pobór mocy.
3) Doskonalenie cech produkcyjnych szczepów. Zwiększenie potencjału genetycznego szczepu
w zakresie biosyntezy / biotransformacji określonego substratu w ilości przewyższającej potrzeby własne drobnoustrojów od kilkuset (aa) do kilkudziesięciu tysięcy razy (witaminy). Stosuje się następujące metody manipulacji genami: mutacje genetyczne, fuzję protoplastów, rekombinację DNA in vitro Ponadto dzięki inż. genetycznej można konstruować szczepy, które syntezują bioprodukty, których drobnoustroje macierzyste nigdy nie produkowały.
4). Optymalizacja bioprocesu. Jest ostatnim etapem laboratoryjnym. Jest konsekwencją maksymalnego wykorzystania potencjału metabolicznego drobnoustrojów. Ustala się skład podłoża, warunki jego mieszania i napowietrzania, kinetyki bioprocesu.
5)powiększenie skali- Przeniesienie opracowanej w laboratorium technologii do skali półtechnicznej (fementatory o poj. 20-1000L)
6) Uruchomienie produkcji przemysłowej.
12. Klonowanie
Wprowadzanie zrekombinowanego DNA do komórek, w celu namnożenia lub wyizolowania pożądanych genów. Ogólny schemat procesu klonowania genu może przebiegać następująco: l)Fragmentacja DNA, w którym chcemy odnaleźć lub namnożyć pożądany gen. Do tego celu stosuje sic enzymy restrykcyjne. 2)Polaczenie pofragmentowanego DNA z odpowiednim wektorem - tzw. ligacja, przeprowadzana przez odpowiednie enzymy - ligazy 3)Wprowadzenie zrekombinowanego DNA do komórek mikroorganizmów - transformacja. Komórki pobiorą rożne fragmenty DNA, każda z nich będzie pojedynczym klonem. W ten sposób otrzymujemy tzw. bank genów. 4) Identyfikacja zrekombinowanych genów w poszczególnych klonach. Jest to najtrudniejszy etap przy klonowaniu genów.
13. Enzymy narzędzia inżynierii genetycznej.
l)endonukleazy przecinające DNA; w tym endonukleazy restrykcyjne = enzymy restrykcyjne
2) polimerazy DNA:
3)odwrotna transkryptaza-synteza DNA na matrycy RNA
4)Ligaza-enzym łączący kowalencyjnie odcinki DNA (w strukturze dwuniciowych)
14. Działanie enzymów restrykcyjnych
Enzymy restrykcyjne umożliwiają rozcinanie DNA w specyficznych miejscach. Hybrydyzacji kwasów nukleinowych pozwala wykrywać specyficzne ich sekwencje. Określanie kolejności ułożenia nukleotydów w cząsteczce DNA nazywamy sekwencjonowaniem DNA, jego przeprowadzenie jest stosunkowo łatwe. Enzymy restrykcyjne (restryktazy) rozpoznają specyficzne sekwencje i rozcinają DNA pozostawiając w miejscu rozcięcia kohezyjne lub tępe jego końce. Końce fragmentów restrykcyjnych DNA można połączyć za pomocą ligazy, uzyskując w ten sposób nowe zrekombinowane cząsteczki DNA.
15.Ogólna charakterystyka drobnoustrojów przemysłowych.
Drobnoustroje dzięki swym szczególnym właściwościom pełnią ważną rolę w wielu przemianach, jakie zachodzą w przyrodzie, jak i w procesach technologicznych zachodzących z ich udziałem. Decydują o tym: duża szybkość przemiany materii, różnorodność prowadzonych reakcji chemicznych i syntetycznych produktów, oraz zmienność fizjologiczna. Wszystko to pozwala na sterowanie przebiegiem procesów mikrobiologicznych przez dobór war. Środowiskowych. Cechą o szczególnym znaczeniu dla biotechnologii jest duża łatwość dokonywania zmian genetycznych drobnoustrojów, co pozwala na uzyskanie szczepów wyróżniających się zwiększoną wydajnością syntezy pożądanego produktu.
cyrylek12