Pytania powtórkowe do lekcji “Narzędzia i techniki inżynierii genetycznej”

Odpowiedzi

1. Inżynieria genetyczna to dziedzina biologii zajmująca się modyfikowaniem materiału genetycznego organizmów oraz opracowywaniem metod, które umożliwiają wycinanie, łączenie, kopiowanie i przenoszenie fragmentów DNA.
2. Do podstawowych narzędzi inżynierii genetycznej należą enzymy restrykcyjne, ligazy DNA oraz polimerazy DNA.
3. Do podstawowych technik omawianych w tym dziale należą PCR oraz elektroforeza DNA.
4. Enzymy restrykcyjne to enzymy, które rozpoznają określone sekwencje nukleotydów w DNA i przecinają DNA w tych miejscach lub w ich pobliżu. Działają więc jak molekularne nożyczki.
5. Sekwencja palindromowa to taka sekwencja DNA, która odczytywana w kierunku 5’→3’ na jednej nici jest taka sama jak sekwencja odczytywana w kierunku 5’→3’ na nici komplementarnej. To właśnie takie sekwencje są często rozpoznawane przez enzymy restrykcyjne.
6. Lepkie końce powstają po niesymetrycznym przecięciu DNA i mają jednoniciowe, wystające fragmenty. Tępe końce powstają po symetrycznym przecięciu DNA i nie mają wystających odcinków.
7. Lepkie końce są bardziej przydatne, ponieważ ich wystające fragmenty mogą łączyć się z komplementarnymi sekwencjami dzięki wiązaniom wodorowym. To sprawia, że łączenie fragmentów DNA jest łatwiejsze i wydajniejsze.
8. Ligaza DNA to enzym, który łączy fragmenty DNA, tworząc między nimi wiązania fosfodiestrowe. Dzięki temu z osobnych odcinków można utworzyć jedną ciągłą cząsteczkę DNA.
9. Polimerazy DNA to enzymy odpowiedzialne za syntezę nowej nici DNA na matrycy istniejącej nici. W inżynierii genetycznej wykorzystuje się je przede wszystkim do powielania określonych fragmentów DNA.
10. Polimeraza Taq to termostabilna polimeraza DNA wyizolowana z bakterii Thermus aquaticus. Jest wykorzystywana w PCR, ponieważ zachowuje aktywność po ogrzewaniu mieszaniny reakcyjnej do wysokich temperatur i najlepiej działa podczas etapu wydłużania nici, około 72°C.
11. PCR, czyli łańcuchowa reakcja polimerazy, to metoda umożliwiająca wielokrotne powielenie wybranego fragmentu DNA. Dzięki niej z małej ilości materiału można uzyskać bardzo dużą liczbę kopii konkretnego odcinka DNA.
12. Trzy główne etapy PCR to:
    denaturacja – rozdzielenie dwóch nici DNA,
    przyłączanie starterów – połączenie starterów z matrycą,
    elongacja – synteza nowych nici DNA przez polimerazę.
13. Do przeprowadzenia PCR potrzebne są: matrycowe DNA, startery DNA, wolne nukleotydy (dNTP), termostabilna polimeraza DNA oraz bufor reakcyjny. Reakcję prowadzi się w termocyklerze.
14. W PCR nie jest potrzebna prymaza, ponieważ stosuje się gotowe, syntetyczne startery DNA, które wyznaczają miejsce rozpoczęcia syntezy nowej nici.
15. PCR stosuje się m.in. w diagnostyce chorób genetycznych, wykrywaniu patogenów, kryminalistyce, medycynie sądowej, badaniach naukowych oraz przy analizie śladowych ilości DNA.
16. Hybrydyzacja kwasów nukleinowych to proces łączenia się komplementarnych nici DNA lub RNA. Zachodzi dzięki komplementarności zasad azotowych.
17. Sonda molekularna to krótki, znakowany fragment jednoniciowego DNA lub RNA, który jest komplementarny do poszukiwanej sekwencji. Służy do wykrywania określonych fragmentów materiału genetycznego.
18. Elektroforeza DNA to technika pozwalająca na rozdzielenie fragmentów DNA według ich długości w polu elektrycznym, zwykle w żelu agarozowym.
19. Fragmenty DNA przemieszczają się w żelu, ponieważ DNA ma ujemny ładunek wynikający z obecności reszt fosforanowych w szkielecie cząsteczki.
20. DNA przemieszcza się w stronę elektrody dodatniej, czyli anody.
21. Szybkość migracji zależy głównie od długości fragmentu DNA. Krótsze fragmenty przemieszczają się szybciej i dalej, a dłuższe – wolniej i na mniejszą odległość.
22. Marker, czyli drabinka DNA, to mieszanina fragmentów o znanej długości. Służy do porównania i oszacowania, ile par zasad mają fragmenty DNA obecne w badanej próbce.
23. Dzięki elektroforezie można określić, czy w próbce znajduje się fragment DNA o oczekiwanej długości, a także ocenić jakość próbki, np. czy DNA nie jest zdegradowane albo zanieczyszczone.
24. Analiza restrykcyjna polega na trawieniu DNA enzymami restrykcyjnymi, a następnie porównaniu liczby i długości powstałych fragmentów DNA, zwykle za pomocą elektroforezy.
25. PCR i elektroforeza mają ogromne znaczenie, ponieważ umożliwiają powielanie, wykrywanie i analizę DNA, co wykorzystuje się w diagnostyce, badaniach naukowych, kryminalistyce i biotechnologii.