Wirusy
Wirusy — budowa i cykle infekcyjne
Replikacja i ekspresja informacji genetycznej
Replikacja DNA jest semikonserwatywna: każda nowa cząsteczka zawiera jedną nić starą i jedną nową. Helikaza rozplata DNA, prymaza syntetyzuje startery, a polimeraza wydłuża nową nić wyłącznie w kierunku 5′→3′.
W transkrypcji polimeraza RNA wykorzystuje jedną nić DNA jako matrycę. U eukariontów pre-mRNA jest modyfikowany: otrzymuje czapeczkę 5′, ogon poli(A), a introny są usuwane podczas splicingu.
Rybosom odczytuje kodony mRNA, a tRNA dopasowuje antykodon i dostarcza aminokwas. Kod jest trójkowy, zdegenerowany, jednoznaczny dla danego kodonu i niemal uniwersalny.
- Nić wiodąca powstaje ciągle, opóźniona — fragmentami Okazaki.
- Kodon START AUG koduje metioninę i ustala ramkę odczytu.
- Kodony STOP nie mają odpowiadającego tRNA.
- Alternatywny splicing pozwala wytwarzać różne warianty białka z jednego genu.
Schemat: Replikacja i ekspresja informacji genetycznej
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XII.1
Wirusy: budowa i cykle namnażania
Wirus składa się z genomu DNA lub RNA oraz kapsydu, a część wirusów ma osłonkę lipidową pochodzącą z błony gospodarza. Nie prowadzi samodzielnego metabolizmu i wykorzystuje aparat komórki gospodarza.
W cyklu litycznym genom wirusa kieruje syntezą składników wirionów, po czym komórka ulega uszkodzeniu lub lizie. W cyklu lizogenicznym materiał wirusa może zostać włączony do genomu gospodarza i kopiowany wraz z nim.
Retrowirusy przepisują RNA na DNA za pomocą odwrotnej transkryptazy. Swoistość receptorów komórkowych decyduje o tropizmie tkankowym i zakresie gospodarzy.
- Kapsyd chroni genom i uczestniczy w rozpoznaniu komórki.
- Osłonka lipidowa zwiększa wrażliwość na detergenty i wysychanie.
- Szczepionka pobudza pamięć immunologiczną; antybiotyk nie hamuje replikacji wirusa.
- Wirusy roślin mogą być przenoszone przez wektory i uszkodzenia tkanek.
Schemat: Wirusy: budowa i cykle namnażania
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XII.2
Aparat ruchu, skurcz mięśnia i skóra
Kości stanowią dźwignie, stawy punkty ruchu, a mięśnie generują siłę. Mięśnie antagonistyczne działają przeciwstawnie, ponieważ włókno mięśniowe aktywnie się skraca, ale nie potrafi aktywnie się wydłużać.
W sarkomerze filamenty aktynowe przesuwają się względem miozynowych. Ca²⁺ wiąże troponinę, odsłania miejsca na aktynie, a głowy miozyny wykonują cykl mostków poprzecznych wykorzystujący ATP.
Skóra tworzy barierę, odbiera bodźce i uczestniczy w termoregulacji. Rozszerzenie naczyń i pocenie zwiększają oddawanie ciepła, a zwężenie naczyń ogranicza straty.
- Podczas skurczu długość filamentów nie zmienia się — skraca się sarkomer.
- ATP jest potrzebne do odłączenia głowy miozyny od aktyny.
- Ścięgno łączy mięsień z kością, więzadło stabilizuje połączenie kości.
- UVB umożliwia syntezę witaminy D, ale nadmiar uszkadza DNA.
Schemat: Aparat ruchu, skurcz mięśnia i skóra
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XII.3
Ekologia populacji, ekosystemów i ochrona różnorodności
Siedlisko oznacza miejsce życia, a nisza obejmuje wymagania, tolerancję, zasoby i rolę gatunku. Zakres tolerancji ma minimum, maksimum i optimum; czynnik najbliższy granicy może ograniczać występowanie.
Dynamika populacji zależy od rozrodczości, śmiertelności, imigracji i emigracji. Wzrost logistyczny zwalnia przy zbliżaniu do pojemności środowiska z powodu konkurencji i ograniczenia zasobów.
Energia przepływa przez poziomy troficzne i jest tracona jako ciepło, natomiast pierwiastki krążą. Produkcja pierwotna stanowi podstawę sieci pokarmowej, a zmiana liczebności jednego gatunku może wywołać kaskadę troficzną.
Ochrona in situ zachowuje gatunki w naturalnym środowisku i chroni interakcje, a ex situ obejmuje np. banki genów i hodowle zachowawcze.
- Konkurencja wewnątrzgatunkowa zwykle nasila się ze wzrostem zagęszczenia.
- Sukcesja pierwotna zaczyna się bez gleby, wtórna po zaburzeniu z zachowaną glebą.
- Bioindykator reaguje w przewidywalny sposób na warunki środowiska.
- Różnorodność obejmuje poziom genetyczny, gatunkowy i ekosystemowy.
Schemat: Ekologia populacji, ekosystemów i ochrona różnorodności
Zależność między zmiennymi i jej interpretacja.
Podstawa programowa: XII.4
Najczęstsze błędy
„Polimeraza DNA wydłuża nić w obu kierunkach”
Poprawnie: Nukleotydy są dołączane do końca 3′, więc synteza zawsze biegnie 5′→3′.
„Jeden gen zawsze koduje jedno białko”
Poprawnie: Gen może kodować funkcjonalny RNA, a alternatywny splicing może prowadzić do kilku produktów białkowych.
„Wirus jest komórką”
Poprawnie: Wirus nie ma budowy komórkowej ani własnego aparatu translacyjnego.
„Każdy wirus natychmiast niszczy zakażoną komórkę”
Poprawnie: Niektóre pozostają w stanie latentnym lub integrują genom bez natychmiastowej lizy.
Zadania z odpowiedziami
1. Od DNA do peptydu
Dla nici matrycowej DNA 3′-TAC CCG ATT-5′ zapisz mRNA i aminokwasy, zakładając standardowy kod.
- 1.Zapisz komplementarne mRNA w kierunku 5′→3′.
- 2.Podziel sekwencję na kodony.
- 3.Odczytaj kodony z tabeli kodu genetycznego.
Odpowiedź
mRNA: 5′-AUG GGC UAA-3′. Translacja rozpoczyna się od metioniny, następnie dołączana jest glicyna, a UAA kończy translację.
2. Dlaczego mydło działa na część wirusów?
Wyjaśnij wpływ detergentu na wirusa osłonkowego.
- 1.Wskaż lipidowy charakter osłonki.
- 2.Wyjaśnij działanie amfipatycznych cząsteczek detergentu.
- 3.Połącz z utratą integralności i zakaźności.
Odpowiedź
Detergent rozprasza lipidy osłonki i białka powierzchniowe, przez co wirus traci strukturę potrzebną do wiązania i wnikania do komórki.
3. Stężenie Ca²⁺ a skurcz
Wyjaśnij, dlaczego usunięcie Ca²⁺ z cytoplazmy prowadzi do rozkurczu.
- 1.Wskaż troponinę i tropomiozynę.
- 2.Określ dostępność miejsc wiązania miozyny.
- 3.Połącz z zanikiem mostków poprzecznych.
Odpowiedź
Po spadku Ca²⁺ troponina wraca do stanu wyjściowego, tropomiozyna zasłania miejsca aktyny i nowe mostki aktyna–miozyna nie powstają, więc włókno się rozkurcza.
4. Kaskada troficzna
Przewidź wpływ spadku liczebności drapieżnika na roślinożerców i rośliny.
- 1.Wskaż bezpośrednią relację drapieżnik–ofiara.
- 2.Przewidź zmianę presji roślinożerców.
- 3.Zapisz pośredni skutek dla biomasy roślin.
Odpowiedź
Mniejsza presja drapieżnicza może zwiększyć liczebność roślinożerców, co nasila zgryzanie i obniża biomasę roślin — jest to kaskada odgórna.
Podsumowanie
- Nić wiodąca powstaje ciągle, opóźniona — fragmentami Okazaki.
- Kodon START AUG koduje metioninę i ustala ramkę odczytu.
- Replikacja DNA jest semikonserwatywna: każda nowa cząsteczka zawiera jedną nić starą i jedną nową. Helikaza rozplata DNA, prymaza syntetyzuje startery, a polimeraza wydłuża nową nić wyłącznie w kierunku 5′→3′.
- Kapsyd chroni genom i uczestniczy w rozpoznaniu komórki.
- Osłonka lipidowa zwiększa wrażliwość na detergenty i wysychanie.
- Wirus składa się z genomu DNA lub RNA oraz kapsydu, a część wirusów ma osłonkę lipidową pochodzącą z błony gospodarza. Nie prowadzi samodzielnego metabolizmu i wykorzystuje aparat komórki gospodarza.
- Podczas skurczu długość filamentów nie zmienia się — skraca się sarkomer.
Słownik pojęć
- Semikonserwatywność
- Każda potomna cząsteczka DNA zawiera jedną nić rodzicielską.
- Kodon
- Trójka nukleotydów mRNA określająca aminokwas lub sygnał STOP.
- Splicing
- Usuwanie intronów i łączenie eksonów z pre-mRNA.
- Wirion
- Kompletna cząstka wirusa poza komórką.
- Tropizm
- Zdolność wirusa do zakażania określonych komórek lub tkanek.
- Prowirus
- DNA wirusa włączone do genomu komórki gospodarza.
- Sarkomer
- Podstawowa jednostka kurczliwa miofibryli.
- Antagonizm mięśni
- Przeciwstawne działanie par mięśni wykonujących ruch w obu kierunkach.