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CLEMSON / Biology / MICR 1030 / What are the purposes of cell division?

What are the purposes of cell division?

What are the purposes of cell division?

Description

School: Clemson University
Department: Biology
Course: General Biology I
Professor: Kristi whitehead
Term: Fall 2015
Tags: Biology, Bio, BIOL, BIO 1030, BIOL 1030, Dr. Whitehead, Clemson, Clemson University, and CU
Cost: 50
Name: Unit 3 Study Guide
Description: Here are all of the answered study guide questions for chapters 8, 9 ,10, and 11.
Uploaded: 11/03/2015
20 Pages 10 Views 39 Unlocks
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Unit 3 Study Guide


What are the purposes of cell division?



CHAPTER 8, 9, 10, 11

Chapter 8: The Cellular Basis of Reproduction and Inheritance

1. What are the purposes of cell division? (we discussed four in class) ∙ Reproduction of single celled organisms

∙ Growth occurring through cell division

∙ Repair and replacement of cells if they are damaged (through cell division) ∙ Sperm and egg production 

2. How do parent and daughter cells relate to one another?

∙ Daughter cells are genetically identical to the parent cells

∙ Daughter cells are a clone of the parent cell Don't forget about the age old question of How can a new source sneakily distort its findings on graph?

3. Differentiate between sexual and asexual reproduction. How do prokaryotic cells  reproduce?  What is the name of the process?  Describe this process. ∙ Asexual

∙ Single parent and that parent produces offspring that is identical 

genetically

∙ No involvement of a sperm or egg


How do parent and daughter cells relate to one another?



We also discuss several other topics like How is the skeleton divided?

∙ Bacteria, yeast, archaea, plants, starfish

∙ Figures 8.1 A, B, C: Page 126

∙ Sexual 

∙ Involvement of sperm and egg

∙ More than one parent

∙ Each parent contributes genetic information to the offspring

∙ Offspring is similar to parents but cannot be genetically identical

∙ Siblings don’t look exactly like you

∙ Figures 8.1 D & E: Pages 126­127

∙ Prokaryotic Reproduction

∙ Almost always asexual

∙ Cell division= binary fission

∙ Start with one celldivides into twokeeps dividing into twoon and on ∙ How long from one cell to two

∙ Some diseases can reproduce in less than 10 minutes

∙ 1,000 in 10 minutes  64,000 in an hour

∙ Binary Fission Stages:

∙ Bacterial cell with a chromosome duplication of chromosome 

(12) copies move to opposite ends of the cell


What is a mitotic spindle?



∙ Cell stretches out 

∙ Pinching in of plasma membrane that will eventually completely 

close off to make two daughter cells

∙ Figure 8.2 A, Page 127

4. Be able to differentiate between chromatin, chromosomes, and chromatid.   ∙ Chromatin

∙ DNA + Proteins that help provide structure to the DNA

∙ Material 

∙ Proteins help tightly coil DNA (which genes are available)

∙ Within a cellloosely packed type of DNA (when cell is not getting ready  to divide)

∙ When cells get ready to divide, cells have to divide DNA evenly, so DNA  coils tightly to form chromosomes We also discuss several other topics like Heteroglossia refers to what?

∙ Refers to material

∙ Chromosomes

∙ Structure that chromatin can created

∙ Refers to structure

∙ Figure 8.3 A, Page 128

∙ Chromatids

∙ Sister chromatids

∙ After chromosomal duplication has occurred

∙ As long as copies are separated, called chromosomes

∙ When attached, referred to as chromatids 

∙ Center to make the pair of sister chromatidscentromere

∙ Outside spotskinetochore 

∙ Figure 8.3 B, Page 128

5. Explain, in detail, the stages of the cell cycle (include explanations of interphase and  the mitotic phase; make sure to understand what occurs during the steps of  interphase, mitosis, and cytokinesis).  Be able to identify the phases of mitosis based  on diagrams if necessary.

∙ The Cell Cycle

∙ Going from the beginnings of the cellgrowthdaughter cells 

∙ Controlling growth and division

∙ Two stages

∙ Interphase

∙ All duplication of contents If you want to learn more check out What is ownership (possession)?

∙ 90% of time that is included in the cell cycle

∙ When cells are active

∙ Making more of everything during interphase

∙ G1

∙ Growth

∙ Double (except for DNA)

∙ S

∙ Duplication of DNA (DNA synthesis) 

∙ Chromosomes are duplicated 

∙ End up with sister chromatids 

∙ G2

∙ Growth

∙ Double (except for DNA)

∙ Preparing for division

∙ Mitotic Phase

∙ Division

∙ 10%

∙ Mitosis

∙ Nucleus divides

∙ Starts to divide completely at the end and start 

cytokinesis

∙ Cytokinesis

∙ Rest of cell divides

∙ Figure 8.4, Page 129

∙ Cytokinesis begins before mitosis is finished

∙ You can have mitosis without cytokinesis (rarely)

6. What is a mitotic spindle? Why is it important?

∙ Movement of the chromatids apart from each other and the chromosomes with  each other  mitotic spindle

∙ Separation of sister chromatids and makes sure the daughter cells have  copy of genetic information

7. Describe what happens when a plant cells undergoes cytokinesis. What happens  when an animal cell undergoes cytokinesis? We also discuss several other topics like What is Appointments Clause?

∙ Division of cytoplasm

∙ Usually begins during telophase

∙ In animal cells­cleavage

∙ Cleave the cell in two

∙ Formation of cleavage furrow

∙ Ring made of microfilaments to contract until the cell is in two

∙ Deepening of cleavage furrow to pinch into two 

∙ Figure 8.6 A, Page 132

∙ In plant cells, there is also a cell wall that has to be broken

∙ Cell plate forms instead of pinching process 

∙ It will then deposit cell wall materials into the middle of the cell until a  new wall is formed to split the two cells

∙ Figure 8.6 B, Page 132

8. Describe the types of factors that influence cell division.

∙ A lot of control goes into this process

∙ Essential nutrients

∙ Electrons, energy, food

∙ Growth factors

∙ Group of compounds that are produced by other cell that 

determines if the cell can divide or not (external signal)

∙ Density­dependent inhibition

∙ Cells don’t like to be crowded, they have a point where they are  If you want to learn more check out what are the Main effects and interactions?

comfortable until the population gets too high and then they stop

∙ Anchorage dependence

∙ Animal and plant cells

∙ Only divide if they are contacted to something

∙ Cancer cells overlap and continue to pile up on top of each other

∙ Figure 8.7 A, Page 133

9. Why is cell cycle control so important?  What are the cell cycle checkpoints? ∙ the cell cycle is tightly controlled

∙ cell cycle control system

∙ checkpoints

∙ stop or go signals

∙ 3 major checkpoints

∙ G1, G2, and M 

∙ Figure 8.8 A, Page 134

∙ The cell cycle can stop or start but the default is to be stopped

∙ Cell is stopped before the signal to go

∙ However, with G1 (most important) if the cell never gets the signal to  finish and pass through the G1 checkpoint, so the cell will abort the cell  cycle and go into the G0 phase and will NOT divide (what you have is  what you get) (nerve cells)

∙ Figure 8.8 B, Page 134

10. What is the overall objective of meiosis in terms of chromosomes? ∙ Within somatic cells, there are 23 pairs of homologous chromosomes (46  chromosomes) and 22 pairs are autosomes (general chromosomes)

∙ Remaining pair is sex chromosomes 

∙ Determine gender

∙ Some of the genes don’t have anything to do with gender

∙ Females­ X from mother and X from father

∙ Males­ X from mother and Y from father (not really a pair of homologous  chromosomes)

∙ Figure 8.11, Page 136

11. Why do diploid cells have two of each kind of chromosome?

∙ Pair of homologous chromosomes referred to as 2n

∙ Exception is gametes (sperm and egg)

∙ Haploid number=n

12. With reference to previous question, what are homologous chromosomes? In this  context, what is a gene locus? 

∙ Figure 8.11, Page 136

∙ One set of DNA from mother and one set from father (each set has 23  chromosomes in it)

∙ Chromosomes from mother would encode for the same type of gene in the same location (same traits from both parents)

∙ Not guaranteed to have the same version from each parent (mom­brown,  dad­blue)

13. What is a life cycle in an organism?

∙ Sexual Reproduction­sperm and egg that bring a copy of chromosomes  ∙ One set of chromosomes from each parent

14. How many homologous pairs of chromosomes do you have in your somatic cells?   How about in your gametes?

∙ Somatic

∙ Chromosomes

∙ 23 pairs (diploid)

∙ Gametes

∙ 23 pairs (haploid)

15. Describe in detail the events that occur in each phase of meiosis, giving each phase  its proper name, and making sure you can identify each phase from drawings of a  cell undergoing meiosis. 

∙ Just like mitosis

∙ Making new gametes

∙ Rather than having one place where cell division occurs, there is two places where meiosis occurs in order to make haploid gametes

∙ Figure 8.12 B, Page 137

∙ Produces haploid gametes 

∙ Fertilization restores diploid state

∙ Preceded by duplication of chromosomes

∙ Followed by two consecutive cell divisions

∙ Figure 8.13­1, Page 138

∙ Haploids

∙ Egg 

∙ 23 chromosomes

∙ Sperm

∙ 23 chromosomes

∙ Goes through fertilization to become a diploid and the chromosomes pair  together with the matching chromosome at the centromere (eye color but  can have different traits but it is still the gene for eye color)

∙ Interphase

∙ Chromosomes are duplicated to have sister chromatids 

∙ Figure 8.13­2, Page 139

∙ An overlap forms between portions of the chromosomes with the 

tetrads called “crossing over” where they swap portions of 

themselves making biodiversity

∙ Prophase 1

∙ Chromosomes coil up to divide in equal parts

∙ Homologous chromosomes pair up with each other (synapsis) 

∙ Once synapsis happens, the pair is referred to as a “tetrad” 

∙ Nuclear envelope breaks apart

∙ Spindle starts to form

∙ Metaphase 1

∙ Chromosomes align in the center of the cell

∙ Attached at the meiotic spindle and the kinetochores 

∙ Pairs, tetrads, are what lines up at the center of the cell (metaphase  plate)

∙ At the end, the separation begins

∙ Anaphase 1

∙ Homologous pairs of chromosomes are separated from each other  ∙ Figure 8.13, Page 138

∙ Telophase and Cytokinesis

∙ Nuclear envelope may or may not reform

∙ Chromatids reach ends of the cells

∙ Offspring cells are already haploids, already sister chromatids

∙ Meiosis 2

∙ Prophase 2

∙ Reformation of the meiotic spindle

∙ Recoiling 

∙ Metaphase 2

∙ Sister chromatids line in the center

∙ Attached to the kinetochores

∙ Anaphase 2

∙ Sister chromatids separate

∙ Telophase 2 and cytokinesis

∙ 4 haploid cells

∙ Only have one copy of each chromosome

16. Compare and contrast mitosis with meiosis.

∙ Similarities

∙ Diploid parent cells

∙ Follow interphase

∙ Differences

∙ Mitosis

∙ All cells in body except gametes

∙ Diploid parent cell2 diploid daughter cells in 1 round of cell 

division 

∙ Purpose is for growth, asexual reproduction and repair and replace ∙ Meiosis

∙ Starts with diploid parent cell

∙ Undergo 2 rounds of cell division

∙ Creating 4 unique haploid cells

∙ Only purpose is for gamete in reproduction

∙ Figure 8.14, Page 140

17. Explain how independent assortment of homologous chromosomes generates so  much genetic variation.

∙ Chromosomal alignment in metaphase I

∙ How do the homologous chromosomes line up

∙ Random fertilization

∙ Cannot control which sperm fertilizes the egg

∙ Different versions of genes on homologous chromosomes

∙ Crossing over

18. Describe what happens during fertilization. Which cells are haploid and which are  diploid? By what type of cell division does the zygote grow and develop into a  multicellular adult? 

∙ DiploidHaploid

∙ With fertilization, cells go from diploid (2n) to haploid (n) in meiosis 19. Explain how fertilization produces genetic variation.

∙ Nothing is there to distinguish which chromosome lines up on each side ∙ Chromosomes independently line up during metaphase 1 

∙ Random fertilization increases variability

∙ Number of possibilities when chromosomes make gametes

∙ Chromosomal alignment could create almost 8 million different ways of pairing ∙ Figure 8.15, Page 141

20. What is synapsis? In what phase of meiosis does crossing­over occur? How does  crossing­over produce genetic variation? What are chiasmata?

∙ Homologous chromosomes have the same genes for the same trait but they may  not have the same version 

∙ At the same locus

∙ There is one version from each parent

∙ Figure 8.16, Page 142

∙ Crossing over 

∙ When pairs of homologous chromosomes pair up 

∙ Only happens within non­sister chromatids

∙ Exchange of genetic info between homologous pairs but different non sister chromatids

∙ Forms X’s 

∙ Chiasma 

∙ Usually occurs when a tetrad forms, a tip of one overlaps and 

breaks within another and then refuses with the other chromosome 

∙ Figure 8.17 A, Page 142

∙ Figure 8.17 B, Page 143

∙ Fusion of the broken pieces (chiasma)

21. List the sources of genetic variation in sexually reproducing organisms.  ∙ Usually does not impact survival 

∙ Y chromosome doesn’t encode for as much as a normal chromosome due to its  size

∙ XXY (Klinefelter Syndrome)

∙ XYY (normal male)

∙ XXX (normal female)

∙ X0 (Turner syndrome)

22. What is nondisjunction? Describe what the results of meiosis are when it occurs  only in anaphase I compared to when it only occurs in anaphase II?  ∙ Nondisjunction 

∙ When chromosomes or chromatids don’t separate correctly during meiosis ∙ Meiosis I

∙ One gamete pair can get n+1 chromosomes while the other 

gets n­1

∙ Meiosis II

∙ Nondisjunction here causes only problems in only one 

gamete pair

∙ Figure 8.18, Page 144

23. Distinguish between autosomes and sex chromosomes. 

∙ Autosomes

∙ 22 pairs of homologous chromosomes in somatic cells

∙ Sex chromosomes

∙ Remaining one pair 

∙ Help determine gender

∙ XX, XY

24. Name and describe the different types of structural mutations of chromosomes.  {pieces of chromosomes, rather than whole chromosomes}

∙ Abnormal Chromosomal Structure

∙ Can result in birth defects and cancer

∙ Examples:

∙ Deletion

∙ Duplication

∙ Inversion

∙ Translocation 

∙ Figure 8.23 A, Page 148

Chapter 9: Patterns of Inheritance

1. Explain the early theories regarding inheritance.

∙ Hippocrates 

∙ 460­370 BCE

∙ Pangenesis: particles called pangenes are transferred from your body’s cells to the  gametes (big biceps will be transferred to the child)

∙ Aristotle 

∙ Potential, not particles

∙ Blending Hypothesis 

∙ 19th century

∙ When traits combine, they become something new, it will be passed as that new  trait

2. What main points did Mendel make in his 1866 publication?

∙ Parents pass on “heritable factors”

∙ These “heritable factors” retain their own identity

∙ Figure 9.2 B, Page 154

3. What characteristics of pea plants made them a good choice for Mendel’s studies? ∙ Generation times, offspring, varieties, control over mating, character­variable  heritable feature, true­bleeding, and cross fertilization

4. Be able to define the following terms: character, trait, true­breeding, P generation,  cross­fertilization, hybrids, F1 generation, F2 generation, monohybrid cross, dihybrid  cross, homozygous, heterozygous, dominant, recessive, allele, locus, phenotype, and  genotype.

∙ Generation times

∙ Multiple generations in short time

∙ Control over mating

∙ Self­fertilization

∙ Cross­fertilization

∙ Figure 9.2 C, Page 155

∙ Figure 9.2 E, Page 155

∙ Character­variable heritable feature

∙ Trait

∙ Different versions of a character

∙ True­bleeding

∙ Only one type of offspring is created

∙ Plants=P generation

∙ Cross­fertilization =hybridization=cross

∙  Hybrids=offspring

∙ F1 generation

∙ F2 generation 

∙ Figure 9.3 A, Page 156

∙ Genotype 

∙ Alleles 

∙ Dominant vs. recessive

∙ Genetics 

∙ Phenotype 

∙ What is observable in an organism

5. List and explain Mendel’s four hypotheses.

∙ 1. Alternate versions of genes (alleles) exist and account for variations ∙ 2. An organism inherits one allele from each parent per character

∙ Homozygous

∙ Identical alleles

∙ Heterozygous 

∙ Different alleles

∙ 3. If the two alleles differ, one will determine the appearance of the; the other will not have a noticeable effect

∙ Dominant vs. Recessive

∙ Phenotype vs. Genotype 

∙ 4. A sperm and egg only carry one allele each for individual inherited characters  ∙ Law of segregation

6. What is meant by a dominant phenotype?  Is the dominant phenotype the most  common in a population?

∙ Dominant phenotype (seeing the effects of dominant allele) 

∙ AA or Aa

∙ In a population, the dominant phenotype is the most common

∙ Figure 9.3 B, Page 156

7. Be able to figure out the probability of a particular genotype or phenotype given the  genotype and dominance information of both parents (in other words, be able to do  Punnett squares for monohybrid or dihybrid crosses). 

8. What is the law of independent assortment (what does it state)?

∙ Figure 9.5 A­1, Page 158

∙ The inheritance of one character has no effect on the inheritance of another 9. What is a testcross?  Be able to determine the genotype of the unknown parent given  the necessary information regarding the offspring.

∙ Mating between:

∙ Organism who has an unknown genotype

∙ Organism who is homozygous recessive 

∙ Figure 9.6, Page 159

10. What is the rule of multiplication? The rule of addition? How do these things apply to  inheritance?

∙ Rule of multiplication: 

∙ Multiple events are completely independent, one can multiply the chances one will occur to find the probability of all of the events occurring at one time

∙ Figure 9.7, Page 160

∙ Rule of Addition

∙ the probability that an event can occur in 2 or more alternative ways

∙ can be determined from the sum of the separate probabilities of the alternatives ∙ Apply to inheritance

∙ Using these can solve complex genetic problems 

11. Be able to calculate the likelihood of a particular genotype using the above  mathematical rules (for example, if given a trihybrid cross such as AABBCC x  AaBbCc).

∙ Figure 9.8, Page 161

12. What are some examples of procedures that might be used to help parents obtain  information about future offspring or babies in utero?

∙ Genetic testing 

∙ Testing the parents before pregnancy

∙ Fetal Testing

∙ Amniocentesis

∙ Chronic Villus Sampling

∙ Maternal Blood Tests

∙ Fetal Imaging 

∙ Ethical Considerations

13. Be able to explain the variations on Mendel’s laws (incomplete dominance,  codominance, multiple alleles per character, multiple characters per allele, and the  impact of environmental factors). Understand the examples discussed also (flower color, blood type sickle cell trait, and skin color)

∙ Incomplete Dominance

∙ Expression of BOTH alleles occurs

∙ Heterozygote phenotype = mix of the parents

∙ Figure 9.11 A, Page 166

∙ Figure 9.11 B, Page 166

∙ Codominance 

∙ Both allele traits are expressed 

∙ Figure 9.12, Page 167

∙ Multiple Alleles 

∙ More than two alleles per gene within the population 

∙ ABO blood group phenotype 

∙ Impact of Environment 

∙ Range of skin colors cannot be explained by genetics alone

∙ Combination of genetics and the environment 

∙ True for other characters as well

∙ Only genetics influences are inherited

∙ Examples

∙ Polygenic inheritance 

∙ Skin color, height, eye color

∙ Figure 9.14, Page 169

∙ Pleiotropy

∙ Sickle­cell anemia 

∙ Makes blood cells sickle shaped but it helps prevent malaria

∙ Basically stops all other functions

∙ Figure 9.13 B, Page 168

14. What is the difference between incomplete dominance and the blending hypothesis? ∙ (ask in class) 

15. What does the argument of nature vs nurture concern?

∙ Is the way someone behaves due to the way their parents raised them or because of  the environment they grew up in?

16. What is the chromosome theory of inheritance?

∙ Chromosome Theory of Inheritance 

∙ Genes are found on specific loci on chromosomes

∙ Chromosomes undergo segregation and independent assortment during meiosis ∙ Figure 9.16­2, Page 171

17. Understand the connections between meiosis and patterns of inheritance.  Law of  segregation, Law of independent assortment, and Crossing over.

∙ Law of Segregation

∙ Sperm and egg only carry one allele each for individual inherited characters  ∙ Law of independent Assortment

∙ When the chromosomes line up in the metaphase II, they are lining up  independently from one another 

∙ Figure 9.16, Page 171

∙ Figure 9.17­1, Page 172

∙ Figure 9.17­2, Page 172

∙ Crossing over

∙ Recombinant phenotypes 

∙ Purple round and red long

∙ Traits that are not usually expressed due linked genes

∙ Figure 9.18 A, Page 173

∙ Work of Morgan and Colleges 

∙ Drosophila melanogaster

∙ Crossing over experiments

∙ Figure 9.18 C­1, Page 173

∙ Figure 9.18 C­2, Page 173

18. What are linked genes?  Which of Mendel’s laws do they usually not follow? ∙ Genes that are located close together on the same chromosome that tend to be  inherited 

∙ They usually do not follow the law of independent assortment 

19. What are sex­linked genes?

∙ Located on a sex chromosome

∙ White eye color in fruit flies is an X­linked recessive trait

∙ Figure 9.21 B, C, D, Page 154

20. Be able to figure out the genotype of offspring when given crosses involving sex­linked  genes.

21. Why are sex­linked disorders most often seen in males?

∙ They are X linked and recessive 

22. What are a few examples of sex­linked disorders?

∙ Hemophilia

∙ Red­green color blindness

∙ Duchenne muscular dystrophy

Chapter 10: Molecular Biology of the Gene

1. Why were proteins initially suspected to be the hereditary material? ∙ Proteins were thought to be genetic material because proteins are very complex 2. Be able to describe the experiments of Griffith and Hershey and Chase.  How did these  contribute to the understanding of DNA as the hereditary material?

∙ In 1952, the showed that the genetic material was DNA

∙ Found that DNA was passed along

∙ What was the e­coli transforming? 

∙ DNA, not proteins

∙ Used e­coli and a virus (T2 bacteriophage) that specializes in bacteria ∙ T2 bacteriophage is the experiment subject

∙ If the bacterium gets infected with a virus, it turns into a virus making machine  until it can’t hold anymore and it releases it into the environment 

∙ Radioactive labeled DNA helped figure out that DNA is what is passed along ∙ Figure 10.1 A, Page 182

∙ Figure 10.1 B, Page 183

∙ First experiment: labeled proteins

∙ Expect to see it in the liquid

∙ Second experiment: labeled DNA

∙ Expect to see it in the pellet

∙ Figure 10.1 C, Page 183

3. What is the structure of DNA?  Use the terms sugar­phosphate backbone, double helix,  nucleotides, and nitrogenous bases to describe.  What is the difference between purine  and pyrimidines?  How do DNA and RNA compare in terms of structure? ∙ Made up of a sugar phosphate backbone and nucleotides 

∙ Nitrogenous bases

∙ Sugar

∙ Phosphate group 

∙ Joined by covalent bonds

∙ Deoxyribose 

∙ Double stranded 

∙ Figure 10.2 A­3, Page 184

∙ Nitrogenous bases

∙ Purines

∙ Double ringed structure

∙ Pyrimidines

∙ Single ringed structure

∙ Figure 10.2 B, Page 185

4. How did Watson and Crick’s model fit with Chargaff’s data?

∙ Watson and Cricks Model shows

∙ Adenine will always equal the amount of thymine and cytosine will always equal guanine which fits with the Erwin Chargaff’s data

5. Understand the base pairing rules for DNA and RNA (review).  How many hydrogen  bonds are between different pairs of nitrogenous bases?  Why does this matter? ∙

6. What is meant by “semiconservative” replication?

∙ Whenever DNA is replicated (going from one strand to two), what doesn’t happen is you have the old plus a new, it is that the new strands are made up of one old strand  and one new strand

∙ New DNA is made of one parent strand and one daughter strand making it  semiconservative 

∙ Figure 10.4 A, Page 188

7. Explain the process of semiconservative replication.  Use the terms: “bubbles”, origin of replication, Okazaki fragments, DNA polymerase, DNA ligase, parent strand, and  daughter strand.

∙ There is multiple origins where DNA can be replicated 

∙ DNA unwinds and separates from each other to make space for the replication 

∙ In each origin, the hydrogen bonds are broken and replication begins, creating  bubbles at the origin where the machinery can come in and start making new DNA ∙ Goes in both directions until the bubbles are aligned and form the new strands of  DNA through merging

∙ Figure 10.5 A, Page 189

∙ Reason it can occur in multiple directions is because they are anti­parallel ∙ Running from 5’ to 3’ (how carbons are attached) 

∙ Other side is 3’ to 5’ 

∙ DNA replication can only happen in one direction 

∙ Figure 10.5 B, Page 189

∙ Enzymes involved in replication

∙ DNA Polymerase

∙ Adds nucleotides to the daughter strands

∙ Only adds nucleotides to the 3’ end (5’ to 3’ direction)

∙ Good at catching mistakes

∙ Proofreads: If a mistake is made, there is a period of time to fix it

∙ Ex: slows down mutation rates

∙ DNA Ligase

∙ Enzyme that takes short pieces of DNA and attaches them together

∙ Only important on one strand of the DNA 

∙ Figure 10.5 C, Page 189

∙ Okazaki fragments are made because the other strand is 3’ to 5’ so it 

builds a short stretch, back up, build and DNA Ligase glues them together  8. What is the central dogma? (review)

∙ DNARNAProteins (see in physical characteristics) 

∙ TranscriptionTranslation 

∙ Figure 10.6 A, Page 190

9. Where do transcription and translation occur within a eukaryotic cell? ∙ Transcription

∙ Nucleus

∙ Translation

∙ Cytoplasm 

10. What are the characteristics of the genetic code?  Explain what is meant by each of  these.

∙ Redundancy

∙ Explains the idea of 64 possible codons, but they only have 20 amino acids ∙ More than one codon that can encode for the same amino acid

∙ UUU and UUC encode for phenylalanine 

∙ Unambiguous 

∙ If you have a single codon, there is no doubt to which it encodes for

∙ No doubt as to which it codes for 

∙ Cannot ever encode for something else 

∙ Universal 

∙ Almost any organism, you can be confident 

∙ Figure 10.8 B, Page 192

∙ Without “punctuation” 

11. Explain the process of transcription using the following terms: RNA polymerase,  promoter, terminator, initiation, elongation, and termination.

∙ You’re starting with double stranded DNA

∙ DNA strands have to separate first

∙ Same with replication 

∙ Only one strand will be transcribed 

∙ U pairs with A in RNA

∙ Figure 10.9, Page 193

∙ RNA polymerase

∙ Promotor starts transcribing

∙ Tells RNA to combine and start transcribing

∙ Terminator stops transcribing 

∙ Causes the RNA to detach, which will stop transcription

∙ 3 stages:

∙ Same as translation but different things happen (don’t get confused)

∙ Initiation 

∙ RNA is going to recognize the promotor 

∙ Elongation 

∙ RNA starts building the new RNA

∙ Termination 

∙ RNA recognized terminator and it detaches and transcription will end  ∙ Figure 10.9, Page 193

12. Where do transcription and translation occur in prokaryotic cells? ∙ Cytoplasm 

13. Differentiate between mRNA, tRNA, and rRNA.  What is the function/purpose of each? ∙ mRNA (messenger)

∙ actually going to be translated

∙ encodes amino acid sequences

∙ tRNA (transfer) 

∙ Machinery that does the translating for us

∙ Interpreter for translation

∙ rRNA (ribosome)

∙ holds mRNA and tRNA together

∙ catalyze the synthesis of the polypeptide 

14. What are introns?  Exons?

∙ Introns 

∙ Intervening sequences

∙ Areas that are going to be cut out before translation occurs

∙ Exons

∙ Expressed portions

∙ Remaining parts that will be translated

∙ Figure 10.10, Page 194

15. What is the purpose of the cap and the tail that are placed onto mRNA? ∙ Export from nucleus

∙ Prevent degradation

∙ Can help ribosomes bind

16. What are the two ways in which mRNA is processed in eukaryotic cells? ∙ Addition of extra nucleotides to the ends of the RNA 

∙ Noncoding stretches of nucleotides that interrupt the nucleotides that actually code  for amino acids

17. How does tRNA act as a translator? (hint: it is a two­step process).  How does the  structure of tRNA contribute to its function?

∙ Recognize appropriate amino acid

∙ Recognize codon in RNA

∙ Figure 10.11 A, Page 195

∙ Figure 10.11 B, Page 195

∙ Through enzyme reactions

∙ Has to have ATP to attach amino acid

18. What is the main purpose of ribosomes?  Describe a ribosome in terms of structure. ∙ Holds the mRNA and tRNA together 

∙ Structure 

∙ Figure 10.12, Page 196

19. Stop codons encode for which amino acids?

∙ Stop codons do not code for amino acids

20. Describe translation using the following terms: initiation, elongation, termination,  mRNA, tRNA, codon, anticodon, ribosome, small subunit, large subunit, start codon,  stop codon, A site, P site, peptide bond formation, and translocation. ∙ Translation­Initiation 

∙ Determines where translation will begin

∙ Begins at start codon

∙ Typically AUG

∙ Occurs in 2 steps:

∙ mRNA binds to small ribosomal subunit

∙ first tRNA binds at the start codon

∙ Figure 10.13 B, Page 197

∙ large ribosomal subunit joins small subunit

∙ Translation­Elongation

∙ 3 steps:

∙ Codon recognition

∙ Peptide bond formation

∙ Translocation

∙ Movement 

∙ tRNA moves out and over to the P site

∙ growing polypeptide chain that moves

∙ Figure 10.14, Page 197

∙ Translation­Termination

∙ End of translation

∙ Stop codon reaches ribosome’s A site

∙ UAA, UAG, and UGA

∙ Does not code for amino acids

∙ Everything will fall apart

∙ Figure 10.15, Page 198

21. What are mutations?  What is mutagenesis?

∙ Any time there is a change in the DNA sequence 

∙ Single base pairs

∙ Large regions of the chromosome 

∙ One letter in the DNA changes

∙ Mutagenesis occurs in 2 ways

∙ Spontaneous errors

∙ Exposure to mutagens 

∙ Can specifically cause damage to DNA

∙ Can be chemicals

22. What are the two categories of mutations?  What types of mutations fit into each  category? (think of deletions, insertions, nonsense mutations, missense mutations, and  silent mutations as the “types” of mutations).  Be able to describe each (in terms of what happens to the sequence of the DNA and what that may mean for the amino acid  sequence of the polypeptide).    

23. Two Categories of Mutations

∙ Base substitutions­ number of DNA bases that do not change but a letter changes  ∙ Silent mutations

∙ Get a change in DNA sequence, but the polypeptide sequence does not  change

∙ Missense mutations 

∙ The DNA sequence change and amino acid sequence changes

∙ UUUUCU

∙ Nonsense mutations

∙ DNA sequence changes but changes very specifically that will give you a  stop codon

∙ Amino acid sequence translation 

∙ Stops rather than getting another amino acid 

∙ UGCUGA (stop codon)

∙ Deletions or insertions­ total number of nucleotides that can change (big problem) ∙ After reading frame

∙ Usually causes significant changes

∙ Geno code is read in groups of 3 and only 3

∙ Location matters

∙ Figure 10.16 A, Page 199

∙ Figure 10.16 B, Page 199

Chapter 11: How Genes are controlled

1. What is the relationship between gene expression and gene regulation? ∙ Gene regulation

∙ Turning genes on and off

∙ On: transcribed into mRNA to amino acids 

∙ Off: that will not happen 

∙ Gene expression

∙ The flow of genes

2. What is an operon?

∙ Prokaryotic organisms use this to quickly change on and off

∙ Group of genes plus the necessary regulatory elements that all turn on and off at the  same time 

3. Explain how the lac operon is structured (what are the components?).  Explain how the  lac operon is controlled by the presence or absence of lactose.

∙ Ex: lac operon

∙ The lactose (lac) operon 

∙ 3 lactose utilization genes

∙ Promoter

∙ Operator 

∙ Switch of the sequence where the protein may or may not bind 

∙ Whole thing is controlled by the operator 

∙ Where the repressor binds

∙ Figure 11.1 B­1, Page 211

∙ The active repressor comes from the outside

∙ The regulatory gene is always on 

∙ When lactose is absent; operon is turned off

∙ Active repressor binds and the operon stops 

∙ Figure 11.1 B­2, Page 211

4. How does control of the trp operon differ from the control of the lac operon? ∙ The repressor is active when bound to molecule of interest (trp operon) ∙ Figure 11.1 C, Page 211

5. How do activators differ from repressors?

∙ Repressors 

∙ Usually proteins that turn off operons

∙ Operon is turned off when repressor binds to DNA

∙ Repressor is inactive when bound to molecule of interest (lac operon) ∙ Repressor is active when bound to molecule of interest (trp operon)

∙ Activators 

∙ Operon is turned on when the activator binds to DNA 

6. Why is eukaryotic gene regulation so important?

∙ Differentiation

∙ If the environment changes, the cell needs to be able to change 

∙ What parts of DNA is transcribed and what mRNA translates can be different ∙ They have the same potential but don’t end up being the same

∙ Regulation

7. Explain each of the various types of eukaryotic gene regulation discussed in class  (include examples of chromosome structure and chemical modification, transcriptional  control, and control at later stages)

∙ Chromosome structure and chemical modification

∙ DNA packing

∙ Chemical modifications and epigenetic inheritance

∙ X inactivation

∙ Transcriptional control

∙ Protein assemblies

∙ RNA splicing

∙ miRNAs

∙ later stages of expression

∙ mRNA breakdown

∙ Translation initiation

∙ Protein activation

∙ Protein breakdown 

8. How does X inactivation contribute to the phenotype of tortoiseshell cats? ∙ Gene for fur color is on the x chromosome 

∙ Figure 11.2 B, Page 213

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