ΘΕΜΑ Α Α1. γ Α2. γ Α3. α Α4. β Α5. β ΘΕΜΑ B B1. B2.

Transcript

1 ΘΕΜΑ Α Α1. γ (το πριμόσωμα) Α2. γ (οι υποκινητές και οι μεταγραφικοί παράγοντες κάθε γονιδίου) Α3. α (μεταφέρει ένα συγκεκριμένο αμινοξύ στο ριβόσωμα) Α4. β (αποδιάταξη των δύο συμπληρωματικών αλυσίδων) Α5. β (DNA ελικάση) ΘΕΜΑ B B1. Επειδή ο τρόπος της αντιγραφής του DNA είναι ημισυντηρητικός, δηλαδή η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα λειτουργεί σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας νέας συμπληρωματικής αλυσίδας ώστε τελικά να σχηματίζονται δύο δίκλωνα μόρια DNA πανομοιότυπα με το μητρικό μόριο. Τα νέα μόρια DNA καθώς σχηματίζονται, δημιουργούνται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών αζωτούχων βάσεων των δεοξυριβονουκλεοτιδίων. Οι DNA πολυμεράσες επιδιορθώνουν λάθη που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της αντιγραφής. Μπορούν, δηλαδή, να βλέπουν και να απομακρύνουν νουκλεοτίδια που οι ίδιες τοποθετούν, κατά παράβαση του κανόνα της συμπληρωματικότητας και να τοποθετούν τα σωστά. Ακόμη το κύτταρο ελέγχει αν η αλληλουχία βάσεων του DNA είναι σωστή. Η αντιγραφή του DNA είναι απίστευτα ακριβής γιατί τα λάθη που δεν επιδιορθώνονται από τις DNA πολυμεράσες, επιδιορθώνονται σε μεγάλο ποσοστό από ειδικά επιδιορθωτικά ένζυμα. Έτσι ο αριθμός λαθών περιορίζεται στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς στο ένα στο B2. Κατά την έναρξη της μετάφρασης το mrna προσδένεται, μέσω μιας αλληλουχίας που υπάρχει στην 5 αμετάφραστη περιοχή του, με το ριβοσωμικό RNA της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων. Το σύμπλοκο που δημιουργείται μετά την πρόσδεση του mrna στη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος και του trna που μεταφέρει τη μεθειονίνη

2 ονομάζεται σύμπλοκο έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης. Στη συνέχεια η μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος συνδέεται με τη μικρή. Β3. Οι φορείς κλωνοποίησης είναι ένα μόριο DNA, π.χ. πλασμίδιο ή DNA φάγων, το οποίο μπορεί να αυτοδιπλασιάζεται ανεάρτητα μέσα σ ένα κύτταροξενιστή, όπως ένα βακτήριο. Τα πλασμίδια αποτελούν το συνηθέστερο φορέα κλωνοποίησης για οργανισμούς με μικρό γονιδίωμα. Ένας άλλος φορέας που χρησιμοποιείται ευρύτατα γιατί μπορεί να ενσωματώσει μεγαλύτερα κομμάτια ξένου DNA είναι ο βακτηριοφάγος λ. Β4. Πολλά ριβοσώματα μπορούν να μεταφράζουν ταυτόχρονα το mrna, το καθένα σε διαφορετικό σημείο κατά μήκος του μορίου. Αμέσως μόλις το ριβόσωμα έχει μεταφράσει τα πρώτα κωδικόνια, η θέση έναρξης του mrna είναι ελεύθερη για την πρόσδεση ενός άλλου ριβοσώματος. Το σύμπλεγμα των ριβοσωμάτων με το mrna ονομάζεται πολύσωμα. Έτσι η πρωτεϊνοσύνθεση είναι μια οικονομική διαδικασία. ΘΕΜΑ Γ Γ1. Τα βασικά χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα που δεν ισχύουν είναι ότι: ο είναι κώδικας τριπλέτας, δηλαδή μια τριάδα νουκλεοτιδίων, το κωδικόνιο, ορίζει ένα ανιμοξύ, ο είναι συνεχής, δηλαδή το mrna διαβάζεται συνεχώς ανά τρία νουκλεοτίδια χωρίς να παραλείπεται κάποιο νουκλοετίδιο. ο είναι μη επικαλυπτόμενος, δηλαδή κάθε νουκλεοτίδιο ανήκει σε ένα μόνο κωδικόνιο. Γ2. Στο γονιδίωμα των προκαρυωτικών οργανισμών τα γονίδια των ενζύμων που παίρνουν μέρος σε μια μεταβολική οδό, όπως είναι η διάσπαση της λακτόζης

3 σε γλυκόζη και γαλακτόζη, οργανώνονται σε οπερόνια, δηλαδή σε ομάδες που υπόκεινται σε κοινό έλεγχο της έκφρασής τους. Σε αυτό περιλαμβάνονται εκτός από τα γονίδια που ονομάζονται δομικά και αλληλουχίες DNA που ρυθμίζουν τη μεταγραφή τους. Οι αλληλουχίες αυτές που βρίσκονται μπροστά από τα δομικά γονίδια είναι κατά σειρά ένα ρυθμιστικό γονίδιο, ο υποκινητής και ο χειριστής. Όταν στο θρεπτικό υλικό υπάρχει μόνο λακτόζη, τότε ο ίδιος ο δισακχαρίτης προσδένεται στην πρωτεΐνη-καταστολέα (που παράγεται από το ρυθμιστικό γονίδιο) και δεν του επιτρέπει να προσδεθεί στο χειριστή. Τότε η RNA πολυμεράση που προσδένεται στον υποκινητή είναι ελεύθερη να αρχίσει η μεταγραφή. Δηλαδή η λακτόζη λειτουργεί ως επαγωγέας της μεταγραφής των γονιδίων του οπερονίου. Τότε τα γονίδια αρχίζουν να εκφράζονται δηλαδή να μεταγράφονται και να συνθέτουν τα τρία ένζυμα που διασπούν τη λακτόζη. Τα τρία ένζυμα μεταφράζονται ταυτοχρόνως από το ίδιο mrna το οποίο περιέχει κωδικόνιο έναρξης και λήξης για κάθε γονίδιο που κωδικοποιεί το αντίστοιχο ένζυμο. Συμπερασματικά, ή ίδια η λακτόζη ενεργοποιεί τη διαδικασία για την αποικοδόμησή της. Όταν η λακτόζη διασπαστεί πλήρως, τότε η πρωτεΐνηκαταστολέας είναι ελεύθερη να προσδεθεί στο χειριστή και να καταστείλει τη λειτουργία των τριών γονιδίων. Γ3. Για να μπει ένα πλασμίδιο μέσα στο βακτήριο, τα τοιχώματα του βακτηρίου γίνονται παροδικά διαπερατά σε μακρομόρια μετά από κατάλληλη κατεργασία (μετασχηματισμός). Βακτήρια-ξενιστές δέχονται σε μικρό ποσοστό πλασμίδια, μερικά από τα οποία είναι μετασχηματισμένα. Συνήθως χρησιμοποιούνται ως ξενιστές βακτήρια που δεν έχουν πλασμίδιο και επομένως είναι ευαίσθητα σε κάποιο αντιβιοτικό. Η επιλογή των βακτηρίων που δέχθηκαν ανασυνδυασμένο πλασμίδιο στηρίζεται στην ικανότητα ανάπτυξής τους παρουσία αντιβιοτικού στο θρεπτικό υλικό μιας καλλιέργειας, επειδή το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο περιέχει ένα γονίδιο που τους προσδίδει ανθεκτικότητα στο συγκεκριμένο αντιβιοτικό. Κάθε βακτήριο που προσέλαβε ένα ανασυνδυασμένο πλασμίδιο (μετασχηματισμένο) πολλαπλασιάζεται και δίνει ένα κλώνο.

4 ΘΕΜΑ Δ Δείγμα I: Αλυσίδα Ι: ΚΩΔΙΚΗ DNA 3 CTTAAGAATGTGGACCCCCTTGTACTTAAG 5 πρόδρομο mrna: 3 CUUAAGAAUGUGGACCCCCUUGUACUUAAG 5 αμετάφραστη κωδικόνιο κωδικόνιο εσώνιο κωδικόνιο κωδικόνιο αμετάφραστη περιοχή λήξης val phe έναρξης περιοχή met ώριμο mrna: 3 CUUAAGAAUGUGCUUGUACUUAAG 5 αμετάφραστη κωδικόνιο κωδικόνιο κωδικόνιο κωδικόνιο αμετάφραστη περιοχή λήξης val phe έναρξης περιοχή met Αλυσίδα ΙΙ: ΜΗ ΚΩΔΙΚΗ DNA 5 GAATTCTTACACCTGGGGGAACATGAATTC 3 Δείγμα II: Αλυσίδα Ι: ΚΩΔΙΚΗ DNA 5 GAATTCATGTTTGTTTAAGAATTC 3 mrna: 5 GAAUUCAUGUUUGUUUAAGAAUUC 3 αμετάφραστη κωδικόνιο κωδικόνιο κωδικόνιο κωδικόνιο αμετάφραστη περιοχή έναρξης phe val λήξης περιοχή met Αλυσίδα ΙΙ: ΜΗ ΚΩΔΙΚΗ DNA 3 CTTAAGTACAAACAAATTCTTAAG 5

5 Δ1. Το δείγμα Ι προέρχεται από τον ευκαρυωτικό οργανισμό και το δείγμα ΙΙ από τον προκαρυωτικό οργανισμό. Τα περισσότερα γονίδια των ευκαρυωτικών οργανισμών (και των ιών που τους προσβάλλουν) είναι ασυνεχή ή διακεκομμένα. Δηλαδή οι αλληλουχίες που μεταφράζονται σε αμινοξέα (εξώνια) διακόπτονται από ενδιάμεσες αλληλουχίες οι οποίες δεν μεταφράζονται σε αμινοξέα (εσώνια). Όταν ένα γονίδιο που περιέχει εσώνια μεταγράφεται, δημιουργείται το πρόδρομο mrna που περιέχει και εξώνια και εσώνια. Το πρόδρομο mrna μετατρέπεται σε ώριμο mrna με τη διαδικασία της ωρίμανσης, κατά την οποία τα εσώνια κόβονται από μικρά ριβονουκλεοπρωτεινικά σωματίδια (αποτελούνται από snrna και πρωτεΐνες και λειτουργούν ως ένζυμα) και απομακρύνονται και συρράπτονται τα εξώνια μεταξύ τους. Δ2. Το μόριο mrna που συντίθεται είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο προς τη μια αλυσίδα της διπλής έλικας του DNA του γονιδίου. Η αλυσίδα αυτή είναι η μεταγραφόμενη και ονομάζεται μη κωδική. Η συμπληρωματική και αντιπαράλληλη αλυσίδα του DNA του γονιδίου ονομάζεται κωδική. Συνεπώς κωδική και mrna έχουν τα ίδια άκρα, την ίδια αλληλουχία βάσεων με τη διαφορά ότι η κωδική έχει Θυμίνη (Τ) και το mrna έχει στις αντίστοιχες θέσεις Ουρακίλη (U). Επιπλέον πρέπει να υπάρχει κωδικόνιο έναρξης, με βήμα τριπλέτας χωρίς να παραλείπεται κάποιο νουκλεοτίδιο στη μεταφραζόμενη περιοχή ώστε κάθε νουκλεοτίδιο να ανήκει σ ένα μόνο κωδικόνιο, και κωδικόνιο λήξης. Δ3. Ο γενετικός κώδικας χαρακτηρίζεται ως εκφυλισμένος. Με εξαίρεση δύο αμινοξέα (μεθειονίνη και τρυπτοφάνη) τα υπόλοιπα 18 κωδικοποιούνται από δύο μέχρι και έξι διαφορετικά κωδικόνια. Και αυτό γιατί οι συνδυασμοί των τεσσάρων νουκλεοτιδίων ανά τρία (4 3 =64) είναι πολύ περισσότεροι από τα 20 διαφορετικά αμινοξέα που συγκροτούν τις πρωτεΐνες. Δ4. Αν θέλουμε να κλωνοποιήσουμε μόνο γονίδια που εκφράζονται σε συγκεκριμένα κύτταρα τότε κατασκευάζουμε τις cdna βιβλιοθήκες. Οι cdna βιβλιοθήκες περιέχουν αντίγραφα των mrna όλων των γονιδίων που

6 εκφράζονται στα κύτταρα αυτά και έχουν το πλεονέκτημα απομόνωσης μόνο των αλληλουχιών των γονιδίων που μεταφράζονται σε αμινοξέα, δηλαδή των εξωνίων. Συνεπώς, η κατάλληλη αλληλουχία είναι του ώριμου mrna: 3 CUUAAGAAUGUGCUUGUACUUAAG 5 Για να κατασκευαστεί μια cdna βιβλιοθήκη, απομονώνεται το ολικό ώρομοπ mrna από κύτταρα που εκφράζουν το συγκεκριμένο γονίδιο. Το mrna χρησιμοποιείται σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας συμπληρωματικής αλυσίδας DNA (cdna). H σύνθεση του cdna γίνεται με το ένζυμο αντίστροφη μεταγραφάση. Παράγονται έτσι υβριδικά μόρια cdna-mrna. Το mrna διασπάται με κατάλληλες χημικές ουσίες ή αποδιατάσσεται με θέρμανση και τα cdna χρησιμεύουν σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας συμπληρωματικής αλυσίδας DNA. Το αποτέλεσμα είναι η δημιουργία δίκλωνων μορίων DNA. Τα δίκλωνα μόρια DNA εισάγονται σε πλασμίδια ή βακτηριοφάγους και κλωνοποιούνται με τη διαδικασία της τεχνολογίας δημιουργίας ανασυνδυασμένου DNA και της κατασκευής μιας γονιδιωματικής βιβλιοθήκης. Δ5. Με τη μέθοδο της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (PCR).