Απαντήσεις στις ερωτήσεις

Transcript

1 Απαντήσεις στις ερωτήσεις ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1. Έδειξαν ότι τα οργανικά μόρια, συμπεριλαμβανομένων κάποιων αμινοξέων, σχηματίζονται αυθόρμητα από ένα μείγμα αναγωγικών αερίων. 2. Το RNA έχει τη μοναδική ιδιότητα να λειτουργεί τόσο ως μήτρα όσο και ως καταλύτης των χημικών αντιδράσεων που απαιτούνται για την αντιγραφή του. 3. Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες περιέχουν το δικό τους DNA και τα ριβοσώματα έχουν παρόμοιο μέγεθος με τα βακτήρια και διαιρούνται όπως αυτά. Οι ριβοσωμικές πρωτεΐνες και τα μόρια RNA των οργανιδίων αυτών παρουσιάζουν μεγαλύτερη συνάφεια με τα αντίστοιχα βακτηριακά παρά με εκείνα που κωδικοποιούνται από το πυρηνικό γονιδίωμα των ευκαρυωτών. 4. Επειδή το O2 έγινε άφθονο στη γήινη ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης. 5. Ο όγκος μιας σφαίρας δίνεται από την εξίσωση 4/3πr 3, όπου r είναι η ακτίνα. Επειδή ο όγκος των κυττάρων είναι ανάλογος με την τρίτη δύναμη της ακτίνας τους, ο σχετικός όγκος ενός μακροφάγου σε σύγκριση με το S. aureus είναι ο λόγος της τρίτης δύναμης των ακτίνων τους: 25 3 /0,5 3 = Ο ζυμομύκητας. 7. Τα ποντίκια. 8. Ο δείκτης διάθλασης του αέρα είναι 1,0 και του λαδιού είναι περίπου 1,4. Επειδή η διακριτική ικανότητα είναι 0,61/η sin α (όπου η είναι ο δείκτης διάθλασης), το όριο της διακριτικής ικανότητας του φωτονικού μικροσκοπίου για την παρατήρηση ενός δείγματος μέσω του αέρα και μέσω του λαδιού διαφέρει και είναι περίπου 0,2 μm στην περίπτωση του λαδιού και περίπου 0,3 μm στην περίπτωση του αέρα. 9. H διακριτική ικανότητα είναι 0,61λ/NA. Με λ = 0,5 μm για το ορατό φως, ο αντικειμενικός φακός με ΝΑ = 1,3 θα επιτρέπει να διακρίνονται αντικείμενα που απέχουν 0,23 μm, ενώ ο αντικειμενικός φακός με ΝΑ = 1,1 θα επιτρέπει να διακρίνονται αντικείμενα που απέχουν 0,27 μm. Η μεγέθυνση των εικόνων μπορεί να επιτευχθεί με άλλους τρόπους (για παράδειγμα, με την προβολή σε μια οθόνη ή με τη χρησιμοποίηση οφθαλμικών φακών με μεγαλύτερη μεγέθυνση). Επομένως, η καλύτερη επιλογή θα ήταν ο αντικειμενικός φακός με μεγέθυνση 60 και αριθμητικό διάφραγμα 1, Πρωτεΐνες σημασμένες με GFP είναι δυνατόν να εκφραστούν σε ζωντανά κύτταρα, οπότε η παρατήρησή τους είναι εφικτή χωρίς να υπάρχει ανάγκη μονιμοποίησης και θανάτωσης των κυττάρων για τη χρώση με φθορίζον αντίσωμα. Κατά συνέπεια, είναι δυνατόν να μελετηθεί η κίνηση των πρωτεϊνών που έχουν σημανθεί με GFP σε ζωντανά κύτταρα. 11. Η φυγοκέντριση ταχύτητας διαχωρίζει τα οργανίδια με βάση το μέγεθος και το σχήμα τους, ενώ η φυγοκέντριση ισορροπίας τα διαχωρίζει με βάση την πυκνότητα (ανεξάρτητα από το μέγεθος και το σχήμα τους). 12. Ο ορός περιέχει τους απαραίτητους αυξητικούς παράγοντες που πυροδοτούν τη διαίρεση στα περισσότερα ζωντανά κύτταρα σε καλλιέργεια. 13. Οι πρωτογενείς κυτταρικές καλλιέργειες περιλαμβάνουν κύτταρα που αναπτύσσονται άμεσα από έναν οργανισμό ή έναν ιστό. Οι αθανατοποιημένες κυττα-

2 2 Απαντήσεις στις ερωτήσεις ρικές σειρές έχουν την ικανότητα να διαιρούνται επ αόριστον σε καλλιέργεια. 14. Τα κύτταρα αυτά διατηρούν την ικανότητα να διαφοροποιούνται σε όλους τους διαφορετικούς τύπους κυττάρων των ώριμων οργανισμών, οπότε μπορούν να αξιοποιηθούν σε μεταμοσχεύσεις για τη θεραπεία πολλών ασθενειών. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 1. Το νερό είναι ένα πολικό μόριο του οποίου τα άτομα υδρογόνου και οξυγόνου σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου τόσο μεταξύ τους (καθιστώντας το νερό υγρό στις περισσότερες θερμοκρασίες στη Γη) όσο και με πολικά οργανικά μόρια και ανόργανα ιόντα. Αντίθετα, τα μη πολικά μόρια ή οι περιοχές μορίων που δεν αλληλεπιδρούν με το νερό έχουν την τάση να συνενώνονται μεταξύ τους και να δημιουργούν σημαντικές δομές, όπως είναι οι μεμβράνες των κυττάρων και των οργανιδίων τους. 2. Το γλυκογόνο είναι ένα πολυμερές που αποτελείται από κατάλοιπα γλυκόζης συνδεδεμένα κυρίως με γλυκοζιδικούς δεσμούς α(1 4) και περιέχει περιστασιακά δεσμούς α(1 6) που σχηματίζουν διακλαδώσεις. Η κυτταρίνη είναι ένα ευθύ, μη διακλαδισμένο πολυμερές με γλυκοζιδικούς δεσμούς α(1 4) μεταξύ των καταλοίπων γλυκόζης. 3. Τα λίπη στα κύτταρα συγκεντρώνονται σε σταγονίδια (λιποσώματα) και αποτελούν μια αποτελεσματική μορφή αποθήκευσης ενέργειας, ενώ τα φωσφολιπίδια αποτελούν τα κυριότερα συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών. 4. Τα νουκλεοτίδια λειτουργούν ως μεταφορείς χημικής ενέργειας (π.χ. το ATP) και ως διακυτταρικά μόρια σηματοδότησης (π.χ. το κυκλικό AMP). 5. Όχι. Η πληροφορία στα νουκλεϊκά οξέα είναι κωδικοποιημένη στην αλληλουχία των βάσεών τους. Αν οι βάσεις απομακρύνονταν, θα απέμενε μια γραμμική αλυσίδα σακχάρων και φωσφορικών ομάδων με μικρό πληροφοριακό περιεχόμενο. 6. Ο Christian Afensen και οι συνεργάτες του έδειξαν πως η αποδιαταγμένη ριβονουκλεάση επαναδιπλώνεται αυθόρμητα σε ενεργό ένζυμο απουσία άλλων κυτταρικών συστατικών. Έτσι αποδείχτηκε πως η πληροφορία που απαιτείται για την αναδίπλωση περιέχεται στην πρωτοταγή αλληλουχία της ριβονουκλεάσης. 7. Η πλευρική αλυσίδα της κυστεΐνης περιέχει μια σουλφυδρυλική ομάδα που έχει τη δυνατότητα να σχηματίζει ομοιοπολικούς δισουλφιδικούς δεσμούς με ένα άλλο κατάλοιπο κυστεΐνης, σταθεροποιώντας έτσι τη δομή της κυτταρικής επιφάνειας και των εκκρινόμενων πρωτεϊνών. 8. Η χοληστερόλη μπορεί να ενσωματωθεί στις μεμβράνες και να ρυθμίσει τη ρευστότητά τους. Επιπλέον, η χοληστερόλη χρησιμοποιείται στη σύνθεση στεροειδών ορμονών. 9. Η δομή της α-έλικας επιτρέπει στις ομάδες CO και NH των πεπτιδικών δεσμών να σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους, εξουδετερώνοντας έτσι τον πολικό τους χαρακτήρα. Τα β-βαρέλια είναι επίσης ικανά να διαπερνούν τις λιπιδικές διπλοστιβάδες. 10. δ. Η αλανίνη είναι το μόνο αμινοξύ της λίστας με μια υδρόφοβη πλευρική αλυσίδα ικανή να αλληλεπιδράσει με τα λιπαρά οξέα των μεμβρανικών λιπιδίων. 11. Στην πρώτη διάσταση, οι πρωτεΐνες διαχωρίζονται σε μια διαβάθμιση pη με βάση το συνολικό τους φορτίο. Στη δεύτερη διάσταση, οι πρωτεΐνες διαχωρίζονται με βάση τη μάζα τους. 12. Μια μέθοδος βασίζεται στην απομόνωση ενός οργανιδίου με κυτταρική κλασμάτωση και στην ταυτοποίηση των πρωτεϊνών που περιέχει με φασματομετρία μάζας. Μια άλλη μέθοδος, που έχει χρησιμοποιηθεί για τη συνολική ανάλυση των πρωτεϊνών του σακχαρομύκητα, συνίσταται στην παρασκευή μεγάλου αριθμού πρωτεϊνών σε μεταφραστική σύντηξη με GFP και στον προσδιορισμό της υποκυτταρικής τους θέσης με μικροσκοπία φθορισμού. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 1. Το ασπαρτικό οξύ είναι ένα αμινοξύ που αλληλεπιδρά με βασικά αμινοξέα στα υποστρώματα τρυψίνης. Η αντικατάσταση του ασπαρτικού οξέος από λυσίνη (που είναι βασικό αμινοξύ) θα επηρέαζε την πρόσδεση του υποστρώματος και την κατάλυση. 2. Η πλευρική ομάδα της ιστιδίνης μπορεί να είναι είτε ουδέτερη είτε θετικά φορτισμένη σε φυσιολογικό ph. Συνεπώς, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανταλλαγή ιόντων υδρογόνου. 3. Το ένζυμο Ε1 ρυθμίζεται πιθανώς με αρνητική ανάδραση.

3 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 3 4. Μια αντίδραση που δεν ευνοείται ενεργειακά μπορεί να συνδυαστεί με μια ενεργειακά ευνοούμενη αντίδραση που συνοδεύεται από αρνητική μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας (συχνά με υδρόλυση του ΑΤP), με αποτέλεσμα η συζευγμένη αντίδραση να ευνοείται ενεργειακά. 5. Η αντίδραση που καταλύεται από τη φωσφοφρουκτοκινάση είναι η εξής: 6-φωσφορική φρουκτόζη + ΑΤP 1,6-διφωσφορική φρουκτόζη + ADP. Η πρότυπη μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί από το άθροισμα της πρότυπης μεταβολής της ελεύθερης ενέργειας σχηματισμού της 1,6-διφωσφορικής φρουκτόζης από 6-φωσφορική φρουκτόζη και φωσφορικό (ΔG = +4 kcal/mol) και της πρότυπης μεταβολής της ελεύθερης ενέργειας υδρόλυσης του ATP ( 7,3 kcal/mol). Συνεπώς, η πρότυπη μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας για τη συζευγμένη αντίδραση ισούται με 3,3 kcal/mol. 6. Αντικαθιστώντας στην εξίσωση: [B] [C] ΔG = ΔG + RT ln [A] τις τιμές που δίνονται, προκύπτει το αποτέλεσμα ΔG = 1,93 kcal/mol. Άρα, η αντίδραση θα προχωρήσει με κατεύθυνση από αριστερά προς τα δεξιά, δηλαδή το Α θα μετατραπεί σε Β και C στο εσωτερικό του κυττάρου. 7. Η φωσφοφρουκτοκινάση αναστέλλεται από υψηλές συγκεντρώσεις ATP. Επομένως, όταν η συγκέντρωση του ATP μέσα στο κύτταρο αυξηθεί σημαντικά, η γλυκόλυση καταστέλλεται. 8. Σε αναερόβιες συνθήκες, η γλυκόζη μεταβολίζεται μόνο μέσω γλυκόλυσης, με καθαρή παραγωγή 2 μορίων ATP ανά μόριο γλυκόζης. Σε αερόβιες συνθήκες, η γλυκόζη οξειδώνεται πλήρως παράγοντας μόρια ATP. 9. Σε αναερόβιες συνθήκες, το NADH που παράγεται κατά τη γλυκόλυση χρησιμοποιείται για την αναγωγή του πυροσταφυλικού οξέος σε αιθανόλη ή γαλακτικό οξύ με επανασχηματισμό του NADH Επειδή τα λιπίδια είναι περισσότερο ανηγμένα (έχουν μεγαλύτερο αναγωγικό δυναμικό) από τα λιπαρά οξέα, η οξείδωσή τους παράγει πολύ περισσότερη ενέργεια ανά μόριο. 11. Στις φωτοεξαρτώμενες αντιδράσεις, η ενέργεια που παράγεται από την απορρόφηση του φωτός από τη χλωροφύλλη χρησιμοποιείται για τη διάσπαση του νερού σε 2Η + + 1/2Ο2 + 2e. Tα ηλεκτρόνια εισέρχονται σε μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων που καταλήγει στη σύνθεση ATP και NADPH. Απουσία φωτός, τα ATP και NADPH οδηγούν στη σύνθεση της γλυκόζης από CO2 και H2O. 12. Ορισμένες αντιδράσεις της γλυκόλυσης συνοδεύονται από σημαντική μείωση της ελεύθερης ενέργειας και δεν είναι εύκολα αναστρέψιμες. Η γλυκονεογένεση παρακάμπτει αυτές τις αντιδράσεις μέσω άλλων αντιδράσεων που βασίζονται στην κατανάλωση ATP και NADH. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 1. Θα διασταυρώσετε μύγες που είναι ομόζυγες για μεταλλαγές και στα δύο γονίδια με μύγες άγριου τύπου (βλ. Εικόνα 4.3). Κατόπιν, θα πραγματοποιήσετε διασταυρώσεις μεταξύ των απογόνων που θα προκύψουν. Αν τα δύο μεταλλαγμένα γονίδια τείνουν να κληρονομούνται μαζί, οπότε δε διαχωρίζονται κατά τη μείωση, τότε θα πρέπει να εδράζονται στο ίδιο χρωμόσωμα, δηλαδή να είναι συνδεδεμένα. 2. Το μισό DNA θα είναι ενδιάμεσο και το υπόλοιπο μισό θα είναι ελαφρύ. 3. Η προσθήκη ή το έλλειμμα ενός ή δύο νουκλεοτιδίων μεταβάλλει το αναγνωστικό πλαίσιο του γονιδίου, με αποτέλεσμα να προκύπτει μια πρωτεΐνη με τελείως διαφορετική αλληλουχία αμινοξέων. Αντίθετα, η προσθήκη ή το έλλειμμα τριών νουκλεοτιδίων έχει ως συνέπεια την προσθήκη ή το έλλειμμα, αντίστοιχα, ενός αμινοξέος, οπότε η έκταση της αλλαγής που προκύπτει είναι σημαντικά μικρότερη. 4. Το τεχνητό χρωμόσωμα ζυμομύκητα θα πρέπει να διαθέτει μια θέση έναρξης αντιγραφής και μια κατάλληλη θέση αναγνώρισης της EcoRI για την κλωνοποίηση του επιθυμητού τμήματος DNA. Επιπλέον, θα πρέπει να διαθέτει τελομερή και ένα κεντρομερές, ώστε να αντιγράφεται και να μεταβιβάζεται από γενιά σε γενιά όπως τα φυσιολογικά χρωμοσώματα του ζυμομύκητα. 5. Η τριπλέτα UGC επίσης κωδικοποιεί κυστεΐνη. Επομένως, η μεταλλαγή του U σε C δε θα είχε καμία επίπτωση στη λειτουργία του ενζύμου. Η τριπλέτα UGA είναι κωδικόνιο τερματισμού. Συνεπώς, μια τέτοια μεταλλαγή θα οδηγούσε στην παραγωγή μιας μικρότερης πρωτεΐνης, η οποία πιθανότατα θα ήταν ανενεργή. 6. Ο χάρτης περιορισμού είναι: EcoRI 2,5 kb 0,5 kb 1 kb HindIII

4 4 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 7. Το απλοειδές σπερματοζωάριο θα πρέπει να διαθέτει ένα μόνο αντίγραφο της αλληλουχίας του DNA που πρόκειται να πολλαπλασιάσετε. Κάθε κύκλος PCR διπλασιάζει τον αρχικό αριθμό αντιγράφων. Έτσι, 10 κύκλοι πολλαπλασιασμού οδηγούν στην παραγωγή 2 10, ή περίπου χιλίων, αντιγράφων. Οι 30 κύκλοι πολλαπλασιασμού οδηγούν στην παραγωγή 2 30 αντιγράφων. Επομένως, μετά από 30 κύκλους παράγονται περισσότερα από ένα δισεκατομμύριο αντίγραφα. 8. Στα κοσμίδια κλωνοποιούνται τμήματα DNA μεγέθους kb (βλ. Πίνακα 4.3). Η αλληλουχία αναγνώρισης του ενζύμου BamHI (βλ. Πίνακα 4.2) έχει μέγεθος 6 ζεύγη βάσεων. Στατιστικά λοιπόν συναντάται με συχνότητα περίπου μία φορά κάθε ζεύγη βάσεων DNA (4 6 = 4.096). Επομένως, διαιρώντας το ζεύγη βάσεων με το 4.000, βρίσκουμε ότι θα πρέπει να υπάρχουν περίπου 10 θέσεις αναγνώρισης του ενζύμου BamHI στο ένθετο αυτό τμήμα DNA. 9. Το γονιδίωμα του ανθρώπου έχει μέγεθος περίπου kb. Στα BAC κλωνοποιούνται τμήματα DNA μεγέθους kb (βλ. Πίνακα 4.3). Αν διαιρέσετε το μέγεθος του γονιδιώματος με το μέγεθος της ένθεσης στα BAC, θα διαπιστώσετε ότι ο αριθμός των κλώνων που απαιτούνται για να καλυφθεί πλήρως το γονιδίωμα του ανθρώπου είναι έως Επομένως, ο ελάχιστος αριθμός κλώνων είναι Θα πρέπει να φέρει έναν δείκτη επιλογής που θα προσφέρει ανθεκτικότητα σε κάποια φαρμακευτική ουσία, ώστε να καταστεί εφικτή η επιλογή των σταθερά διαμολυσμένων κυττάρων. 11. Στα πρωτεϊνικά διαλύματα που πρόκειται να υποστούν ηλεκτροφόρηση προστίθεται το αρνητικά φορτισμένο απορρυπαντικό SDS. Κάθε πρωτεΐνη δεσμεύει πολλά μόρια SDS, τα οποία της προσδίδουν ένα συνολικά αρνητικό φορτίο. Στη συνέχεια, οι πρωτεΐνες μπορούν να διαχωριστούν με βάση το μέγεθός τους με ηλεκτροφόρηση σε πήκτωμα. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 1. Οι οργανισμοί με συγκριτικά μεγαλύτερο μέγεθος γονιδιώματος περιέχουν μεγαλύτερα ποσά μη κωδικού DNA. 2. Ο Sharp και οι συνεργάτες του δημιούργησαν υβρίδια μεταξύ του mrna της αδενοϊικής εξόνης και ενός κλώνου του DNA του ιού. Παρατηρώντας τα μόρια αυτά στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, είδαν ότι το mrna της εξόνης υβριδιζόταν με διακριτές περιοχές του ιικού DNA και ότι τα μη υβριδισμένα μεσοδιαστήματα DNA σχημάτιζαν βρόχους. Οι βρόχοι μονόκλωνου DNA αντιστοιχούσαν σε ιντρόνια που εκτέμνονται από το πρωτογενές μετάγραφο RNA. 3. Μέσω του εναλλακτικού ματίσματος, μπορούν να συντεθούν από το ίδιο γονίδιο περισσότερες από μία πρωτεΐνες. 4. Λόγω της διακριτής σύστασής τους σε νουκλεοτιδικές βάσεις, οι επαναλήψεις απλών αλληλουχιών (π.χ. ACAAACT) διαφέρουν στην αναλογία AT/GC και έχουν διαφορετική πυκνότητα από τη μέση πυκνότητα του συνολικού πυρηνικού DNA. Περιοχές DNA με διαδοχικές επαναλήψεις τέτοιων αλληλουχιών διαχωρίζονται από την κύρια ζώνη του γονιδιωματικού DNA με φυγοκέντριση σε διαλύματα διαβαθμισμένης πυκνότητας CsCl. 5. Το κεντρομερές του S. cerevisiae είναι μικρό (125 bp) και φαίνεται ότι προσδένεται σε περιορισμένο αριθμό πρωτεϊνών του κινητοχώρου, ώστε να σχηματίζει μόνο μία θέση δέσμευσης μικροσωληνίσκου. Τα κεντρομερή των ζωικών χρωμοσωμάτων είναι πολύ μεγαλύτερα, με επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες οι οποίες σχηματίζουν περισσότερο εκτεταμένους κινητοχώρους και δημιουργούν θέσεις πρόσδεσης για πολλαπλούς μικροσωληνίσκους. 6. Η κοπή του πλασμιδίου με ενδονουκλεάση περιορισμού δημιουργεί τεχνητά ένα γραμμικό χρωμόσωμα με δύο ελεύθερα άκρα αλλά χωρίς τελομερή. Τα γονίδια του πλασμιδίου δεν μπορούν να διατηρηθούν στον σακχαρομύκητα λόγω της αστάθειας των άκρων αυτού του τεχνητού χρωμοσώματος. Ένας πειραματικός έλεγχος θα ήταν να προσδεθούν αλληλουχίες τελομερούς στα άκρα του τεχνητού χρωμοσώματος και να ελεγχθεί κατά πόσο αποκαθίσταται η δυνατότητα αναπαραγωγής των γονιδίων του πλασμιδίου. 7. Η απόσταση αυτή μπορεί να υπολογιστεί αν διαιρέσουμε το μήκος του γονιδιώματος του ανθρώπου ( kb) με τον αριθμό γονιδίων, αφού πρώτα αφαιρέσουμε το μήκος DNA που καταλαμβάνουν τα ίδια τα γονίδια (όπως προκύπτει από το γινόμενο του αριθμού γονιδίων επί το μέσο μήκος ενός γονιδίου, που είναι 30 kb). Η μέση απόσταση μεταξύ των γονιδίων που υπολογίζεται με αυτόν τον τρόπο είναι περίπου 100 kb. 8. Ένα μόριο ιστόνης Η1 προσδένεται στο γονιδιωματικό DNA κάθε 200 bp περίπου. Επομένως, ο αριθμός των μορίων ιστόνης Η1 που είναι προσδεδεμένα στο γονιδίωμα του σακχαρομύκητα μπορεί να υπολογιστεί αν διαιρέσουμε το μήκος του γονιδιώματος (12 Mb) με το 200 bp. Ο αριθμός μορίων H1 που προκύπτει από τη διαίρεση αυτή είναι

5 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 5 9. Από τον Πίνακα 5.1 μπορούμε να υπολογίσουμε το μέσο μήκος ενός ιντρονίου του ανθρώπου, αν διαιρέσουμε το συνολικό μήκος των αλληλουχιών των ιντρονίων με τον αριθμό ιντρονίων ενός μέσου τυπικού γονιδίου του ανθρώπου. Το μέσο μήκος ιντρονίου που προκύπτει από τη διαίρεση είναι περίπου bp. 10. Με βάση τον Πίνακα 5.1, το άθροισμα των αλληλουχιών των εξονίων ενός μέσου τυπικού γονιδίου του ανθρώπου είναι bp. Κατά συνέπεια, αυτό θα είναι και το αναμενόμενο μέσο μήκος των ενθεμάτων cdna στη βιβλιοθήκη που έχετε παρασκευάσει. 11. Η ομάδα του International Human Genome Sequencing Consortium προσδιόρισε την αλληλουχία κλώνων BAC οι οποίοι είχαν ήδη χαρτογραφηθεί σε διακριτές χρωμοσωμικές περιοχές. Η Celera Genomics χρησιμοποίησε μια μέθοδο τυχαίας στόχευσης σε ολόκληρο το γονιδίωμα, κατά την οποία προσδιορίζονταν οι αλληλουχίες τυχαίων θραυσμάτων γονιδιωματικού DNA και με βάση τις επικαλύψεις μεταξύ των θραυσμάτων γινόταν συναρμολόγηση της πλήρους αλληλουχίας του γονιδιώματος. 12. Αντίθετα με τις κωδικές αλληλουχίες, οι ρυθμιστικές αλληλουχίες είναι μικρού μεγέθους, δεν έχουν καθοριστεί με ακρίβεια και είναι στατιστικά αναμενόμενο να συναντώνται συχνά στα μεγάλα γονιδιώματα. Οι προσεγγίσεις που έχουν χρησιμοποιηθεί για την ταυτοποίηση λειτουργικών ρυθμιστικών αλληλουχιών συμπεριλαμβάνουν μεθόδους εντοπισμού είτε ομάδων ρυθμιστικών στοιχείων, είτε αλληλουχιών που έχουν συντηρηθεί κατά την εξέλιξη, είτε αλληλουχιών που συναντώνται σε ομάδες γονιδίων τα οποία ρυθμίζονται με συντονισμένο τρόπο. 13. Οι μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί (SNP) είναι πολυμορφισμοί μεταξύ διαφορετικών ατόμων σε θέσεις όπου διαφέρει μόνο μία νουκλεοτιδική βάση. Με τη μελέτη των SNP μπορούν να ταυτοποιηθούν γονίδια τα οποία συνδέονται με την ευαισθησία σε διάφορες ασθένειες. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 1. Σε υψηλή θερμοκρασία, το μετάλλαγμα θα εμφανίζει ελαττώματα στην αντικατάσταση των εκκινητών RNA των τμημάτων Okazaki με DNA και στην αποκατάσταση των χασμάτων στο DNA κατά την επιδιόρθωση με εκτομή. 2. Η τοποϊσομεράση I κόβει τη μία αλυσίδα της διπλής έλικας του DNA και της επιτρέπει να περιστραφεί γύρω από την άλλη αλυσίδα, ώστε να αντιμετωπιστεί η αυτοπεριέλιξη του μορίου του DNA μπροστά από την αντιγραφική διχάλα. Η τοποϊσομεράση II κόβει και τις δύο αλυσίδες της διπλής έλικας του DNA και συμβάλλει τόσο στην αποπεριέλιξη του DNA κατά την αντιγραφή όσο και στον διαχωρισμό των δύο νεοσυντιθέμενων κυκλικών μορίων DNA, τα οποία αμέσως μετά την αντιγραφή είναι μπλεγμένα το ένα με το άλλο. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, η τοποϊσομεράση τύπου II φαίνεται να συμμετέχει στη μιτωτική συμπύκνωση των χρωμοσωμάτων και στον διαχωρισμό των αδελφών χρωματίδων κατά τη μίτωση. 3. Το μέγεθος του γονιδιώματος του σακχαρομύκητα (βλ. Πίνακα 5.6) είναι 12 Mb (12 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων), ενώ τα τμήματα Okazaki έχουν μέγεθος περίπου 1-3 kb ( ζεύγη βάσεων). Μπορούμε να υπολογίσουμε τον αριθμό των τμημάτων Okazaki που συντίθενται κατά την αντιγραφή διαιρώντας το μέγεθος του γονιδιώματος με το μήκος των τμημάτων Okazaki. Η απάντηση είναι τμήματα. 4. Οι DNA πολυμεράσες δεν μπορούν να ξεκινήσουν σύνθεση DNA de novo. Μπορούν μόνο να προσθέσουν νουκλεοτίδια σε μια προϋπάρχουσα αλυσίδα-εκκινητή. Η πριμάση μπορεί να ξεκινήσει τη σύνθεση de novo και συνθέτει βραχείς εκκινητές RNA, οι οποίοι στη συνέχεια επιμηκύνονται από μια DNA πολυμεράση. 5. Η ενεργότητα 3 προς 5 εξωνουκλεάσης είναι απαραίτητη για την εκτομή των αταίριαστων βάσεων από τις υπό σύνθεση αλυσίδες DNA κατά τον διορθωτικό έλεγχο. Ένα μετάλλαγμα της E. coli στο οποίο η DNA πολυμεράση III δε διαθέτει την ενεργότητα αυτή θα εμφάνιζε υψηλή συχνότητα μεταλλαγών. 6. Μπορείτε να ενθέσετε την υπό έλεγχο αλληλουχία DNA σε ένα πλασμίδιο που φέρει κάποιο κατάλληλο γονίδιο επιλογής, χωρίς όμως να διαθέτει θέση έναρξης αντιγραφής. Αν το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο μπορεί να μετασχηματίσει κύτταρα σακχαρομύκητα τα οποία δε διαθέτουν λειτουργικό αντίγραφο του γονιδίου επιλογής και να τους προσδώσει τον αντίστοιχο φαινότυπο, θα πρέπει η υπό έλεγχο αλληλουχία να λειτουργεί ως θέση έναρξης της αντιγραφής. 7. Οι DNA πολυμεράσες δεν μπορούν να αντιγράψουν τα άκρα γραμμικών μορίων DNA. Η λειτουργία της τελομεράσης είναι απαραίτητη στα κύτταρα του σακχαρομύκητα, για να διατηρούν τα άκρα των γραμμικών τους χρωμοσωμάτων. Το γονιδίωμα της E. coli είναι ένα κυκλικό μόριο DNA και επομένως δε φέρει ελεύθερα άκρα ώστε να χρειάζονται ειδικοί μηχανισμοί για την αντιγραφή του.

6 6 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 8. Τα κύτταρα αντιμετωπίζουν τις δίκλωνες ρήξεις τόσο μέσω της επιδιόρθωσης με ανασυνδυασμό, κατά την οποία λαμβάνει χώρα ανασυνδυασμός με τις ομόλογες αλληλουχίες ενός ακέραιου χρωμοσώματος, όσο και μέσω της σύνδεσης μη ομόλογων άκρων. Οι μονόκλωνες ρήξεις αποκαθίστανται με επιδιόρθωση με εκτομή. Καθώς είναι διαθέσιμη μία συμπληρωματική αλυσίδα χωρίς βλάβη, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί ως μήτρα και να κατευθύνει τη σύνθεση του τμήματος που αφαιρείται από την αλυσίδα που έχει υποστεί τη βλάβη. 9. Η υψηλή συχνότητα καρκίνου του δέρματος είναι αποτέλεσμα βλαβών του DNA που επάγονται από ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία και αντιμετωπίζονται από το σύστημα επιδιόρθωσης με εκτομή νουκλεοτιδίου. Η απουσία προδιάθεσης σε καρκίνους των εσωτερικών οργάνων μπορεί να υποδεικνύει ότι παρόμοιοι τύποι βλαβών δεν είναι συχνοί στα κύτταρα των εσωτερικών οργάνων και ότι οι περισσότεροι καρκίνοι αυτών των οργάνων είναι αποτέλεσμα άλλων τύπων μεταλλαγών (π.χ. της ενσωμάτωσης αταίριαστων βάσεων κατά την αντιγραφή του DNA). 10. Οι κυτταρικές διεργασίες που μπορεί να επηρεαστούν από αυτά τα φάρμακα είναι η διατήρηση των τελομερών από την τελομεράση και η μετάθεση των ρετροτρανσποζονίων. 11. Η ταυτοποίηση των νεοσυντιθέμενων αλυσίδων DNA στον άνθρωπο βασίζεται στην παρουσία μονόκλωνων ρήξεων και όχι στη απουσία μεθυλίωσης. Επομένως, τα κύτταρα του ανθρώπου δε χρειάζονται ομόλογο του MutH. 12. Το ποντίκι αυτό, λόγω της αδυναμίας του να συναρμολογήσει λειτουργικά γονίδια ανοσοσφαιρινών και υποδοχέων κυττάρων T, δε θα διαθέτει ούτε λεμφοκύτταρα B ούτε λεμφοκύτταρα T και επομένως θα εμφανίζει ανοσοανεπάρκεια. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 1. Αρχικά σημαίνεται το ένα άκρο του υπό έλεγχο τμήματος DNA, κατόπιν το DNA επωάζεται με την πρωτεΐνη και ακολουθεί πέψη με DNάση Ι. Η περιοχή στην οποία προσδένεται η πρωτεΐνη προστατεύεται από την DNάση Ι και επομένως, στην ηλεκτροφόρηση που ακολουθεί, δεν εντοπίζονται σημασμένα κομμάτια που θα είχαν προκύψει από πέψη μέσα σε αυτή. 2. Οι παράγοντες σίγμα προσδένονται σε αλληλουχίες ανοδικά της θέσης έναρξης της μεταγραφής και συμβάλλουν στην εξειδικευμένη αναγνώριση της περιοχής του υποκινητή από την RNA πολυμεράση. 3. Ο πιο συνηθισμένος μηχανισμός τερματισμού της μεταγραφής των mrna στην E. coli περιλαμβάνει τη μεταγραφή μιας ανάστροφα επαναλαμβανόμενης, πλούσιας σε GC, αλληλουχίας που ακολουθείται από περίπου επτά νουκλεοτίδια Α στην αλυσίδα-μήτρα. Η αλληλουχία αυτή σχηματίζει μια σταθερή δομή στελέχουςβρόχου που αποσταθεροποιεί τη σύνδεση του RNA με τη μήτρα DNA και προκαλεί τον τερματισμό της μεταγραφής. Η παρουσία νουκλεοτιδίων Α καθοδικά των ανάστροφων επαναλήψεων θεωρείται ότι διευκολύνει τον διαχωρισμό του RNA από τη μήτρα του, επειδή μεταξύ Α-U αναπτύσσονται δύο μόνο δεσμοί υδρογόνου αντί των τριών που αναπτύσσονται μεταξύ G-C. 4. Ο καταστολέας προσδένεται στον χειριστή και παρεμποδίζει την έναρξη της μεταγραφής από την RNA πολυμεράση. 5. Ο υποκινητής που φέρει πλαίσιο TATA μεταγράφεται in vitro παρουσία είτε της TBP είτε του παράγοντα TFIID. Ωστόσο, ο υποκινητής που φέρει την αλληλουχία Inr χρειάζεται οπωσδήποτε τον πλήρη παράγοντα TFIID (και όχι μόνο την TBP), γιατί η αλληλουχία Inr αναγνωρίζεται από τους TAF και όχι από την TBP. 6. Η δράση των ενισχυτών δεν επηρεάζεται από την απόστασή τους από τη θέση έναρξης της μεταγραφής ή από τον προσανατολισμό τους σε σχέση με αυτή. Οι υποκινητές βρίσκονται πλησίον της θέσης έναρξης της μεταγραφής. 7. Σε αυτή την περιοχή θα πρέπει να προσδένεται ένας ιστοειδικός καταστολέας. 8. Οι μονωτές διαχωρίζουν τα χρωμοσώματα σε ευχρωματινικές και ετεροχρωματινικές επικράτειες, εμποδίζοντας τη δομή της χρωματίνης να διαδοθεί πέρα από αυτούς. Επίσης, εμποδίζουν τους ενισχυτές μιας επικράτειας να αλληλεπιδράσουν με κάποιον από τους υποκινητές μιας γειτονικής επικράτειας. 9. Το ένα από τα δύο χρωμοσώματα Χ απενεργοποιείται νωρίς κατά την ανάπτυξη των θηλυκών ατόμων (ή των αρσενικών ατόμων με γονότυπο XXY). Ένα RNA που ονομάζεται Xist και κωδικοποιείται από το γονίδιο Xist ενός από τα δύο χρωμοσώματα Χ προσδένεται στα περισσότερα από τα γονίδια που εδράζονται σε αυτό. Στη συνέχεια, το Xist στρατολογεί πρωτεΐνες που επάγουν τη συμπύκνωση της χρωματίνης και τη μετατροπή του μεγαλύτερου μέρους του ανενεργού χρωμοσώματος Χ σε ετεροχρωματίνη. 10. O καθαρισμός του Sp1 βασίστηκε στην ισχυρή και εξειδικευμένη πρόσδεσή του στο πλαίσιο GC. Θα μπορούσατε να εξακριβώσετε αν η καθαρισμένη πρωτεΐνη είναι

7 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 7 ο Sp1 πραγματοποιώντας πειράματα μεταγραφής in vitro. 11. Το αντίσωμα θα προσδενόταν στα snrnp και θα τα παρεμπόδιζε να προσδεθούν στις θέσεις ματίσματος. Έτσι, δε θα μπορούσε να γίνει μάτισμα. 12. Τα μη κωδικά RNA μπορούν να καταστείλουν τη μεταγραφή ενός γονιδίου-στόχου μέσω του συμπλόκου RITS και να επάγουν την αποικοδόμηση του RNA του μέσω του συμπλόκου RISC. Επομένως, επηρεάζουν τόσο τον ρυθμό με τον οποίο συντίθεται το RNAστόχος τους όσο και τον ρυθμό με τον οποίο αποικοδομείται. 13. Οι παράγοντες ματίσματος προσδένονται σε ειδικές αλληλουχίες του pre-mrna και κατευθύνουν τα snrnp στις σωστές θέσεις ματίσματος. 14. Η Apo-B100 συντίθεται στο ήπαρ μέσω της μετάφρασης ενός mrna το οποίο δεν έχει υποστεί στοιχειοθεσία. Η μικρότερη Apo-B48 συντίθεται στο έντερο μέσω της μετάφρασης ενός mrna το οποίο υφίσταται στοιχειοθεσία, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός κωδικονίου τερματισμού. 15. Το σύστημα αποικοδόμησης mrna που επάγεται από ανερμηνεύσιμες μεταλλαγές είναι ένα «σύστημα ελέγχου ποιότητας» το οποίο εντοπίζει και αποικοδομεί ελαττωματικά μόρια mrna που φέρουν ατελή ανοικτά αναγνωστικά πλαίσια. Έτσι εμποδίζει τη σύνθεση ατελών πρωτεϊνών. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 1. Λόγω του άτυπου τρόπου με τον οποίο μπορεί να ζευγαρώσει η τρίτη βάση του κωδικονίου με το αντικωδικόνιο (ταλάντευση), πολλά trna αναγνωρίζουν περισσότερα από ένα κωδικόνια. 2. Θα πρέπει να συμπεριληφθεί μια αλληλουχία Shine- Dalgarno. 3. Ακόμα και αν απομακρυνθούν από τα ριβοσώματα οι περισσότερες από τις πρωτεΐνες τους, αυτά μπορούν να συνεχίσουν να συνθέτουν πολυπεπτίδια. Αντίθετα, η επεξεργασία με RNάση προκαλεί την πλήρη απενεργοποίησή τους. Επιπλέον, η υψηλής ευκρίνειας δομική ανάλυση της ριβοσωμικής υπομονάδας 50S υπέδειξε ότι η θέση στην οποία πραγματοποιείται η αντίδραση της πεπτιδυλοτρανσφεράσης συγκροτείται από το rrna και όχι από τις ριβοσωμικές πρωτεΐνες. 4. Η πολυαδενυλίωση αποτελεί έναν σημαντικό μηχανισμό ρύθμισης της μετάφρασης κατά την πρώιμη ανάπτυξη. Η παρεμπόδισή της θα οδηγήσει σε καταστολή της μετάφρασης που επάγεται μετά τη γονιμοποίηση πολλών από τα mrna του κυττάρου. 5. Οι μοριακοί συνοδοί είναι πρωτεΐνες που βοηθούν στη σωστή αναδίπλωση των πρωτεϊνών. Σε υψηλές θερμοκρασίες, οι πρωτεΐνες αποδιατάσσονται. Οι θερμοεπαγόμενες πρωτεΐνες είναι μοριακοί συνοδοί που συμβάλλουν στην επαναδιάταξη των αποδιαταγμένων πρωτεϊνών και κατά συνέπεια στην αποκατάσταση της λειτουργικότητάς τους. 6. Η επεξεργασία με τη φωσφολιπάση θα προκαλέσει την απομάκρυνση της πρωτεΐνης από την κυτταρική επιφάνεια σε περίπτωση που αυτή συνδέεται σε μια άγκυρα GPI, ενώ δε θα την επηρεάσει σε περίπτωση που είναι διαμεμβρανική. 7. Η αποικοδόμηση της κυκλίνης Β, η οποία απαιτείται προκειμένου τα κύτταρα να βγουν από τη μίτωση και να εισέλθουν στη μεσόφαση του επόμενου κυτταρικού κύκλου, προϋποθέτει την παρουσία μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας εννέα αμινοξέων η οποία ονομάζεται μοτίβο καταστροφής. Μεταλλαγές σε αυτή την αλληλουχία παρεμποδίζουν την ουβικιτινίωση της κυκλίνης Β, καταστέλλουν την αποικοδόμησή της και εμποδίζουν την έξοδο των κυττάρων από τη μίτωση. 8. Όχι. Η ουβικιτινίωση, εκτός από το να στοχοποιεί πρωτεΐνες για αποικοδόμηση, μπορεί να παίζει και ορισμένους άλλους ρόλους, όπως να στοχοποιεί πρωτεΐνες για ενδοκυττάρωση και να λειτουργεί ως ένας τύπος τροποποίησης των ιστονών που επηρεάζει τη μεταγραφή. 9. Τα mirna στοχοποιούν, μέσω του συμπλόκου RISC, συγκεκριμένα mrna, οδηγώντας είτε στην αποικοδόμησή τους είτε στην καταστολή της μετάφρασής τους. 10. Η 3 UTR ρυθμίζει τόσο τη σταθερότητα και τον εντοπισμό του mrna όσο και τη μετάφρασή του, λειτουργώντας ως θέση πρόσδεσης ρυθμιστικών παραγόντων και mirna. 11. Δεδομένου ότι ο T. aquaticus αναπτύσσεται σε περιβάλλοντα με υψηλές θερμοκρασίες, το rrna του είναι πιο σταθερό από αυτό της E. coli και γι αυτόν τον λόγο εμφάνιζε μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στην κατεργασία στην οποία ο Noller και οι συνεργάτες του υπέβαλλαν τα ριβοσώματα προκειμένου να εκχυλίσουν τις πρωτεΐνες τους. 12. Ορισμένες πρωτεΐνες φέρουν αλληλουχίες σήματος οι οποίες τις καθοδηγούν σε συγκεκριμένα διαμερίσματα

8 8 Απαντήσεις στις ερωτήσεις του κυττάρου. Αυτές οι αλληλουχίες συχνά απομακρύνονται χάρη στη δράση κατάλληλων πεπτιδασών σήματος. Επιπλέον, πολλές πρωτεΐνες συντίθενται στη μορφή μεγαλύτερων πρόδρομων μορίων τα οποία υφίστανται πρωτεολυτική κατεργασία προκειμένου να προκύψει η ώριμη πρωτεΐνη. 13. Μια ειδική περιοχή της μικρής ριβοσωμικής υπομονάδας, η οποία ονομάζεται «κέντρο αποκωδικοποίησης», αναγνωρίζει τις περιπτώσεις λανθασμένου ζευγαρώματος κωδικονίου και αντικωδικονίου. Η είσοδος του σωστού αμινοακυλο-trna στη θέση Α επάγει αλλαγές στη στερεοδιαμόρφωση, οι οποίες προκαλούν την υδρόλυση του GTP που βρίσκεται συνδεδεμένο στον eef1α και την απελευθέρωση του μεταφραστικού αυτού παράγοντα σε σύμπλοκο με GDP. 14. Η ισομεράση πρωτεϊνικών δισουλφιδικών δεσμών καταλύει τον σχηματισμό δισουλφιδικών δεσμών. Η καταστολή της δράσης της θα είχε ως αποτέλεσμα τη λανθασμένη αναδίπλωση της RNάσης και κατά συνέπεια η ενεργότητα RNάσης που θα ανιχνεύατε στο μέσο της καλλιέργειας θα ήταν σημαντικά μειωμένη. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 1. Τα mrna των προκαρυωτικών κυττάρων μεταφράζονται καθώς μεταγράφονται. Ο διαχωρισμός της θέσης μεταγραφής από τη θέση μετάφρασης στους ευκαρυώτες επιτρέπει ρύθμιση των mrna με μεταμεταγραφικές διεργασίες, όπως είναι το εναλλακτικό μάτισμα, η πολυαδενυλίωση και η ρυθμιζόμενη μεταφορά στο κυτταρόπλασμα. Επιπλέον, η μεταγραφή μπορεί να ρυθμιστεί με τροποποίηση του πυρηνικού εντοπισμού μεταγραφικών παραγόντων. 2. Οι λαμίνες σχηματίζουν ένα ινώδες δίκτυο που υποστηρίζει και σταθεροποιεί τον πυρηνικό φάκελο. Παρέχουν επίσης θέσεις πρόσδεσης για την προσάρτηση της χρωματίνης στο εσωτερικό του πυρηνικού φακέλου. Επιπλέον, με τις λαμίνες αλληλεπιδρούν πολλές πρωτεΐνες που συμμετέχουν στη μεταγραφή, στην αντιγραφή του DNA και στην τροποποίηση της χρωματίνης. 3. Η πρωτεΐνη των 15 kda θα μπορέσει να εισέλθει στον πυρήνα, όχι όμως και η πρωτεΐνη των 100 kda. Πρωτεΐνες μικρότερες των 20 kda περίπου μπορούν να διέλθουν ελεύθερα από το σύμπλοκο του πυρηνικού πόρου. 4. Η κατανομή της Ran/GTP μεταξύ των δύο πλευρών του πυρηνικού φακέλου καθορίζει την κατευθυντικότητα της πυρηνικής μεταφοράς. 5. Ένα παράδειγμα είναι ο NF-κΒ. Σε μη διεγερμένα κύτταρα, η ΙκΒ προσδένεται στον NF-κΒ και το σύμπλοκο δεν είναι δυνατόν να εισέλθει στον πυρήνα. Μόλις τα κύτταρα διεγερθούν, η ΙκΒ φωσφορυλιώνεται και αποικοδομείται με πρωτεόλυση που επιτυγχάνεται μέσω της ουβικιτίνης. Η αποικοδόμηση της ΙκΒ αποκαλύπτει το σήμα πυρηνικού εντοπισμού του NF-κΒ, επιτρέποντας στο μόριο να εισέλθει στον πυρήνα και να ενεργοποιήσει τη μεταγραφή των γονιδίων-στόχων του. 6. Ο μεταγραφικός παράγοντας δε θα μπορούσε πλέον να φωσφορυλιωθεί σε αυτές τις θέσεις και θα εισαγόταν στον πυρήνα ιδιοστατικά, όπου θα ενεργοποιούσε συνεχώς την έκφραση των γονιδίων-στόχων του. 7. Η απενεργοποίηση του σήματος πυρηνικής εξαγωγής θα οδηγούσε σε συγκράτηση της πρωτεΐνης στον πυρήνα. 8. Θα σημαίνατε το νεοσυντιθέμενο DNA με βρομοδεοξυουριδίνη, η οποία εισάγεται στο DNA στη θέση της θυμιδίνης. Το σημασμένο DNA μπορεί στη συνέχεια να εντοπιστεί με αντισώματα που αναγνωρίζουν τη βρομοδεοξυουριδίνη και με μικροσκοπία φθορισμού. 9. Ο Kalderon και οι συνεργάτες του (της ερευνητικής ομάδας του A. Smith) συνέτηξαν την αμινοξική αλληλουχία του αντιγόνου Τ με δύο πρωτεΐνες που κανονικά εντοπίζονται στο κυτταρόπλασμα (τη β-γαλακτοζιδάση και την κινάση του πυροσταφυλικού) και παρατήρησαν ότι οι χιμαιρικές πρωτεΐνες συσσωρεύονται στον πυρήνα. 10. Τα πυρηνικά στίγματα περιέχουν συγκεντρωμένους πληθυσμούς snrnρ και θεωρείται ότι αποτελούν θέσεις αποθήκευσης των συστατικών του ματίσματος. 11. Τα μικρά πυρηνισκικά RNA (snorna) εντοπίζονται στον πυρηνίσκο, όπου συμμετέχουν στην τομή και στην τροποποίηση των rrna. 12. Η εξπορτίνη t είναι απαραίτητη για την εξαγωγή των trna από τον πυρήνα. Η αναστολή επομένως της λειτουργίας της εξπορτίνης t θα εμπόδιζε την εξαγωγή μορίων trna και θα οδηγούσε σε αναστολή της μετάφρασης. ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ο Palade και οι συνεργάτες του σήμαναν κυψελιδικά κύτταρα του παγκρέατος διοχετεύοντας σε αυτά έναν παλμό ραδιενεργών αμινοξέων, τα οποία ενσωματώθηκαν στις πρωτεΐνες. Αυτοραδιογραφική ανάλυση έδειξε ότι οι σημασμένες πρωτεΐνες εντοπίζονταν αρχικά στο

9 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 9 αδρό ER. Έπειτα από ένα σύντομο διάστημα «εκδίωξης» του παλμού με μη ραδιενεργά αμινοξέα οι σημασμένες πρωτεΐνες είχαν μετακινηθεί στη συσκευή Golgi, ενώ έπειτα από μεγαλύτερα διαστήματα «εκδίωξης» οι σημασμένες πρωτεΐνες εντοπίζονταν σε εκκριτικά κυστίδια και στη συνέχεια στο εξωτερικό των κυττάρων. 2. Όταν το mrna που κωδικοποιεί μια εκκρινόμενη πρωτεΐνη μεταφράζεται in vitro σε ελεύθερα ριβοσώματα, η πρωτεΐνη που προκύπτει είναι μεγαλύτερη απ ό,τι όταν το ίδιο mrna μεταφραστεί παρουσία μικροσωμάτων από το αδρό ER. Στη δεύτερη περίπτωση, η αλληλουχία σήματος αποκόπτεται από μια πεπτιδάση σήματος που περιέχεται στα κυστίδια του αδρού ER. 3. Η συμμεταφραστική μετατόπιση περιλαμβάνει πρόσδεση του νεοσυντιθέμενου πολυπεπτιδίου στο σωμάτιο αναγνώρισης σήματος (SRP) και μετατόπισή του μέσω ενός τρανσλοκονίου, η οποία ωθείται από την ίδια τη διεργασία της πρωτεϊνοσύνθεσης. Η μετα-μεταφραστική μετατόπιση υπαγορεύει την είσοδο ενός πολυπεπτιδίου στο ER μετά την ολοκλήρωση της σύνθεσής του και δεν απαιτεί SRP. Το σύμπλοκο Sec62/63 αναγνωρίζει το πολυπεπτίδιο που πρόκειται να ενσωματωθεί και το εισάγει σε ένα τρανσλοκόνιο. Το πολυπεπτίδιο έλκεται μέσα στον αυλό του ER από τον μοριακό συνοδό BiP. 4. Στα μεταλλάγματα Sec61, οι πρωτεΐνες που προορίζονται για τη συσκευή Golgi δεν μπορούν να εισέλθουν στο ER και επομένως παραμένουν στο κυτταροδιάλυμα. 5. Η προσθήκη των ομάδων υδατάνθρακα γίνεται στον αυλό του ER και στον αυλό της συσκευής Golgi, θέσεις που ισοδυναμούν τοπολογικά με το εξωτερικό του κυττάρου. 6. Η μεταλλαγή της αλληλουχίας KDEL θα εμπόδιζε την επιστροφή αυτής της μόνιμης πρωτεΐνης του ER από το Golgi στο ER, οδηγώντας σε έκκρισή της από το κύτταρο. Η απενεργοποίηση της πρωτεΐνης-υποδοχέα του KDEL θα οδηγούσε σε έκκριση από το κύτταρο όλων των μόνιμων πρωτεϊνών του ER που διαθέτουν την αλληλουχία KDEL. 7. Αρχικά, μια αλληλουχία σήματος υπαγορεύει την είσοδο του νεοσυντιθέμενου λυσοσωμικού πολυπεπτιδίου στο αδρό ER. Καθώς η πρωτεΐνη εισέρχεται στο ER, προστίθεται σε αυτήν ένας Ν-συνδεδεμένος ολιγοσακχαρίτης. Μετά τη μεταφορά στο Golgi, δε συμβαίνει, όπως στις άλλες γλυκοπρωτεΐνες, απομάκρυνση καταλοίπων μαννόζης, αλλά πραγματοποιείται φωσφορυλίωση της μαννόζης σε 6-φωσφορική μαννόζη. Τα κατάλοιπα 6-φωσφορικής μαννόζης αναγνωρίζονται από έναν υποδοχέα στο δίκτυο trans Golgi, ο οποίος κατευθύνει τη μεταφορά των πρωτεϊνών στα λυσοσώματα. Η πρωτεΐνη που υπό κανονικές συνθήκες εντοπίζεται στο κυτταροδιάλυμα δε διαθέτει αλληλουχία σήματος και δεν εισέρχεται στο ER. Η προσθήκη επομένως ενός σήματος στόχευσης για τα λυσοσώματα δε θα είχε καμία επίδραση στην πρωτεΐνη του κυτταροδιαλύματος. Αντίθετα, η προσθήκη του ίδιου σήματος στόχευσης σε μια εκκρινόμενη πρωτεΐνη θα οδηγούσε σε μεταφορά της πρωτεΐνης αυτής από το Golgi στα λυσοσώματα. 8. Εφόσον δεν υπάρχει δυνατότητα σχηματισμού 6-φωσφορικής μαννόζης στη συσκευή Golgi, οι λυσοσωμικές πρωτεΐνες θα οδηγούνταν σε έκκριση από το κύτταρο. 9. Τα γλυκολιπίδια και η σφιγγομυελίνη παράγονται με προσθήκη σακχάρων ή φωσφορυλοχολίνης σε κεραμίδιο, η οποία λαμβάνει χώρα στη μεμβράνη του Golgi, στην επιφάνεια που βλέπει στο κυτταροδιάλυμα και στην επιφάνεια που βλέπει στον αυλό αντίστοιχα. Στη συνέχεια, το γλυκοζυλοκεραμίδιο μεταπηδά στην επιφάνεια της μεμβράνης που βλέπει στον αυλό. Μετά τη μεταφορά μέσω κυστιδίων και τη σύντηξη με την κυτταροπλασματική μεμβράνη, τα λιπίδια αυτά εντοπίζονται στο εξωτερικό ήμισυ της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. 10. Η διάγνωση είναι νόσος Gaucher. Εφόσον αυτή η νόσος συνδέεται με μεταλλαγή μιας λυσοσωμικής υδρολάσης, της γλυκοκερεβροσιδάσης, θα μπορούσατε να προτείνετε μια αντίστοιχη αγωγή ενζυμικής υποκατάστασης. 11. Τα ένζυμα που προορίζονται για τα λυσοσώματα είναι όξινες υδρολάσες που δεν έχουν ενεργότητα στο ουδέτερο ph του κυτταροπλάσματος, του ER ή της συσκευής Golgi. Οι όξινες υδρολάσες ενεργοποιούνται από το όξινο ph των λυσοσωμάτων, το οποίο διατηρείται με μεμβρανικές πρωτεΐνες των λυσοσωμάτων που δρουν ως αντλίες πρωτονίων. 12. Η ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των επικρατειών σπειρωμένου σπειράματος των v-snare και των t-snare φέρνει τις δύο μεμβράνες σε άμεση σχεδόν επαφή. Το γεγονός αυτό προκαλεί αποσταθεροποίηση των μεμβρανών και οδηγεί σε σύντηξή τους. 13. Οι πρωτεΐνες Rab διατηρούνται υπό τη μορφή δέσμευσης GDP λόγω της σύνδεσής τους με αναστολείς διάστασης του GDP (GDI). Στις μεμβράνες, οι GDI απομακρύνονται από παράγοντες εκτόπισης, ενώ παράγοντες ανταλλαγής νουκλεοτιδίων γουανίνης που εντοπίζονται στη μεμβράνη ενεργοποιούν την ανταλλαγή του GDP με GTP.

10 10 Απαντήσεις στις ερωτήσεις ΚΕΦΑΛΑΙΟ Η επιφάνεια της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης είναι μεγάλη εξαιτίας του σχηματισμού των cristae. Επίσης, το πρωτεϊνικό περιεχόμενο της μεμβράνης είναι ασυνήθιστα υψηλό (>70%) και συμπεριλαμβάνει πολλά ένζυμα και φορείς ηλεκτρονίων. 2. Τα μιτοχονδριακά trna μπορούν να επιτελούν μια ακραία μορφή ταλάντευσης, κατά την οποία η βάση U του αντικωδικονίου μπορεί να ζευγαρώνει με οποιαδήποτε βάση στην τρίτη θέση του κωδικονίου του mrna, επιτρέποντας την αναγνώριση τεσσάρων κωδικονίων από ένα και μόνο trna. 3. Η διαβάθμιση συγκέντρωσης πρωτονίων που ισοδυναμεί με μία μονάδα ph αντιστοιχεί σε δεκαπλάσια συγκέντρωση πρωτονίων στο εξωτερικό ([H + ] o ) απ ό,τι στο εσωτερικό της μεμβράνης ([H + ] i ). Αν εφαρμόσουμε την εξίσωση: ΔG = RT ln [H + ] i / [H + ] o η ελεύθερη ενέργεια που προκύπτει για τη διαβάθμιση αυτή είναι περίπου 1,4 kcal/mol. 4. Στο κυτταροδιάλυμα, οι πρωτεΐνες Hsp70 διατηρούν τις νεοσυντιθέμενες μιτοχονδριακές πρωτεΐνες σε μη αναδιπλωμένη μορφή, ώστε να μπορούν να εισαχθούν μέσω του συμπλόκου Tom ως μη αναδιπλωμένες αλυσίδες. Στο μιτοχονδριακό στρώμα, οι μοριακοί συνοδοί προσδένονται στην πολυπεπτιδική αλυσίδα καθώς αυτή εξέρχεται από το σύμπλοκο Tim και έλκουν το πολυπεπτίδιο μέσα στο στρώμα χρησιμοποιώντας ενέργεια από υδρόλυση του ATP. Σε ορισμένες περιπτώσεις, προσδένεται στο πολυπεπτίδιο ένα σύμπλοκο της Hsp60, το οποίο κατευθύνει την αναδίπλωση του πολυπεπτιδίου στη σωστή τριτοταγή του δομή. 5. Το πρώτο, θετικά φορτισμένο, σήμα εισαγωγής (αλληλουχία-οδηγός) κατευθύνει την εισαγωγή του πολυπεπτιδίου στο μιτοχονδριακό στρώμα, όπου στη συνέχεια η αλληλουχία-οδηγός αποκόβεται. Η δεύτερη, υδρόφοβη, αλληλουχία καθοδηγεί το πολυπεπτίδιο στην Oxa1, μια τρανσλοκάση της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης η οποία μετατοπίζει το κυτόχρωμα b2 στον διαμεμβρανικό χώρο. 6. Το συνένζυμο Q δέχεται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων είτε από το σύμπλοκο I είτε από το σύμπλοκο II και τα μεταβιβάζει στο σύμπλοκο III. Επίσης, το συνένζυμο Q δεσμεύει δύο πρωτόνια από το μιτοχονδριακό στρώμα, τα οποία μεταφέρει μέσα από την εσωτερική μεμβράνη και τα απελευθερώνει στον διαμεμβρανικό χώρο, συνεισφέροντας στη δημιουργία μιας διαβάθμισης πρωτονίων. Το κυτόχρωμα c είναι μια μικρή περιφερειακή μεμβρανική πρωτεΐνη στην πλευρά του διαμεμβρανικού χώρου, η οποία παίρνει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων από το σύμπλοκο III και το μεταφέρει στο σύμπλοκο IV. 7. Η επικράτεια F0 αποτελεί ένα διαμεμβρανικό σύμπλοκο της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων και της μεμβράνης του θυλακοειδούς των χλωροπλαστών. Η επικράτεια F1 έχει δομή όμοια με σφαιρική λαβή που συνδέεται μέσω ενός μίσχου με τη μεμβρανική F0 και εκτείνεται μέσα στο στρώμα τόσο των μιτοχονδρίων όσο και των χλωροπλαστών. Η επικράτεια F0 σχηματίζει έναν δίαυλο που επιτρέπει την αντίστροφη ροή των πρωτονίων από τον διαμεμβρανικό χώρο προς το στρώμα των μιτοχονδρίων ή των χλωροπλαστών. Ο μίσχος που συνδέει την F0 με την F1 λειτουργεί ως περιστροφικός κινητήρας, ο οποίος προκαλεί μηχανική σύζευξη της ροής πρωτονίων μέσω της F0 με την ενεργοποίηση της σύνθεσης και απελευθέρωσης του ATP από την F1. 8. Σε αντίθεση με τα μιτοχόνδρια, οι χλωροπλάστες δεν αναπτύσσουν ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ των δύο πλευρών της εσωτερικής τους μεμβράνης. Επομένως, το ηλεκτρικό φορτίο των πεπτιδίων διέλευσης δε συνεισφέρει στη μετατόπιση των πρωτεϊνών. 9. Εφόσον η οξειδοαναγωγική σχάση κάθε μορίου H2O (που παράγει 0,5 μόρια Ο2) τροφοδοτεί την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων με δύο ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας, η σύνθεση ενός μορίου γλυκόζης (σε σύζευξη με παραγωγή 6 μορίων Ο2) απαιτεί συνολικά 24 ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Η διέλευση των ηλεκτρονίων αυτών από τα δύο φωτοσυστήματα παράγει 12 μόρια NADPH και 12 έως 18 μόρια ATP, ανάλογα με τη στοιχειομετρία της άντλησης πρωτονίων στο σύμπλοκο κυτοχρώματος bf. Εφόσον για τον κύκλο του Calvin χρειάζονται 18 μόρια ATP, η σύνθεση της γλυκόζης είναι πιθανό να χρειαστεί επιπλέον μόρια ATP, τα οποία συνεισφέρει η κυκλική ροή ηλεκτρονίων. 10. Τρία από τα τέσσερα άτομα άνθρακα που μετατρέπονται σε γλυκολικό οξύ επαναφέρονται στους χλωροπλάστες και εισέρχονται ξανά στον κύκλο του Calvin. 11. Οι περισσότερες πρωτεΐνες των υπεροξειδιοσωμάτων συντίθενται σε ελεύθερα ριβοσώματα του κυτταροδιαλύματος και στοχεύονται για εισαγωγή στα υπεροξειδιοσώματα είτε με μια καρβοξυτελική αλληλουχία σήματος Ser-Lys-Leu είτε με μια αμινοτελική αλληλουχία εννέα αμινοξέων. Τα σήματα αυτά αναγνωρίζονται από υποδοχείς και εισάγονται μέσω μεταφορέων στη μεμβράνη των υπεροξειδιοσωμάτων.

11 Απαντήσεις στις ερωτήσεις Η μεμβράνη του θυλακοειδούς δεν είναι διαπερατή σε πρωτόνια, αλλά επιτρέπει την ελεύθερη διέλευση άλλων ιόντων, η οποία οδηγεί σε μηδενισμό της ηλεκτρικής συνιστώσας της διαβάθμισης πρωτονίων. ΚΕΦΑΛΑΙΟ Τα ασύμμετρα μονομερή ακτίνης συνδέονται με διάταξη κεφαλής προς ουρά και σχηματίζουν ινίδια ακτίνης. Εφόσον όλα τα μονομερή είναι προσανατολισμένα στην ίδια κατεύθυνση, το ινίδιο εμφανίζει διακριτή πολικότητα. Η πολικότητα των ινιδίων ακτίνης καθορίζει την κατεύθυνση κίνησης της μυοσίνης. Αν τα ινίδια ακτίνης δεν ήταν πολωμένα, δε θα μπορούσε να συμβεί η προσανατολισμένη προς μια κατεύθυνση κίνηση της μυοσίνης, η οποία οδηγεί στην ολίσθηση των ινιδίων ακτίνης έναντι των ινιδίων μυοσίνης. 2. Η κίνηση με ανασχηματισμό είναι μια δυναμική συμπεριφορά των ινιδίων ακτίνης (ή των μικροσωληνίσκων), κατά την οποία τα ινίδια (ή οι μικροσωληνίσκοι αντίστοιχα) διατηρούν ένα σχεδόν σταθερό μήκος προσθέτοντας συνεχώς μόρια ATP-ακτίνης (ή GTP-τουμπουλίνης αντίστοιχα) στο άκρο (+) και αποσυνδέοντας ίσο αριθμό μορίων ADP-ακτίνης (ή GDP-τουμπουλίνης αντίστοιχα) από το άκρο ( ). Υπομονάδες των ινιδίων υδρολύουν τα τριφωσφορικά τους νουκλεοτίδια μετά τη συναρμολόγησή τους, αλλάζουν σειρά κατά μήκος του ινιδίου και εξέρχονται από το άκρο ( ). Η κίνηση με ανασχηματισμό συμβαίνει όταν η συγκέντρωση των μονομερών έχει τιμές μεταξύ της κρίσιμης συγκέντρωσης για το άκρο (+) και της κρίσιμης συγκέντρωσης για το άκρο ( ). 3. Η κυτταροχαλασίνη προσδένεται στα άκρα (+) των ινιδίων ακτίνης και εμποδίζει την επιμήκυνσή τους, προκαλώντας αποπολυμερισμό των ινιδίων που βρίσκονται σε κίνηση με ανασχηματισμό. Η φαλλοϊδίνη προσδένεται στα ινίδια ακτίνης και αναστέλλει τον αποπολυμερισμό τους, με αποτέλεσμα να σταματά την κίνηση με ανασχηματισμό αλλά να επιτρέπει την παραμονή των ινιδίων και την περαιτέρω αύξησή τους. 4. Το σύμπλοκο ADF/κοφιλίνης προσδένεται στα ινίδια ακτίνης και αυξάνει τον ρυθμό αποσύνδεσης των μονομερών ακτίνης. Η προφιλίνη προσδένεται στην ακτίνη/ ADP και ενεργοποιεί την ανταλλαγή του ADP με ATP, σχηματίζοντας μονομερή ακτίνης/atp που μπορούν να ενωθούν σε αυξανόμενα ινίδια. Το σύμπλοκο Arp2/3 ξεκινά τον σχηματισμό διακλαδώσεων των ινιδίων ακτίνης. 5. Η ζώνη Ι και η ζώνη Η συμπτύσσονται κατά τη διάρκεια της σύσπασης. Η ζώνη Α δε συμπτύσσεται, επειδή είναι κατειλημμένη από παχιά ινίδια μυοσίνης. 6. Η σύσπαση των λείων μυϊκών κυττάρων ρυθμίζεται από τη φωσφορυλίωση της ρυθμιστικής ελαφριάς αλυσίδας της μυοσίνης μέσω της κινάσης της ελαφριάς αλυσίδας. Η ίδια η κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της μυοσίνης ρυθμίζεται από τη σύνδεσή της με την πρωτεΐνη δέσμευσης ασβεστίου καλμοδουλίνη. Αύξηση της συγκέντρωσης ιόντων ασβεστίου του κυτταροπλάσματος οδηγεί σε πρόσδεση της καλμοδουλίνης στην κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της μυοσίνης. 7. Τα ενδιάμεσα ινίδια δεν είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη κυττάρων σε καλλιέργεια. Κατά συνέπεια, το sirna έναντι της βιμεντίνης δε θα είχε καμία επίδραση στην περίπτωση αυτή. 8. Τα διμερή ενδιάμεσων ινιδίων του κυτταροσκελετού συναρμολογούνται σε κλιμακωτή αντιπαράλληλη διάταξη και σχηματίζουν τετραμερή, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να στοιχιστούν σε σειρά και να σχηματίσουν πρωτοϊνίδια. Εφόσον συναρμολογούνται με αυτόν τον τρόπο από αντιπαράλληλα τετραμερή, τα ενδιάμεσα ινίδια δεν έχουν διακριτά άκρα και είναι μη πολωμένα. 9. Η κίνηση των μικροσωληνίσκων in vitro απαιτούσε ATP και μπορούσε να ανασταλεί από το μη υδρολυόμενο ανάλογο ΑΜΡ-ΡΝΡ. Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι τα οργανίδια παρέμεναν προσδεδεμένα στους μικροσωληνίσκους παρουσία του AMP-PNP. Η παρατήρηση αυτή υποδήλωνε ότι οι κινητήριες πρωτεΐνες που ευθύνονται για την κίνηση των οργανιδίων θα μπορούσαν επίσης να παραμένουν προσδεδεμένες στους μικροσωληνίσκους παρουσία του AMP-PNP. 10. Συνδέοντας τις δυάδες των μικροσωληνίσκων των βλεφαρίδων μεταξύ τους, η νεξίνη μετατρέπει την ολίσθηση κάθε μικροσωληνίσκου σε μια κίνηση κάμψης, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την παλμική κίνηση των βλεφαρίδων. Αν απομακρυνόταν εντελώς η νεξίνη, οι μικροσωληνίσκοι θα ολίσθαιναν απλώς μεταξύ τους, χωρίς να παράγεται η κίνηση κάμψης. 11. Το κολσεμίδιο αναστέλλει τον πολυμερισμό των μικροσωληνίσκων. Επομένως, η επώαση με κολσεμίδιο θα ανέστελλε τη μεταφορά των εκκριτικών κυστιδίων κατά μήκος των μικροσωληνίσκων. 12. Η γ-τουμπουλίνη έχει καθοριστικό ρόλο στον σχηματισμό των κέντρων οργάνωσης των μικροσωληνίσκων. Η γ-τουμπουλίνη συνδέεται με άλλες πρωτεΐνες για να σχηματίσει το σύμπλοκο δακτυλίου της γ-τουμπουλίνης, το οποίο λειτουργεί ως «πυρήνας»

12 12 Απαντήσεις στις ερωτήσεις πολυμερισμού για την πυρήνωση νέων μικροσωληνίσκων. ΚΕΦΑΛΑΙΟ Σε υψηλές θερμοκρασίες, η δομή του δακτυλίου της χοληστερόλης εμποδίζει την κίνηση των φωσφολιπιδίων στη διπλοστιβάδα, μειώνοντας τη ρευστότητα της μεμβράνης και αυξάνοντας τη σταθερότητά της. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η χοληστερόλη παρεμποδίζει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αλυσίδων των λιπαρών οξέων και διατηρεί τη ρευστότητα της μεμβράνης. 2. Οι περιφερειακές μεμβρανικές πρωτεΐνες μπορούν να απομακρυνθούν από τη μεμβράνη μέσω έκπλυσης με διαλύματα υψηλής συγκέντρωσης αλάτων ή ακραίων τιμών ph, τα οποία δε διασπούν τη φωσφολιπιδική διπλοστιβάδα. Οι ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες δεν είναι δυνατόν να εκχυλισθούν από τη μεμβράνη παρά μόνο με χρήση απορρυπαντικών τα οποία διασπούν τη φωσφολιπιδική διπλοστιβάδα. 3. Οι Frye και Edidin πραγματοποίησαν σύντηξη κυττάρων ποντικιού και κυττάρων ανθρώπου και εξέτασαν την κατανομή των μεμβρανικών πρωτεϊνών έπειτα από χρώση με αντισώματα που αναγνωρίζουν τις πρωτεΐνες του ποντικιού και τις πρωτεΐνες του ανθρώπου, που είχαν σημανθεί με διαφορετικές φθορίζουσες χρωστικές. Αμέσως μετά τη σύντηξη, οι πρωτεΐνες εντοπίζονταν σε διαφορετικά ημίσεα της επιφάνειας των υβριδικών κυττάρων, όμως ύστερα από μια σύντομη επώαση στους 37 C είχαν πλέον κατανεμηθεί ομοιογενώς στην κυτταρική επιφάνεια. Διαπιστώθηκε έτσι ότι οι πρωτεΐνες έχουν δυνατότητα πλευρικής διάχυσης μέσα σε μια ρευστή μεμβράνη. Αν η επώαση είχε γίνει στους 2 C, οι πρωτεΐνες θα εξακολουθούσαν να εντοπίζονται σε διαφορετικά ημίσεα της μεμβράνης, επειδή η μεμβράνη δεν είναι ρευστή σε αυτή τη θερμοκρασία. 4. Οι λιπιδικές σχεδίες αποτελούν διακριτές περιοχές της μεμβράνης εμπλουτισμένες σε χοληστερόλη και σφιγγολιπίδια. Θεωρείται ότι έχουν σημαντικούς ρόλους στην κίνηση του κυττάρου, στην ενδοκυττάρωση και στην κυτταρική σηματοδότηση. 5. Ο γλυκοκάλυκας προστατεύει την επιφάνεια του κυττάρου και συμμετέχει σε αλληλεπιδράσεις κυττάρουκυττάρου. 6. Δεδομένου ότι C 0 /C i = 10, το δυναμικό ισορροπίας των ιόντων Κ + που υπολογίζεται από την εξίσωση του Nernst είναι περίπου 59 mv. Το πραγματικό δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης διαφέρει από το δυναμικό ισορροπίας του Κ +, επειδή σε ηρεμία οι νευρικοί άξονες του καλαμαριού είναι περισσότερο διαπερατοί στα ιόντα K + απ ό,τι σε άλλα ιόντα. 7. Το άνοιγμα των νικοτινικών υποδοχέων της ακετυλοχολίνης στα μυϊκά κύτταρα είναι απαραίτητο για την εκπόλωση της μεμβράνης. Κατά συνέπεια, το κουράρε εμποδίζει τη σύσπαση των μυϊκών κυττάρων ως απόκριση στη δράση της ακετυλοχολίνης. 8. Ο δίαυλος ιόντων Κ + περιέχει ένα φίλτρο επιλεκτικότητας επενδυμένο με άτομα καρβονυλικού οξυγόνου. Το πλάτος του πόρου επιτρέπει επακριβώς τη δίοδο αφυδατωμένων ιόντων Κ + από τα οποία έχουν εκτοπιστεί τα μόρια ύδατος λόγω της αλληλεπίδρασης με τα άτομα του καρβονυλικού οξυγόνου. Τα ενυδατωμένα μόρια Na +, που είναι πολύ μικρά για να αλληλεπιδράσουν με τα άτομα καρβονυλικού οξυγόνου, παραμένουν συνδεδεμένα με τα μόρια ύδατος. Το σύμπλοκο Na + -H2O είναι πολύ μεγάλο για να διέλθει από τον πόρο του διαύλου. 9. Η πρόσληψη γλυκόζης αντίθετα προς τη διαβάθμιση συγκέντρωσής της είναι συζευγμένη με τη μεταφορά ιόντων Na + προς την ενεργειακά ευνοούμενη κατεύθυνση. 10. Το γονίδιο mdr κωδικοποιεί για έναν μεταφορέα τύπου ABC, ο οποίος συχνά υπερεκφράζεται στα καρκινικά κύτταρα. Ο μεταφορέας αυτός έχει τη δυνατότητα να αναγνωρίζει και να αντλεί από το κύτταρο μια ποικιλία φαρμάκων, προσδίδοντας ανθεκτικότητα έναντι φαρμάκων που χρησιμοποιούνται στη χημειοθεραπεία. 11. Η προσθήκη περίσσειας μη σημασμένης LDL βρέθηκε ότι μειώνει τη δέσμευση ραδιοσημασμένης LDL στην επιφάνεια φυσιολογικών κυττάρων, υποδεικνύοντας ότι σημασμένη και μη σημασμένη LDL ανταγωνίζονται για έναν περιορισμένο αριθμό ειδικών θέσεων δέσμευσης στην επιφάνεια των φυσιολογικών κυττάρων. 12. Σε ασθενείς με οικογενή υπερχοληστερολαιμία έχουν προσδιοριστεί δύο τύποι μεταλλαγών του υποδοχέα LDL που προκαλούν αδυναμία πρόσληψης LDL. Τα κύτταρα των περισσότερων από αυτούς τους ασθενείς δεν μπορούν να δεσμεύσουν LDL, γεγονός που δείχνει ότι η πρόσληψη LDL απαιτεί έναν ειδικό υποδοχέα. Σε άλλες περιπτώσεις ασθενών, οι μεταλλαγμένοι υποδοχείς μπορούν να δεσμεύσουν LDL, αλλά αδυνατούν να συγκεντρωθούν σε καλυμμένες εσοχές κλαθρίνης, γεγονός που φανερώνει τον ρόλο των εσοχών κλαθρίνης στην ενδοκυττάρωση μέσω υποδοχέων.

13 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Τα θετικά κατά Gram βακτήρια διαθέτουν μία μόνο μεμβράνη την κυτταροπλασματική μεμβράνη η οποία περιβάλλεται από ένα παχύ κυτταρικό τοίχωμα. Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια διαθέτουν τόσο την κυτταροπλασματική μεμβράνη όσο και μια εξωτερική μεμβράνη, οι οποίες χωρίζονται μεταξύ τους από ένα λεπτό κυτταρικό τοίχωμα. 2. Το άκαμπτο κυτταρικό τοίχωμα των φυτών εμποδίζει τη διόγκωση των κυττάρων και επιτρέπει την ανάπτυξη της πίεσης σπαργής. 3. Οι ημικυτταρίνες είναι διακλαδισμένοι πολυσακχαρίτες οι οποίοι σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με την επιφάνεια των μικροϊνιδίων κυτταρίνης. Αυτή η αλληλεπίδραση σταθεροποιεί τα μικροϊνίδια κυτταρίνης μετατρέποντάς τα σε ανθεκτικές ίνες. 4. Ο σωστός εντοπισμός αυτών των μεταφορέων γλυκόζης είναι απαραίτητος για τη μεταφορά γλυκόζης από τον αυλό του εντέρου στην κυκλοφορία του αίματος, μια λειτουργία των πολωμένων επιθηλιακών κυττάρων του εντέρου. Οι στενοσύνδεσμοι εμποδίζουν τη διάχυση αυτών των μεταφορέων μεταξύ των δύο περιοχών της κυτταροπλασματικής μεμβράνης, ενώ επίσης σφραγίζουν τους χώρους μεταξύ των κυττάρων του επιθηλίου. 5. Η υδροξυλυσίνη σταθεροποιεί την τριπλή έλικα του κολλαγόνου σχηματίζοντας δεσμούς υδρογόνου ανάμεσα στις πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Η αναστολή της λυσυλ-υδροξυλάσης θα μείωνε επομένως τη σταθερότητα των ινιδίων κολλαγόνου. 6. Τα κολλαγόνα που σχηματίζουν ινίδια συντίθενται υπό μορφή διαλυτών πρόδρομων μορίων που είναι γνωστά ως προκολλαγόνα. Τα προκολλαγόνα φέρουν μη ελικοειδή τμήματα στα άκρα τους, τα οποία εμποδίζουν τη συναρμολόγηση των ινιδίων. Η αφαίρεση των μη ελικοειδών τμημάτων και η συναρμολόγηση των ινιδίων γίνεται μόνο μετά την έκκριση του προκολλαγόνου στο εξωτερικό του κυττάρου. 7. Οι GAG περιέχουν όξινα κατάλοιπα σακχάρων, τα οποία τροποποιούνται μέσω προσθήκης θειικών ομάδων. Το γεγονός αυτό προσδίδει υψηλό αρνητικό φορτίο στις GAG, με αποτέλεσμα να δεσμεύουν θετικά φορτισμένα ιόντα και να παγιδεύουν μόρια νερού σχηματίζοντας ενυδατωμένα πηκτώματα. 8. Το πεπτίδιο διαταράσσει πιθανότατα τους στενοσυνδέσμους, επιτρέποντας έτσι την ελεύθερη διάχυση του μεταφορέα ανάμεσα στην κορυφαία και τις βασεοπλευρικές περιοχές της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. 9. Εφόσον οι Ε-καντχερίνες μεσολαβούν στην επιλεκτική πρόσφυση των επιθηλιακών κυττάρων, η υπερέκφραση ενός επικρατούς αρνητικού μεταλλάγματος θα διατάρασσε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ γειτονικών κυττάρων. 10. Η κυτταροπλασματική επικράτεια της ιντεγκρίνης α6β4 είναι απαραίτητη για την αλληλεπίδρασή της με τον κυτταροσκελετό των ενδιάμεσων ινιδίων μέσω της πλεκτίνης. Επομένως, η μεταλλαγή θα προκαλούσε διαταραχή στον σχηματισμό ημιδεσμοσωμάτων και θα οδηγούσε σε μειωμένη αλληλεπίδραση κυττάρουστρώματος. 11. Οι ηλεκτρικές συνάψεις είναι εξειδικευμένοι χασμοσύνδεσμοι που συναντώνται στα νευρικά κύτταρα. Επιτρέπουν την ταχεία διέλευση ιόντων μεταξύ των κυττάρων, μεταδίδοντας έτσι μια νευρική ώση. 12. Οι χασμοσύνδεσμοι και οι πλασμοδέσμες μοιάζουν ως προς το ότι δημιουργούν διαύλους ανάμεσα στα κυτταροπλάσματα των γειτονικών κυττάρων. Πρόκειται όμως πιθανότατα για ανάλογες και όχι ομόλογες δομές μεταξύ ζώων και φυτών, αφού οι πρωτεϊνικές δομές τους διαφέρουν κατά πολύ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ Στην περίπτωση της παρακρινούς σηματοδότησης, μόρια που απελευθερώνονται από ένα ή από λίγα κύτταρα επηρεάζουν τα γειτονικά τους κύτταρα. Κατά την ενδοκρινή σηματοδότηση, οι ορμόνες μεταφέρονται μέσα σε ολόκληρο το σώμα και επιδρούν σε οποιοδήποτε κύτταρο-στόχο διαθέτει τον αντίστοιχο ειδικό ορμονικό υποδοχέα. 2. Υδρόφοβα μόρια όπως οι στεροειδείς ορμόνες μπορούν να διαχυθούν μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης και να προσδεθούν σε κυτταροπλασματικούς ή πυρηνικούς υποδοχείς. Αντίθετα, τα υδρόφιλα μόρια (όπως οι πεπτιδικές ορμόνες) δεν μπορούν να διασχίσουν την κυτταροπλασματική μεμβράνη και δρουν μέσω της πρόσδεσής τους σε επιφανειακούς υποδοχείς. 3. Η ασπιρίνη καταστέλλει το ένζυμο κυκλοοξυγονάση, το οποίο καταλύει το πρώτο βήμα στη σύνθεση προσταγλανδινών και θρομβοξανών από αραχιδονικό οξύ. 4. Η καταστολή της φωσφοδιεστεράσης του camp θα είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση των επιπέδων του

14 14 Απαντήσεις στις ερωτήσεις camp και κατά συνέπεια τη διέγερση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού. 5. Το ανασυνδυασμένο μόριο θα λειτουργεί ως υποδοχέας της επινεφρίνης, ο οποίος όμως θα είναι συζευγμένος με την πρωτεΐνη G i. Επομένως, η επινεφρίνη θα καταστέλλει την αδενυλική κυκλάση, με αποτέλεσμα τη μείωση των ενδοκυτταρικών επιπέδων του camp. Η ακετυλοχολίνη δε θα ασκεί καμία επίδραση, αφού δε θα προσδένεται στον ανασυνδυασμένο υποδοχέα. 6. Τα μονομερή πολυπεπτίδια του παράγοντα PDGF δε θα επάγουν τον διμερισμό του υποδοχέα. Ο διμερισμός του υποδοχέα του PDGF είναι το πρώτο καθοριστικό βήμα της διέγερσής του και της έναρξης της σηματοδότησης από τους υποδοχείς-πρωτεϊνικές κινάσες τυροσίνης. Επομένως, τα μονομερή του PDGF δε θα μπορούν να πυροδοτήσουν το σηματοδοτικό μονοπάτι. 7. Ο κολοβός υποδοχέας θα λειτουργεί ως επικρατές αρνητικό μετάλλαγμα, αφού θα διμερίζεται με τα πολυπεπτίδια του φυσιολογικού υποδοχέα. Ωστόσο, τα διμερή θα παραμένουν μόνιμα στην ανενεργή τους μορφή, αφού δε θα μπορούν να αλληλοφωσφορυλιωθούν. 8. Η πρωτεϊνική φωσφατάση I αποφωσφορυλιώνει τις σερίνες που φωσφορυλιώνονται από την πρωτεϊνική κινάση A. Τα γονίδια που επάγονται από το κυκλικό AMP ενεργοποιούνται από τον παράγοντα CREB, ο οποίος φωσφορυλιώνεται από την πρωτεϊνική κινάση A. Επομένως, η υπερέκφραση της πρωτεϊνικής φωσφατάσης I θα καταστέλλει την επαγωγή τους. Ωστόσο, η πρωτεϊνική φωσφατάση I δε θα επηρεάσει την ενεργότητα των διαύλων που ελέγχονται με πρόσδεση του camp, αφού οι δίαυλοι αυτοί ανοίγουν άμεσα με την πρόσδεση του camp χωρίς να απαιτείται φωσφορυλίωση κάποιας πρωτεΐνης. 9. Η Akt φωσφορυλιώνει την πρωτεϊνική κινάση GSK-3, η οποία ρυθμίζει τον παράγοντα έναρξης της μετάφρασης eif2b. Επιπλέον, η Akt ρυθμίζει την πρωτεϊνική κινάση mtor, η οποία με τη σειρά της ρυθμίζει τη μετάφραση φωσφορυλιώνοντας την κινάση της S6 και την πρωτεΐνη που προσδένεται στον παράγοντα eif4ε, την 4E-BP Ο παράγοντας Sos είναι απαραίτητος για την ενεργοποίηση της Ras. Επομένως, το sirna που καταστέλλει τον Sos θα εμποδίζει την επαγωγή του πρώιμου γονιδίου. 11. Οι κινάσες JAK φωσφορυλιώνουν και ενεργοποιούν τις STAT ως απόκριση σε σηματοδότηση από κυτταροκίνες. Η έκφραση μιας επικρατούς αρνητικής μορφής κινάσης JAK θα κατέστελλε την ενεργοποίηση των STAT και θα παρεμπόδιζε τη γονιδιακή έκφραση των γονιδίων-στόχων. 12. Η μεταλλαγή είναι πολύ πιθανό να τροποποιεί μια θέση ουβικιτινίωσης της β-κατενίνης, προκαλώντας τη σταθεροποίησή της και τη συσσώρευσή της στον πυρήνα. Στον πυρήνα, η β-κατενίνη σχηματίζει σύμπλοκο με μεταγραφικούς παράγοντες Tcf και επάγει τη γονιδιακή έκφραση. ΚΕΦΑΛΑΙΟ Τόσο τα κύτταρα στην G0 όσο και τα κύτταρα στην G1 διαθέτουν την ίδια ποσότητα DNA (2n) και είναι μεταβολικά ενεργά. Τα κύτταρα στην G0 διαφέρουν από τα κύτταρα στην G1 γιατί βρίσκονται σε κατάσταση ηρεμίας και δεν πολλαπλασιάζονται, παρά μόνο αν διεγερθούν για να εισέλθουν και πάλι στον κυτταρικό κύκλο. 2. Το ποσοστό των κυττάρων που βρίσκονται σε μια ορισμένη φάση του κυτταρικού κύκλου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της διάρκειας της συγκεκριμένης φάσης. Εφόσον το κύτταρο ολοκληρώνει όλες τις φάσεις σε 30 ώρες και το 53,3% των κυττάρων περιέχει ποσότητα DNA 2n (κύτταρα στην G1), η διάρκεια της φάσης G1 είναι 16 ώρες (αντιστοιχεί στο 53,3% των 30 ωρών). Τα κύτταρα στη φάση S περιέχουν ποσότητα DNA μεταξύ 2n και 4n και αντιστοιχούν στο 30% των κυττάρων. Επομένως, η διάρκεια της φάσης S είναι 9 ώρες. Το 16,7% των κυττάρων περιέχει ποσότητα DNA 4n και αντιστοιχεί στα κύτταρα που βρίσκονται στις φάσεις G2 και M. Εφόσον το 3,3% των κυττάρων είναι στη φάση M, το 13,4% (δηλαδή 16,7% 3,3%) θα είναι στη φάση G2. Συνεπώς, η διάρκεια της G2 είναι 4 ώρες και η διάρκεια της M είναι 1 ώρα. 3. Η στάση του κυτταρικού κύκλου στα σημεία ελέγχου των G1 και S επιτρέπει την επιδιόρθωση των βλαβών στο DNA πριν από την αντιγραφή του. Η στάση στο σημείο ελέγχου της G2 δίνει τη δυνατότητα επιδιόρθωσης ρήξεων ή άλλων βλαβών στο DNA πριν από τη διεξαγωγή της μίτωσης, εμποδίζοντας τη μεταβίβαση DNA με βλάβες στα θυγατρικά κύτταρα. 4. Οι Cdk ρυθμίζονται με τέσσερις διαφορετικούς μηχανισμούς. Οι δύο μηχανισμοί είναι θετικοί και αφορούν τη φωσφορυλίωση ειδικών θέσεων και τη σύνδεση των Cdk με κυκλίνες. Οι δύο άλλοι μηχανισμοί είναι αρνητικοί και αφορούν τη σύνδεση των Cdk με τους αναστολείς τους και τη φωσφορυλίωσή τους σε διαφορετικές ειδικές θέσεις.

15 Απαντήσεις στις ερωτήσεις Το ένα θυγατρικό κύτταρο θα λάμβανε δύο αντίγραφα του συγκεκριμένου, μη στοιχισμένου χρωμοσώματος, ενώ το άλλο θυγατρικό κύτταρο δε θα λάμβανε κανένα. 6. Το σύμπλοκο Cdk7/κυκλίνης H είναι μια κινάση απαραίτητη τόσο για την ενεργοποίηση κινασών Cdk όσο και για την έναρξη της μεταγραφής από την RNA πολυμεράση II. Η καταστολή της Cdk7 θα οδηγούσε στη στάση του κυτταρικού κύκλου και στην καταστολή της μεταγραφής. 7. Σε ένα φυσιολογικό κύτταρο, η υπερέκφραση του p16 θα προκαλούσε αναστολή της προόδου του κυτταρικού κύκλου και στάση στο σημείο περιορισμού της G1. Ένα καρκινικό κύτταρο που δε διαθέτει λειτουργική Rb δε θα επηρεαζόταν από την υπερέκφραση του p16, επειδή η Rb είναι ο κύριος στόχος των πρωτεϊνικών συμπλόκων Cdk4, 6/κυκλίνης D. 8. Η φωσφορυλίωση των πυρηνικών λαμινών είναι απαραίτητη για την αποικοδόμηση της πυρηνικής λάμινας. Η έκφραση μεταλλαγμένων λαμινών που δε διαθέτουν θέση φωσφορυλίωσης για τη Cdk1 θα εμπόδιζε την αποδιοργάνωση του πυρηνικού φακέλου. 9. Το σύμπλοκο Cdk1/κυκλίνης B φωσφορυλιώνει πολλές δομικές πρωτεΐνες και μεταβάλλει άμεσα τις ιδιότητές τους προκαλώντας την έναρξη της μίτωσης. Στις πρωτεΐνες αυτές συμπεριλαμβάνονται οι κοντενσίνες, οι λαμίνες του πυρήνα, διάφορες πρωτεΐνες του στρώματος της συσκευής Golgi και πρωτεΐνες που συνδέονται με μικροσωληνίσκους. Επιπλέον, το σύμπλοκο Cdk1/ κυκλίνης B ενεργοποιεί και άλλες πρωτεϊνικές κινάσες. 10. Η ανάφαση θα ξεκινούσε κανονικά. Ωστόσο, το σύμπλοκο Cdk1/κυκλίνης B θα παρέμενε ενεργό, με αποτέλεσμα να μην ξανασχηματιστεί ο πυρήνας και τα χρωμοσώματα να παραμείνουν συμπυκνωμένα χωρίς να συμβαίνει κυτταροκίνηση. 11. Το σύμπλοκο προώθησης της ανάφασης/κυκλόσωμα (APC/C) πυροδοτεί την αποικοδόμηση της σεκουρίνης, με συνέπεια να ενεργοποιείται η πρωτεάση σεπαράση. Στη συνέχεια, η σεπαράση διασπά τις κοεζίνες, αποδεσμεύοντας τις αδελφές χρωματίδες. 12. Τα ωοκύτταρα των ποντικιών αυτών δε θα μπορούσαν να σταματήσουν τον κυτταρικό κύκλο στη μετάφαση II. 13. Η σύνδεση του πρώτου σπερματοζωαρίου με τον υποδοχέα του προκαλεί απελευθέρωση ασβεστίου στο εσωτερικό του ωαρίου, πιθανότατα μέσω της υδρόλυσης της PIP2 και της απελευθέρωσης IP3, η οποία ανοίγει IP3-εξαρτώμενους διαύλους Ca 2+ στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Το ασβέστιο που απελευθερώνεται επάγει την εξωκυττάρωση εκκριτικών κοκκίων, των οποίων το περιεχόμενο τροποποιεί το εξωκυτταρικό κάλυμμα του ωαρίου. Αυτές οι τροποποιήσεις του καλύμματος παρεμποδίζουν την είσοδο άλλων σπερματοζωαρίων. ΚΕΦΑΛΑΙΟ Τα αποπτωτικά κύτταρα απομακρύνονται αποτελεσματικά από τους ιστούς με φαγοκυττάρωση, ενώ τα κύτταρα που πεθαίνουν εξαιτίας τραυμάτων απελευθερώνουν το περιεχόμενό τους στον εξωκυτταρικό χώρο και προκαλούν φλεγμονή. 2. Οι κασπάσες συντίθενται ως ανενεργά πρόδρομα μόρια που ενεργοποιούνται με μετα-μεταφραστική τροποποίηση μέσα σε σύμπλοκα που ονομάζονται αποπτωσώματα ή μετατρέπονται σε ενεργά ένζυμα μετά την πρωτεολυτική πέψη τους. Επιπλέον, τα κύτταρα περιέχουν αναστολείς της απόπτωσης (IAP) οι οποίοι συνδέονται με τις κασπάσες και αναστέλλουν την ενεργότητά τους. 3. Η πέψη των λαμινών από κασπάσες είναι απαραίτητη για τον κατακερματισμό του πυρήνα κατά την απόπτωση. Οι μεταλλαγμένες λαμίνες δε θα μπορούν να κοπούν από τις κασπάσες. Επομένως, η έκφρασή τους θα παρεμποδίζει τον κατακερματισμό του πυρήνα. 4. Προαποπτωτικά μέλη πολλαπλών επικρατειών της οικογένειας Bcl-2 επάγουν απόπτωση υποκινώντας την απελευθέρωση του κυτοχρώματος c από τα μιτοχόνδρια, γεγονός που οδηγεί στην ενεργοποίηση των κασπασών. Η δράση των προαποπτωτικών πρωτεϊνών πολλαπλών επικρατειών ρυθμίζεται από αντιαποπτωτικά και BH3-μόνο μέλη της οικογένειας Bcl Η ενεργοποίηση του μεταγραφικού παράγοντα p53 ως απόκριση σε βλάβες του DNA οδηγεί στην έκφραση των γονιδίων-στόχων του, στα οποία περιλαμβάνονται ο παράγοντας p21, που αναστέλλει τη Cdk, και οι PUMA και Noxa, που είναι BH3-μόνο μέλη της οικογένειας Bcl-2. Ο p21 επάγει στάση του κυτταρικού κύκλου και τα BH3-μόνο μέλη της οικογένειας Bcl-2 επάγουν απόπτωση. 6. Η μεταλλαγμένη πρωτεΐνη Bad δε θα διατηρείται πλέον στην ανενεργή κατάσταση από την πρωτεΐνη , με αποτέλεσμα η δράση της να επάγει απόπτωση. 7. Οι πρωτεΐνες δεσμεύουν διάφορες προαποπτωτικές πρωτεΐνες, όπως είναι οι μεταγραφικοί παράγοντες Bad και FOXO, και τις διατηρούν ανενεργές. Επομένως, κύτταρα που εκφράζουν sirna με στόχο πρωτεΐνες θα εμφανίζουν αυξημένο ρυθμό απόπτωσης.

16 16 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 8. Η κασπάση 8 είναι η εναρκτήρια κασπάση καθοδικά των υποδοχέων των TNF. Κατά συνέπεια, κύτταρα με ανενεργή κασπάση 8 δεν εισέρχονται σε διαδικασία απόπτωσης μετά από χορήγηση TNF. Επομένως, η θεραπεία με TNF δε θα ήταν αποτελεσματική στον συγκεκριμένο ασθενή. 9. Η Ced-3 είναι η μοναδική κασπάση του C. elegans. Η μεταλλαγή της Ced-3 οδηγεί στην επιβίωση όλων των κυττάρων που φυσιολογικά θα πέθαιναν από απόπτωση κατά την ανάπτυξη. Η αποσιώπηση της Ced-3 με χορήγηση ειδικού sirna θα είχε το ίδιο αποτέλεσμα. 10. Το πολυπεπτίδιο θα προκαλέσει απελευθέρωση του κυτοχρώματος c από τα μιτοχόνδρια και θα επάγει απόπτωση των κυττάρων στα οποία χορηγήθηκε. 11. Οι ιστοί αυτοί περιέχουν βλαστικά κύτταρα που διατηρούν την ικανότητά τους να πολλαπλασιάζονται και να αντικαθιστούν τα διαφοροποιημένα κύτταρα που χάνονται. 12. Το σημαντικότερο χαρακτηριστικό των βλαστικών κυττάρων είναι η ικανότητά τους να αυτοανανεώνονται. Από τη διαίρεση ενός βλαστικού κυττάρου παράγονται δύο θυγατρικά κύτταρα: ένα που συνεχίζει να είναι βλαστικό κύτταρο και ένα που διαιρείται μερικές φορές ακόμα και στη συνέχεια διαφοροποιείται. 13. Η απομόνωση και η καλλιέργεια εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων είναι σχετικά ευκολότερες. Μάλιστα, από τα κύτταρα αυτά μπορούν να παραχθούν όλοι οι τύποι διαφοροποιημένων κυττάρων ενός οργανισμού. ΚΕΦΑΛΑΙΟ Οι καλοήθεις όγκοι παραμένουν περιορισμένοι στη θέση προέλευσής τους, ενώ οι κακοήθεις όγκοι εισβάλλουν σε γειτονικούς φυσιολογικούς ιστούς και δημιουργούν μεταστάσεις σε άλλα μέρη του σώματος. 2. Καθώς ο όγκος εξελίσσεται, συμβαίνουν μεταλλαγές στον πληθυσμό των ογκοκυττάρων. Κάποιες από αυτές τις μεταλλαγές προσφέρουν ένα πλεονέκτημα επιλογής στα μεταλλαγμένα ογκοκύτταρα, ώστε να πολλαπλασιάζονται πολύ ταχύτερα από τα υπόλοιπα κύτταρα στον όγκο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επιλογή κλώνου και οδηγεί στη γρηγορότερη ανάπτυξη ολοένα πιο κακοήθων όγκων. 3. Τα οιστρογόνα δρουν ως επαγωγείς όγκων επειδή διεγείρουν τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων που αποκρίνονται στα οιστρογόνα, για παράδειγμα των κυττάρων του μαστού και του ενδομητρίου. 4. Η αυτοκρινής διέγερση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού είναι ένα σύστημα θετικής ανατροφοδότησης, αφού τα ίδια τα καρκινικά κύτταρα παράγουν τους αυξητικούς παράγοντες που διεγείρουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. 5. Τα καρκινικά κύτταρα προσκολλώνται πιο χαλαρά σε σύγκριση με τα φυσιολογικά κύτταρα και δε ρυθμίζονται αρκετά αυστηρά από τις διακυτταρικές αλληλεπιδράσεις και από τις αλληλεπιδράσεις με το εξωκυτταρικό στρώμα. Επιπρόσθετα, τα καρκινικά κύτταρα εκκρίνουν πρωτεάσες που αποικοδομούν τα συστατικά του εξωκυτταρικού στρώματος, γεγονός που διευκολύνει τη διήθηση γειτονικών ιστών. Τελικά, τα καρκινικά κύτταρα εκκρίνουν αγγειογενετικούς παράγοντες που προωθούν τον σχηματισμό νέων αιμοφόρων αγγείων, τα οποία προμηθεύουν τους όγκους με οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά. Τα νέα αυτά αγγεία διευκολύνουν τη δημιουργία μεταστάσεων, αφού επιτρέπουν την εύκολη πρόσβαση των καρκινικών κυττάρων στο κυκλοφορικό σύστημα. 6. Το μεταλλαγμένο αντιγόνο Τ μπορεί να απενεργοποιήσει τον παράγοντα p53 αλλά όχι την πρωτεΐνη Rb. Η πρωτεΐνη Ε6 αλληλεπιδρά με τον παράγοντα p53 αλλά όχι με την πρωτεΐνη Rb και επομένως δεν προκαλεί μετασχηματισμό σε συνδυασμό με το μεταλλαγμένο αντιγόνο T, αφού και οι δύο ιικές πρωτεΐνες αφήνουν ανέπαφη την πρωτεΐνη Rb. Ωστόσο, η πρωτεΐνη Ε7 αλληλεπιδρά και απενεργοποιεί την Rb, οπότε προκαλεί μετασχηματισμό σε συνδυασμό με το μεταλλαγμένο αντιγόνο Τ, επειδή σε αυτή την περίπτωση απενεργοποιούνται τόσο ο παράγοντας p53 όσο και η πρωτεΐνη Rb. 7. Οι ασθενείς με AIDS παρουσιάζουν ανοσοκαταστολή και γι αυτό είναι ευπαθείς στη μόλυνση από ογκογόνους ιούς. 8. Ένα πρωτο-ογκογονίδιο ενδεχομένως να εκφράζεται σε μη φυσιολογικά επίπεδα ή σε τύπους κυττάρων στους οποίους δε θα έπρεπε να εκφράζεται υπό φυσιολογικές συνθήκες. Αυτές οι αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση είναι δυνατόν να μετατρέψουν ένα πρωτοογκογονίδιο σε ογκογονίδιο, παρόλο που παράγεται η φυσιολογική πρωτεΐνη. Ένα πρωτο-ογκογονίδιο μπορεί να ενεργοποιηθεί με τους παραπάνω μηχανισμούς είτε ως συνέπεια μιας μετατόπισης που το θέτει υπό τον έλεγχο ενός ισχυρού υποκινητή είτε ως αποτέλεσμα γονιδιακής ενίσχυσης. 9. Το γονίδιο INK4 κωδικοποιεί τον αναστολέα των κυκλινοεξαρτώμενων κινασών p16, ο οποίος αναστέλλει τα σύμπλοκα Cdk4, 6/κυκλίνης D. Αφού ο βασικός στόχος των Cdk4, 6/κυκλίνης D είναι η πρωτεΐνη Rb,

17 Απαντήσεις στις ερωτήσεις 17 η υπερέκφραση του p16 δε θα επηρεάσει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων με απενεργοποιημένο Rb. 10. Το γονίδιο p53 είναι απαραίτητο για τη διακοπή του κυτταρικού κύκλου και για την επαγωγή της απόπτωσης σε περίπτωση που προκαλούνται βλάβες του DNA από ιονίζουσες ακτινοβολίες. Έτσι, οι όγκοι με άγριου τύπου γονίδια p53 θα είναι περισσότερο ευαίσθητοι στην ακτινοβολία. 11. Το imatinib είναι ένας ειδικός αναστολέας της πρωτεϊνικής κινάσης-τυροσίνης Bcr/Abl, η οποία εκφράζεται στα κύτταρα της χρόνιας μυελογενούς λευχαιμίας. Η αναστολή της κινάσης Bcr/Abl σταματά τον πολλαπλασιασμό αυτών των καρκινικών κυττάρων. Η ανθεκτικότητα στο imatinib συχνά προκαλείται λόγω μεταλλαγών της κινάσης Bcr/Abl που αποτρέπουν την αλληλεπίδρασή της με τη φαρμακευτική ουσία. 12. Θεωρείται ότι ο πολλαπλασιασμός και η επιβίωση των καρκινικών κυττάρων εξαρτώνται από τα ενεργοποιημένα ογκογονίδια, ενώ τα υπόλοιπα σηματοδοτικά μονοπάτια είναι δευτερεύουσας σημασίας. Η εξάρτηση των καρκινικών κυττάρων από τα ενεργοποιημένα ογκογονίδια ονομάζεται «εξάρτηση από ογκογονίδιο». Αυτό υπονοεί ότι τα φάρμακα που στοχεύουν κάποιο ενεργοποιημένο ογκογονίδιο δρουν σκοτώνοντας επιλεκτικά τα καρκινικά κύτταρα, αφού τα φυσιολογικά κύτταρα είναι ικανά να επιβιώσουν στηριζόμενα σε εναλλακτικά σηματοδοτικά μονοπάτια.

18

19 Γλωσσάριο 1,4,5-τριφωσφορική ινοσιτόλη (IP3, Inositol 1,4,5-trisphosphate): Δεύτερος αγγελιαφόρος, προϊόν υδρόλυσης της PIP2, που σηματοδοτεί την απελευθέρωση ιόντων ασβεστίου από το ενδοπλασματικό δίκτυο. 2 -Δεοξυριβόζη (2 -deoxyribose): Η πεντόζη (σάκχαρο με πέντε άτομα άνθρακα) που συναντάται στο DNA. 3,4,5-τριφωσφορική φωσφατιδυλοϊνοσιτόλη (PIP3, Phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate): Δεύτερος αγγελιαφόρος που σχηματίζεται από τη φωσφορυλίωση της PIP2. 3 μη μεταφραζόμενη περιοχή (3 UTR, 3 Untranslated Region): Μη κωδική περιοχή στο 3 άκρο του mrna. 4,5-διφωσφορική φωσφατιδυλοϊνοσιτόλη (PIP2, Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate): Μικρής αφθονίας φωσφολιπιδικό συστατικό της εσωτερικής στιβάδας της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Ορμόνες και αυξητικοί παράγοντες διεγείρουν την υδρόλυση της PIP2 από τη φωσφολιπάση C και έτσι παράγονται οι δεύτεροι αγγελιαφόροι διακυλογλυκερόλη και τριφωσφορική ινοσιτόλη. 5 μη μεταφραζόμενη περιοχή (5 UTR, 5 Untranslated Region): Μη κωδική περιοχή στο 5 άκρο του mrna. 5 -τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP, Adenosine 5 -Trisphosphate): Τριφωσφορικό νουκλεοσίδιο που περιέχει αδενίνη και λειτουργεί ως αποθήκη ελεύθερης ενέργειας στο εσωτερικό του κυττάρου. 6-φωσφορική μαννόζη (mannose-6-phosphate): Τροποποιημένο μόριο μαννόζης που στοχοποιεί τις πρωτεΐνες που γλυκοζυλιώνονται με αυτό για προώθησή τους στα λυσοσώματα. abl: Πρωτο-ογκογονίδιο που κωδικοποιεί μια πρωτεϊνική κινάση τυροσίνης και ενεργοποιείται με χρωμοσωμική μετατόπιση στη χρόνια μυελογενή λευχαιμία. ADF/κοφιλίνη (ADF/cofilin): Οικογένεια πρωτεϊνών δέσμευσης ακτίνης οι οποίες αποσυναρμολογούν ινίδια ακτίνης. Akt: Μια πρωτεϊνική κινάση σερίνης/θρεονίνης η οποία ενεργοποιείται από την PIP3 και διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη σηματοδότηση που επάγει την κυτταρική επιβίωση. Arabidopsis thaliana: Μικρό ανθοφόρο φυτό που χρησιμοποιείται ως μοντέλο στη μοριακή και αναπτυξιακή βιολογία των φυτών. ARF: Πρωτεΐνη που δεσμεύει GTP και είναι απαραίτητη στον μηχανισμό εκβλάστησης κυστιδίων από το δίκτυο trans-golgi. ATM: Πρωτεϊνική κινάση που αναγνωρίζει βλάβες του DNA και προκαλεί στάση του κυτταρικού κύκλου. ATP συνθάση (ATP synthase): Διαμεμβρανικό πρωτεϊνικό σύμπλοκο που συζευγνύει μια ενεργειακά ευνοούμενη ροή πρωτονίων διά μέσου της μεμβράνης με τη σύνθεση ATP. ATPάση Na + -K + (Na + -K + ATPase): Βλ. αντλία Na + -K +. ATR: Πρωτεϊνική κινάση που είναι συγγενική με την ATM και προκαλεί στάση του κυτταρικού κύκλου ως απόκριση σε βλάβη του DNA. Bcl-2: Μέλος μιας οικογένειας πρωτεϊνών οι οποίες ρυθμίζουν τον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο. Caenorhabditis elegans: Νηματώδης σκώληκας που χρησιμοποιείται ως απλός πολυκυτταρικός οργανισμόςμοντέλο για τη μελέτη της ανάπτυξης. CCND1: Το γονίδιο που κωδικοποιεί την κυκλίνη D1. Πρόκειται για ένα ογκογονίδιο που εμπλέκεται σε ποικίλους καρκίνους του ανθρώπου. Cdc42: Μέλος της υποοικογένειας Rho των μικρών πρωτεϊνών πρόσδεσης GTP. Cdk: Μέλος μιας οικογένειας κυκλινοεξαρτώμενων πρωτεϊνικών κινασών που ρυθμίζουν τον κυτταρικό κύκλο των ευκαρυωτών. Cdk1: Πρωτεϊνική κινάση σερίνης/θρεονίνης, που είναι βασικός ρυθμιστής της μίτωσης στα ευκαρυωτικά κύτταρα.

20 20 Γλωσσάριο CENP-A: Βλ. κεντρομερική H3. cis-δραστικό ρυθμιστικό στοιχείο (cis-acting control element): Ρυθμιστική αλληλουχία του DNA που λειτουργεί ως θέση πρόσδεσης μιας πρωτεΐνης και ρυθμίζει τη μεταγραφή παρακείμενων γονιδίων. c-myc: Πρωτο-ογκογονίδιο που κωδικοποιεί έναν μεταγραφικό παράγοντα και συχνά ενεργοποιείται εξαιτίας χρωμοσωμικής μετατόπισης ή γονιδιακής ενίσχυσης, με αποτέλεσμα την επαγωγή ογκογένεσης. c-myc: Πρωτο-ογκογονίδιο που κωδικοποιεί έναν μεταγραφικό παράγοντα και συχνά ενεργοποιείται με γονιδιακή ενίσχυση στα νευροβλαστώματα. COPI και COPII (COP, Coat Protein): Δύο πρωτεΐνες που, όπως και η κλαθρίνη, καλύπτουν κυστίδια μεταφοράς. CREB (CRE-Binding protein, Cyclic AMP Response Element-Binding protein: πρωτεΐνη πρόσδεσης στο στοιχείο απόκρισης στο κυκλικό AMP): Μεταγραφικός παράγοντας που ενεργοποιείται από την εξαρτώμενη από camp πρωτεϊνική κινάση. Crista: Αναδίπλωση της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης που εκτείνεται στο εσωτερικό του στρώματος. DNA γλυκοζυλάση (DNA glycosylase): Ένζυμο επιδιόρθωσης του DNA το οποίο κόβει τον δεσμό που συνδέει μια πουρίνη ή μια πυριμιδίνη με τη δεοξυριβόζη του φωσφοσακχαρικού σκελετού ενός μορίου DNA. DNA λιγάση (DNA ligase): Ένζυμο που αποκαθιστά τους φωσφοδιεστερικούς δεσμούς σε εγκοπές των αλυσίδων του DNA. DNA πολυμεράση (DNA polymerase): Ένζυμο που καταλύει τη σύνθεση DNA. DNA τρανσποζόνιο (DNA transposon): Μεταθετό στοιχείο που μετακινείται μέσω ενός ενδιάμεσου μορίου DNA. Drosophila melanogaster: Είδος μύγας των φρούτων που χρησιμοποιείται συχνά ως οργανισμός-μοντέλο σε μελέτες της γενετικής και της ανάπτυξης των ζώων. E2F: Οικογένεια μεταγραφικών παραγόντων οι οποίοι ρυθμίζουν την έκφραση γονιδίων που συμμετέχουν στην προώθηση του κυτταρικού κύκλου και στην αντιγραφή του DNA. Elk-1: Μεταγραφικός παράγοντας που ενεργοποιείται με φωσφορυλίωση από την κινάση ERK και επάγει την έκφραση πρώιμων γονιδίων. erba: Πρωτο-ογκογονίδιο που κωδικοποιεί τον υποδοχέα της θυρεοειδούς ορμόνης. ErbA: Το προϊόν του πρωτο-ογκογονιδίου erba. Ο υποδοχέας της θυρεοειδούς ορμόνης. erbb-2: Πρωτο-ογκογονίδιο που κωδικοποιεί έναν υποδοχέα-πρωτεϊνική κινάση τυροσίνης και συχνά εμφανίζει γονιδιακή ενίσχυση σε καρκινώματα του στήθους και των ωοθηκών. ERK: Μέλος της οικογένειας των κινασών MAP το οποίο διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στη διέγερση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού που επάγεται από αυξητικούς παράγοντες. Escherichia coli (E. coli): Είδος βακτηρίου το οποίο έχει χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα ως οργανισμός-μοντέλο στη μοριακή βιολογία. FAK (Focal Adhesion Kinase: κινάση εστιακών προσφύσεων): Πρωτεϊνική κινάση τυροσίνης που δεν είναι υποδοχέας η οποία διαδραματίζει βασικό ρόλο στη σηματοδότηση των ιντεγκρινών. Fos: Μεταγραφικός παράγοντας ο οποίος κωδικοποιείται από ένα ογκογονίδιο και επάγεται ως απόκριση σε διέγερση από αυξητικούς παράγοντες. Hedgehog: Εκκρινόμενο σηματοδοτικό μόριο που διεγείρει ένα μονοπάτι το οποίο εμπλέκεται στον καθορισμό του πεπρωμένου των κυττάρων-στόχων κατά την εμβρυογένεση. IAP (Inhibitor of Apoptosis): Μέλος οικογένειας πρωτεϊνών που αναστέλλουν την απόπτωση αλληλεπιδρώντας με κασπάσες. IκB (Inhibitory κb): Ανασταλτική υπομονάδα των μεταγραφικών παραγόντων NF-κB. Jun: Μεταγραφικός παράγοντας που κωδικοποιείται από ένα πρωτο-ογκογονίδιο και ενεργοποιείται μετά από διέγερση από έναν αυξητικό παράγοντα. MEK (MAP kinase/erk Kinase: κινάση MAP/κινάση ERK): Πρωτεϊνική κινάση με διπλή εξειδίκευση η οποία φωσφορυλιώνει και ενεργοποιεί μέλη της οικογένειας ERK των κινασών MAP. Mos: Πρωτεϊνική κινάση απαραίτητη αφενός για τη μετάβαση από τη μείωση I στη μείωση II και αφετέρου για την παραμονή των ωοκυττάρων των σπονδυλωτών σε στάση κατά τη μετάφαση II. mtor: Πρωτεϊνική κινάση που εμπλέκεται στη ρύθμιση της πρωτεϊνοσύνθεσης ως απόκριση σε αυξητικούς παράγοντες και στη διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών και ενέργειας. NF-κB: Οικογένεια μεταγραφικών παραγόντων που ενεργοποιούνται ως απόκριση σε διάφορα ερεθίσματα. Notch: Διαμεμβρανικός υποδοχέας από τον οποίο πυροδοτείται ένα σηματοδοτικό μονοπάτι που ρυθμίζει το κυτταρικό πεπρωμένο κατά την ανάπτυξη, ανάλογα με τις διακυτταρικές αλληλεπιδράσεις. N-μυριστιλίωση (N-myristoylation): Η προσθήκη μυριστικού οξέος (λιπαρού οξέος με 14 άτομα άνθρακα) στη γλυκίνη του αμινοτελικού άκρου μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας.