ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 5 ΙΟΥΝΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Transcript

1 1 ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 5 ΙΟΥΝΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ 1o Α. 1 - γ Τα γονίδια που καθορίζουν το χρώμα είναι ατελώς επικρατή. Από διασταύρωση ατόμων με διαφορετικό φαινότυπο προκύπτουν απόγονοι που είναι όλοι όμοιοι μεταξύ τους. Άρα τα άτομα της πατρικής γενιάς είναι ομόζυγα και οι απόγονοί τους (F1) είναι ετερόζυγα άτομα. Ο φαινότυπος των ετερόζυγων ατόμων είναι ενδιάμεσος των δύο ομόζυγων, συνεπώς τα γονίδια είναι ατελώς επικρατή. 2 - γ Το βακτήριο Agrobacterium tumefaciens, διαθέτει τη φυσική ικανότητα να μολύνει φυτικά κύτταρα μεταφέροντας σ αυτά ένα πλασμίδιο που ονομάζεται Ti και ενσωματώνεται στο γενετικό υλικό των φυτικών κυττάρων. Λόγω αυτής της ικανότητας χρησιμοποιείται ως φορέας για την εισαγωγή γονιδίων στα φυτά. 3 - β Ο πληθυσμός των μικροοργανισμών κατά την λανθάνουσα φάση παραμένει σχεδόν σταθερός διότι οι μικροοργανισμοί χρειάζονται κάποιο χρονικό διάστημα για να προσαρμοστούν στις καινούριες συνθήκες και να αρχίσουν να αναπτύσσονται. Β. 1. Σχολικό βιβλίο, σελ 17: To DNA αποτελεί το γενετικό υλικό όλων των κυττάρων και των περισσότερων ιών. Κάποιοι ιοί έχουν ως γενετικό υλικό RNA (RNA-ιοί). Συνοπτικά οι λειτουργίες του γενετικού υλικού είναι: Η αποθήκευση της γενετικής πληροφορίας. Στο DNA (ή στο RNA των RNA ιών) περιέχονται οι πληροφορίες που καθορίζουν όλα τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού και οι οποίες οργανώνονται σε λειτουργικές μονάδες, τα γονίδια. Η διατήρηση και η μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας από κυτταρο σε κύτταρο και από οργανισμό σε οργανισμό, που εξασφαλίζονται με τον αυτοδιπλασιασμό του DNA. Η έκφραση των γενετικών πληροφοριών, που επιτυγχάνεται με τον έλεγχο της σύνθεσης των πρωτεϊνών.

2 2 2. Σχολικό βιβλίο, σελ 36: Κάθε μόριο trna έχει μια ειδική τριπλετα νουκλεοτιδίων, το αντικωδικόνιο, με την οποία προσδένεται, λόγω συμπληρωματικότητας, με το αντίστοιχο κωδικόνιο του mrna. Επιπλέον, κάθε μόριο trna διαθέτει μια ειδική θέση σύνδεσης με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ. ΘΕΜΑ 2ο 1. Σχολικό βιβλίο, σελ Ένα βακτηριακό κύτταρο Ε. coli έχει περισσότερα από 4000 γονίδια. Μερικά γονίδια μεταγράφονται συνεχώς και κωδικοποιούν πρωτεΐνες, που χρειάζονται για τις βασικές λειτουργίες του κυττάρου. Άλλα γονίδια μεταγράφονται μόνο όταν το κύτταρο αναπτύσσεται σε ειδικές περιβαλλοντικές συνθήκες, επειδή τα προϊόντα των γονιδίων αυτών είναι απαραίτητα για την επιβίωση του κυττάρου στις συνθήκες αυτές. Ένα παράδειγμα είναι το εξής: τα βακτήρια Ε. coli χρησιμοποιούν ως πηγή άνθρακα το σάκχαρο γλυκόζη. Γεννιέται λοιπόν το ερώτημα: αν στο περιβάλλον αντί για γλυκόζη υπάρχει ο δισακχαρίτης λακτόζη, το βακτήριο έχει τη δυνατότητα να τον διασπάσει για να επιβιώσει ή θα πεθάνει, μολονότι γύρω του υπάρχει άφθονη τροφή; Το βακτήριο λύνει το πρόβλημα αυτό ρυθμίζοντας την παραγωγή των κατάλληλων ενζύμων, που θα διασπάσουν πι λακτόζη σε γλυκόζη και γαλακτόζη. Οι αρχικές μελέτες της ρύθμισης των γονιδίων έγιναν από τους Jacob και Monod, το Οι ερευνητές περιέγραψαν την ικανότητα του βακτηρίου Ε. coli να παραγάγει τα τρία απαραίτητα ένζυμα που χρειάζεται για να μεταβολίσει το δισακχαρίτη λακτόζη, όταν δεν υπάρχει γλυκόζη στην τροφή του. Οι Jacob και Monod απέδειξαν με γενετικές μελέτες ότι τα γονίδια που κωδικοποιούν τα τρία αυτά ένζυμα βρίσκονται το ένα δίπλα στο άλλο πάνω στο γονιδίωμα του βακτηρίου και αποτελούν μια μονάδα, που την ονόμασαν οπερόνιο της λακτόζης. Σε αυτό περιλαμβάνονται εκτός από αυτά 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. Το οπερόνιο της λακτόζης δε μεταγράφεται ούτε μεταφράζεται, όταν απουσιάζει από το θρεπτικό υλικό η λακτόζη. Τότε λέμε ότι τα γονίδια που το αποτελούν βρίσκονται υπό καταστολή. Πώς επιτυγχάνεται η καταστολή; Δύο είναι τα ρυθμιστικά μόρια: μια αλληλουχία DNA, που ονομάζεται χειριστής και βρίσκεται μεταξύ του υποκινητή και του πρώτου γονιδίου, και μια ρυθμιστική πρωτεΐνη-καταστολέας. Όταν απουσιάζει η λακτόζη ο καταστολέας προσδένεται ισχυρά στο χειριστή και εμποδίζει την RNA

3 3 πολυμεράση να αρχίσει τη μεταγραφή των γονιδίων του οπερονίου. Ο καταστολέας κωδικοποιείται από ένα ρυθμιστικό γονίδιο, που βρίσκεται μπροστά από τον υποκινητή. Το ρυθμιστικό γονίδιο μεταγράφεται συνεχώς και παράγει λίγα μόρια του καταστολέα. Τα μόρια αυτά προσδένονται συνεχώς στο χειριστή. Όταν στο θρεπτικό υλικό υπάρχει μόνο λακτόζη, τότε ο ίδιος ο δισακχαρίτης προσδένεται στον καταστολέα και δεν του επιτρέπει να προσδεθεί στο χειριστή. Τότε η RNA πολυμεράση είναι ελεύθερη να αρχίσει τη 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 ένζυμα. Τα τρία ένζυμα μεταφράζονται ταυτόχρονα από το ίδιο μόριο mrna το οποίο περιέχει κωδικόνιο έναρξης και λήξης για κάθε ένζυμο. Συμπερασματικά, η ίδια η λακτόζη ενεργοποιεί τη διαδικασία για την αποικοδόμησή της. Όταν η λακτόζη διασπαστεί πλήρως, τότε η πρωτεΐνη καταστολέας είναι ελεύθερη να προσδεθεί στο χειριστή και να καταστείλει τη λειτουργία των τριών γονιδίων. 2. Σχολικό βιβλίο, σελ 60: Στους ανώτερους ευκαρυωτικούς οργανισμούς πολλά γονίδια μεταγράφονται σε ορισμένους μόνο κυτταρικούς τύπους, όπως για παράδειγμα τα γονίδια των αλυσίδων των αιμοσφαιρινών που εκφράζονται μόνο στα πρόδρομα ερυθροκύτταρα του ανθρώπου. Αν θέλουμε να κλωνοποιήσουμε μόνο τα γονίδια που εκφράζονται σε συγκεκριμένα κύτταρα, τότε κατασκευάζουμε τις cdna το πλεονέκτημα απομόνωσης μόνο των αλληλουχιών των γονιδίων που μεταφράζονται σε αμινοξέα, δηλαδή των εξωνίων. Για να κατασκευαστεί μία cdna βιβλιοθήκη, απομονώνεται το ολικό «ώριμο» mrna από κύτταρα που εκφράζουν το συγκεκριμένο γονίδιο. To mrna χρησιμοποιείται σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας συμπληρωματικής αλυσίδας DNA (cdna: complementary DNA). Η σύνθεση του cdna γίνεται από το ένζυμο αντίστροφη μεταγραφάση. Παράγονται έτσι υβριδικά μόρια cdna-mrna. To 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 κατασκευής μιας γονιδιωματικής βιβλιοθήκης. Με αυτό τον τρόπο δίνουν τη δυνατότητα σύνθεσης της πρωτεΐνης ενός συγκεκριμένου γονιδίου στο κύτταρο-ξενιστή. 3. Σχολικό βιβλίο, σελ 21: Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες έχουν DNA. Το γενετικό υλικό των μιτοχονδρίων και των χλωροπλαστών περιέχει πληροφορίες σχετικές με τη

4 4 λειτουργία τους, δηλαδή σχετικά με την οξειδωτική φωσφορυλίωση και τη φωτοσύνθεση αντίστοιχα, και κωδικοποιεί μικρό αριθμό πρωτεϊνών. Οι περισσότερες όμως πρωτεΐνες, που είναι απαραίτητες για τη λειτουργία των μιτοχονδρίων και των χλωροπλαστών, κωδικοποιούνται από γονίδια που βρίσκονται στο DNA του πυρήνα. Το γεγονός αυτό δείχνει ότι τα οργανίδια αυτά δεν είναι ανεξάρτητα από τον πυρήνα του κυττάρου και για το λόγο αυτό χαρακτηρίζονται ως ημιαυτόνομα. ΘΕΜΑ 3ο 1. Σχολικό βιβλίο, σελ : Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων που έχουν ως βάση την Αδενίνη (Α) είναι ίσος με τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που έχουν ως βάση τη Θυμίνη (T) και ο αριθμός των νουκλεοτιδίων που έχουν ως βάση τη γονανίνη (G) είναι ίσος με τον αριθμό αυτών που έχουν κυτοσίνη (C) και στα δύο κύτταρα. Δηλαδή Α = Τ και C = G. Άρα πρόκειται για δίκλωνα μόρια DNA και στις δύο περιπτώσεις. Η αναλογία Α+Τ/C+G διαφέρει και στα δύο κύτταρα, για το κύτταρο 1 είναι 56/44 και για το κύτταρο 2 είναι 62/38. Επομένως, ανήκουν σε διαφορετικά κύτταρα. 2. Σχολικό βιβλίο, σελ. 17, 20:: Το φυτό Zea mays (καλαμπόκι) είναι ευκαρυωτικός οργανισμός. Στα σωματικά κύτταρα το γονιδίωμα υπάρχει σε δύο αντίγραφα (διπλοειδή). Στους γαμέτες το γονιδίωμα υπάρχει σε ένα αντίγραφο (απλοειδή κύτταρα). Το πρώτο κύτταρο είναι σωματικό κύτταρο μετά την αντιγραφή του DNA, το δεύτερο κύτταρο είναι γαμέτης και το τρίτο κύτταρο είναι σωματικό κύτταρο. 3. α. Η αιτία της ασθένειας είναι μια γονιδιακή μετάλλαξη, Στην κωδική αλυσίδα του γονιδίου του υγιούς ατόμου, στο τέταρτο κωδικόνιο TGG έγινε αντικατάσταση βάσης με αποτέλεσμα να προκύψει το κωδικόνιο TAG στην κωδική αλύσίδα του ατόμου που ασθενεί. Το αποτέλεσμα της μετάλλαξης αυτής είναι να προκύψει κωδικόνιο λήξης και να έχουμε πρόωρο τερματισμό στη βιοσύνθεση του ενζύμου. β. Η ασθένεια κληρονομείται με αυτοσωμικό και υπολειπόμενο τρόπο. (σχολικό βιβλίο, σελ. 123). ΘΕΜΑ 4ο α. Το αλληλόμορφο γονίδιο που προκαλεί την ασθένεια να είναι αυτοσωμικό επικρατές. Έστω Α: ασθένεια α: φυσιολογικό Τα άτομα που πάσχουν έχουν γονότυπο ΑΑ ή, ενώ τα υγιή έχουν

5 5 γονότυπο. Επομένως, οι γονότυποι και οι φαινότυποι των ατόμων και μπορεί να είναι: β. Τα αλληλόμορφο γονίδιο που προκαλεί την ασθένεια να είναι αυτοσωμικό υπολειπόμενο και αυτοσωμικό. Έστω Α: φυσιολογικό α: ασθένεια Τα άτομα που είναι φυσιολογικά είναι ΑΑ ή ενώ τα άτομα που πάσχουν είναι. Επομένως, οι γονότυποι και οι φαινότυποι των ατόμων και μπορεί να είναι: Ακόμη, το αλληλόμορφο γονίδιο που προκαλεί την ασθένεια να είναι φυλοσύνδετο υπολειπόμενο. Έστω Χ Α : φυσιολογικό αλληλόμορφο Χ α : ασθένεια Αφού προκύπτουν θηλυκά άτομα που πάσχουν (Χ α Χ α ) τότε υποχρεωτικά ο πατέρας τους () πάσχει Χ α Υ. Αφού προκύπτουν και υγιή άτομα, τότε η μητέρα τους () θα είναι φορέας Χ Α Χ α. Επομένως, οι γονότυποι και οι φαινότυποι των ατόμων και μπορεί να είναι: SCIENCE PRESS Χ Α Χ α Χ α Υ ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΚΟΤΡΟΠΟΥΛΟΣ ΒΙΟΛΟΓΟΣ