ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ/ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 27 /9/2015

Transcript

1 ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ/ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 27 /9/ ο Θέμα 1.α 2.β 3.δ 4.γ 5.γ 2 ο Θέμα A. Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις: i)τι είναι το οπερόνιο της λακτόζης και από τι αποτελείται; (5 μονάδες) Τα γονίδια του βακτηρίου Ε. coli που κωδικοποιούν τα τρία απαραίτητα ένζυμα που χρειάζεται για να μεταβολίσει το δισακχαρίτη λακτόζη, όταν δεν υπάρχει γλυκόζη στην τροφή του, βρίσκονται το ένα δίπλα στο άλλο πάνω στο γονιδίωμα του βακτηρίου και αποτελούν μια μονάδα, που οι Jacob και Monod 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. ii) Ποια είναι τα χαρακτηριστικά του DNA των μιτοχονδρίων; (5 μονάδες) Το μιτοχονδριακό DNA στους περισσότερους οργανισμούς είναι κυκλικό μόριο. Κάθε μιτοχόνδριο περιέχει δύο έως δέκα αντίγραφα του κυκλικού μορίου DNA. Σε ορισμένα όμως κατώτερα πρωτόζωα είναι γραμμικό. Β. Ένας άνδρας πάσχει από μια ασθένεια που οφείλεται σε ένα ελαττωματικό μιτοχονδριακό γονίδιο. Έχει δίκιο να ανησυχεί για τη μεταβίβαση της ασθένειας αυτής στα παιδιά του; (4 μονάδες) Όχι δεν έχει δίκιο να ανησυχεί γιατί το ζυγωτό των ανώτερων οργανισμών περιέχει μόνο τα μιτοχόνδρια που προέρχονται από το ωάριο. Επομένως, η προέλευση των μιτοχονδριακών γονιδίων είναι μητρική. Γ. Να δώσετε τους ορισμούς για το νουκλεόσωμα και το πολύσωμα. Ποιος είναι ο ρόλος του καθενός; (4 μονάδες) Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 1 από 6

2 Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, ύστερα από ειδική επεξεργασία, τα ινίδια χρωματίνης μοιάζουν με κομπολόγια από χάντρες. Κάθε «χάντρα» ονομάζεται νουκλεόσωμα και αποτελεί τη βασική μονάδα οργάνωσης της χρωματίνης. Το νουκλεόσωμα αποτελείται από DNA μήκους 146 ζευγών βάσεων και από οκτώ μόρια πρωτεϊνών, που ονομάζονται ιστόνες. To DNA είναι τυλιγμένο γύρω από το οκταμερές των ιστονών. Ο ρόλος των νουκλεοσωμάτων είναι η αναδίπλωση του DNA,ι με αποτέλεσμα το DNA να πακετάρεται σε μεγαλύτερο βαθμό, σχηματίζοντας τελικά τα ινίδια της χρωματίνης. Πολλά μόρια mrna μπορούν να μεταγράφονται από ένα μόνο γονίδιο. Πολλά ριβοσώματα μπορούν να μεταφράζουν ταυτόχρονα ένα 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 mrna ονομάζεται πολύσωμα και ο ρόλος του είναι να κάνει την πρωτεϊνοσύνθεση πιο «οικονομική διαδικασία». Ένα κύτταρο μπορεί να παραγάγει μεγάλα ποσά μιας πρωτεΐνης από ένα ή από δύο αντίγραφα ενός γονιδίου. Δ. Να αντιστοιχίσετε τις έννοιες της στήλης Ι µε τους όρους της στήλης ΙΙ: (7 μονάδες) Α-7 Β-3 Γ-1 Δ-2 Ε-4 ΣΤ-6 Ζ-5 3 ο Θέμα Α.Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει ένα τμήμα DNA που περιλαμβάνει 3 γονίδια και τους υποκινητές τους (συμβολίζονται με Υ). Να εξηγήσετε σε κάθε γονίδιο ποια θα είναι η φορά της μεταγραφής και να σχεδιάσετε την αλυσίδα RNA που συντίθεται. Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 2 από 6

3 γονιδίου 3 Φορά μεταγραφής γονιδίου 1 Φορά μεταγραφής γονιδίου 2 Φορά μεταγραφής 5 3 Υ1 Υ2 Υ3 3 5 γονίδιο 1 γονίδιο 2 γονίδιο 3 3 mrna1.5 5 mrna2 3 5 mrna3 3 (10 μονάδες) Η RNA πολυμεράση προσδένεται σε ειδικές περιοχές του DNA, που ονομάζονται υποκινητές, με τη βοήθεια πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες. Οι υποκινητές βρίσκονται πάντοτε πριν από την αρχή κάθε γονιδίου. Κατά την έναρξη της μεταγραφής ενός γονιδίου η RNA πολυμεράση προσδένεται στον υποκινητή και προκαλεί τοπικό ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA. Στη συνέχεια, τοποθετεί τα ριβονουκλεοτίδια απέναντι από τα δεοξυριβονουκλεοτίδια μίας αλυσίδας του DNA σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων. Η RNA πολυμεράση συνδέει τα ριβονουκλεοτίδια που προστίθενται το ένα μετά το άλλο, με 3'-5'φωσφοδιεστερικό δεσμό. Για το λόγο αυτό η φορά της μεταγραφής σημειώνεται νε κόκκινο βέλος για καθένα από τα 3 γονίδια. Η μεταγραφή έχει προσανατολισμό 5' 3'. Οι αλυσίδες RNA σημειώνονται με μαύρα βέλη και με προσανατολισμό 5-3 Β. Τι είναι ο καρυότυπος και τι πληροφορίες μας προσφέρει η μελέτη του; Αν πρέπει να ολοκληρώσετε την κατασκευή καρυοτύπου σε κύτταρα από κυτταροκαλλιέργεια, ποιες χημικές ουσίες ή διαλύματα θα χρησιμοποιήσετε, με ποια σειρά και τι κάνει η κάθε μία από αυτές ; (10 μονάδες) Κάθε φυσιολογικό μεταφασικά χρωμόσωμα αποτελείται από δύο αδελφές χρωματίδες, οι οποίες συγκρατούνται στο κεντρομερίδιο. Το κεντρομερίδιο «διαιρεί» κάθε χρωματίδα σε δύο βραχίονες, ένα μεγάλο και ένα μικρό. Τα μεταφασικά χρωμοσώματα ενός κυττάρου διαφέρουν μεταξύ τους ως Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 3 από 6

4 προς το μέγεθος και ως προς τη θέση του κεντρομεριδίου. Τα χρωμοσώματα ταξινομούνται σε ζεύγη κατά ελαττούμενο μέγεθος. Η απεικόνιση αυτή αποτελεί τον καρυότυπο. Ο αριθμός και η μορφολογία των χρωμοσωμάτων είναι ιδιαίτερο χαρακτηριστικό κάθε είδους. Στον άνθρωπο τα φυσιολογικά αρσενικά και θηλυκά άτομα έχουν στον πυρήνα των σωματικών τους κυττάρων 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων. Από τον καρυότυπο μπορούμε να αντλήσουμε πληροφορίες για το είδος, το φύλο του οργανισμού καθώς και τυχόν χρωμοσωμικές ανωμαλίες που μπορεί να φέρει. Χημικές ουσίες: Στα κύτταρα που προέρχονται από κυτταροκαλλιέργειες γίνεται αρχικά in vitro επαγωγή της διαίρεσης με ουσίες που έχουν μιτογόνο δράση. Στη συνέχεια χρησιμοποιούνται ουσίες οι οποίες σταματούν την κυπαρική διαίρεση στη φάση της μετάφασης. Έπειτα τα κύτταρα επωάζονται σε υποτονικό διάλυμα, ώστε να σπάσει η κυπαρική τους μεμβράνη, και να απλωθούν τα χρωμοσώματά τους σε αντικειμενοφόρο πλάκα. Ενώ στο τέλος, χρωματίζονται με ειδικές χρωστικές ουσίες για να παρατηρηθούν στο μικροσκόπιο. Γ. Κυκλώστε και δικαιολογήστε ποιο ή ποια από τα παρακάτω μόρια DNA θα γίνουν δίκλωνα αν βρεθούν σε δοκιμαστικό σωλήνα μαζί με την DNA πολυμεράση και όλα τα απαραίτητα δεοξυριβονουκλεοτίδια για να γίνει η αντιγραφή με επιτυχία. (5 μονάδες) Από τα παραπάνω μόρια μόνο το τρίτο μπορεί να πραγματοποιήσει αντιγραφεί γιατί διαθέτει πρωταρχικό τμήμα και ο προσανατολισμός του είναι τέτοιος που μπορεί να επιμηκύνει η DNA πολυμεράση η οποία δρα στην 5-3 κατεύθυνση 4 ο Θέμα Α. Παρακάτω δίνεται η μία αλυσίδα γονιδίου που κωδικοποιεί ένα ολόκληρο πεπτίδιο 5 CAAGAGATGTGGAGTGTAAACTTACCTAGCCCCGCAAGAGGACGGAACTTGGGATGTTGTTAACAAG TA 3 Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 4 από 6

5 1) Να σχηματίσετε την άλλη αλυσίδα του γονιδίου, να προσδιορίσετε την κωδική και τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του γονιδίου και να σημειώσετε τα 3 και 5 άκρα του, δικαιολογώντας την απάντησή σας. (9 μονάδες) 5 CAAGAGATGTGGAGTGTAAACTTACCTAGCCCCGCAAGAGGACGGAACTTGGGATGTTGTTAACA AGTA 3 (κωδική) 3 GTTCTCTACACC TCACATTTGAATGGATCGGGGCGTTCTCCTGCCTTGAACCCTAC AACAATT GTTCAT 5 (μετγραφ) Η άλλη αλυσίδα του γονιδίου, είναι ο συμπληρωματικός κλώνος της αλυσίδας του DNA που μας δόθηκε. Σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας απέναντι από Α στον άλλο κλώνο υπάρχει Τα και απέναντι από C υπάρχει G. Οι δύο αλυσίδες εκτός από συμπληρωματικές είναι και αντιπαράλληλες δηλαδή απέναντι από το 5 άκρο της μιας υπάρχει το 3 της άλλης. Επειδή κατά τη μετάφρασή του παραπάνω γονιδίου, το mrna θα προσδεθεί με την 5 αμετάφραστη περιοχή του στη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος και το πρώτο κωδικόνιο που θα αναγνωστεί είναι το κωδικόνιο έναρξης AUG που αντιστοιχεί στο αμινοξύ μεθειονίνη, συμπεραίνουμε ότι το κωδικόνιο έναρξης βρίσκεται κοντά στο 5 άκρο του mrna αλλά και της κωδικής αλυσίδας με την οποία το mrna έχει τον ίδιο προσανατολισμό και αλληλουχία, μόνο που αντί U, η καωδική αλυσίδα περιέχει Τ. Και στις δύο αλυσίδες του μορίου διαβάζοντάς τες από το 5 προς το 3 άκρο, αναζητούμε ένα κωδικόνιο ATG, το οποίο εφόσον κωδικοποιείται ολόκληρο πεπτίδιο, πρέπει σε βήμα τριπλέτας να ακολουθείται από ένα κωδικόνιο λήξης (TAA, ή TGA, ή TAG), εφόσον ο γενετικός κώδικας είναι κώδικας τριπλέτας και συνεχής. Στην πρώτη αλυσίδα εντοπίσαμε ένα κωδικόνιο έναρξης ATG από το 5 στο 3 άκρο και ακολουθώντας βήμα τριπλέτας ένα από τα κωδικόνια λήξης το TAA. Στη δεύτερη (κάτω) αλυσίδα, αναζητώντας από το 5 στο 3 άκρο, δεν εντοπίστηκε κωδικόνιο έναρξης ATG που να ακολουθείται σε βήμα τριπλέτας ένα κωδικόνιο λήξης. Άρα η πρώτη (πάνω) αλυσίδα σημειώνεται ως κωδική. Η συμπληρωματική της είναι η μη κωδική ή μεταγραφόμενη. Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 5 από 6

6 2) Να γράψετε το mrna που προκύπτει κατά την μεταγραφή του γονιδίου αυτού, με σημειωμένα τα άκρα του και να βρείτε από πόσα αμινοξέα θα αποτελείται το κωδικοποιούμενο πεπτίδιο, δικαιολογώντας την απάντησή σας. (8 μονάδες) Το mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή στο παραπάνω γονίδιο είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο με την μη κωδική αλυσίδα, ενώ έχει ίδιο προσανατολισμό και αλληλουχία με την κωδική αλυσίδα, μόνο που όπου υπάρχει Τα στην κωδική αλυσίδα το mrna έχει U. Κατά τη μετάφρασή του το mrna θα προσδεθεί με την 5 αμετάφραστη περιοχή του στη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος και το πρώτο κωδικόνιο που θα αναγνωστεί είναι το κωδικόνιο έναρξης AUG που αντιστοιχεί στο αμινοξύ μεθειονίνη. και το mrna που θα προκύψει από τη μεταγραφή είναι : 5 CAAGAG AUG UGG AGT GUA AAC UUA CCU AGC CCC GCA AGA GGA CGG AAC UUG GGA UGU UGU UAA CAAGUA 3 (mrna) Από τη μετάφραση του παραπάνω mrna, που από το κωδικόνιο έναρξης μέχρι πριν το κωδικόνιο λήξης διαθέτει 18 κωδικόνια (χωρίς το κωδικόνιο λήξης), από τη στιγμή που δεν υπάρχουν εσώνια, θα μεταφραστεί ένα πεπτίδιο που θα αποτελείται από 18 αμινοξέα, ένα δεκαοκταπεπτίδιο. Κάθε κωδικόνιο αντιστοιχεί σε ένα αμινοξύ και δεν υπάρχει αμινοξύ που να αντιστοιχεί στο κωδικόνιο λήξης. Β. Πιο κάτω φαίνεται ένα μέρος μίας βιολογικής διαδικασίας, η οποία βρίσκεται σε εξέλιξη. C U C U U T C T G A G A A A G A T G C A T A C G A C Nα παρατηρήσετε ΠΡΟΣΕΚΤΙΚΑ τη διαδικασία που βρίσκεται σε εξέλιξη και να την ονομάσετε. Να δικαιολογήσετε πως καταλήξατε στο συμπέρασμά σας. Να γράψετε τα ένζυμα που έχουν λάβει μέρος από την έναρξη της διαδικασίας αυτής, μέχρι το χρονικό σημείο στο οποίο λάβαμε το παραπάνω στιγμιότυπο. (8 μονάδες) Παρατηρούμε ότι με καλούπι τη δεύτερη αλυσίδα συντίθεται η συμπληρωματική της (επάνω αλυσίδα). Ενώ το αρχικό τμήμα της συντιθέμενης αλυσίδας αποτελείται από νουκλεοτίδια RNA (περιέχουν U), στη συνέχεια επιμηκύνεται με νουκλεοτίδια DNA (διαθέτουν Τ). Αυτή η διαδικασία συμβαίνει κατά την αντιγραφή. Λόγω της αδυναμίας της DNA πολυμεράσης να συνθέσει de novo αλυσίδες DNA, το πριμόσωμα συνθέτει μικρά τμήματα RNA (πρωταρχικά τμήματα), τα οποία επιμηκύνει η DNA πολυμεράση, συνδέοντας νουκλεοτίδια DNA με 3-5 φωσφοδιεστερικό δεσμό. Για το λόγο αυτό η συντιθέμενη αλυσίδα διαθέτει νουκλεοτίδια DNA και RNA, και η διαδικασία που βρίσκεται σε εξέλιξη είναι η αντιγραφή. Τα ένζυμα που λαμβάνουν μέρος στη διαδικασία αυτή από την έναρξή της είναι η DNA ελικάση, το πριμόσωμα και η DNA πολυμεράση (8 μονάδες) Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 6 από 6