Να επιλέξετε την φράση που συμπληρώνει ορθά κάθε μία από τις ακόλουθες προτάσεις:

Transcript

1 ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 12/04/2017 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΒΙΟΛΟΓΙΑ Ο.Π. ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΔΕΚΑΤΕΣΣΕΡΙΣ (14) ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α Να επιλέξετε την φράση που συμπληρώνει ορθά κάθε μία από τις ακόλουθες προτάσεις: Α1. Στέλεχος E.coli δεν επιβιώνει σε θρεπτικό υλικό λακτόζης λόγω μετάλλαξης στο οπερόνιό της, η οποία καθιστά ανενεργή μία περιοχή του. Η μετάλλαξη αυτή είναι δυνατό να συνέβη: Α. Στο ρυθμιστικό γονίδιο Β. Στον χειριστή Γ. Στον υποκινητή των δομικών γονιδίων Δ. Στον υποκινητή του ρυθμιστικού γονιδίου Α2. Παντελής έλλειψη της HbA στον ανθρώπινο οργανισμό παρατηρείται στους: Α. Φορείς της β θαλασσαιμίας Β. Φορείς της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας Γ. Πάσχοντες από δρεπανοκυτταρική αναιμία Δ. Πάσχοντες από αιμορροφιλία Α Α3. Το 20% των βάσεων ενός τμήματος βακτηριακού DNA είναι Α+Τ (αδενίνη και θυμίνη). Το ποσοστό των βάσεων G+C (γουανίνη και κυτοσίνη) του RNA που μεταγράφεται από αυτό το DNA είναι: Α. 20% Β. 60% Γ. 80% Δ. 40% ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

2 ΑΡΧΗ 2ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Α4. Στο σύμπλοκο έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης δεν περιλαμβάνεται: Α. Το trna που μεταφέρει τη μεθειονίνη Β. Το mrna Γ. Η μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος Δ. Η μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος Α5. Ο αντιγονικός καθοριστής αποτελεί τμήμα των: Α. Β λεμφοκυττάρων Β. Αντισωμάτων Γ. Αντιγόνων Δ. Υβριδωμάτων Μονάδες 25 Α1- Γ, Α2- Γ, Α3- Γ, Α4- Δ, Α5- Γ. ΘΕΜΑ Β Β1. Να γράψετε τις διαδικασίες 1 έως 7 σύμφωνα με τη διαδοχή των διαδικασιών που επιτελούνται για τη γονιδιακή θεραπεία της κυστικής ίνωσης. Διαδικασία 1. Ενσωμάτωση του φυσιολογικού αλληλόμορφου στο γενετικό υλικό του ιού-φορέα. 2. Εισαγωγή του ιού στα κύτταρα του πνεύμονα. 3. Ψεκασμός του ανασυνδυασμένου ιού στους πνεύμονες του ασθενούς με τη βοήθεια βρογχοσκοπίου. 4. Ενσωμάτωση του φυσιολογικού γονιδίου στο γονιδίωμα των κυττάρων. 5. Παραγωγή της φυσιολογικής πρωτεΐνης στα κύτταρα του οργανισμού. 6. Επιλογή κατάλληλου ιού-φορέα, ο οποίος καθίσταται αβλαβής. 7. Απομόνωση και κλωνοποίηση του φυσιολογικού αλληλόμορφου Μονάδες 7 ΤΕΛΟΣ 2ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

3 ΑΡΧΗ 3ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Β2. Να αναφέρετε τρεις περιπτώσεις μελέτης της κληρονομικότητας του ανθρώπου για τις οποίες δεν ισχύει ο 2 ος νόμος του Mendel. Μονάδες 6 Α. όταν τα γονίδια που ελέγχουν τις ιδιότητες που μελετούμε εδράζονται στο ίδιο ζεύγος ομολόγων χρωμοσωμάτων, δηλαδή είναι συνδεδεμένα. Β. στην περίπτωση που μελετώνται χαρακτήρες που δεν είναι μονογονιδιακοί, όπως είναι η α-θαλασσαιμία ή το ύψος. Γ. στην κληρονομικότητα των μιτοχονδριακών γονιδίων, δεδομένου ότι η προέλευσή τους είναι πάντοτε μητρική. Β3. Στο δένδρο απεικονίζεται η μελέτη της μερικής αχρωματοψίας στο πράσινο κόκκινο σε μία οικογένεια Κώστας Άννα Μαρία Αντώνης Όλα τα άτομα της οικογένειας έχουν φυσιολογικό καρυότυπο, εκτός από τον Αντώνη, ο οποίος πάσχει από σύνδρομο Klinefelter. Α. Να γράψετε τα χαρακτηριστικά του συνδρόμου Klinefelter και να εξηγήσετε τον μηχανισμό ανευπλοειδίας που συνέβη κατά τη γέννηση του Αντώνη. Β. Να προσδιορίσετε την πιθανότητα η Μαρία να είναι φορέας της μερικής αχρωματοψίας. Μονάδες 4 Μονάδες 4 ΤΕΛΟΣ 3ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

4 ΑΡΧΗ 4ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Α. Τα άτομα με αυτό το σύνδρομο έχουν φυσιολογικό αριθμό αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων (44) και τρία φυλετικά χρωμοσώματα ΧΧΥ, εξωτερικά χαρακτηριστικά αρσενικού ατόμου, όμως είναι στείρα. Τα χαρακτηριστικά του συνδρόμου εμφανίζονται μετά την εφηβεία. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 2 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Εάν συμβολίσουμε με Χ Δ το φυσιολογικό αλληλόμορφο και με Χ δ το φυλοσύνδετο υπολειπόμενο αλληλόμορφο για τη μερική αχρωματοψία, ο Αντώνης έχει γονότυπο Χ δ Χ δ Υ και η μητέρα του είναι φορέας Χ Δ Χ δ, διότι προέρχεται από ασθενή πατέρα. Ο πατέρας του Αντώνη έχει γονότυπο Χ Δ Υ. Συνεπώς, το άτομο αυτό προέκυψε εξαιτίας μη διαχωρισμού των αδελφών χρωματίδων του Χ δ χρωμοσώματος στη 2 η μειωτική διαίρεση της μητέρας του. Το ωάριο με σύσταση Χ δ Χ δ γονιμοποιήθηκε από ένα σπερματοζωάριο με Υ φυλετικό χρωμόσωμα και προέκυψε το άτομο με Klinefelter και μερική αχρωματοψία. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 2 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Β. Από τη διασταύρωση Χ Δ Υ Χ Δ Χ δ (του Κώστα και της Μαρίας) προκύπτουν οι απόγονοι: F: Χ Δ Χ Δ, Χ Δ Χ δ, Χ Δ Υ, Χ δ Υ Δεδομένου ότι η Μαρία είναι θηλυκό άτομο, η πιθανότητα να είναι φορέας είναι 50%. Η πιθανότητα αυτή είναι απόρροια του 1 ου νόμου Μέντελ, σύμφωνα με τον οποίο «κατά τον σχηματισμό γαμετών διαχωρίζονται τα ομόλογα χρωμοσώματα και τα αλληλόμορφα γονίδια σε ίση αναλογία και οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών των γονέων». Β4. Να αναφέρετε (απλή αναφορά) ποια μόρια DNA είναι δυνατό να αντιγράφονται μέσα σε ένα κύτταρο ανεξάρτητα από το κύριο DNA του κυττάρου. Μονάδες 4 Τα πλασμίδια, Το DNA των ιών, όπως των φάγων (λ και Τ2) Το DNA των μιτοχονδρίων, Το DNA των χλωροπλαστών. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 1 μονάδα για κάθε σωστή απάντηση.) ΤΕΛΟΣ 4ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

5 ΑΡΧΗ 5ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΘΕΜΑ Γ Γ1. Σε ένα είδος φυτού, το άνθος μπορεί να είναι κόκκινο, λευκό ή ροζ. Από τις πολλαπλές διασταυρώσεις ορισμένων φυτών αυτού του είδους προέκυψαν τα αποτελέσματα: Διασταύρωση Πατρική γενιά Αναλογία στη θυγατρική γενιά 1 η Κόκκινο Λευκό 1 κόκκινο : 1 λευκό : 1 ροζ 2 η Ροζ Κόκκινο 1 ροζ : 2 κόκκινο : 1 λευκό 3 η Ροζ Λευκό 1 ροζ : 2 λευκό : 1 κόκκινο Δεδομένου ότι κάθε φυτό πατρικής γενιάς αυτών των διασταυρώσεων είναι ετερόζυγο, να προσδιορίσετε τον αριθμό των αλληλόμορφων που είναι υπεύθυνα για το χρώμα του άνθους, καθώς και τον τύπο κληρονομικότητάς τους. Να γράψετε τους γονότυπους των ατόμων της κάθε πατρικής γενιάς και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 8 Εφόσον από την 1 η διασταύρωση ανάμεσα σε λευκά και κόκκινα φυτά μεταξύ άλλων προκύπτουν και ροζ φυτά, αυτό σημαίνει πως το λευκό και το κόκκινο είναι ατελώς επικρατή. Ατελώς επικρατή ονομάζονται τα αλληλόμορφα γονίδια που προσδίδουν στα ετερόζυγα άτομα έναν φαινότυπο ενδιάμεσο των ομόζυγων ατόμων. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 3 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Όμως από την εκφώνηση δίνεται ότι τα άτομα της πατρικής γενιάς, άρα και το κόκκινο και το λευκό στην πρώτη διασταύρωση, είναι ετερόζυγα, επομένως υπάρχει και ένα τρίτο αλληλόμορφο υπολειπόμενο έναντι των άλλων δύο. Παρατηρούμε όμως ότι αυτό δεν εκδηλώνεται στους απογόνους. Από τα παραπάνω και από την αναλογία 1:1:1 καταλαβαίνουμε πως το τρίτο, υπολειπόμενο αλληλόμορφο είναι θνησιγόνο, δηλαδή ένα αλληλόμορφο που δεν επιτρέπει την επιβίωση των ομόζυγων ατόμων. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 3 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Αναλόγως στη 2 η διασταύρωση ροζ (ετερόζυγου) φυτού με κόκκινο ετερόζυγο δίνει τόσο ετερόζυγα ροζ φυτά, όσο και ετερόζυγα κόκκινα και λευκά (με το θνησιγόνο στο γονότυπό τους) και ομοίως στην 3 η διασταύρωση. Εάν συμβολίσουμε με Κ1 το αλληλόμορφο για το κόκκινο, Κ2 για το λευκό και Κ3 το θνησιγόνο, τότε οι γονότυποι των ατόμων της κάθε πατρικής γενιάς είναι: 1 η : Κ1Κ3 Κ2Κ3 2 η : Κ1Κ2 Κ1Κ3 3 η : Κ1Κ2 Κ2Κ3 ΤΕΛΟΣ 5ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

6 ΑΡΧΗ 6ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 2 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Γ2. Οι εικόνες 1 και 2 αποτελούν τους καρυότυπους δύο ανώτερων ευκαρυωτικών πολυκύτταρων οργανισμών (Οργανισμός Α και Οργανισμός Β) διαφορετικών ειδών: ΕΙΚΟΝΑ 1: ΚΑΡΥΟΤΥΠΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ Α ΕΙΚΟΝΑ 2: ΚΑΡΥΟΤΥΠΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ Β ΤΕΛΟΣ 6ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

7 ΑΡΧΗ 7ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Α. Να αναφέρετε (απλή αναφορά) πόσα μόρια DNA και πόσα ζεύγη χρωματίδων υπάρχουν στον καρυότυπο των οργανισμών Α και Β; Μονάδες 4 Στον καρυότυπο του οργανισμού Α υπάρχουν 76 μόρια DNA και 38 ζεύγη χρωματίδων (δηλαδή 76 χρωματίδες). Στον καρυότυπο του οργανισμού Β υπάρχουν 108 μόρια DNA και 54 ζεύγη χρωματίδων (δηλαδή 108 χρωματίδες). Οι οργανισμοί Α και Β είναι υποψήφιοι για να υποβληθούν σε διαδικασία κατάλληλης γενετικής τροποποίησης με τη μέθοδο της μικροέγχυσης με σκοπό στη συνέχεια την παραγωγή και τη συλλογή από αυτούς μίας ανθρώπινης φαρμακευτικής πρωτεΐνης (μέθοδος gene pharming). Β. Να γράψετε τα βήματα που ακολουθούνται για τη δημιουργία ζώου gene pharming. Μονάδες 4 Τα βήματα που απαιτούνται για την παραγωγή μιας φαρμακευτικής πρωτεΐνης από διαγονιδιακό ζώο είναι τα εξής: Απομόνωση του ανθρώπινου γονιδίου που κωδικοποιεί την φαρμακευτική πρωτεΐνη που μας ενδιαφέρει. Μικροέγχυση του γονιδίου στον πυρήνα ενός γονιμοποιημένου ωαρίου του ζώου. Τοποθέτηση του γενετικώς τροποποιημένου ζυγωτού στη μήτρα ενήλικου ζώου για κυοφορία. Γέννηση του διαγονιδιακού ζώου. Διασταυρώσεις με σκοπό τη μεταβίβαση της τροποποιημένης γενετικής πληροφορίας στους απογόνους. Παραγωγή, απομόνωση και καθαρισμός της φαρμακευτικής πρωτεΐνης. Γ. Με βάση και τους καρυότυπους των οργανισμών, να εξηγήσετε ποιος από τους δύο οργανισμούς (Α ή Β) είναι κατάλληλος για να υποστεί τη γενετική τροποποίηση ώστε μετά τη γέννηση και ενηλικίωσή του να παράγει την ανθρώπινη πρωτεΐνη. Μονάδες 2 ΤΕΛΟΣ 7ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

8 ΑΡΧΗ 8ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Η μέθοδος αποσκοπεί στην παραγωγή φαρμακευτικής πρωτεΐνης στο γάλα των ζώων. Ο οργανισμός Β είναι αρσενικός και για τον λόγο αυτόν δεν είναι κατάλληλος για την παραγωγή φαρμακευτικής ουσίας. Αντίθετα ο οργανισμός Α είναι θηλυκό άτομο και είναι κατάλληλος για τη συγκεκριμένη γενετική τροποποίηση. Δ. Το ανθρώπινο γονίδιο που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση της ανθρώπινης φαρμακευτικής πρωτεΐνης είναι: 5 CCAGTCATGAAAGCTCATTTGCAGGGTAACCTGG 3 3 GGTCAGTACTTTCGAGTAAACGTCCCATTGGACC 5 Στην αλληλουχία του γονιδίου δεν περιλαμβάνονται ρυθμιστικές περιοχές. Το εν λόγω γονίδιο κωδικοποιεί την πεπτιδική αλυσίδα: H 2 N met lys ala gly - COOH i) Να γράψετε την αλληλουχία βάσεων που αναμένεται να υπάρχει στη cdna βιβλιοθήκη από το ανθρώπινο κύτταρο όπου εκφράζεται το εν λόγω γονίδιο (Μονάδες 2). Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας με 50 το πολύ λέξεις (Μονάδες 2). [Στο τέλος των θεμάτων παρατίθεται ο Γενετικός Κώδικας.] Μονάδες 4 Κωδική αλυσίδα είναι η 1 η, διότι περιέχει (από 5 προς 3 ) το κωδικόνιο έναρξης, τα κωδικόνια που κωδικοποιούν τα αμινοξέα του πεπτιδίου και το κωδικόνιο λήξης: 5 CCAGTC ATG AAA GCT CATTTGCA GGG TAA CCTGG 3 Η cdna βιβλιοθήκη κατασκευάζεται με την απομόνωση του ολικού ώριμου mrna από κύτταρο που παράγει την πρωτεΐνη που μας ενδιαφέρει. Για τον λόγο αυτό τα γονίδια που υπάρχουν σε αυτήν δεν περιέχουν εσώνια. Συνεπώς, η αλληλουχία που θα απομονωθεί από cdna βιβλιοθήκη του κυττάρου που εκφράζει το γονίδιο είναι: 5 CCAGTC ATG AAA GCT GGG TAA CCTGG 3 3 GGTCAG TAC TTT CGA CCC ATT GGACC 5 ii) Η πρωτεΐνη που παράγεται από το γονίδιο συμμετέχει στην ομαλή λειτουργία των μιτοχονδρίων στα ανθρώπινα κύτταρα. Μετάλλαξη στο εν λόγω γονίδιο οδηγεί σε αδυναμία σύνθεσης της πρωτεΐνης με αποτέλεσμα σοβαρή κληρονομική διαταραχή δυσλειτουργίας των μιτοχονδρίων. Με δεδομένο ότι το μόριο DNA στο οποίο εδράζεται το γονίδιο αυτό έχει δύο (2) ελεύθερες φωσφορικές ομάδες να εξηγήσετε σε ποια περιοχή ΤΕΛΟΣ 8ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

9 ΑΡΧΗ 9ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ του κυττάρου εντοπίζεται και πώς είναι δυνατό να επηρεάζει τη λειτουργία των μιτοχονδρίων. Μονάδες 3 Το μιτοχονδριακό DNA των ανθρώπων είναι κυκλικό μόριο και συνεπώς δεν φέρει ελεύθερες φωσφορικές ομάδες. Αντίθετα, το πυρηνικό DNA είναι γραμμικό και κάθε μόριο DNA από τον πυρήνα ανθρώπινου κυττάρου έχει 2 ελεύθερες φωσφορικές ομάδες σε κάθε 5 άκρο του. Άρα το γονίδιο προέρχεται από DNA του πυρήνα. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 2 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Το γενετικό υλικό των μιτοχονδρίων κωδικοποιεί μικρό αριθμό πρωτεϊνών, ενώ οι περισσότερες πρωτεΐνες, που είναι απαραίτητες για τη λειτουργία των οργανιδίων αυτών, κωδικοποιείται από τον πυρήνα. Το γεγονός αυτό δείχνει ότι η λειτουργία των οργανιδίων αυτών εξαρτάται άμεσα και από τον πυρήνα και γι αυτό το λόγο χαρακτηρίζονται ως ημιαυτόνομα οργανίδια. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 1 μονάδα για αυτή την απάντηση.) ΘΕΜΑ Δ Ένα ανθρώπινο συνεχές γονίδιο κωδικοποιεί τη σύνθεση του ενζύμου Α που συμμετέχει σε μεταβολική οδό. Το γονίδιο εδράζεται στον μικρό βραχίονα του χρωμοσώματος 13. Τμήμα από τον μικρό βραχίονα του χρωμοσώματος 13, που περιέχει το γονίδιο, απομονώνεται από ανθρώπινο σωματικό κύτταρο στην αρχή της μεσόφασης και υποβάλλεται στη δράση της περιοριστικής ενδονουκλεάσης BamHI. Τα θραύσματα που προέκυψαν μετά τη δράση της ενδουκλεάσης δίνονται παρακάτω: Θραύσμα 1: 3 GTACGCAAAATCCGGACCTAGGGAGACTGGACCTAG 5 5 GATCCATGCGTTTTAGGCCTGGATCCCTCTGACCTG 3 Θραύσμα 2: 3 GATTTGGCAAAAAA 5 5 GATCCTAAACCGTTTTTT 3 Θραύσμα 3: 3 GAAAAGCCTAG 5 5 CTTTTCG 3 Η αλληλουχία 3 GAAA 5 (και η συμπληρωματική της) αποτελούν τον υποκινητή του γονιδίου. Δ1. Να τοποθετήσετε στην κατάλληλη σειρά τα θραύσματα (1,2,3) για να σχηματιστεί η αλληλουχία του ακέραιου τμήματος του μικρού βραχίονα του χρωμοσώματος 13, όπως αυτό απομονώνεται από τον ανθρώπινο οργανισμό. (Μονάδα 1). Αφού γράψετε την αλληλουχία του ΤΕΛΟΣ 9ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

10 ΑΡΧΗ 10ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ακέραιου τμήματος να προσδιορίσετε την αλληλουχία μήκους 6 ζευγών βάσεων που αναγνωρίζει η BamHI (Μονάδα 1). Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας (Μονάδες 3). Μονάδες 5 Η σωστή σειρά με την οποία πρέπει να τοποθετηθούν τα θραύσματα για να προκύψει το ακέραιο τμήμα DNA είναι η εξής: Θραύσμα 3 Θραύσμα 1 Θραύσμα 2 Η αλληλουχία του ακέραιου τμήματος συνεπώς είναι: 3 GAAAAGCCTAGGTACGCAAAATCCGGACCTAGGGAGACTGGACCTAGGATTTGGCAAAAAA 5 5 CTTTTCGGATCCATGCGTTTTAGGCCTGGATCCCTCTGACCTGGATCCTAAACCGTTTTTT 3 (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 1 μονάδα για αυτή την απάντηση.) Ο υποκινητής είναι μία αλληλουχία που βρίσκεται πάντοτε πριν από την αρχή κάθε γονιδίου. Στο τμήμα DNA εντοπίζονται κωδικόνια έναρξης και λήξης μετά την αλληλουχία του υποκινητή στην κωδική και αντίστοιχα στη μη κωδική αλυσίδα. H RNA πολυμεράση δρα πάντοτε με κατεύθυνση 5 3, συνεπώς η παραπάνω τοποθέτηση των θραυσμάτων είναι η σωστή για να μπορεί το 3 άκρο της μη κωδικής αλυσίδας του γονιδίου να βρίσκεται προς την πλευρά του υποκινητή. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 2 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Σημείωση: Η παραπάνω τοποθέτηση των θραυσμάτων είναι η μόνη που δίνει τη σωστή αλληλουχία στο τμήμα DNA ούτως ώστε το γονίδιο που περιέχεται να βρίσκεται στη σωστή θέση σε σχέση με τον υποκινητή του και να μπορεί να εκφραστεί (συνεπώς αποκλείονται οι περιπτώσεις τοποθέτησης των θραυσμάτων σε σειρά μετά από αναστροφή κάποιου ή κάποιων από αυτά). Οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες είναι ένζυμα που παράγονται από βακτήρια και έχουν την ικανότητα να αναγνωρίζουν μικρές ειδικές αλληλουχίες δίκλωνου DNA μήκους 4-8 ζευγών βάσεων τις οποίες κόβουν σε καθορισμένα σημεία, αφήνοντας μονόκλωνα άκρα από αζευγάρωτες βάσεις στα κομμένα άκρα. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 1 μονάδα για αυτή την αιτιολόγηση.) Τα μονόκλωνα άκρα των θραυσμάτων περιέχουν βάσεις που είναι συμπληρωματικές, συνεπώς παρατηρώντας τα μονόκλωνα άκρα των θραυσμάτων που δίνονται συμπεραίνουμε ότι η αλληλουχία μήκους 6 ζευγών βάσεων που αναγνωρίζει η BamHI είναι η εξής: 5 GGATCC 3 (και η συμπληρωματική της), την οποία και κόβει μεταξύ G και G. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 1 μονάδα για αυτή την απάντηση.) ΤΕΛΟΣ 10ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

11 ΑΡΧΗ 11ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Δ2. Να γράψετε το mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή του γονιδίου που περιέχεται στο τμήμα που απομονώθηκε (Μονάδα 1), επισημαίνοντας μέσα σε αγκύλες την περιοχή με την οποία το mrna θα προσδεθεί στη συνέχεια στη μικρή ριβοσωμική υπομονάδα κατά την έναρξη της διαδικασίας της μετάφρασης (Μονάδα 1). Να μην αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. Το μόριο mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή είναι: Μονάδες 2 5 [UCGGAUCC] AUGCGUUUUAGGCCUGGAUCCCUCUGACCUGGAUCCUAAACCGUUUUUU3 Μέσα στην αγκύλη σημειώνεται η 5 αμετάφραστη περιοχή του mrna με την οποία θα προσδεθεί στη μικρή ριβοσωμική υπομονάδα. Δ3. Το θραύσμα που περιέχει το εν λόγω γονίδιο ενσωματώθηκε με κατάλληλες τεχνικές σε πλασμίδια που είχαν κοπεί με την ίδια περιοριστική ενδονουκλεάση, με τα οποία στη συνέχεια μετασχηματίστηκαν βακτήρια που δεν περιείχαν δικά τους πλασμίδια. Μετά την επιλογή των βακτηρίων που προσέλαβαν ανασυνδυασμένα πλασμίδια, τα βακτήρια αυτά αναπτύχθηκαν σε κατάλληλες συνθήκες σε κλειστή καλλιέργεια με σκοπό την παραγωγή και συλλογή του πεπτιδίου από την καλλιέργεια. Να περιγράψετε τις φάσεις ανάπτυξης του βακτηρίου στην καλλιέργεια. ΤΕΛΟΣ 11ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ Μονάδες 5 Στην κλειστή καλλιέργεια οι φάσεις ανάπτυξης των μικροοργανισμών είναι η λανθάνουσα, η εκθετική, η στατική και η φάση θανάτου. Κατά τη λανθάνουσα φάση ο πληθυσμός των μικροοργανισμών που προέρχεται από την αρχική καλλιέργεια παραμένει σχεδόν σταθερός. Αυτό οφείλεται στο ότι οι μικροοργανισμοί χρειάζονται κάποιο χρονικό διάστημα για να προσαρμοστούν στις καινούργιες συνθήκες και να αρχίσουν να αναπτύσσονται. Στη συνέχεια, οι μικροοργανισμοί διαιρούνται με ταχύ ρυθμό, επειδή η καλλιέργεια πραγματοποιείται κάτω από άριστες συνθήκες θερμοκρασίας, ph, συγκέντρωσης Ο 2 και στο υλικό καλλιέργειας υπάρχουν άφθονα θρεπτικά συστατικά. Αυτή η φάση ανάπτυξης ονομάζεται εκθετική, επειδή ο αριθμός των μικροοργανισμών αυξάνεται εκθετικά. Ακολουθεί η στατική φάση, κατά την οποία ο πληθυσμός των βακτηρίων δεν αυξάνεται, λόγω εξάντλησης κάποιου θρεπτικού συστατικού ή λόγω συσσώρευσης τοξικών προϊόντων από το μεταβολισμό των μικροοργανισμών.

12 ΑΡΧΗ 12ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Τέλος κατά τη φάση θανάτου ο αριθμός των μικροοργανισμών μειώνεται. Παρ' ότι η διαδοχή των φάσεων ανάπτυξης σε κάθε κλειστή καλλιέργεια είναι συγκεκριμένη, η διάρκεια κάθε φάσης διαφέρει ανάλογα με το είδος των μικροοργανισμών. Οι μικροοργανισμοί παράγουν χρήσιμα προϊόντα συνήθως κατά τη διάρκεια της εκθετικής και της στατικής φάσης ανάπτυξής τους. Δ4. Μετά την ανάπτυξη των βακτηρίων στην καλλιέργεια διαπιστώθηκε ότι τα βακτήρια δεν παρήγαγαν το πεπτίδιο που κωδικοποιείται από το ανθρώπινο γονίδιο που είχαν προσλάβει. Δεδομένου ότι δεν έχει συμβεί μετάλλαξη στο γονιδίωμα των μετασχηματισμένων βακτηρίων και ότι το θραύσμα ενσωματώθηκε μετά από αλληλουχία υποκινητή στο πλασμίδιο, να περιγράψετε δύο (2) λόγους που να εξηγούν γιατί τα μετασχηματισμένα βακτήρια δεν παρήγαγαν το πεπτίδιο. Μονάδες 5 1 Ος λόγος: ο τρόπος (προσανατολισμός) με τον οποίο το θραύσμα ενσωματώθηκε στο πλασμίδιο αμέσως μετά από τον υποκινητή Το θραύσμα που περιέχει το γονίδιο (Θραύσμα 1) διαθέτει και στα δύο άκρα του τις ίδιες μονόκλωνες αζευγάρωτες βάσεις, οι οποίες είναι συμπληρωματικές με τις αντίστοιχες που θα προκύψουν μετά την επίδραση της ίδιας ενδονουκλεάσης στο πλασμίδιο. Συνεπώς είναι δυνατόν το θραύσμα να ενσωματωθεί στο πλασμίδιο είτε με τον προσανατολισμό που δίνεται είτε ανεστραμμένο. Από τις δύο όμως περιπτώσεις, μόνο η μία οδηγεί σε έκφραση του γονιδίου και παραγωγή του πεπτιδίου: η περίπτωση κατά την οποία το θραύσμα θα ενσωματωθεί με τέτοιο τρόπο ώστε το 3 άκρο της μη κωδικής αλυσίδας του να βρίσκεται προς την πλευρά του υποκινητή του πλασμιδίου. Συνεπώς, αν θεωρηθεί ότι το θραύσμα ενσωματώθηκε στο πλασμίδιο λανθασμένα (δηλαδή με το 5 αντί για το 3 άκρο της μη κωδικής του αλυσίδας προς την πλευρά του υποκινητή), τότε το γονίδιο δε θα μπορεί να εκφραστεί και συνεπώς δε θα παράγεται το πεπτίδιο που κωδικοποιεί. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 3 μονάδες για αυτή την απάντηση.) 2 ος λόγος: η γονιδιακή ρύθμιση στα βακτήρια που χρησιμοποιούνται ως ξενιστές. Η RNA πολυμεράση προσδένεται σε ειδικές περιοχές του DNA, που ονομάζονται υποκινητές, με τη βοήθεια πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες. Οι υποκινητές και οι μεταγραφικοί παράγοντες αποτελούν τα ρυθμιστικά στοιχεία της μεταγραφής του DNA και επιτρέπουν στην RNA πολυμεράση να αρχίσει σωστά τη μεταγραφή. Η RNA πολυμεράση λειτουργεί και στους προκαρυωτικούς οργανισμούς με τη βοήθεια πρωτεϊνών, που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες. Στα βακτήρια βέβαια η ρύθμιση της ΤΕΛΟΣ 12ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ

13 ΑΡΧΗ 13ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ γονιδιακής έκφρασης αποσκοπεί κυρίως στην προσαρμογή του οργανισμού στις εναλλαγές του περιβάλλοντος, έτσι ώστε να εξασφαλίζονται οι καλύτερες συνθήκες για τις βασικές του λειτουργίες, που είναι η αύξηση και η διαίρεση. Ένα βακτήριο διαθέτει πολλά γονίδια, όπως η Ε. coli που διαθέτει γονίδια, όμως μερικά από αυτά μεταγράφονται συνεχώς και κωδικοποιούν πρωτεΐνες, ενώ άλλα μεταγράφονται μόνον όταν το κύτταρο αναπτύσσεται σε ειδικές περιβαλλοντικές συνθήκες, επειδή τα προϊόντα των γονιδίων αυτών είναι απαραίτητα για την επιβίωση του κυττάρου στις συνθήκες αυτές. Συνεπώς, εάν ο υποκινητής του γονιδίου του πλασμιδίου μετά τον οποίο τοποθετήθηκε το ανθρώπινο γονίδιο δεν είναι ενεργός στις συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες που αναπτύσσεται το βακτήριο, το γονίδιο δεν εκφράζεται. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 2 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Δ5. Στο 12 ο χρωμόσωμα του ανθρώπου εντοπίζεται το γονίδιο για τη σύνθεση του ενζύμου Φ που διασπά τη φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη στον ανθρώπινο οργανισμό και η έλλειψή του προκαλεί φαινυλκετονουρία. Για τα δύο ένζυμα είναι γνωστή η μεταβολική οδός: phe Φ tyr Ουσία Κ Α Ουσία Μ (phe = φαινυλαλανίνη, tyr = τυροσίνη) Α. Να εξηγήσετε ποια είναι τα συμπτώματα της φαινυλκετονουρίας στον ανθρώπινο οργανισμό (Μονάδες 3). Η φαινυλκετονουρία (PKU = Phenyl Keton Urea) είναι μία ασθένεια η οποία προκαλείται από την έλλειψη του ενζύμου που στα φυσιολογικά άτομα μετατρέπει το αμινοξύ φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση φαινυλαλανίνης. Στα άτομα που είναι ομόζυγα για το υπολειπόμενο μεταλλαγμένο γονίδιο παρεμποδίζεται η φυσιολογική ανάπτυξη και λειτουργία των κυττάρων του εγκέφαλου, με συνέπεια τη διανοητική καθυστέρηση. Β. Είναι γνωστό ότι η έλλειψη του ενζύμου Α προκαλεί συσσώρευσή της ουσίας Κ στον ανθρώπινο οργανισμό με αποτέλεσμα την εμφάνιση της ασθένειας Wilson. Η ασθένεια κληρονομείται με όμοιο τρόπο κληρονομικότητας με τη φαινυλκετονουρία. Δύο γονείς είναι φορείς αμφότερων των ασθενειών. Ποια είναι η πιθανότητα από τους γονείς αυτούς να γεννηθεί απόγονος με φαινυλκετονουρία, ποια είναι η πιθανότητα να γεννηθεί απόγονος με νόσο Wilson και ποια με αμφότερες τις ασθένειες (Μονάδες 3). Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας (Μονάδες 2). Για την αιτιολόγηση δεν χρειάζεται να αναφερθείτε στους νόμους του Mendel. ΤΕΛΟΣ 13ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ Μονάδες 8

14 ΑΡΧΗ 14ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Η φαινυλκετονουρία (συνεπώς και η νόσος Wilson) κληρονομούνται με ααυτοσωμικό υπολειπόμενο τύπο κληρονομικότητας, συνεπώς θα χρησιμοποιηθούν οι παρακάτω συμβολισμοί για τα γονίδια: Φ : φυσιολογικό αλληλόμορφο για την παραγωγή του ενζύμου Φ που μεταβολίζει τη φαινυλαλανίνη σε τυροσίνη φ: μεταλλαγμένο αλληλόμορφο υπεύθυνο για τη μη παραγωγή του ενζύμου Φ (σε ομόζυγη κατάσταση οδηγεί σε φαινυλκετονουρία) Α: φυσιολογικό αλληλόμορφο για την παραγωγή του ενζύμου Α που μεταβολίζει την ουσία Κ σε ουσία Μ α: μεταλλαγμένο αλληλόμορφο υπεύθυνο για τη μη παραγωγή του ενζύμου Α (σε ομόζυγη κατάσταση οδηγεί σε νόσο Wilson) Οι γονείς είναι φορείς και των δύο ασθενειών, συνεπώς ο γονότυπος και των δύο γονέων είναι ΦφΑα. Από τη διασταύρωση ΦφΑα ΦφΑα προκύπτουν άτομα με γονότυπο Φ_Α_ με πιθανότητα 9/16, άτομα με γονότυπο Φ_αα με πιθανότητα 3/16, άτομα με γονότυπο φφα_ με πιθανότητα 3/16 και τέλοςάτομα με γονότυπο φφαα με πιθανότητα 1/16. Δεδομένης της μεταβολικής οδού, άτομα με φαινυλκετονουρία δεν παράγουν την ουσία tyr και συνεπώς την ουσία Κ, άρα δεν μπορούν να εμφανίσουν ασθένεια Wilson. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 2 μονάδες για αυτή την απάντηση.) Συνεπώς, η πιθανότητα από τους γονείς αυτούς να γεννηθεί απόγονος με φαινυλκετονουρία είναι 4/16 (άτομα με γονότυπο φφα_ και άτομα φφαα). Η πιθανότητα να γεννηθεί απόγονος με νόσο Wilson είναι 3/16 και δεν υπάρχει καμία πιθανότητα να γεννηθεί άτομο με αμφότερες τις ασθένειες. (Ο υποψήφιος βαθμολογείται με 3 μονάδες για αυτή την απάντηση.) ΤΕΛΟΣ 14ΗΣ ΑΠΟ 14 ΣΕΛΙΔΕΣ