ΘΕΜΑ Α Α1. β Α2. δ Α3. α Α4. α Α5. γ

Transcript

1 ΘΕΜΑ Α Α1. β Α2. δ Α3. α Α4. α Α5. γ ΘΕΜΑ B B1. Η συχνότητα των ετερόζυγων ατόμων με δρεπανοκυτταρική αναιμία ή β- θαλασσαιμία είναι αυξημένη σε περιοχές όπως οι χώρες της Μεσογείου, της Δυτικής και Ανατολικής Αφρικής και της Ν.Α. Ασίας, όπου εμφανιζόταν ελονοσία. Η αυξημένη συχνότητα οφείλεται στην ανθεκτικότητα των φορέων στην προσβολή από το πλασμώδιο (πρωτόζωο) που προκαλεί την ελονοσία, επειδή τα ερυθροκύτταρά τους δεν ευνοούν τον πολλαπλασιασμό του. Συνεπώς, η προστασία που προσδίδει η μετάλλαξη ως προς την ελονοσία αποτελεί ένα πλεονέκτημα, που τους παρέχει αυξημένη πιθανότητα επιβίωσης και δυνατότητα αναπαραγωγής. B2. Οι δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες είναι αλλαγές στη δομή ενός ή περισσότερων χρωμοσωμάτων. Η θραύση τμήματος από ένα ή περισσότερα χρωμοσώματα και στη συνέχεια η λανθασμένη επανένωσή του μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη μετατόπιση γονιδίων στο χρωμόσωμα. Οι δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες είναι αποτέλεσμα της δράσης μεταλλαξογόνων παραγόντων όπως οι ακτινοβολίες και οι διάφορες χημικές ουσίες.

2 Η μετατόπιση είναι αποτέλεσμα θραύσης ενός τμήματος του χρωμοσώματος και στη συνέχεια ένωσής του σε ένα άλλο μη ομόλογο χρωμόσωμα. Τα ογκογονίδια «προέρχονται» από γονίδια που υπάρχουν φυσιολογικά στο ανθρώπινο γονιδίωμα και ονομάζονται πρωτο-ογκογονίδια. Βρέθηκε ότι όλα τα πρωτο-ογκογονίδια έχουν πολύ σημαντικό ρόλο στη φυσιολογική λειτουργία του κυττάρου, ενεργοποιώντας τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, σε περιπτώσεις που αυτός είναι απαραίτητος όπως στην επούλωση τραυμάτων. Όμως διάφορα είδη μεταλλάξεων, που μπορεί να προκληθούν από μεταλλαξογόνους παράγοντες, μετατρέπουν τα πρωτοογκογονίδια σε ογκογονίδια, τα οποία υπερλειτουργούν και οδηγούν το κύτταρο σε ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό και δημιουργία καρκίνου. Η μετατροπή ενός πρωτο-ογκογονιδίου σε ογκογονίδιο μπορεί να είναι το αποτέλεσμα μιας γονιδιακής μετάλλαξης ή μιας χρωμοσωμικής ανωμαλίας, συνηθέστερα μετατόπισης. Β3. Στο γονιδίωμα των προκαρυωτικών οργανισμών τα γονίδια των ενζύμων που παίρνουν μέρος σε μια μεταβολική οδό, όπως η διάσπαση της λακτόζης ή η βιοσύνθεση διάφορων αμινοξέων, οργανώνονται σε οπερόνια, δηλαδή σε ομάδες που υπόκεινται σε κοινό έλεγχο της έκφρασής τους. 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.

3 Β4. Μία καλλιέργεια ξεκινάει με την προσθήκη μικρής ποσότητας κυττάρων στο θρεπτικό υλικό, μια διαδικασία που ονομάζεται εμβολιασμός. Μετά τον εμβολιασμό οι μικροοργανισμοί παραμένουν σε ένα κλίβανο που εξασφαλίζει σταθερή θερμοκρασία κατάλληλη για την ανάπτυξή τους. Με αυτό τον τρόπο σε μικρό χρονικό διάστημα, ωρών, παράγεται μεγάλος αριθμός μικροοργανισμών. Οι καλλιέργειες αυτές μπορούν να διατηρηθούν σε αδρανή μορφή στην κατάψυξη (-80 C) για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα. Για την αποφυγή ανάπτυξης άλλων μικροοργανισμών, εκτός εκείνων που πρόκειται να καλλιεργηθούν, τα θρεπτικά υλικά και οι συσκευές αποστειρώνονται πριν από την έναρξη της καλλιέργειας. ΘΕΜΑ Γ Γ1. Παραγωγή μιας φαρμακευτικής πρωτεΐνης ανθρώπινης προέλευσης από ένα διαγονιδιακά ζώο: Απομόνωση του ανθρώπινου γονιδίου που κωδικοποιεί τη φαρμακευτική πρωτεΐνη που μας ενδιαφέρει. Μικροέγχυση του γονιδίου στον πυρήνα ενός γονιμοποιημένου ωαρίου του ζώου. Τοποθέτηση του γενετικά τροποποιημένου ζυγωτού στη μήτρα ενήλικου ζώου για κυοφορία. Γέννηση του διαγονιδιακού ζώου. Το πρόβατο Dolly δημιουργήθηκε, όταν ο πυρήνας ενός κυττάρου του μαστικού αδένα ενός εξάχρονου πρόβατου τοποθετήθηκε στο ωάριο ενός άλλου πρόβατου. Από το ωάριο είχε προηγουμένως αφαιρεθεί ο πυρήνας. Το έμβρυο το οποίο δημιουργήθηκε ύστερα από 3-4 διαιρέσεις εμφυτεύτηκε στη μήτρα θετής μητέρας-προβατίνας, η οποία γέννησε τη Dolly.

4 Γ2. Οι μεταβολικές οδοί στον άνθρωπο ακολουθούν ορισμένα στάδια, καθένα από τα οποία ελέγχεται από κάποιο ένζυμο. Η δημιουργία μεταλλάξεων σε γονίδια που κωδικοποιούν κάποια από αυτά τα ένζυμα προκαλούν διάφορες κληρονομικές ασθένειες, όπως η φαινυλκετονουρία. Η φαινυλκετονουρία 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. Το σύνδρομο Down (τρισωμία 21) είναι η πιο κοινή αριθμητική χρωμοσωμική ανωμαλία. Τα άτομα με σύνδρομο Down εμφανίζουν καθυστέρηση στην ανάπτυξη, χαρακτηριστικές δυσμορφίες στο πρόσωπο και διανοητική καθυστέρηση. Στον καρυότυπο των ατόμων που πάσχουν, σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις, εμφανίζεται ένα επιπλέον χρωμόσωμα 21. Η ύπαρξη του επιπλέον χρωμοσώματος είναι αποτέλεσμα μη διαχωρισμού των χρωμοσωμάτων του 21ου ζεύγους κατά το σχηματισμό γαμετών στη μείωση. Με αυτό τον τρόπο δημιουργείται ωάριο, και σε σχετικά λιγότερες περιπτώσεις σπερματοζωάριο, με δύο χρωμοσώματα 21. Γονιμοποίηση του γαμέτη που έχει το επιπλέον χρωμόσωμα 21 με ένα φυσιολογικό θα δημιουργήσει στο ζυγωτό τρισωμία 21. Η έλλειψη είναι η απώλεια γενετικού υλικού. Το σύνδρομο φωνή της γάτας (cri-du-chat) οφείλεται στην έλλειψη ενός τμήματος από το χρωμόσωμα 5. Το σύνδρομο ονομάζεται έτσι, γιατί το κλάμα των νεογέννητων που πάσχουν μοιάζει με το κλάμα της γάτας. Τα άτομα που πάσχουν από το συγκεκριμένο σύνδρομο εμφανίζουν διανοητική καθυστέρηση.

5 Γ3. Μερικές φορές οι φαινοτυπικές αναλογίες των απογόνων δεν είναι αυτές που αναμένονται από τους νόμους του Mendel. Σε αυτές τις περιπτώσεις μπορεί να φαίνεται ότι δεν ισχύουν οι νόμοι του Mendel δε συμβαίνει όμως αυτό στην πραγματικότητα. Σε μια διασταύρωση μονοϋβριδισμού, με σχέση επικρατούςυπολειπόμενου, οι απόγονοι της Ρ γενιάς, δηλαδή τα άτομα της F1 γενιάς, είναι φαινοτυπικά όμοια μεταξύ τους ενώ οι απόγονοι της F1 γενιάς, δηλαδή τα άτομα της F2 γενιάς, εμφανίζουν φαινοτυπική αναλογία 3:1. Στα ατελώς επικρατή, ο φαινότυπος των ετερόζυγων ατόμων είναι ενδιάμεσος των δύο ομόζυγων. Έτσι τα άτομα της F 1 γενιάς έχουν ενδιάμεσο φαινότυπο σε σχέση με τα άτομα της Ρ γενιάς και ως εκ τούτου η αναλογία των ατόμων της F2 γενιάς είναι διαφορετική 1:2:1 από την αναλογία 3:1 που παρατηρείται στις περιπτώσεις των επικρατών-υπολειπόμενων γονιδίων. Σε τέτοιου τύπου διασταυρώσεις οι γονοτυπικές και φαινοτυπικές αναλογίες είναι ίδιες. Το γονίδιο I, που καθορίζει τις ομάδες αίματος, έχει τρία αλληλόμορφα (πολλαπλά αλληλόμορφα). Τα Ι Α και Ι Β κωδικοποιούν τα ένζυμα που σχηματίζουν τα Α και Β αντιγόνα αντίστοιχα, ενώ το i δεν κωδικοποιεί κάποιο ένζυμο. Τα Ι Α και Ι Β είναι συνεπικρατή (δηλαδή στα ετερόζυγο άτομα εκφράζονται και τα δύο αλληλόμορφα στο φαινότυπο) ενώ το i είναι υπολειπόμενο. Άτομα ομάδας Α έχουν γονότυπο, Ι Α Ι Α ή Ι Α i. Άτομα ομάδας Β έχουν γονότυπο Ι Β Ι Β ή Ι Β i, ενώ άτομα ΑΒ έχουν Ι Α Ι Β. Τα άτομα ομάδας Ο είναι ii. Τα πολλαπλά αλληλόμορφα μπορεί να αλλάζουν τις αναλογίες των νόμων του Mendel, επειδή δημιουργούν πολλά είδη φαινοτύπων λόγω των διαφορετικών συνδυασμών που γίνονται.

6 Τα γονίδια αρχίζουν τη λειτουργία τους πολύ σύντομα μετά τη γονιμοποίηση. Μερικά αλληλόμορφα δημιουργούν τόσο σοβαρά προβλήματα σε ένα έμβρυο που οδηγούν σε διακοπή της ανάπτυξης συνήθως πριν από την 8η εβδομάδα. Ένα τέτοιο άτομο δεν επιβιώνει μέχρι τη γέννηση και συνεπώς ο αντίστοιχος φαινότυπος χάνεται. Το αλληλόμορφο που προκαλεί πρόωρο θάνατο ονομάζεται θνησιγόνο. ΘΕΜΑ Δ Δ1. Η κυστική ίνωση κληρονομείται ως αυτοσωμική υπολειπόμενη ενώ η αχρωματοψία στο πράσινο και στο κόκκινο ως φυλοσύνδετη υπολειπόμενη. Α: φυσιολογικό Χ Δ : φυσιολογικό α: κυστική ίνωση Χ δ : αχρωματοψία Επομένως στην 1 η οικογένεια δεν μπορεί να κληρονομηθεί η αχρωματοψία στο πράσινο και στο κόκκινο επειδή το άτομο ΙΙ3 (θυγατέρα) πάσχει Χ δ Χ δ ενώ ο πατέρας της Ι1 δεν πάσχει Χ Δ Υ. Στην 1 η οικογένεια μπορεί να κληρονομηθεί η κυστική ίνωση: Ι1: Αα, Ι2: αα, ΙΙ1: Αα, ΙΙ2: αα, ΙΙ3: αα Στην 2 η οικογένεια μπορεί να κληρονομηθεί η κυστική ίνωση: Ι1: Αα, Ι2: Αα, ΙΙ1: ΑΑ ή Αα, ΙΙ2: αα, ΙΙ3: αα Στην 2 η οικογένεια μπορεί να κληρονομηθεί η αχρωματοψία: Ι1: Χ Δ Υ, Ι2: Χ Δ Χ δ, ΙΙ1: Χ Δ Χ Δ ή Χ Δ Χ δ, ΙΙ2: Χ δ Υ, ΙΙ3: Χ δ Υ

7 Δ2. Αν στην 1 η οικογένεια έχουμε την κληρονόμηση της αχρωματοψίας στο πράσινο και στο κόκκινο, οι γονότυποι των ατόμων είναι: Ι1: 44+Χ Δ Υ και Ι2: 44+Χ δ Χ δ ΙΙ1: 44+Χ Δ Χ δ ΙΙ2: 44+Χ δ Χ δ Υ (σε συνδυασμό με αριθμητική χρωμοσωμική ανωμαλία- Klinefelter) ΙΙ3: 44+Χ δ Ο (σε συνδυασμό με αριθμητική χρωμοσωμική ανωμαλία- Turner) Για το άτομο ΙΙ2 (44+Χ δ Χ δ Υ): Γονιμοποίηση μη φυσιολογικού ωαρίου (22+Χ δ Χ δ ) λόγω μη διαχωρισμού των φυλετικών χρωμοσωμάτων ΧΧ κατά την πρώτη μειωτική διαίρεση ή των αδελφών χρωματίδων του φυλετικού χρωμοσώματος Χ κατά τη δεύτερη μειωτική διαίρεση με φυσιολογικό σπερματοζωάριο (22+Υ). Για το άτομο ΙΙ3 (44+Χ δ Ο): Γονιμοποίηση φυσιολογικού ωαρίου (22+Χ δ ) με μη φυσιολογικό σπερματοζωάριο (22) λόγω μη διαχωρισμού των φυλετικών χρωμοσωμάτων ΧΥ κατά την πρώτη μειωτική διαίρεση ή των αδελφών χρωματίδων του φυλετικού χρωμοσώματος Χ ή Υ κατά τη δεύτερη μειωτική διαίρεση.

8 Δ3. ΥΠΟΚΙΝΗΤΗΣ Δ4. Επειδή ο τρόπος της αντιγραφής του DNA είναι ημισυντηρητικός, δηλαδή κάθε αλυσίδα DNA μπορεί να χρησιμεύει ως καλούπι για τη σύνθεση μιας συμπληρωματικής αλυσίδας, ώστε τελικά να σχηματίζονται δύο δίκλωνα μόρια DNA πανομοιότυπα με το μητρικό μόριο, για να αρχίσει η αντιγραφή του DNA, είναι απαραίτητο να ξετυλιχθούν στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής οι δύο αλυσίδες. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων, που σπάζουν τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των δύο αλυσίδων. Τα ένζυμα αυτά ονομάζονται DNA ελικάσες. Όταν ανοίξει η διπλή έλικα, δημιουργείται μια «θηλιά», η οποία αυξάνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις. Δ5. 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.

9 Οι υποκινητές βρίσκονται πάντοτε πριν από την αρχή κάθε γονιδίου. κάθε γονίδιο έχει το δικό του υποκινητή και μεταγράφεται αυτόνομα. Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς οι μεταγραφικοί παράγοντες παρουσιάζουν τεράστια ποικιλία. Κάθε κυτταρικός τύπος περιέχει διαφορετικά είδη μεταγραφικών παραγόντων. Διαφορετικός συνδυασμός μεταγραφικών παραγόντων ρυθμίζει τη μεταγραφή κάθε γονιδίου. Μόνο όταν ο σωστός συνδυασμός των μεταγραφικών παραγόντων προσδεθεί στον υποκινητή ενός γονιδίου, αρχίζει η RNA πολυμεράση τη μεταγραφή ενός γονιδίου. ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΚΟΤΡΟΠΟΥΛΟΣ ΒΙΟΛΟΓΟΣ