ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ

Transcript

1 ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ Εκφωνήσεις ΘΕΜΑ 1 ο Να βάλετε σε κύκλο το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1. Πόσα µόρια DNA απεικονίζονται στον καρυότυπο ενός σωµατικού κυττάρου, ενός ατόµου που πάσχει από σύνδροµο Turner; α. 92 β. 91 γ. 90 δ Τοξίνη µε εντοµοκτόνο δράση παράγει α. το Agrobacterium tumefaciens β. ο Bacillus thurigiensis γ. το Mycobacterium tuberculosis δ. η Escherichia coli 3. Κατά τη διαδικασία της κλωνοποίησης ζώων ο πυρήνας σωµατικού κυττάρου τοποθετείται α. σε βακτήριο ξενιστή β. σε γονιµοποιηµένο ωάριο γ. σε ωάριο που δεν περιέχει άλλον πυρήνα δ. σε σπερµατοζωάριο 4. Οι ασθένειες που οφείλονται σε βλάβες των µιτοχονδριακών γονιδίων α. κληρονοµούνται µόνο από τη µητέρα στους απογόνους β. κληρονοµούνται µόνο από τον πατέρα στους απογόνους γ. δεν κληρονοµούνται στους απογόνους δ. εµφανίζουν φυλοσύνδετο τύπο κληρονοµικότητας 5. Η περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI αποτελείται από: α. δεόξυριβονουκλεοτίδια β. αµινοξέα γ. ριβονουκλεοτίδια δ. εσώνια ΘΕΜΑ 2 ο Α. Να περιγράψετε τη διαδικασία δηµιουργίας διαγονιδιακών φυτών. Β. Να αναφέρετε 5 ένζυµα που σχηµατίζουν τον 3 5 φωσφοδιεστερικό δεσµό και το ρόλο τους στο κύτταρο.

2 Γ. Ένα ηπατικό και ένα παγκρεατικό κύτταρο του ίδιου ανθρώπου: α) έχουν ίδιες ή διαφορετικές γονιδιωµατικές βιβλιοθήκες; β) έχουν ίδιες ή διαφορετικές cdna βιβλιοθήκες;. Γιατί ο καρκίνος δεν κληρονοµείται ως απλός µενδελικός χαρακτήρας; ΘΕΜΑ 3 ο Α. Από τη διασταύρωση σκύλων µε αραιό τρίχωµα µε σκύλους µε πυκνό τρίχωµα, προκύπτουν σκύλοι σε αναλογία 1 αραιό: 1 πυκνό. Η διασταύρωση ατόµων µε αραιό τρίχωµα µεταξύ τους δίνει απογόνους σε αναλογία 2 αραιό: 1 πυκνό. Να γράψετε τις διασταυρώσεις και να εξηγήσετε τα αποτελέσµατα. B. Να υπολογιστούν τα παρακάτω: α) Αν στη µία αλυσίδα του τµήµατος αυτού ισχύει ότι A1+T1/G1+C1=1.5, να υπολογιστεί ο λόγος στην άλλη αλυσίδα και στο συνολικό µόριο. β) Αν στη µία αλυσίδα του τµήµατος αυτού ισχύει ότι A1+C1/T1+G1=3, να υπολογιστεί ο λόγος στην άλλη αλυσίδα και στο συνολικό µόριο. γ) Αν το 20% των βάσεων ενός δίκλωνου τµήµατος βακτηριακού DNA είναι αδενίνη-θυµίνη ποιο θα είναι το ποσοστό των βάσεων γουανίνη-κυτοσίνη του RNA που µεταγράφεται από αυτό το DNA; ΘΕΜΑ 4 ο Α. Το παρακάτω τµήµα DNA προκαρυωτικού οργανισµού περιέχει γονίδιο: AGCCCATACATGTTCTCACCCCAACTATGAAAAAA TCGGGTATGTACAAGAGTGGGGTTGATACTTTTTT 1. Να γράψετε την κωδική και τη µη κωδική αλυσίδα του γονιδίου και το mrna που θα προκύψει κατά τη µεταγραφή, αιτιολογώντας την απάντησή σας. 2. Να ορίσετε τον προσανατολισµό των δύο αλυσίδων του DNA, αιτιολογώντας την απάντησή σας. 3. Από πόσα αµινοξέα θα αποτελείται η πολυπεπτιδική αλυσίδα που θα προκύψει κατά τη µετάφραση του mrna; Πόσους πεπτιδικούς δεσµούς θα έχει; 4. Να γράψετε τα αντικωδικόνια των trna µε τη σειρά που θα χρησιµοποιηθούν κατά τη µετάφραση του mrna.

3 Β. Η αλληλουχία 3 AAAAAAAAGUAGGAUCUGAGCG.5 αποτελεί τµήµα ώριµου mrna που κωδικοποιεί τα 4 τελευταία αµινοξέα φαρµακευτικής πρωτεΐνης. Το δίκλωνο τµήµα DNA που σχηµατίστηκε από αυτό το mrna συνδέθηκε µε πλασµίδιο µε τέτοιο τρόπο ώστε η θέση έναρξης αντιγραφής του πλασµιδίου να βρίσκεται από τη µεριά που βρίσκονταν οι αλληλουχίες λήξης της µεταγραφής του γονιδίου. 1. Να γράψετε χωρίς αιτιολόγηση, τα αντικωδικόνια των trna που συµµετείχαν στη µετάφραση του παραπάνω τµήµατος. 2. Να γράψετε τις αλυσίδες DNA του γονιδίου, από το οποίο προέκυψε το παραπάνω τµήµα mrna και να τις χαρακτηρίσετε ως κωδική και µη κωδική, χωρίς αιτιολόγηση. 3. Ποια από τις δύο αλυσίδες, κωδική και µη κωδική θα αντιγραφεί µε συνεχή τρόπο όταν το πλασµίδιο θα αυτοδιπλασιαστεί; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας.

4 Απαντήσεις ΘΕΜΑ 1 ο 1:γ, 2:β, 3:γ, 4:α, 5:β. ΘΕΜΑ 2 ο Α. Το βακτήριο Agrobacterium tumefaciens, το οποίο ζει στο έδαφος, διαθέτει τη φυσική ικανότητα να µολύνει φυτικά κύτταρα µεταφέροντας σ' αυτά ένα πλασµίδιο που ονοµάζεται Ti (Ti = tumor inducing factor). Το πλασµίδιο Ti ενσωµατώνεται στο γενετικό υλικό των φυτικών κυττάρων, και δηµιουργεί εξογκώµατα (όγκους) στο σώµα των φυτών. Οι ερευνητές, αφού αποµόνωσαν το πλασµίδιο από το βακτήριο, κατόρθωσαν να απενεργοποιήσουν τα γονίδια που δηµιουργούν τους όγκους τοποθετώντας στο πλασµίδιο το γονίδιο που θα προσδώσει στο φυτό µία επιθυµητή ιδιότητα. Το ανασυνδυασµένο πλασµίδιο εισάγεται σε φυτικά κύτταρα που αναπτύσσονται σε ειδικές καλλιέργειες στο εργαστήριο. Τα τροποποιηµένα αυτά φυτικά κύτταρα τελικά δίνουν ένα νέο φυτικό οργανισµό, που περιέχει και εκφράζει το ξένο γονίδιο. Τα διαγονιδιακά φυτά που δηµιουργούνται έχουν την ικανότητα να µεταβιβάζουν τις νέες ιδιότητες στους απογόνους τους. Β. Τα ένζυµα είναι τα εξής: α. Η DNA πολυµεράση. Στην επιµήκυνση των πρωταρχικών τµηµάτων σχηµατίζει 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσµούς. Στην αποµάκρυνση των πρωταρχικών τµηµάτων διασπά 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσµούς. Στην επιδιόρθωση των λαθών κατά την αντιγραφή διασπά και σχηµατίζει 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσµούς, β. Η DNA δεσµάση: Κατά την σύνδεση των κοµµατιών της ασυνεχούς αλυσίδας και των κοµµατιών στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής σχηµατίζουν 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσµούς, γ. Τα επιδιορθωτικά ένζυµα: Στην επιδιόρθωση των λαθών κατά την αντιγραφή διασπούν και σχηµατίζουν 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσµούς, δ. Η αντίστροφή µεταγραφάση: Στην παραγωγή DNA µε καλούπι RNA σχηµατίζει 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσµούς, ε. Η RNA πολυµεράση: Κατά την παραγωγή του mrna σχηµατίζει 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσµούς.

5 Γ. α)tα φυσιολογικά σωµατικά κύτταρα ενός οργανισµού έχουν όλα το ίδιο πυρηνικό DNA. H γονιδιωµατική βιβλιοθήκη περιέχει το συνολικό πυρηνικό DNA ενός κυττάρου. Συνεπώς οι γονιδιωµατικές βιβλιοθήκες θα είναι ίδιες. β) Oι cdna βιβλιοθήκες δύο διαφορετικών σωµατικών κυττάρων του ίδιου οργανισµού, περιέχουν κοινά γονίδια αλλά και διαφορετικά. Κάθε µια περιέχει και τα γονίδια που εκφράζονται στον συγκεκριµένο κυτταρικό τύπο.. Ο καρκίνος σχετίζεται µε αλλαγές στο γενετικό υλικό. Εντούτοις δεν κληρονοµείται ως απλός Μενδελικός χαρακτήρας, αλλά είναι αποτέλεσµα αλληλεπίδρασης γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων. Η πολυπλοκότητα της ασθένειας αυτής σχετίζεται µε τα παρακάτω αίτια: α) Ο καρκίνος, σε αντίθεση µε τις κληρονοµικές ασθένειες, όπως η δρεπανοκυτταρική αναιµία, δεν προκαλείται από µία µετάλλαξη, αλλά από τη «συσσώρευση» αρκετών γενετικών αλλαγών στα κύτταρα. Οι µεταλλάξεις αυτές είναι αποτέλεσµα διαφορετικών περιβαλλοντικών µεταλλαξογόνων παραγόντων όπως η ακτινοβολία ή χηµικές ουσίες και β) Στη δηµιουργία κάθε είδους καρκίνου συµµετέχουν συνήθως τόσο τα ογκογονίδια όσο και τα ογκοκατασταλτικά γονίδια. Για παράδειγµα, στον καρκίνο του παχέος εντέρου βρέθηκε ότι συµµετέχουν αρκετά γονίδια και των δύο τύπων, τα οποία έχουν υποστεί µεταλλάξεις. ΘΕΜΑ 3 ο Α. Η δεύτερη διασταύρωση µας δίνει την φαινοτυπική αναλογία (ΦΑ) 2:1. Αυτή η αναλογία προκύπτει όταν ένα από τα δύο αλληλόµορφα είναι θνησιγόνο όταν βρίσκεται σε οµόζυγη κατάσταση. Το θνησιγόνο σε ετερόζυγη κατάσταση αλλάζει το φαινότυπο επικρατώντας πάνω στο φυσιολογικό. Από τους απογόνους, τη µεγαλύτερη φαινοτυπική αναλογία έχει το ετερόζυγο στο θνησιγόνο. Συνεπώς το θνησιγόνο είναι το αλληλόµορφο για το αραιό τρίχωµα. Συµβολίζουµε: Α= πυκνό τρίχωµα, α= αραιό τρίχωµα. Φαινότυποι: ΑΑ= πυκνό τρίχωµα, Αα= αραιό τρίχωµα και αα= µη βιώσιµο. 1 η διασταύρωση:

6 Πατρική γενιά (P): Αα (χ) ΑΑ Γαµέτες: Α,α (χ) Α 1 η θυγατρική γενιά (F1): Α α Α ΑΑ Αα Φαινοτυπική αναλογία: 50% πυκνό τρίχωµα: 50% αραιό τρίχωµα 2 η διασταύρωση: 1 η θυγατρική γενιά Αα (χ) Αα (F1): Γαµέτες: Α,α (χ) Α,α 2 η θυγατρική γενιά (F2): Α α Α ΑΑ Αα α Αα αα Φαινοτυπική αναλογία: 2 αραιό τρίχωµα: 1 πυκνό τρίχωµα. Β. Α. Αν στη µία αλυσίδα έχουµε Α1, Τ1, G1 και C1 και στην άλλη Α2, Τ2, G2 και C2, µε βάση τον κανόνα της συµπληρωµατικότητας ισχύει ότι: A1=T2, T1=A2, G1=C2 και C1=G2. Συνεπώς ο λόγος στην αλυσίδα 2 θα είναι: A2+T2/G2+C2 =Τ1+Α1/C1+G1=1.5 Στο συνολικό µόριο θα είναι: (Α1+Α2)+(Τ1+Τ2)/(C1+C2)+(G1+G2)= 2(A1+T1)/ 2(G1+C1)= A1+T1/G1+C1= 1,5 Β. Αν στη µία αλυσίδα έχουµε Α1, Τ1, G1 και C1 και στην άλλη Α2, Τ2, G2 και C2, µε βάση τον κανόνα της συµπληρωµατικότητας ισχύει ότι: A1=T2, T1=A2, G1=C2 και C1=G2.

7 Συνεπώς ο λόγος στην αλυσίδα 2 θα είναι: A2+C2/T2+G2 = T1+G1/A1+C1= 1/3. Στο συνολικό µόριο θα είναι: (Α1+Α2)+(C1+C2)/(T1+T2)+(G1+G2)= (T2+T1)+(G2+G1)/ (T1+T2)+(G1+G2)= 1. Γ. Αν στη µία αλυσίδα έχουµε Α1, Τ1, G1 και C1 και στην άλλη Α2, Τ2, G2 και C2, µε βάση τον κανόνα της συµπληρωµατικότητας ισχύει ότι: A1=T2, T1=A2, G1=C2 και C1=G2. Ισχύει ότι Α1+Τ1=Τ2+Α2. Επίσης ισχύει ότι Αολικό= (Α1+Α2)/2 και Τολικό=(Τ1+Τ2)/2 Στο συνολικό µόριο έχουµε Αολικό+Τολικό = 20% => (Α1+Α2)/2 + (Τ1+Τ2)/2 = 20% => Α1+Τ1=Α2+Τ2=20%. Το άθροισµα των συµπληρωµατικών βάσεων παραµένει ίδιο και στη µία αλυσίδα και στην άλλη και στο συνολικό µόριο. Συνεπώς G+C=80% σε κάθε αλυσίδα και συνεπώς και το RNA θα έχει ποσοστό G+C= 80%. ΘΕΜΑ 4 ο Παρατηρούµε ότι το τµήµα DΝΑ προέρχεται από προκαρυωτικό οργανισµό οπότε το γονίδιο δεν θα περιέχει εσώνια. Ονοµάζουµε τις αλυσίδες ως «αλυσίδα Ι» και «αλυσίδα ΙΙ». AGCCCATACATGTTCTCACCCCAACTATGAAAAAA αλυσίδα Ι TCGGGTATGTACAAGAGTGGGGTTGATACTTTTTT αλυσίδα ΙΙ 1.Στην αλυσίδα Ι συναντάµε κωδικόνιο έναρξης ATG και µε βάση το γεγονός ότι ο γενετικός κώδικας είναι συνεχής και µη επικαλυπτόµενος, συναντάµε και κωδικόνιο λήξης TGA. Άρα η αλυσίδα Ι είναι η κωδική και η αλυσίδα ΙΙ είναι η µη κωδική και η µεταγραφόµενη.

8 Η µεταγραφή γίνεται πάντα σε κατεύθυνση 5 3 και τo mrna που θα προκύψει από τη µεταγραφή θα είναι συµπληρωµατικό προς τη µη κωδική αλυσίδα (αλυσίδα ΙΙ): 5 -AGCCCAUACAUGUUCUCACCCCAACUAUGAΑΑΑΑΑ -3 Το µόριο mrna που προέκυψε έχει κωδικόνιο έναρξης AUG κοντά στο 5 άκρο και κωδικόνιο λήξης UGA κοντά στο 3 άκρο. 2. Το mrna είναι αντιπαράλληλο προς τη µη κωδική αλυσίδα του DNA. Άρα ο προσανατολισµός της µη κωδικής αλυσίδας θα είναι: 3 -TCGGGTATGTACAAGAGTGGGGTTGATACTTTTTT-5 Η µη κωδική αλυσίδα είναι αντιπαράλληλη προς την κωδική αλυσίδα. Άρα ο προσανατολισµός της κωδικής αλυσίδας θα είναι: 5 -AGCCCATACATGTTCTCACCCCAACTATGAAAAAA-3 3.Η µετάφραση του mrna θα ξεκινήσει από το κωδικόνιο έναρξης ΑUG και θα τελειώσει στο κωδικόνιο λήξης UGA. Η πολυπεπτιδική αλυσίδα που θα προκύψει κατά τη µετάφραση του mrna θα αποτελείται από 6 αµινοξέα καθώς το κωδικόνιο λήξης δεν αντιστοιχεί σε αµινοξύ και θα έχει πέντε πεπτιδικούς δεσµούς. 4.Τα αντικωδικόνια των trna µε τη σειρά που θα χρησιµοποιηθούν κατά τη µετάφραση του mrna είναι: 3 -UAC-5, 3 -AAG-5, 3 -AGU-5, 3 -GGG-5, 3 -GUU-5, 3 -GAU-5 Το κωδικόνιο λήξης UGA δεν αντιστοιχεί σε αντικωδικόνιο Β CGC 5, 3 UCA 5, 3 GAU 5, 3 CCU TTTT TT TTCA TCCTAGAC TCGC 3 µη κωδική 3 AAAAAAAAGΤAGGAΤCΤG AGCG 5 κωδική 3. 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, όπως και στην αντιγραφή, µε τη διαφορά ότι εδώ απέναντι από την αδενίνη τοποθετείται το ριβονουκλεοτίδιο που περιέχει ουρακίλη. Η RNA πολυµεράση συνδέει τα ριβονουκλεοτίδια, που προστίθενται το ένα µετά το άλλο, µε 3'-5' φωσφοδιεστερικό δεσµό. Η µεταγραφή έχει προσανατολισµό 5' -> 3' όπως και η αντιγραφή. Η σύνθεση του RNA σταµατά

9 στο τέλος του γονιδίου, όπου ειδικές αλληλουχίες οι οποίες ονοµάζονται αλληλουχίες λήξης της µεταγραφής, επιτρέπουν την απελευθέρωσή του. Το µόριο RNA που συντίθεται είναι συµπληρωµατικό προς τη µία αλυσίδα της διπλής έλικας του DNA του γονιδίου. Η αλυσίδα αυτή είναι η µεταγραφόµενη και ονοµάζεται µη κωδική. Η συµπληρωµατική αλυσίδα του DNA του γονιδίου ονοµάζεται κωδική. Συνεπώς οι αλληλουχίες λήξης της µεταγραφής βρίσκονται από την πλευρά που είναι το 3 άκρο της κωδικής και το 5 άκρο της µη κωδικής. Άρα µετά τη σύνδεση µε το πλασµίδιο θα έχουµε: 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. Οι DNA πολυµεράσες λειτουργούν µόνο προς καθορισµένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόµενης αλυσίδας. Έτσι, λέµε ότι αντιγραφή γίνεται µε προσανατολισµό 5' προς 3'. Κάθε νεοσυντιθέµενη αλυσίδα θα έχει προσανατολισµό 5' -> 3'. Έτσι, σε κάθε διπλή έλικα που παράγεται οι δύο αλυσίδες θα είναι αντιπαράλληλες. Για να ακολουθηθεί αυτός ο κανόνας σε κάθε τµήµα DNA που γίνεται η αντιγραφή, η σύνθεση του DNA είναι συνεχής στη Μµια αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη. Συνεπώς η αντιγραφή της κωδικής αλυσίδας θα γίνει µε συνεχή τρόπο και της µη κωδικής µε ασυνεχή.

10 Επιµέλεια θεµάτων: Χάλκος ηµήτριος, Βιολόγος, Phd.