τα βιβλία των επιτυχιών

Transcript

1 Τα βιβλία των Εκδόσεων Πουκαμισάς συμπυκνώνουν την πολύχρονη διδακτική εμπειρία των συγγραφέων μας και αποτελούν το βασικό εκπαιδευτικό υλικό που χρησιμοποιούν οι μαθητές των φροντιστηρίων μας. Μέσα από τη διαρκή τους αξιοποίηση στις τάξεις μας διασφαλίζουμε τον εμπλουτισμό τους, τη συνεχή τους βελτίωση και την επιστημονική τους αρτιότητα, καθιστώντας τα βιβλία των Εκδόσεών μας εγγύηση για την επιτυχία των μαθητών. τα βιβλία των επιτυχιών

2

3 ΝΟΤΑ ΛΑΖΑΡΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ επαναληπτικά θέµατα Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ

4 Σειρά: ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ Γ Λυκείου Θετικών Σπουδών Βιολογία: Eπαναληπτικά θέματα Νότα Λαζαράκη ISBN: Σχεδιασμός έκδοσης: Γεωργία Λαμπροπούλου Θεώρηση κειμένου: Κυριάκος Εμμανουηλίδης Σελιδοποίηση: Γεωργία Λαμπροπούλου Σχεδιασμός σχημάτων: Αλέξανδρος Γιαννακούλιας, Γεωργία Λαμπροπούλου Σχεδιασμός εξωφύλλου: Αλέξανδρος Γιαννακούλιας Υπεύθυνος έκδοσης: Κυριάκος Εμμανουηλίδης Copyright 2017 ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΟΥΚΑΜΙΣΑΣ, Νότα Λαζαράκη για την ελληνική γλώσσα σε όλο τον κόσμο Επικοινωνία με συγγραφέα: Απαγορεύεται η με οποιονδήποτε τρόπο, μέσο και μέθοδο αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, μετάφραση, διασκευή, θέση σε κυκλοφορία, παρουσίαση, διανομή και η εν γένει πάσης φύσεως χρήση και εκμετάλλευση του παρόντος έργου στο σύνολό του ή τμηματικά, καθώς και της ολικής αισθητικής εμφάνισης του βιβλίου (στοιχειοθεσίας, σελιδοποίησης κ.λπ.) και του εξωφύλλου του, σύμφωνα με τις διατάξεις της υπάρχουσας νομοθεσίας περί προστασίας πνευματικής ιδιοκτησίας και των συγγενικών δικαιωμάτων περιλαμβανομένων και των σχετικών διεθνών συμβάσεων. Λ. Βουλιαγμένης 46 & Αλεξιουπόλεως, ΤΚ Αργυρούπολη Τ F

5 Το βιβλίο αφιερώνεται στη μνήμη του πατέρα μου ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ο καλός καθηγητής οφείλει να αφουγκράζεται τις ανησυχίες και τις ανάγκες των μαθητών του. Ο καλός καθηγητής και συγγραφέας οφείλει να αντιδρά στις ανησυχίες αυτές, προσφέροντας στους μαθητές του υλικό που θα καλύψει τη μελέτη τους, τόσο κατά την εκμάθηση της ύλης όσο και κατά την επανάληψη. Η ιδέα για τη συγγραφή αυτού του βιβλίου γεννήθηκε μέσα στις τάξεις, όταν μαζί με τους μαθητές μου αναζητούσαμε επιπλέον υλικό και επαναληπτικές ασκήσεις, πέραν όσων υπάρχουν στο βασικό μου βιβλίο. Κατ αυτόν τον τρόπο συντάχθηκε το συγκεκριμένο συγγραφικό πόνημα, για να συμπληρώσει το βιβλίο μου Βιολογία Γ Λυκείου Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών και να προσθέσει επαναληπτικές ασκήσεις κι ερωτήσεις στο αρχείο των μαθητών κατά την προετοιμασία τους για την εισαγωγή τους σε ανώτερες και ανώτατες σχολές. Εύχομαι να αγαπηθεί όσο το βασικό μου σύγγραμμα για τη Βιολογία Προσανατολισμού. Κυρίως, όμως, εύχομαι να συμβάλει θετικά στην προετοιμασία των μαθητών μου, καθώς και όλων των μαθητών. Με τιμή, η συγγραφέας

6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Συνδυαστικές ερωτήσεις με απάντηση... 9 Μεθοδολογία συνδυαστικών ασκήσεων...83 Μεθοδολογία 1ου κεφαλαίου...85 Μεθοδολογία 2ου κεφαλαίου...89 Μεθοδολογία 4ου κεφαλαίου...95 Μεθοδολογία 5ου κεφαλαίου Μεθοδολογία 6ου κεφαλαίου Υποδειγματικά λυμένες ασκήσεις με πλήρη αιτιολόγηση Συνδυαστικές ασκήσεις προς λύση ο κεφάλαιο ο κεφάλαιο ο κεφάλαιο ο κεφάλαιο ο κεφάλαιο ο 8ο 9ο κεφάλαιο Απαντήσεις ασκήσεων...241

8

9 Συνδυαστικές ερωτήσεις µε απάντηση

10

11 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 1 Γιατί στο πείραµά τους οι Hershey και Chase δεν επέλεξαν ραδιενεργό άζωτο για την ανίχνευση των πρωτεϊνών ή του DNA του φάγου; Είναι γνωστό ότι οι ερευνητές αυτοί επέλεξαν ραδιενεργό 35 S, που ενσωματώνεται μόνο στις πρωτεΐνες, και ραδιενεργό 32 P, που ενσωματώνεται μόνο στο DNA. Η επιλογή ραδιενεργού αζώτου ( 15 Ν) δεν θα αποδείκνυε το είδος του μορίου που εισέρχεται στα βακτήρια, διότι το Ν ενσωματώνεται τόσο στις πρωτεΐνες όσο και στο DNA, δεδομένου ότι το άζωτο είναι στοιχείο των πρωτεϊνών, καθώς αυτές αποτελούνται από αμινοξέα, αλλά και των νουκλεϊκών οξέων, καθώς αυτά περιέχουν αζωτούχες βάσεις. 2 Τι γνωρίζετε για το είδος και τη µορφή που µπορεί να έχει το γενετικό υλικό των διαφόρων οργανισµών; α. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί έχουν DNA ως γενετικό υλικό, το οποίο εντοπίζεται: Στον πυρήνα: Δίκλωνα γραμμικά μόρια που σχηματίζουν νουκλεοσώματα και συσπειρώνονται σε χρωμοσώματα κατά την κυτταροδιαίρεση. Στα μιτοχόνδρια: Δίκλωνα και κυκλικά μόρια DNA, εκτός από τα μιτοχόνδρια κάποιων κατώτερων πρωτόζωων που έχουν δίκλωνο και γραμμικό DNA. Στους χλωροπλάστες: Δίκλωνα και κυκλικά μόρια DNA. β. Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί έχουν ένα δίκλωνο και κυκλικό DNA ως γενετικό υλικό (βακτηριακό DNA) και τα πλασμίδια, που επίσης είναι δίκλωνα και κυκλικά μόρια DNA. γ. Οι ιοί έχουν ως γενετικό υλικό DNA ή RNA μονόκλωνο ή δίκλωνο, γραμμικό ή κυκλικό. Συνοπτικά: Μονόκλωνο DNA Δίκλωνο DNA Μονόκλωνο ή δίκλωνο RNA Γραμμικό Ιοί 1. Ευκαρυωτικοί 2. Μιτοχόνδρια κατώτερων πρωτοζώων 3. Ιοί Ιοί Κυκλικό Ιοί 1. Βακτήρια 2. Πλασμίδια 3. Ιοί 4. Μιτοχόνδρια 5. Χλωροπλάστες Ιοί 3 Να αναφέρετε τις διαφορές των µορίων DNA και RNA σχετικά µε: α. τη δοµή τους β. τον βιολογικό τους ρόλο 11

12 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ α. Διαφορές στη δομή: i. Το DNA αποτελείται από δεοξυριβονουκλεοτίδια, ενώ το RNA από ριβονουκλεοτίδια. ii. Αυτό συνεπάγεται ότι στο DNA οι αζωτούχες βάσεις είναι A, T, G, C, ενώ στο RNA είναι A, U, G, C, και ότι η πεντόζη στο DNA είναι δεοξυριβόζη, ενώ στο RNA είναι ριβόζη. iii. Το μόριο του DNA είναι δίκλωνο και σχηματίζει στον χώρο μία δεξιόστροφη έλικα, ενώ το μόριο του RNA είναι κατά κανόνα μονόκλωνο. iv. Οι αναλογίες A/T και G/C ισούνται με 1 στο δίκλωνο μόριο του DNA λόγω της συμπληρωματικότητας, ενώ οι αναλογίες βάσεων στο μονόκλωνο RNA είναι τυχαίες. v. Το μόριο του DNA είναι γραμμικό ή κυκλικό, ενώ το RNA είναι γραμμικό (εξαίρεση κάποιες σπάνιες περιπτώσεις RNA γενετικού υλικού ιών). vi. Το μόριο του DNA συνήθως βρίσκεται ενωμένο με πρωτεΐνες, με τη βοήθεια των οποίων αναδιπλώνεται ή πακετάρεται, ενώ το RNA συνδέεται με πρωτεΐνες για να σχηματίσει διάφορα λειτουργικά οργανίδια. vii. Το μόριο του DNA έχει κατά κανόνα μεγαλύτερο μοριακό βάρος από το RNA. β. Διαφορές στον βιολογικό ρόλο: i. Το μόριο του DNA αποτελεί γενετικό υλικό για όλους σχεδόν τους οργανισμούς, καθώς μεταφέρει τη γενετική πληροφορία, ενώ το μόριο του RNA συμβάλλει στη γονιδιακή έκφραση (εξαίρεση οι ιοί που έχουν RNA γενετικό υλικό). ii. Το μόριο του DNA αυτοδιπλασιάζεται, ενώ η σύνθεση του RNA καθορίζεται από τη μεταγραφή του DNA. iii. Το μόριο του DNA είναι ενός είδους, ενώ υπάρχουν αρκετά είδη RNA (mrna, trna, rrna, snrna) με ποικίλους ρόλους. iv. Το μόριο του DNA δεν επιτελεί ποτέ δομικό ρόλο, ενώ το RNA είναι κάποιες φορές δομικό, όπως το rrna των ριβοσωμάτων. 4 Ποια βιοχηµικά δεδοµένα συνέβαλαν στη διαµόρφωση της άποψης ότι το DNA αποτελεί το γενετικό υλικό; α. Η ποσότητα του DNA είναι σταθερή σε κάθε οργανισμό και δεν μεταβάλλεται από αλλαγές στο περιβάλλον. β. Η ποσότητα του DNA είναι ίδια σε όλα τα είδη των κυττάρων ενός πολυκύτταρου οργανισμού, όπως για παράδειγμα στα κύτταρα του σπλήνα ή της καρδιάς του ανθρώπου. γ. Οι γαμέτες (οι οποίοι είναι απλοειδή κύτταρα) των ανώτερων οργανισμών περιέχουν τη μισή ποσότητα DNA σε σχέση με τα σωματικά τους κύτταρα (διπλοειδή). 12

13 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ δ. Η ποσότητα του DNA είναι κατά κανόνα ανάλογη με την πολυπλοκότητα ενός οργανισμού. Συνήθως όσο εξελικτικά πολυπλοκότερος είναι ένας οργανισμός τόσο μεγαλύτερο αριθμό αζωτούχων βάσεων περιέχει. ε. Η αναλογία βάσεων A + T διαφέρει από είδος σε είδος και σχετίζεται με το είδος G + C του οργανισμού. Η ιδιότητα αυτή συνδέει την αναλογία των βάσεων του μορίου του DNA με τον καθορισμό των ιδιοτήτων των διαφόρων ειδών. 5 Η ανάλυση DNA δύο οργανισµών έδειξε ότι ο λόγος A + T G + C είναι ίδιος στους οργανισµούς αυτούς. Είναι σωστό να θεωρηθεί ότι οι οργανισµοί αυτοί ανήκουν απαραίτητα στο ίδιο είδος; Είναι γνωστό ότι η αναλογία βάσεων A + T διαφέρει από είδος σε είδος και σχετίζεται με το είδος του οργανισμού. Η ιδιότητα αυτή συνδέει την αναλογία των βάσεων G + C του μορίου του DNA με τον καθορισμό των ιδιοτήτων των διαφόρων ειδών. Όμως, η αναλογία δεν μαρτυρά τον αριθμό και το μέγεθος των μορίων DNA του κάθε οργανισμού. Η αναλογία μπορεί να είναι όμοια, αλλά ο αριθμός ή/και το μήκος των μορίων DNA να είναι διαφορετικό. Στην περίπτωση αυτή, οι οργανισμοί προέρχονται από διαφορετικό είδος. Συνεπώς, δύο οργανισμοί κατατάσσονται με βεβαιότητα στο ίδιο είδος εάν, εκτός από την αναλογία A + T, έχουν ίδιο αριθμό μορίων DNA, τα οποία επιπλέον έχουν G + C ίδιο μήκος. 6 Να αναφέρετε τα πειραµατικά δεδοµένα που διαµόρφωσαν την άποψη ή απέδειξαν ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό. Τα πειράματα του Griffith, τα αποτελέσματα των οποίων παρότι δεν ερμηνεύτηκαν ικανοποιητικά από τον ίδιο, κλόνισαν την άποψη περί των πρωτεϊνών ως γενετικό υλικό. Τα πειράματα των Avery, Mac-Cleod και McCarthy που απέδειξαν ότι το μόριο του DNA από έναν οργανισμό έχει την ικανότητα να μετασχηματίζει έναν άλλο οργανισμό, στον οποίο μεταφέρεται. Τα πειράματα των Hersey και Chase, τα οποία προσέφεραν την οριστική επιβεβαίωση για τον ρόλο του DNA ως γενετικού υλικού, που περιέχει τις απαραίτητες εντολές για τον πολλαπλασιασμό. Η απεικόνιση του μορίου του DNA με τη χρήση ακτινών Χ, που σε συνδυασμό με βιοχημικά δεδομένα συνέβαλε στην ανακάλυψη της διπλής έλικας του DNA και την αποσαφήνιση των μοναδικών ιδιοτήτων του μορίου ως γενετικού υλικού. Η in vivo απόδειξη του ημισυντηρητικού μηχανισμού της αντιγραφής του DNA, που ερμήνευσε τον τρόπο με τον οποίο μεταβιβάζεται η γενετική πληροφορία από κύτταρο σε κύτταρο και από οργανισμό σε οργανισμό. 13

14 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 7 Τα βακτήρια αποτελούν απλοειδείς οργανισµούς, δεδοµένου ότι φέρουν µία φορά τη γενετική τους πληροφορία. Όµως, είναι δυνατό σε ορισµένες περιπτώσεις ένα γονίδιο να υπάρχει σε περισσότερα του ενός αντίγραφα σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο. Να εξηγήσετε σε ποιες περιπτώσεις µπορεί να συµβαίνει αυτό. Πολλά βακτήρια διαθέτουν πλασμίδια, τα οποία είναι δίκλωνα, κυκλικά μόρια DNA που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα πολλών βακτηρίων. Ένα βακτήριο μπορεί να μην περιέχει πλασμίδια, να περιέχει ένα ή και περισσότερα πλασμίδια που μπορεί να είναι διαφορετικά ή όμοια μεταξύ τους. Τα πλασμίδια αντιγράφονται ανεξάρτητα από το κύριο μόριο DNA του βακτηρίου και περιέχουν γονίδια ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά και γονίδια που σχετίζονται με τη μεταφορά γενετικού υλικού από ένα βακτήριο σε ένα άλλο, αφού μπορούν να μεταφέρονται ανάμεσα στα βακτήρια. Με τον τρόπο αυτό μετασχηματίζουν το βακτήριο στο οποίο εισέρχονται και του προσδίδουν καινούριες ιδιότητες. Το γενετικό υλικό των προκαρυωτικών κυττάρων είναι ένα δίκλωνο κυκλικό μόριο DNA. Τα προκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν ένα αντίγραφο του γονιδιώματός τους, άρα είναι απλοειδή κύτταρα. Όταν όμως το DNA των βακτηρίων αντιγράφεται προκειμένου το κύτταρο να διαιρεθεί, τα γονίδιά του υπάρχουν σε δύο αντίγραφα από τη στιγμή που ολοκληρώνεται ο διπλασιασμός τους DNA και μέχρι να γίνει η διαίρεση του κυττάρου. 8 Από τη µελέτη του γενετικού υλικού στελεχών πνευµονιόκοκκων προέκυψαν οι εξής παρατηρήσεις: α. Το σύνολο των αζωτούχων βάσεων που αποτελούσαν το γενετικό υλικό λείων πνευµονιόκοκκων ήταν διαφορετικό από το σύνολο των βάσεων των αδρών. β. Οι αδροί πνευµονιόκοκκοι ήταν ανθεκτικοί στο αντιβιοτικό τετρακυκλίνη, ενώ η καλλιέργεια των λείων καταστρεφόταν µετά την προσθήκη τετρακυκλίνης. γ. Ο αριθµός των αζωτούχων βάσεων σε ένα στέλεχος δεν ήταν απαραίτητα σταθερός για κάθε βακτήριο. δ. Η διατήρηση για κάποιο χρονικό διάστηµα σε κοινή καλλιέργεια αδρών και λείων και η προσθήκη τετρακυκλίνης αργότερα στην καλλιέργεια έδειξε ότι επιβίωναν βακτήρια και τα δύο στελέχη. Να δικαιολογήσετε τις παρατηρήσεις. Οι πνευμονιόκοκκοι είναι βακτήρια και οι παραπάνω παρατηρήσεις ερμηνεύονται από όσα γνωρίζουμε για το γενετικό υλικό των βακτηρίων. α. Τα δύο στελέχη διαθέτουν διαφορετικό αριθμό αζωτούχων βάσεων παρότι ανήκουν στο ίδιο είδος γιατί τα βακτήρια εκτός από το κύριο γενετικό τους υλικό διαθέτουν και πλασμίδια, δίκλωνα και κυκλικά μόρια DNA με διάφορα μεγέθη. Κάθε βακτήριο μπορεί να περιέχει ένα ή περισσότερα πλασμίδια. 14

15 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ β. Τα πλασμίδια περιέχουν γονίδια ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά. Προφανώς οι αδροί πνευμονιόκοκκοι έφεραν πλασμίδιο ανθεκτικότητας στην τετρακυκλίνη, το οποίο στερούνταν οι λείοι. γ. Τα πλασμίδια αντιγράφονται ανεξάρτητα από το κύριο μόριο DNA, γεγονός που μεταβάλλει το συνολικό αριθμό των βάσεων σε ένα κύτταρο. δ. Τα πλασμίδια έχουν τη δυνατότητα να μεταφέρονται από το ένα βακτήριο στο άλλο και περιέχουν γονίδια που σχετίζονται με αυτήν τη μεταφορά. Κατά τη διάρκεια της κοινής καλλιέργειας είναι πιθανό πλασμίδιο που περιείχε το γονίδιο ανθεκτικότητας στην τετρακυκλίνη να μεταφέρθηκε από αδρό πνευμονιόκοκκο σε λείο μεταφέροντας ταυτόχρονα και την ιδιότητα αυτή. 9 Τα µεταφασικά χρωµοσώµατα, ως δοµές του πυρήνα ενός ανθρώπινου σωµατικού κυττάρου, εµφανίζονται για µικρό χρονικό διάστηµα στον κύκλο ζωής του. Να περιγράψετε τη µορφή και τη χηµική σύσταση ενός φυσιολογικού µεταφασικού χρω- µοσώµατος καθώς και τη διαδικασία µέσα από την οποία προκύπτει αυτό, ξεκινώντας από την αρχή της µεσόφασης ενός ανθρώπινου σωµατικού κυττάρου µέχρι και τη µετάφαση της µίτωσης. Κάθε φυσιολογικό μεταφασικό χρωμόσωμα αποτελείται από δύο αδελφές χρωματίδες, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους με μία δομή που ονομάζεται κεντρομερίδιο, το οποίο «διαιρεί» κάθε χρωματίδα σε δύο βραχίονες, ένα μεγάλο και ένα μικρό. Οι δύο αδελφές χρωματίδες του χρωμοσώματος είναι πανομοιότυπες μεταξύ τους, αφού έχουν προκύψει από την αντιγραφή ενός ινιδίου χρωματίνης κατά τη μεσόφαση. Το ινίδιο χρωματίνης είναι ένα μόριο DNA που στην αρχή της μεσόφασης έχει πακεταριστεί σε μέτριο βαθμό με τη βοήθεια πρωτεϊνών (ιστόνες και μη ιστόνες) και δεν είναι ορατό ως μεμονωμένη δομή με το οπτικό μικροσκόπιο: γύρω από οκταμερή ιστονών τυλίγεται κάθε φορά DNA μήκους 146 ζευγών βάσεων. Έτσι σχηματίζονται τα νουκλεοσώματα που αποτελούν τη βασική μονάδα οργάνωσης της χρωματίνης. Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, τα ινίδια χρωματίνης μοιάζουν με κομπολόγια από χάντρες. Τα νουκλεοσώματα αναδιπλώνονται με αποτέλεσμα το DNA να πακετάρεται σε μεγαλύτερο βαθμό, σχηματίζοντας τελικά ένα ινίδιο χρωματίνης. Στην αναδίπλωση συμμετέχουν και οι μη ιστόνες. Μετά την αντιγραφή του DNA το ινίδιο διπλασιάζεται και έτσι προκύπτουν δύο αντίγραφα του αρχικού ινιδίου. Αυτά είναι πανομοιότυπα μεταξύ τους και δεν αποχωρίζονται, αλλά συνδέονται σε κάποιο σημείο με το κεντρομερίδιο. Κατά τη μίτωση, τα δύο ινίδια χρωματίνης συσπειρώνονται σε μεγαλύτερο βαθμό και σχηματίζουν τις δύο αδελφές χρωματίδες του χρωμοσώματος. Ιδιαίτερα στο στάδιο της μετάφασης, το χρωμοσώμα εμφανίζει τον μεγαλύτερο βαθμό συσπείρωσης και είναι ευδιάκριτο στο οπτικό μικροσκόπιο. Συνεπώς, κάθε μεταφασικό χρωμόσωμα αποτελείται από δύο πανομοιότυπα μεταξύ τους μόρια DNA, συσπειρωμένα στον μέγιστο βαθμό, προϊόντα αντιγραφής 15

16 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ ενός αρχικού μορίου που είχε τη μορφή ινιδίου, και συγκρατούνται ενωμένα μεταξύ τους στο κεντρομερίδιο. Ο όρος «αδελφές χρωματίδες» χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα διπλασιασμένα χρωμοσώματα κατά το χρονικό διάστημα που είναι συνδεδεμένα στο κεντρομερίδιο. 10 Να αναφέρετε (απλή αναφορά) τις διαφορές και τις οµοιότητες των χρωµοσωµάτων ενός ζεύγους οµολόγων φυσιολογικού ατόµου. Ομοιότητες Τα ομόλογα χρωμοσώματα έχουν: Ίδιο μέγεθος Ίδιο σχήμα Ίδια θέση κεντρομεριδίου Ίδιες γενετικές θέσεις σημείο προς σημείο τους Πιθανόν ορισμένα όμοια αλληλόμορφα ανά γενετική θέση Διαφορές Τα ομόλογα χρωμοσώματα έχουν: Διαφορετική προέλευση, καθώς το ένα είναι μητρικής προέλευσης και το άλλο πατρικής Ορισμένα διαφορετικά αλληλόμορφα ανά γενετική θέση Διαφορετική αλληλουχία βάσεων του συνολικού DNA που αποτελεί κάθε ένα από τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα 11 Σε κάθε σωµατικό κύτταρο φυσιολογικού αρσενικού ατόµου, η ποσότητα DNA του γονιδιώµατός του που έχει µητρική προέλευση είναι µεγαλύτερη από την ποσότητα DNA που έχει πατρική προέλευση. Να εξηγήσετε για ποιους λόγους συµβαίνει αυτό. Στα σωματικά κύτταρα ενός ανθρώπινου οργανισμού το γενετικό υλικό κατανέμεται στον πυρήνα και στα μιτοχόνδρια: α. Η προέλευση των μιτοχονδριακών μορίων DNA είναι μητρική. Αυτό, είναι συνέπεια του γεγονότος ότι το ζυγωτό των ανώτερων οργανισμών περιέχει μόνο τα μιτοχόνδρια που προέρχονται από το ωάριο. β. Τα φυσιολογικά αρσενικά άτομα έχουν στον πυρήνα των σωματικών τους κυττάρων 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων: 22 ζεύγη αυτοσωμικών και ένα ζεύγος φυλετικών. Το ένα χρωμόσωμα κάθε ζεύγους είναι πατρικής και το άλλο μητρικής προέλευσης. Τα χρωμοσώματα που ανήκουν στο ίδιο ζεύγος είναι ίδια σε μέγεθος μεταξύ τους. Όμως, το 23ο ζεύγος αποτελείται από ένα Χ και ένα Υ χρωμόσωμα. Το Υ χρωμόσωμα, που έχει πατρική προέλευση, είναι μικρότερο σε μέγεθος από το Χ χρωμόσωμα που έχει μητρική προέλευση. 16

17 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 12 Ποια συµπεράσµατα αντλούνται από τη µελέτη του καρυότυπου ενός οργανισµού; Από τον καρυότυπο ενός οργανισμού αντλούνται συμπεράσματα για: Τον αριθμό και τη μορφολογία των μεταφασικών χρωμοσωμάτων, τα οποία είναι χαρακτηριστικά του είδους του οργανισμού που μελετάται. Το φύλο του ατόμου (για είδη που καθορίζονται με τρόπο ανάλογο του ανθρώπου). Χρωμοσωμικές ανωμαλίες, που μπορεί να είναι αριθμητικές, όπως το σύνδρομο Down, ή δομικές, που αφορούν την κατασκευή των χρωμοσωμάτων. Για τον εντοπισμό δομικών χρωμοσωμικών ανωμαλιών συχνά χρησιμοποιείται ειδική χρώση των μεταφασικών χρωμοσωμάτων, όπως η χρώση Giemsa. 13 Να συγκρίνετε ως προς τη δοµή και την οργάνωση το γενετικό υλικό προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών οργανισµών. DNA προκαρυωτικών Δίκλωνα κυκλικά μόρια Απλοειδές γονιδίωμα Πλασμίδια Εντοπίζεται στο κυτταρόπλασμα Μικρό μήκος Μία θέση έναρξης αντιγραφής Αναδιπλώνεται και πακετάρεται με τη βοήθεια πρωτεϊνών Τα γονίδια οργανώνονται σε οπερόνια Περιέχει γονίδια που μεταγράφονται σε mrna, trna, rrna Τα γονίδιά τους δεν περιέχουν εσώνια DNA ευκαρυωτικών Μονόκλωνα γραμμικά μόρια (πλην μιτοχονδρίων και χλωροπλαστών) Διπλοειδές γονιδίωμα (πλην γαμετών) Δεν υπάρχουν πλασμίδια Εντοπίζεται στον πυρήνα κυρίως, αλλά και στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες Μεγάλο μήκος Πολλές θέσεις έναρξης αντιγραφής Σχηματίζονται νουκλεοσώματα που αναδιπλώνονται και πακετάρονται σε ινίδια χρωματίνης Κάθε γονίδιο έχει το δικό του υποκινητή Περιέχει γονίδια που μεταγράφονται σε mrna, trna, rrna, snrna Γονίδια ασυνεχή ή διακεκομμένα 14 Να αναφέρετε γονίδια που είναι δυνατό να υπάρχουν σε ένα πλασµίδιο που αποµονώνεται από ένα βακτήριο. Μεταξύ των γονιδίων που περιέχονται στα πλασμίδια είναι: Γονίδια ανθεκτικότητας σε διάφορα αντιβιοτικά. Γονίδια που σχετίζονται με τη μεταφορά γενετικού υλικού. Το πλασμίδιο Ti που απομονώνεται από το βακτήριο Agrobacterium tumefaciens περιέχει γονίδια τα οποία προκαλούν όγκους στα φυτά. 17

18 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ 15 Να αναφέρετε διαφορές που παρατηρούνται στο DNA µιτοχονδρίων και χλωροπλαστών. DNA μιτοχονδρίων Περιέχει πληροφορίες για την οξειδωτική φωσφορυλίωση Είναι κατά κανόνα κυκλικό μόριο DNA και σε ορισμένες περιπτώσεις γραμμικό (όπως το μιτοχονδριακό DNA ορισμένων κατώτερων πρωτόζωων) Έχει μικρότερο μέγεθος DNA χλωροπλαστών Περιέχει πληροφορίες για τη φωστοσύνθεση Είναι κυκλικό μόριο DNA Έχει μεγαλύτερο μέγεθος 16 Εκτός από τις διαφορές τους, οι χλωροπλάστες και τα µιτοχόνδρια χαρακτηρίζονται και από αρκετές οµοιότητες. Να αναφέρετε οµοιότητες µεταξύ των οργανιδίων αυτών. α. Μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες είναι οργανίδια που υπάρχουν μόνο σε ευκαρυωτικά κύτταρα. β. Διαθέτουν DNA, τις περισσότερες φορές κυκλικό. γ. Το DNA αυτό περιέχει πληροφορίες σχετικές με τη λειτουργία τους. δ. Το DNA τους κωδικοποιεί μικρό αριθμό πρωτεϊνών. ε. Οι περισσότερες πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για τη λειτουργία τους κωδικοποιούνται από γονίδια που βρίσκονται στο DNA του πυρήνα, για τον λόγο αυτό χαρακτηρίζονται ως ημιαυτόνομα οργανίδια. στ. Η διαίρεσή τους γίνεται ανεξάρτητα από τη διαίρεση των κυττάρων και καθόλη τη διάρκεια της μεσόφασης. 17 Να εξηγήσετε ποια µόρια DNA είναι δυνατό να αντιγράφονται µέσα σε ένα κύτταρο ανεξάρτητα από το κύριο DNA του κυττάρου. 18 α. Τα πλασμίδια: Τα πλασμίδια είναι δίκλωνα, κυκλικά μόρια DNA, το μέγεθος των οποίων ποικίλει, εντοπίζονται σε πολλά βακτήρια και περιέχουν μικρό ποσοστό της γενετικής πληροφορίας του κυττάρου (1-2%). Ένα βακτήριο μπορεί να μην περιέχει πλασμίδια, είτε να περιέχει ένα ή και περισσότερα πλασμίδια. Τα πλασμίδια αντιγράφονται ανεξάρτητα από το κύριο μόριο DNA του βακτηρίου και για τον λόγο αυτό χρησιμοποιούνται ως φορείς κλωνοποίησης στην Τεχνολογία του Ανασυνδυασμένου DNA. β. Το DNA των μιτοχονδρίων και το DNA των χλωροπλαστών: Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες είναι οργανίδια του ευκαρυωτικού κυττάρου που περιέχουν

19 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ το δικό τους γενετικό υλικό. Το γενετικό τους υλικό κωδικοποιεί μικρό αριθμό πρωτεϊνών, ενώ οι περισσότερες πρωτεΐνες, που είναι απαραίτητες για τη λειτουργία των οργανιδίων, κωδικοποιούνται από τον πυρήνα. Το γεγονός αυτό δείχνει ότι η λειτουργία των οργανιδίων εξαρτάται άμεσα και από τον πυρήνα και για τον λόγο αυτό χαρακτηρίζονται ως ημιαυτόνομα οργανίδια. γ. Το DNA των φάγων: Το DNA των φάγων χρησιμοποιείται ως φορέας κλωνοποίησης (όπως το DNA βακτηριοφάγου λ) λόγω της ιδιότητάς του να αυτοδιπλασιάζεται ανεξάρτητα μέσα σε ένα κύτταρο-ξενιστή. 18 Να αναφέρετε τους παράγοντες που είναι απαραίτητοι, ώστε να πραγµατοποιηθεί η αντιγραφή του DNA σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο. α. DNA ελικάσες: Ένζυμα που ξετυλίγουν τη διπλή έλικα του DNA και δημιουργούν τη θηλιά της αντιγραφής. β. DNA πολυμεράση: Το κύριο ένζυμο της αντιγραφής. γ. Πριμόσωμα: Σύμπλοκο ενζύμων που συνθέτει τα πρωταρχικά τμήματα. δ. DNA δεσμάση: Ένζυμο που συνδέει τα τμήματα της ασυνεχούς αλυσίδας και τα τμήματα που προκύπτουν από τις διάφορες θέσεις έναρξης αντιγραφής. ε. Επιδιορθωτικά ένζυμα: Διορθώνουν λάθη που δεν επιδιορθώθηκαν από την DNA πολυμεράση, μειώνοντας έτσι την πιθανότητα λάθους στο 1/ στ. Ριβονουκλεοτίδια: Προκειμένου να συντεθούν τα πρωταρχικά τμήματα. ζ. Δεοξυριβονουκλεοτίδια: Προκειμένου να συντεθούν οι νέες αλυσίδες DNA. η. Ενέργεια. 19 Ποιες διαφορές παρατηρούνται κατά την αντιγραφή ενός ευκαρυωτικού χρωµοσώµατος και του κύριου µορίου DNA ενός βακτηρίου; α. Η αντιγραφή του DNA αρχίζει από καθορισμένα σημεία, τα οποία ονομάζονται θέσεις έναρξης της αντιγραφής. Το βακτηριακό DNA, που είναι κυκλικό, έχει μία μόνο θέση έναρξης της αντιγραφής και αντιγράφεται κάτω από ευνοϊκές συνθήκες σε λιγότερο από 30 λεπτά. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, κάθε χρωμόσωμα είναι ένα μακρύ γραμμικό μόριο DNA το οποίο έχει πολυάριθμες θέσεις έναρξης της αντιγραφής. Το DNA των χρωμοσωμάτων των ευκαρυωτικών κυττάρων αντιγράφεται ταυτόχρονα σε εκατοντάδες σημεία σε όλο το μήκος του και, στη συνέχεια, τα τμήματα που δημιουργούνται ενώνονται μεταξύ τους. β. Σε κάθε τμήμα DNA που γίνεται η αντιγραφή, η σύνθεση του DNA είναι συνεχής στη μία αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη. Τόσο στα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα όσο και στα κυκλικά μόρια DNA των βακτηρίων, τα τμήματα της ασυνεχούς αλυσίδας συνδέονται μεταξύ τους με τη βοήθεια ενός ενζύμου που ονομάζεται DNA δεσμάση. Όμως, στα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα η DNA δεσμάση συνδέει 19

20 ΣΥΝ ΥΑΣΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΑΝΤΗΣΗ επιπλέον και όλα τα τμήματα που προκύπτουν από τις διάφορες θέσεις έναρξης της αντιγραφής. γ. Η αντιγραφή ενός ευκαρυωτικού χρωμοσώματος συμβαίνει στον πυρήνα του κυττάρου, ενώ το κύριο μόριο DNA των βακτηρίων αντιγράφεται στο κυτταρόπλασμα, δεδομένου ότι τα προκαρυωτικά κύτταρα στερούνται πυρηνικής μεμβράνης. 20 Σε ποιες περιπτώσεις είναι δυνατό να υπάρχουν τέσσερα πανο- µοιότυπα µόρια DNA σε ένα φυσιολογικό κύτταρο; α. Τα πλασμίδια είναι δίκλωνα, κυκλικά μόρια DNA, το μέγεθος των οποίων ποικίλει, εντοπίζονται σε πολλά βακτήρια και περιέχουν μικρό ποσοστό της γενετικής πληροφορίας του κυττάρου (1-2%). Ένα βακτήριο μπορεί να μην περιέχει πλασμίδια, είτε να περιέχει ένα ή και περισσότερα πλασμίδια. Τα πλασμίδια αντιγράφονται ανεξάρτητα από το κύριο μόριο DNA του βακτηρίου και περιέχουν διάφορα γονίδια. β. Το μιτοχονδριακό DNA στους περισσότερους οργανισμούς είναι κυκλικό μόριο. Σε ορισμένα κατώτερα πρωτόζωα είναι γραμμικό. Κάθε μιτοχόνδριο περιέχει 2 έως 10 αντίγραφα του κυκλικού μορίου DNA. 21 Σε ποιες περιπτώσεις κατά τη ροή της γενετικής πληροφορίας βρίσκει εφαρµογή ο κανόνας συµπληρωµατικότητας των αζωτούχων βάσεων και ποιες βάσεις είναι συµπληρωµατικές σε κάθε περίπτωση; Ο κανόνας συμπληρωματικότητας εφαρμόζεται κατά: α. Την αντιγραφή του DNA Στη δημιουργία των πρωταρχικών τμημάτων. Η συμπληρωματικότητα ισχύει ως εξής: Αλυσίδα DNA A T G C Πρωταρχικό τμήμα RNA U A C G Στην επιμήκυνση των πολυνουκλεοτιδικών αλυσίδων DNA. Η συμπληρωματικότητα ισχύει όπως στη δομή του DNA, δηλαδή A απέναντι από T και G απέναντι από C. β. Τη μεταγραφή του DNA σε RNA. Η συμπληρωματικότητα ισχύει ως εξής: Μεταγραφόμενη αλυσίδα DNA A T G C RNA U A C G γ. Την αντίστροφη μεταγραφή των ιών. Η συμπληρωματικότητα ισχύει ως εξής: RNA ιού A U G C DNA T A C G 20