Bιολογία προσανατολισμού

Transcript

1 Bιολογία προσανατολισμού Α. 1. γ 2. β 3. γ 4. β 5. γ ΘΕΜΑ Α ΘΕΜΑ Β Β1. α: Σ, β: Λ, γ: Σ, δ: Λ, ε: Σ, ζ: Σ, η: Λ Β2. α. Τα γονίδια, ανάλογα με το προϊόν της μεταγραφής τους, διακρίνονται σε 2 μεγάλες κατηγορίες, σε αυτά που μεταγράφονται σε mrna και μεταφράζονται σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες και αυτά που μεταγράφονται σε άλλα είδη RNA, όπως trna, rrna και sn RNA που δεν μεταφράζονται και έχουν άλλους λειτουργικούς ρόλους. Συνεπώς, το συγκεκριμένο μόριο RNA μπορεί να ανήκει στη 2η κατηγορία, δηλαδή να είναι είτε rrna, είτε trna είτε snrna. β. Στο γονιδίωμα των προκαρυωτικών, τα γονίδια που κωδικοποιούν ένζυμα που συμμετέχουν σε μία κοινή μεταβολικό οδό, οργανώνονται σε ομάδες, τα οπερόνια, που υπόκεινται σε κοινό έλεγχο της έκφρασή τους, δηλαδή μεταγράφονται στο ίδιο μόριο mrna το οποίο μεταφραζόμενο παράγει 2 ή περισσότερες διαφορετικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Συνεπώς, το συγκεκριμένο μόριο RNA είναι ένα μόριο mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή των δομικών γονιδιών ενός οπερονίου. Β3. Σχολικό Βιβλίο: στάδιο έναρξης της μετάφρασης, σελίδες Β4. Οι μελέτες κληρονομικότητας στον άνθρωπο είναι δύσκολες για τους ακόλουθους λόγους: Ο άνθρωπος αναπτύσσεται αργά, εμφανίζει μεγάλη διάρκεια γενιάς, χρόνια. Ο άνθρωπος δίνει μικρό αριθμό απογόνων αρά δεν μπορεί να γίνει ασφαλής στατιστική

2 επεξεργασία. Δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν διασταυρώσεις ανάλογες με αυτές που έκανε ο Μendel στο μοσχομπίζελο. Επιπλέον, πολλοί χαρακτήρες του ανθρώπου είναι πολυγονιδιακοί, δηλαδή ελέγχονται από 2 ή περισσότερα γονίδια που εδράζονται σε διαφορετικά (μη ομόλογα) χρωμοσώματα. Η μεντελική κληρονομικότητα στον άνθρωπο εφαρμόζεται μόνο για μονογονιδιακές ασθένειες ή χαρακτήρες. Β4. 3 ομοιότητες είναι: ίδιο μήκος, ίδια θέση κεντρομεριδίου, ίδια μορφολογία, ίδιο μοτίβο ζωνών μετά από χρώση με την ίδια χρωστική, καθώς και στις ίδιες θέσεις περιέχουν γονίδια που ελέγχουν την ίδια ιδιότητα είτε με ίδιο είτε με διαφορετικό τρόπο. Δεδομένου ότι το ένα χρωμόσωμα είναι μητρικής και το άλλο πατρικής προέλευσης δεν έχουν ακριβώς την ίδια αλληλουχία βάσεων, άρα δεν θα έχουν τον ίδιο αριθμό αλληλουχιών αναγνώρισης της περιοριστικής ενδονουκλεάσης, συνεπώς, θα δίνουν διαφορετικό αριθμό κομματιών. Γ1. κόκκινο κίτρινο πορτοκ αλί % πορτοκαλί : 50% κίτρινο ΘΕΜΑ Γ % κόκκινο Η φαινοτυπική αναλογία στα και στα είναι διαφορετική, οπότε ο τύπος κληρονομικότητας σχετίζεται με το φύλο και τα φυλετικά χρωμοσώματα. Άρα, το γονίδιο είναι φυλοσύνδετο: σελ. 80 (84): φυλοσύνδετη κληρονομικότητα - εισαγωγή σελ. 75 (79):Μερικά γονίδια... ατελώς επικρατή. Στη συγκεκριμένη περίπτωση μόνο σε θηλυκά ΧΧ μπορεί να συναντήσουμε τον πορτοκαλί φαινότυπο. Χ Κ1 : κόκκινο } Χ Κ1 Χ Κ2 : πορτοκαλί Χ Κ2 : κίτρινο Στη συγκεκριμένη περίπτωση υπάρχει αναλογία 2 :1 που υποδηλώνει την παρουσία φυλοσύνδετου υπολειπόμενου θνησιγόνου γονιδίου. Χ κ : θνησιγόνο σελ. 80 (ορισμός) Χ κ Υ, Χ κ Χ κ : θάνατος

3 Οι γονότυποι των ατόμων στην P: Χ Κ1 Χ κ x Χ Κ2 Y Σε κάθε άτομο της P γενιάς οι γαμέτες προκύπτουν σύμφωνα με τον 1 ο νόμο του Mendel (Νόμος διαχωρισμού αλληλόμορφων γονιδίων). P: Χ Κ1 Χ κ x Χ Κ2 Υ Γαμέτες : Χ Κ1, Χ κ X Κ2, Y X Κ2 Y X Κ1 X Κ1 X Κ2 X Κ1 Y Χ κ X Κ2 X κ X κ Y Στους βιώσιμους απογόνους έχουμε: 1X Κ1 X Κ2 : X Κ2 X κ 1 πορτοκαλί : 1 κίτρινο 1 X Κ1 Y 1 κόκκινο Γ2. α) Από το γάμο των ατόμων 1 και 2 της πρώτης γενιάς που έχουν την ασθένεια γεννιούνται υγιή παιδιά. Άρα, ο τρόπος κληρονόμησης είναι σίγουρα επικρατής. Δεν θα μπορούσε να είναι υπολειπόμενος, γιατί αν ήταν αυτοσωμικός επικρατής, δηλαδή το υπεύθυνο αλληλόμορφο εδράζεται σε ένα αυτοσωμικό χρωμόσωμα (κάθε άτομο έχει δυο αλληλόμορφα, αφού τα αυτοσωμικά είναι σε ζεύγη διπλοειδής οργανισμός) το Α = φυσιολογικό αλληλόμορφο και επικρατεί του υπολειπόμενο α = ασθένεια, τα άτομα της πρώτης γενιάς θα είχαν γονότυπο αα και θα αποκτούσαν υγιή παιδιά, δηλαδή με τουλάχιστον ένα Α αλληλόμορφο στον γονότυπό τους, πράγμα άτοπο. (με όμοιο τρόπο απορρίπτεται και ο φυλοσύνδετος υπολειπόμενος, δηλαδή το αλληλόμορφο που ελέγχει την ασθένεια να εδράζεται στην περιοχή του Χ χρωμοσώματος που δεν έχει ομόλογη στο Υ, αφού οι γονείς θα είχαν γονοτύπους Χ α Χ α και Χ α Υ αντίστοιχα άρα, θα ήταν αδύνατη η απόκτηση υγιούς παιδιού Χ Α _). Επίσης, ο τρόπος κληρονόμησης δεν μπορεί να είναι φυλοσύνδετος επικρατής, γιατί ο ασθενής πατέρας Χ Β Υ αποκτά υγιή κόρη Χ β Χ β γεγονός άτοπο. Άρα, ο τρόπος κληρονόμησης είναι αυτοσωμικός επικρατής, δηλαδή το Α = το υπεύθυνο αλληλόμορφο για την ασθένεια επικρατεί του α = φυσιολογικό αλληλομόρφο.

4 β) Δεδομένου ότι ο τρόπος κληρονόμησης είναι αυτοσωμικός επικρατής και ότι τα άτομα της πρώτης γενιάς ασθενούν, δηλαδή έχουν γονότυπο Α_ και αποκτούν παιδιά υγιή αα σημαίνει ότι θα είναι ετερόζυγα, αφού κάθε γονέας συνεισφέρει ένα αλληλόμορφο α στους απογόνους, δηλαδή ο γονότυπος των γονέων είναι Αα. Από τη διασταύρωση ατόμων Αα x Αα προκύπτει η γον. αναλογία 1 ΑΑ (ασθενές): 2 Αα (ασθενές): 1 αα (υγιές) το 1 άτομο της δεύτερης γενιάς έχει γεννηθεί και είναι ασθενές, άρα δεν ΣΥΝυπολογίζεται η πιθανότητα να είναι υγιές, άρα η πιθανότητα να είναι ετερόζυγο είναι 2/3 + διατύπωση του 1ου νόμου του Mendel γ) Το άτομο 4 της δεύτερης γενιάς πάσχει (Α_) αλλά αποκτά υγιή απόγονο (αα} άρα, έχει γονότυπο Αα και παντρεύεται με υγιές ατομο-ιι5 (αα) Η διασταύρωση είναι Αα x αα αναμενόμενη αναλογία 1 Αα (ασθενές) : 1 αα υγιές) άρα, υπάρχει 50% να γεννηθεί παιδί υγιές, αυτή όμως η πιθανότητα είναι ανεξαρτήτως φύλου, αφού ο χαρακτήρας είναι αυτοσωμικός. Η πιθανότητα το παιδί να είναι αγόρι είναι 50% δεδομένου ότι ο γαμέτης του άντρα μπορεί με πιθανότητα 50% να έχει το Χ ή το Υ χρωμόσωμα (2ος Νόμος του Mendel, ανεξάρτητη μεταβίβαση των γονιδίων άρα και των χρωμοσωμάτων λόγω της τυχαίας διάταξής του κατά τη μετάφαση της μείωσης Ι και τον επικείμενο διαχωρισμό τους), συνεπώς η πιθανότητα να αποκτήσουν παιδί αρσενικού φύλου και ασθενές είναι 1/2 x 1/2 = ¼, δηλαδή 25%. Κάθε κύηση είναι ανεξάρτητο γεγονός και δεν επηρεάζεται και από το αποτέλεσμα της προηγούμενης. δ) Η μη διάκριση των χρωμάτων πράσινου και κόκκινου αποτελεί την ασθένεια της μερικής αχρωματοψίας που κληρονομείται με φυλοσύνδετο υπολειπόμενο τρόπο. Αν το άτομο 2 της πρώτης γενιάς πάσχει θα έχει γονότυπο Χ β Υ και το υπεύθυνο αλληλόμορφο το μεταβιβάζει σε όλες τις κόρες του. Δεδομένου ότι είναι το μόνο άτομο των 2 πρώτων γενιών που πάσχει, η κόρη του, το άτομο 4 της δεύτερης γενιάς, θα έχει γονότυπο Χ Β Χ β (ετερόζυγη). Το μοναδικό χρωμόσωμα Χ σε κάθε άντρα είναι μητρικής προέλευσης άρα, η πιθανότητα ο εγγονός του να μη διακρίνει τα χρώματα είναι 1/2 ή 50 %. (προσοχή γνωρίζουμε ότι το άτομο 2 της τρίτης γενιάς είναι αρσενικό άρα, δεν λαμβάνουμε υπόψη την πιθανότητα να είναι θηλυκό, δεδομένου ότι ο χαρακτήρας είναι φυλοσύνδετος)

5 Δ1α. Τμήμα 1 ΘΕΜΑ Δ 5 CGAGGGCGAATTCATGTTATTGT GTGGCCAG CGATGTGGTGGTGCCATATATGΑGAATTC 3 3 GCTCCCGCTTAAGTACAATAACA CACCGGTC GCTACACCACCACGGTATATACΤCTTAAG 5 Τμήμα 2 5 GAATTCATG TTA TTG TCG ATG TGG TGG TGC CAT ATA TGΑGAATTC 3 3 CTTAAGTAC AAT AAC AGC TAC ACC ACC ACG GTA TAT ACΤCTTAAG5 Σε αμφότερα τα τμήματα DNA περιλαμβάνεται το ίδιο γονίδιο, που κωδικοποιεί το πεπτίδιο: H2N met-leu-leu-ser-met-trp-trp-cys-his-ile COOH Τα περισσότερα γονίδια των ευκαρυωτικών οργανισμών είναι ασυνεχή ή διακεκομμένα, δηλαδή οι αλληλουχίες που μεταφράζονται σε αμινοξέα (εξώνια) διακόπτονται από αλληλουχίες που δεν μεταφράζονται, τα εσώνια. Το τμήμα που προέρχεται από τη ccdna, δεδομένου ότι κατασκευάζεται από το ώριμο mrna του γονιδίου, στον κωδικό κλώνο θα απαντάται κωδικόνιο έναρξης και κωδικόνιο λήξης με το ίδιο βήμα τριπλέτας και τρόπο συνεχή και μη επικαλυπτόμενο, και αφού δεν περιέχει εσώνια και ρυθμιστικές αλληλουχίες π.χ. υποκινητή θα έχει μικρότερο μήκος. Για τον προσδιορισμό του κωδικού κλώνου σε καθένα από τα παραπάνω τμήματα ακολουθείται η ακόλουθη διαδικασία. Η μεταγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5 3, οπότε η αλυσίδα του mrna είναι αντιπαράλληλη με τη μη κωδική και προκύπτει όταν η RNA πολυμεράση ξεκινώντας από τον υποκινητή όπου έχει προσδεθεί μαζί με τους κατάλληλους μεταγραφικούς παράγοντες, ξετυλίγει τη διπλή έλικα και τοποθετεί τα ριβονουκλεοτίδια απέναντι από τα δεοξυριβονουκλεοτίδια του μη κωδικού κλώνου με βάση τον κανόνα της συμπληρωματικότητας (Α U, Τ Α, G C και C G). Η θέση του υποκινητή είναι πάντα πριν την αρχή του γονιδίου, ενώ η μεταγραφή σταματάει στις αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής που υπάρχουν στο τέλος του γονιδίου και το mrna είναι το κινητό αντίγραφο της πληροφορίας του γονιδίου. Ο κωδικός κλώνος ενός γονιδίου που μεταγράφεται σε mrna πρέπει στο 5 άκρο να διαθέτει κωδικόνιο έναρξης AΤG, στη συνέχεια βήμα τριπλέτας (γενετικός κώδικας τριπλέτας, συνεχής, μη επικαλυπτόμενος) και τέλος κωδικόνιο λήξης ΤΑΑ ή ΤΑG ή TGA στο 3 άκρο. Ο μη κωδικός (μεταγραφόμενος) κλώνος πρέπει στο 3 άκρο αντίστοιχα να διαθέτει τριπλέτα TAC, στη συνέχεια βήμα τριπλέτας και τέλος τριπλέτα ΑΤΤ ή ATC ή ΑCT στο 5 άκρο. Κάθε κωδικόνιο είναι μια τριάδα νουκλεοτιδίων και κωδικοποιεί ένα αμινοξύ εκτός από το κωδικόνιο λήξης. Στο τμήμα 2 γονίδιο εντοπίζονται στον κωδικό κλώνο συνεχόμενα τα

6 κωδικόνια κατά σειρά ATG για μεθειονίνη ως κωδικόνιο έναρξης της μετάφρασης, ΤTΑ και TTG για λευκίνη, ΤCG για σερίνη, ATG για μεθειονίνη, TGG για τρυπτοφάνη, TGC για κυστείνη, CAT για ιστιδίνη, ΑΤΑ για ισολευκίνη και τέλος το κωδικόνιο λήξης ΤGΑ που κωδικοποιούν το δοθέν πεπτίδιο. Άρα, το τμήμα αυτό ανήκει στη cdna βιβλιοθήκη ενώ στο τμήμα 1 εντοπίστηκε ένα εσώνιο μήκους 8 ζευγών βάσεων μεταξύ των βάσεων Τ και CG του κωδικονίου TCG της σερίνη και αντίστοιχα στη συμπληρωματική τριπλέτα της μη κωδικής αλυσίδας του γονιδίου (δείχνεται με έντονα πλάγια γράμματα). Δ1β. Σχολικό Βιβλίο: σελ.33 (37): Αντίθετα στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς... εσώνια. Το εσώνιο είναι: 5 GTGGCCAG 3 3 CACCGGTC 5 Δ1γ. Η αλληλουχία του υποκινητή δεν μεταγράφεται στο mrna, άρα δεν περιέχεται στη cdna βιβλιοθήκη, αφού αυτή κατασκευάζεται με μήτρα το ώριμο mrna. Δεδομένου όμως ότι το mrna περιέχει την αλληλουχία της 5 αμετάφραστης περιοχής, άρα και η cdna βιβλιοθήκη, συγκρίνοντας τις δύο παραπάνω αλληλουχίες ότι υπάρχει στο τμήμα της γονιδιωματικής βιβλιοθήκης (τμήμα 1) πριν την αλληλουχία της 5 αμετάφραστης περιοχής είναι ο υποκινητής: 5 CGAGGGC 3 3 GCTCCCG 5 Δ2. Στο ανασυνδυασμένο DNA που προέκυψε παραπάνω λειτουργεί το γονίδιο ανθεκτικότητας σε τετρακυκλίνη (tet) αλλά δεν λειτουργεί το γονίδιο ανθεκτικότητας σε αμπικιλλίνη (amp) λόγω ενσωμάτωσης του τμήματος DNA που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση του πεπτιδίου. Επίσης μετά τη δράση της DNA δεσμάσης ορισμένα πλασμίδια γίνονται κυκλικά χωρίς να προσλάβουν το τμήμα DNA που επιθυμούμε να κλωνοποιηθεί οπότε τόσο το γονίδιο ανθεκτικότητας σε τετρακυκλίνη όσο και το γονίδιο ανθεκτικότητας σε αμπικιλλίνη είναι λειτουργικά. Στη συνέχεια χρησιμοποιούνται ως ξενιστές, βακτήρια που δεν έχουν πλασμίδια και επομένως είναι ευαίσθητα σε αντιβιοτικά. Για να μπει ένα πλασμίδιο μέσα στο βακτήριο, τα τοιχώματα του βακτηρίου γίνονται παροδικά διαπερατά σε μακρομόρια, μετά από κατάλληλη κατεργασία (μετασχηματισμός). Βακτήρια-ξενιστές δέχονται σε μικρό ποσοστό πλασμίδια, μερικά από τα οποία είναι ανασυνδυασμένα.

7 Στην προκειμένη περίπτωση μετά την παραπάνω διαδικασία προκύπτουν: - Βακτήρια με το φορέα κλωνοποίησης που έχουν ανθεκτικότητα σε αμπικιλλίνη και τετρακυκλίνη. - Βακτήρια με το ανασυνδυασμένο DNA που έχουν ανθεκτικότητα μόνο σε τετρακυκλίνη. - Βακτήρια χωρίς πλασμίδιο που δεν έχουν ανθεκτικότητα ούτε σε αμπικιλλίνη ούτε σε τετρακυκλίνη. Η επιλογή των βακτηρίων που δέχτηκαν ανασυνδυασμένο πλασμίδιο στηρίζεται στην ικανότητα ανάπτυξης τους παρουσία αντιβιοτικού, επειδή το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο περιέχει ένα γονίδιο που τους προσδίδει ανθεκτικότητα στο συγκεκριμένο αντιβιοτικό. Κάθε βακτήριο που προσέλαβε ένα ανασυνδυασμένο πλασμίδιο πολλαπλασιάζεται και δίνει ένα κλώνο. Η διαδικασία δημιουργίας κλώνων βακτηρίων ονομάζεται κλωνοποίηση. Αρχικά τα βακτήρια τοποθετούνται σε κατάλληλο θρεπτικό υλικό που περιέχει το αντιβιοτικό τετρακυκλίνη. Τα βακτήρια χωρίς πλασμίδιο επειδή δεν έχουν ανθεκτικότητα σε τετρακυκλίνη δεν επιβιώνουν. Στην καλλιέργεια θα προκύψουν σύμφωνα με τα παραπάνω αποικίες των βακτηρίων με το ανασυνδυασμένο DNA και των βακτηρίων που διαθέτουν το φορέα κλωνοποίησης. Μεταφέρουμε μέρος των αποικιών σε θρεπτικό με το αντιβιοτικό αμπικιλλίνη όπου τελικά αναπτύσσονται αποικίες μόνο των βακτηρίων που διαθέτουν το φορέα κλωνοποίησης. Συγκρίνουμε τελικά τα πρότυπα ανάπτυξης αποικιών των δύο καλλιεργειών και επιλέγουμε από την αρχική καλλιέργεια σε τετρακυκλίνη τα βακτήρια με το ανασυνδυασμένο DNA. Δ2α. Σχολικό Βιβλίο σελ.60-61(64-65): Αν επιδράσουμε...χιλιάδες άλλα κομμάτια. Σχολικό Βιβλίο σελ.60(64): Οι cdna βιβλιοθήκες...των εξωνίων. Σχολικό Βιβλίο σελ.61(65): Η τεχνική... συμπληρωματικό τους DNA. Δ2β. Ο καταλληλότερος ανιχνευτής μπορεί να είναι RNA ή DNA, και θα πρέπει να είναι συμπληρωματικός και αντιπαράλληλος με την αντίστοιχη αλληλουχία των κωδικονίων των αμινοξέων ή των τριπλετών του μη κωδικού κλώνου που αφορούν την αλληλουχία των αμινοξέων met-trp-trp στο πεπτίδιο, διότι τα αμινοξέα αυτά κωδικοποιούνται από έναν μόνον κωδικόνιο το κάθε ένα και επίσης οι 2 πρώτες βάσεις των συνώνυμων κωδικονίων του επόμενους αμινοξέος (κυστεΐνη Cys ) επίσης σταθερές. Συνεπώς, ο ανιχνευτής με την αλληλουχία 11 βάσεων 5 AUG - UGG UGG UG 3 ( ή 5 AΤG - ΤGG ΤGG ΤG 3 ) υβριδοποιεί τη μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου, ενώ εξίσου σωστή επιλογή είναι και η αλληλουχία 3 UAC ACC ACC AC 5 (ή 3 TAC ACC ACC AC 5 ) που υβριδοποιεί την κωδική.