Ασκήσεις 1 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Transcript

1 Ασκήσεις 1 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1. Η ανάλυση δειγμάτων DNA από δύο βακτηριακές καλλιέργειες έδωσε τα εξής αποτελέσματα: στην πρώτη καλλιέργεια βρέθηκε ποσοστό αδενίνης (Α) 28% και στη δεύτερη καλλιέργεια βρέθηκε ποσοστό γουανίνης (G) 28%. Να εξηγήσετε αν τα βακτήρια των δύο καλλιεργειών ανήκουν στο ίδιο ή σε διαφορετικό είδος. Στα βακτήρια, το DNA είναι δίκλωνο και κυκλικό μόριο. Με βάση τη συμπληρωματικότητα Α=Τ και G C, τα ποσοστά (%) των αζωτούχων βάσεων και η αναλογία των βάσεων (Α+T)/(G+C) σε κάθε δείγμα είναι: Βακτηριακό DNA 1 ης καλλιέργειας Βακτηριακό DNA 2 ης καλλιέργειας A T C G A+T/G+C / /56 Η αναλογία των βάσεων (Α+T)/(G+C) διαφέρει από είδος σε είδος και σχετίζεται με το είδος του οργανισμού. Συνεπώς, τα βακτήρια των δύο καλλιεργειών ανήκουν σε διαφορετικά είδη. 2. Ένα σωματικό κύτταρο του ανθρώπου έχει φυσιολογικά 46 χρωμοσώματα. Πόσα μόρια DNA υπάρχουν συνολικά στο στάδιο της μετάφασης, στα χρωμοσώματα ενός σωματικού κυττάρου του ανθρώπου; Το συνολικό DNA που υπάρχει σε κάθε ευκαρυωτικό κύτταρο δεν είναι ένα ενιαίο μόριο, αλλά αποτελείται από πολλά γραμμικά μόρια, ο αριθμός των οποίων είναι χαρακτηριστικός για κάθε είδος οργανισμού. Τα μόρια του DNA πακετάρονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν τα ινίδια χρωματίνης. Με την αντιγραφή του DNA, κάθε ινίδιο χρωματίνης έχει διπλασιαστεί, προκύπτουν οι αδελφές χρωματίδες οι οποίες είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους στα κεντρομερίδια τους. Στην κυτταρική διαίρεση, κατά τη μετάφαση, οι αδελφές χρωματίδες αποκτούν το μέγιστο βαθμό συσπείρωσης, σχηματίζονται τα χρωμοσώματα που είναι ευδιάκριτα να παρατηρηθούν στο οπτικό μικροσκόπιο. Επομένως, ένα φυσιολογικό σωματικό κύτταρο του ανθρώπου έχει 46 ινίδια χρωματίνης (46 μόρια DNA), μετά την αντιγραφή του DNA έχει 92 ινίδια χρωματίνηςαδελφές χρωματίδες (92 μόρια DNA) και στο στάδιο της μετάφασης έχει 46 χρωμοσώματα και συνολικά 92 μόρια DNA. 3. Από το φυτό Zea mays (καλαμπόκι) απομονώθηκαν τρία διαφορετικά φυσιολογικά κύτταρα στα οποία προσδιορίστηκε το μέγεθος του γονιδιώματος σε ζεύγη βάσεων: στο 1 ο κύτταρο: 20x10 9 ζεύγη βάσεων, στο 2 ο κύτταρο: 5x10 9 ζεύγη βάσεων και στο 3 ο κύτταρο: 10x10 9 ζεύγη βάσεων. Να εξηγήσετε γιατί υπάρχουν οι διαφορές αυτές στο μέγεθος του γονιδιώματος των τριών κυττάρων. Το φυτό Zea mays (καλαμπόκι) είναι ευκαρυωτικός οργανισμός. Το γενετικό υλικό ενός κυττάρου αποτελεί το γονιδίωμά του. Το γενετικό υλικό των κυττάρων του είναι δίκλωνο DNA αφού έχει ζεύγη βάσεων. Τα κύτταρα στα οποία το γονιδίωμα υπάρχει σε δύο αντίγραφα, όπως είναι τα σωματικά κύτταρα των ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών, ονομάζονται διπλοειδή. Μετά την αντιγραφή του DNA, η ποσότητα του γενετικού υλικού 1

2 διπλαασιάζεται στα σωματικά κύτταρα. Τα κύτταρα στα οποία το γονιδίωμα υπάρχει σε ένα μόνο αντίγραφο, όπως είναι οι γαμέτες των διπλοειδών οργανισμών, ονομάζονται απλοειδή και έχουν τη μισή ποσότητα γενετικού υλικού σε σχέση με τα διπλοειδή, σωματικά κύτταρα. Επομένως: 1 ο κύτταρο 20 x 10 9 ζεύγη βάσεων: σωματικό κύτταρο, μετά την αντιγραφή του DNA 2 ο κύτταρο 5 x 10 9 ζεύγη βάσεων: γαμέτης κύτταρο 3 ο κύτταρο 10 x 10 9 ζεύγη βάσεων: σωματικό κύτταρο 4. Το φύλο στα κουνέλια καθορίζεται όπως και στον άνθρωπο. Όταν ένα φυσιολογικό σωματικό κύτταρο θηλυκού κουνελιού βρίσκεται στη μετάφαση, το μήκος του DNA του πυρήνα του είναι 1,6m. Με βάση αυτά τα δεδομένα, το μήκος του συνολικού DNA του κάθε φυσιολογικού γαμέτη αυτού του κουνελιού είναι: α) 1,6 m, β) 0,4 m, γ) 0,8 m, δ) λίγο μεγαλύτερο από 0,4 m. i) Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση και να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. δ: λίγο μεγαλύτερο από 0,4m Το γενετικό υλικό ενός κυττάρου αποτελεί το γονιδίωμά του. Τα κύτταρα στα οποία το γονιδίωμα υπάρχει σε ένα μόνο αντίγραφο, όπως είναι οι γαμέτες (σπερματοζωάριο, ωάριο) των ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών, ονομάζονται απλοειδή. Τα κύτταρα στα οποία το γονιδίωμα υπάρχει σε δύο αντίγραφα, όπως είναι τα σωματικά κύτταρα των ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών, όπως είναι το κουνέλι, ονομάζονται διπλοειδή. Στα ευκαρυωτικά ζωικά κύτταρα το γενετικό υλικό (DNA) κατανέμεται στον πυρήνα και στα μιτοχόνδρια. Ακόμη, στη μετάφαση η ποσότητα DNA ενός σωματικού κυττάρου είναι διπλασιασμένη. Συνεπώς: Το μήκος DNA του πυρήνα ενός σωματικού κυττάρου του θηλυκού κουνελιού είναι 0,8m. Το μήκος του συνολικού DNA κάθε φυσιολογικού γαμέτη (ωαρίου) περιέχει τη μισή ποσότητα DNA του πυρήνα, το οποίο αντιστοιχεί σε μήκος DNA που είναι 0,4m και επιπλέον φέρει μιτοχονδριακό DNA, άρα είναι λίγο μεγαλύτερο από 0,4m. ii) Συγκρίνοντας το συνολικό μήκος του DNA όλων των φυσιολογικών γαμετών ενός αρσενικού κουνελιού, με το μήκος του συνολικού DNA των φυσιολογικών γαμετών ενός θηλυκού κουνελιού, θα είναι ίδιο ή όχι το συνολικό μήκος τους; Σ ένα σπερματοζωάριο έχουμε φυλετικό χρωμόσωμα τύπου Χ ή τύπου Υ. Σ ένα ωάριο έχουμε φυλετικό χρωμόσωμα μόνο τύπου Χ. To χρωμόσωμα Υ είναι μικρότερο σε μέγεθος από το χρωμόσωμα Χ. Οπότε, συγκρίνοντας το μήκος του συνολικoύ DNA των φυσιολογικών γαμετών ενός αρσενικού κουνελιού με το μήκος του συνολικού DNA των φυσιολογικών γαμετών ενός θηλυκού ατόμου, έχουμε: μικρότερο μήκος συνολικού DNA, όταν το σπερματοζωάριο φέρει το χρωμόσωμα Υ σε σχέση με το μήκος του συνολικού DNA του ωαρίου, και ίδιο μήκος συνολικού DNA, όταν το σπερματοζωάριο φέρει το χρωμόσωμα Χ σε σχέση με το μήκος του συνολικού DNA του ωαρίου. 5. Να τοποθετήσετε στη σωστή σειρά τα παρακάτω βήματα τα οποία οδηγούν στην κατασκευή καρυότυπου, γράφοντας μόνο τους αριθμούς. 1. Τα κύτταρα επωάζονται σε υποτονικό διάλυμα. 2. Αναστέλλεται ο κυτταρικός κύκλος στο στάδιο της μετάφασης. 3. Τα χρωμοσώματα παρατηρούνται στο μικροσκόπιο. 2

3 4. Γίνεται επαγωγή κυτταρικών διαιρέσεων με ουσίες που έχουν μιτογόνο δράση. 5. Τα χρωμοσώματα ταξινομούνται σε ζεύγη κατά ελαττούμενο μέγεθος. 6. Τα χρωμοσώματα απλώνονται σε αντικειμενοφόρο πλάκα και χρωματίζονται με ειδικές χρωστικές ουσίες. Η σωστή σειρά των βημάτων για την κατασκευή του καρυότυπου είναι: Να αντιστοιχίσετε σωστά τον αριθμό καθεμίας από τις φράσεις της στήλης Ι με ένα μόνο γράμμα, Α ή Β, της στήλης ΙΙ. 1. Στήλη Ι Στην πλειονότητά τους έχουν την ικανότητα κυτταρικής διαίρεσης. Στήλη ΙΙ 2. Παράγονται με μείωση. 3. Δεν έχουν την ικανότητα κυτταρικής διαίρεσης. 4. Στον άνθρωπο έχουν DNA συνολικού μήκους δύο μέτρων. 5. Παράγονται με μίτωση. 6. Οι μεταλλάξεις στο DNA τους δεν κληρονομούνται στην επόμενη γενιά. 7. Στον άνθρωπο έχουν DNA συνολικού μήκους 3X10 9 ζεύγη βάσεων. 8. Οι μεταλλάξεις στο DNA τους κληρονομούνται στην επόμενη γενιά. Α: Σωματικά κύτταρα στην αρχή της μεσόφασης Β: Γαμέτες Η σωστή αντιστοίχιση είναι: Στήλη Ι Στήλη ΙΙ Α Β Β Α Α Α Β Β 3

4 Ασκήσεις 2 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1. Να αντιστοιχίσετε σωστά τον κάθε αριθμό της στήλης Ι με ένα μόνο γράμμα, Α ή Β ή Γ, της στήλης ΙΙ, με βάση τη δράση των ενζύμων της στήλης Ι. 1. DNA δεσμάση 2. DNA ελικάση Στήλη Ι 3. RNA πολυμεράση 4. Περιοριστική ενδονουκλεάση 5. Πριμόσωμα 6. Αντίστροφη μεταγραφάση Α. Β. Στήλη ΙΙ Δημιουργία φωσφοδιεστερικών δεσμών Διάσπαση φωσφοδιεστερικών δεσμών 7. Απαμινάση της αδενοσίνης Γ. Ούτε το Α, ούτε το Β Η σωστή αντιστοίχιση είναι: Στήλη Ι Στήλη ΙΙ Α Γ Α Β Α Α Γ 2. Στο διάγραμμα απεικονίζεται τμήμα DNA του βακτηρίου E. coli το οποίο επιδιορθώνεται μεταξύ των σημείων Χ και Υ με τη δράση τριών ενζύμων. Το πρώτο ένζυμο, ένα ειδικό ένζυμα, κόβει την αλυσίδα και απομακρύνει το κατεστραμμένο τμήμα της αλυσίδας. Στη συνέχεια, το ένζυμο Ι εισέρχεται στο άνοιγμα που προκύπτει και προσθέτει νουκλεοτίδια για να συνθέσει το DNA που λείπει. Τα νουκλεοτίδια τοποθετούνται ξεκινώντας από την θέση Χ και πηγαίνοντας προς τη θέση Υ, όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Το ένζυμο ΙΙ ολοκληρώνει την επιδιόρθωση με τη σύνδεση του τμήματος DNA στη θέση Υ της αρχικής αλυσίδας. 4

5 α) Ποια είναι τα ονόματα των ενζύμων Ι και ΙΙ; Να εξηγήσετε ποια είναι 5, 3 άκρα των δύο (2) αλυσίδων του δοθέντος τμήματος DNA. β) Το επιδιορθωμένο τμήμα του βακτηριακού DNA αντιγράφεται. Στο διάγραμμα απεικονίζεται η θηλιά αντιγραφής που δημιουργείται στη θέση έναρξης της αντιγραφής (Θ.Ε.Α.). Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής δημιουργείται στο τμήμα της αλυσίδας που αντιγράφεται συνεχώς το πρωταρχικό τμήμα: 5 GCUCUAA 3. Να δείξετε με βέλος σε ποιες θέσεις μπορεί να τοποθετηθεί το πρωταρχικό τμήμα που σας δόθηκε, με την αιχμή του βέλους να δείχνει την κατεύθυνση σύνθεσης της νέας αλυσίδας του DNA. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Να εξηγήσετε πόσα υδροξύλια (-ΟΗ) μπορούν να συμμετάσχουν στη δημιουργία φωσφοδιεστερικού δεσμού στο πρωταρχικό τμήμα 5 GCUGUAA 3. α) Ένζυμο Ι: DNA πολυμεράση Ένζυμο ΙΙ: DNA δεσμάση Οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας. Κάθε νεοσυντιθέμενη αλυσίδα θα έχει προσανατολισμό 5' 3'. Σε κάθε διπλή έλικα που παράγεται οι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες. β) Μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα έχει στο πρώτο νουκλεοτίδιό της πάντα μία ελεύθερη φωσφορική ομάδα, συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της δεοξυριβόζης (5 άκρο) και στο τελευταίο νουκλεοτίδιό της πάντα ένα ελεύθερο το υδροξύλιο του 3' άνθρακα της δεοξυριβόζης (3 άκρο). Για το λόγο αυτό αναφέρεται ότι ο προσανατολισμός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5' 3'. Οι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή το 3' άκρο της μίας είναι απέναντι από το 5' άκρο της άλλης. Η αντιγραφή του DNA αρχίζει από καθορισμένα σημεία, που ονομάζονται θέσεις έναρξης της αντιγραφής. Όταν ανοίξει η διπλή έλικα, δημιουργείται μια «θηλιά», η οποία αυξάνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις. Οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση 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 μια αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη. 5

6 Επειδή οι DNA πολυμεράσες δεν έχουν την ικανότητα να αρχίσουν την αντιγραφή, το κύτταρο έχει ένα ειδικό σύμπλοκο που αποτελείται από πολλά ένζυμα, το πριμόσωμα, το οποίο συνθέτει στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής μικρά τμήματα RNA, συμπληρωματικά προς τις μητρικές αλυσίδες, τα οποία ονομάζονται πρωταρχικά τμήματα AAUGUCG 5 5 GCUGUAA γ) Κάθε νουκλεοτίδιο έχει στο 3 άνθρακα της πεντόζης του ένα υδροξύλιο (-ΟΗ) και στο 5 άνθρακα της πεντόζης του μια φωσφορική ομάδα (Ρ). Κάθε νουκλεοτιδική αλυσίδα έχει ένα ελεύθερο 5 άκρο (φωσφορική ομάδα) και ένα ελεύθερο 3 άκρο (υδροξύλιο). Το πρωταρχικό τμήμα αποτελείται από 7 διαδοχικά ριβονουκλεοτίδια, συνεπώς σχηματίζονται 6 φωσφοδιεστερικοί δεσμοί, μεταξύ του υδροξυλίου του 3 άνθρακα της ριβόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας του 5 άνθρακα της ριβόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου. Ο δεσμός που σχηματίζεται ονομάζεται 3-5 φωσφοδιεστερικός δεσμός. 3. Δίνεται το παρακάτω τμήμα DNA, το οποίο αντιγράφεται. Στον κλώνο ΖΗ η αντιγραφή γίνεται με ασυνεχή τρόπο. Τα σημεία Δ και Η υποδεικνύουν τις θέσεις έναρξης της αντιγραφής του DNA. α) Να σχεδιάσετε τα συνεχή και ασυνεχή τμήματα των νέων κλώνων με βέλη, υποδεικνύοντας τους προσανατολισμούς των νέων και των μητρικών κλώνων. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Στον κλώνο που αντιγράφεται με συνεχή τρόπο, να γράψετε την αλληλουχία των νουκλεοτιδίων και τον προσανατολισμό του πρωταρχικού τμήματος, το οποίο αποτελείται από 8 (οκτώ) νουκλεοτίδια. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α) Σε μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, το πρώτο νουκλεοτίδιό της έχει πάντα μία ελεύθερη φωσφορική ομάδα, συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της πεντόζης του και το τελευταίο νουκλεοτίδιό της έχει ελεύθερο το υδροξύλιο στον 3' άνθρακα της πεντόζης του. Για το λόγο αυτό αναφέρεται ότι ο προσανατολισμός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5' 3'. Οι DΝΑ πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε νέας, αναπτυσσόμενης αλυσίδας. Μεταξύ των διαδοχικών 6

7 νουκλεοτιδίων σχηματίζεται ο 3-5 φωσφοδιεστερικός δεσμός. Ο δεσμός αυτός δημιουργείται μεταξύ του υδροξυλίου του 3' άνθρακα της δεοξυριβόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που είναι συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της δεοξυριβόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου. Η αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5' 3' και κάθε νεοσυντιθέμενη αλυσίδα θα έχει τον ίδιο προσανατολισμό. Έτσι, σε κάθε διπλή έλικα που παράγεται, οι δύο αλυσίδες θα είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή το 3' άκρο της μιας είναι απέναντι από το 5' άκρο της άλλης. Για να ακολουθηθεί αυτός ο κανόνας σε κάθε τμήμα DΝΑ που γίνεται η αντιγραφή, η σύνθεση του DΝΑ είναι συνεχής στη μια αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη αλυσίδα. β) Επειδή οι DNA πολυμεράσες δεν έχουν την ικανότητα να αρχίσουν την αντιγραφή, το κύτταρο έχει ένα ειδικό σύμπλοκο που αποτελείται από πολλά ένζυμα, το πριμόσωμα, το οποίο συνθέτει στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής μικρά τμήματα RNA, συμπληρωματικά και αντιπαράλληλα ως προς τις μητρικές αλυσίδες, τα οποία ονομάζονται πρωταρχικά τμήματα. Δεδομένου ότι η αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5' 3', και το πρωταρχικό τμήμα που θα συντεθεί στη θέση έναρξης της αντιγραφής στον συνεχή κλώνο θα έχει τον ίδιο προσανατολισμό. Έτσι λοιπόν, το πρωταρχικό τμήμα RNA της συνεχούς αλυσίδας μήκους 8 νουκλεοτιδίων είναι: 5'-UCAGAUCU-3'. 4. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται ένα μέρος μιας βιολογικής διαδικασίας, η οποία βρίσκεται σε εξέλιξη. C U C U U T C T G A G A A A C A T G C A T A C G A C Να ονομάσετε τη διαδικασία που βρίσκεται σε εξέλιξη και να εντοπίσετε τη βάση που ενσωματώθηκε κατά παράβαση του κανόνα της συμπληρωματικότητας. Να γράψετε το δίκλωνο μόριο, το οποίο θα παραχθεί στο τέλος της διαδικασίας αυτής και να σημειώσετε τον προσανατολισμό των αλυσίδων του μορίου αυτού. Η διαδικασία που βρίσκεται σε εξέλιξη είναι η αντιγραφή του DNA λόγω πρωταρχικού τμήματος RNA, με προσανατολισμό 5' 3'. Η θέση εντοπισμού της βάσης που ενσωματώθηκε κατά παράβαση του κανόνα της συμπληρωματικότητας είναι η C. πρωταρχικό τμήμα RNA ΘΕΣΗ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ ΛΑΘΟΥΣ 5 C U C U U T C T A C G T A T G C T G 3 3 G A G A A A C A T G C A T A C G A C 5 καλούπι 7

8 Το δίκλωνο μόριο DNA που θα παραχθεί στο τέλος της διαδικασίας της αντιγραφής, μετά την αντικατάσταση του πρωταρχικού τμήματος RNA και της επιδιόρθωσης του λάθους είναι: 5 C Τ C Τ T T G T A C G T A T G C T G 3 3 G A G A A A C A T G C A T A C G A C 5 καλούπι Η αντιγραφή του DNA είναι απίστευτα ακριβής, μόνο ένα νουκλεοτίδιο στα μπορεί να ενσωματωθεί λάθος. Τα λάθη που δεν επιδιορθώνονται από τις DNA πολυμεράσες, επιδιορθώνονται σε μεγάλο ποσοστό από ειδικά επιδιορθωτικά ένζυμα. Έτσι ο αριθμός των λαθών περιορίζεται στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς στο 1/ Ένα βακτήριο περιέχει κυκλικό μόριο DNA που αποτελείται από ζεύγη βάσεων. Το βακτήριο αυτό αναπτύσσεται σε θρεπτικό υλικό που περιέχει αποκλειστικά ως πηγή φωσφόρου ραδιενεργό 32 Ρ. Να υπολογίσετε τον αριθμό των ραδιενεργών νουκλεοτιδίων που περιέχονται στο σύνολο των βακτηρίων μετά από δύο διαδοχικές διαιρέσεις του αρχικού βακτηρίου. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Βακτηριακό δίκλωνο κυκλικό DNA: νουκλεοτίδια νουκλεοτίδια Τα ραδιενεργά με 32 Ρ σημασμένα νουκλεοτίδια στην καινούρια, συμπληρωματική αλυσίδα DNA ως προς την αλυσίδα DNA καλούπι συμβολίζονται με διακεκομμένη γραμμή. 1 η διαίρεση βακτηρίου: προκύπτουν -2- βακτήρια με συνολικά ραδιενεργά νουκλεοτίδια καλούπι νουκλεοτίδια νουκλεοτίδια νουκλεοτίδια 32 Ρ νουκλεοτίδια νουκλεοτίδια 32 Ρ καλούπι νουκλεοτίδια

9 2 η διαίρεση βακτηρίου: προκύπτουν -4- βακτήρια με συνολικά ραδιενεργά νουκλεοτίδια καλούπι νουκλεοτίδια νουκλεοτίδια νουκλεοτίδια 32 Ρ νουκλεοτίδια 32 Ρ νουκλεοτίδια 32 Ρ καλούπι νουκλεοτίδια 32 Ρ καλούπι νουκλεοτίδια 32 Ρ νουκλεοτίδια 32 Ρ νουκλεοτίδια 32 Ρ νουκλεοτίδια νουκλεοτίδια 32 Ρ καλούπι νουκλεοτίδια

10 Η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα λειτουργεί σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας νέας συμπληρωματικής αλυσίδας. Έτσι τα δύο θυγατρικά μόρια που προκύπτουν είναι πανομοιότυπα με το μητρικό και καθένα αποτελείται από μια παλιά και μια καινούρια αλυσίδα. Ο μηχανισμός αυτός της αντιγραφής του DNA ονομάστηκε ημισυντηρητικός. 6. Το μόριο DNA ενός βακτηρίου αποτελείται από 2 Χ 10 5 ζεύγη βάσεων που περιέχουν το μη ραδιενεργό ισότοπο του φωσφόρου. Το βακτήριο αυτό τοποθετείται και πολλαπλασιάζεται σε θρεπτικό υλικό που περιέχει αποκλειστικά ως πηγή φωσφόρου ραδιενεργό 32 Ρ, και υφίσταται πέντε διαδοχικές διαιρέσεις. Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων, που περιέχουν το μη ραδιενεργό ισότοπο του φωσφόρου στο τέλος των πέντε διαιρέσεων, θα είναι: α) 0, β) 4 Χ 10 5, γ)2 Χ 10 5 Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση και την αιτιολογήσετε την επιλογή σας. β) 4 x 10 5 νουκλεοτίδια Οι δύο αλυσίδες ενός δίκλωνου μορίου DNA είναι συμπληρωματικές, και αυτό υποδηλώνει ότι η αλληλουχία της μιας καθορίζει την αλληλουχία της άλλης. Η συμπληρωματικότητα έχει τεράστια σημασία για τον αυτοδιπλασιασμό του DNA που χαρακτηρίζεται ως ημισυντηρητικός. Κάθε αλυσίδα DNA μπορεί να χρησιμεύει ως καλούπι για τη σύνθεση μιας συμπληρωματικής αλυσίδας, ώστε τελικά να σχηματίζονται δύο δίκλωνα θυγατρικά μόρια DNA που προκύπτουν είναι πανομοιότυπα με το μητρικό και καθένα αποτελείται από μία παλιά και μία καινούρια αλυσίδα. Συνεπώς, μετά από 5 διαδοχικές διαιρέσεις θα προκύψουν 32 κύτταρα, δύο απ αυτά θα φέρουν DNA που θα έχουν ως καλούπι την μια από τις δύο αλυσίδες του αρχικού μορίου DNA ενώ όλα τα υπόλοιπα κύτταρα θα έχουν νεοσυντιθέμενο DNA το οποίο θα έχει νουκλεοτίδια με ραδιενεργό ισότοπο φωσφόρου. Άρα ο αριθμός των νουκλεοτιδίων που θα περιέχουν το μη ραδιενεργό ισότοπο του φωσφόρου είναι 4 x Σ ένα μόριο DNA ευκαρυωτικού κυττάρου υπάρχουν δύο γονίδια Α και Β, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: α) Να ορίσετε τους προσανατολισμούς των αλυσίδων του DNA. β) Τα γονίδια Α και Β μεταγράφονται σε RNA. Να ορίσετε τους προσανατολισμούς του RNA που σχηματίζεται για κάθε γονίδιο. γ) Ποια είναι η κωδική αλυσίδα για το γονίδιο Α και για το γονίδιο Β; δ) Να ορίσετε τη θέση του υποκινητή για κάθε γονίδιο μ ένα βέλος. 10

11 α) Μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα σχηματίζεται από την ένωση πολλών νουκλεοτιδίων με ομοιοπολικό δεσμό. Ο δεσμός αυτός δημιουργείται μεταξύ του υδροξυλίου του 3' άνθρακα της πεντόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που είναι συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της πεντόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου. Ο δεσμός αυτός ονομάζεται 3'-5' φωσφοδιεστερικός δεσμός. Σε μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, το πρώτο νουκλεοτίδιό της έχει πάντα μία ελεύθερη φωσφορική ομάδα, συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της πεντόζης του και το τελευταίο νουκλεοτίδιό της έχει ελεύθερο το υδροξύλιο στον 3' άνθρακα της πεντόζης του. Για το λόγο αυτό αναφέρεται ότι ο προσανατολισμός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5' 3'. Στο δίκλωνο DNA, oι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή το 3' άκρο της μιας είναι απέναντι από το 5' άκρο της άλλης. β) Κατά την έναρξη της μεταγραφής ενός γονιδίου, η RNA πολυμεράση τοποθετεί τα ριβονουκλεοτίδια απέναντι από τα δεοξυριβονουκλεοτίδια της μιας αλυσίδας του DNA, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων, όπως και στην αντιγραφή, με τη διαφορά ότι εδώ απέναντι από το δεοξυριβονουκλεοτίδιο που περιέχει 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'. γ) Το μόριο RNA που σχηματίζεται είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο ως προς τη μια 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 κωδική αλυσίδα DNA γονιδίου και mrna έχουν τον προσανατολισμό 5 3. Επομένως, για το γονίδιο Α, κωδική είναι η αλυσίδα ΙΙ και για το γονίδιο Β, κωδική είναι η αλυσίδα Ι. δ) Κατά την έναρξη της μεταγραφής ενός γονιδίου, η RNA πολυμεράση προσδένεται στον υποκινητή με τη βοήθεια πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες και προκαλεί τοπικό ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA. Επομένως, ο υποκινητής βρίσκεται πάντοτε πριν από την αρχή κάθε γονιδίου και εντοπίζεται στο 5 άκρο της κωδικής αλυσίδας. 11

12 8. Στο παρακάτω τμήμα δίκλωνου μορίου DNA, μεταξύ των σημείων Κ και Λ περιέχεται ένα γονίδιο. Στο διάγραμμα υποδεικνύεται η θέση του υποκινητή του γονιδίου. α) Να σημειώσετε στο σχήμα τους προσανατολισμούς των κλώνων του μορίου και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να τοποθετήσετε στο σχήμα και στις κατάλληλες θέσεις το κωδικόνιο έναρξης του γονιδίου και ένα από τα κωδικόνια λήξης (της επιλογής σας). Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α) Μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα του DNA σχηματίζεται από την ένωση πολλών δεοξυριβονουκλεοτιδίων με ομοιοπολικό δεσμό. Ο δεσμός δημιουργείται μεταξύ του υδροξυλίου του 3' άνθρακα της δεοξυριβόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που είναι συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της δεοξυριβόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου και ονομάζεται 3'-5' φωσφοδιεστερικός δεσμός. Ανεξάρτητα από τον αριθμό των νουκλεοτιδίων από τα οποία αποτελείται η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, το πρώτο νουκλεοτίδιό της έχει πάντα μία ελεύθερη φωσφορική ομάδα συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της δεοξυριβόζης του και το τελευταίο νουκλεοτίδιό της έχει ελεύθερο το υδροξύλιο του 3' άνθρακα της δεοξυριβόζης του. Για το λόγο αυτό αναφέρεται ότι ο προσανατολισμός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5' 3'. Στο δίκλωνο DNA, oι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή το 3' άκρο της μιας είναι απέναντι από το 5' άκρο της άλλης. β) Ο υποκινητής βρίσκεται πάντοτε πριν από την αρχή κάθε γονιδίου και εντοπίζεται στο 5 άκρο της κωδικής αλυσίδας. Κατά την έναρξη της μεταγραφής ενός γονιδίου, η RNA πολυμεράση προσδένεται στον υποκινητή με τη βοήθεια πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες και προκαλεί τοπικό ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA. Το μόριο RNA που συντίθεται είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο ως προς τη μια 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. To RNA είναι το κινητό αντίγραφο της πληροφορίας ενός γονιδίου. Συνεπώς κωδική αλυσίδα DNA γονιδίου και mrna έχουν τον προσανατολισμό 5 3. Το κωδικόνιο έναρξης είναι το 5 -AUG-3 και κωδικοποιεί το αμινοξύ μεθειονίνη. Υπάρχουν τρία κωδικόνια λήξης: το 5 -UAG-3, το 5- UGA-3 και το 5 -UAA-3. Η παρουσία των 12

13 κωδικονίων αυτών στο μόριο του mrna οδηγεί στον τερματισμό της σύνθεσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Ο όρος κωδικόνιο δεν αφορά μόνο το mrna αλλά και το γονίδιο από το οποίο παράγεται. Το κωδικόνιο έναρξης στο mrna 5 AUG 3 αντιστοιχεί στο κωδικόνιο έναρξης της κωδικής αλυσίδας του γονιδίου 5 ATG 3. Το τμήμα ενός γονιδίου και του mrna που κωδικοποιεί μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, αρχίζει με το κωδικόνιο έναρξης και τελειώνει με το κωδικόνιο λήξης. 9. Δίνεται ένα τμήμα δίκλωνου DNA που περιέχει δύο (2) γονίδια (χωρίς εσώνια), τα οποία έχουν την πληροφορία για τη σύνθεση δύο (2) μικρών πεπτιδίων. Γ T A T G C A A T G G T A C A C C C A T A T A T G G A G T A C C A G C A T T C T T G G A T A C G T T A C C A T G T G G G T A T A T A C C T C A T G G T C G T A A G A A C C Δ α) Να γράψετε την αλληλουχία των βάσεων της κωδικής αλυσίδας αυτών των γονιδίων οι οποίες αντιστοιχούν στις 5 αμετάφραστες περιοχές των μορίων mrna τα οποία προκύπτουν από την μεταγραφή αυτών των γονιδίων. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να δηλώσετε σε ποια από τις θέσεις Γ, Δ θα προσδεθεί η RNA πολυμεράση, με τη βοήθεια μεταγραφικών παραγόντων, κατά τη μεταγραφή της γενετικής πληροφορίας αυτών των γονιδίων και να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. α) Η μεταγραφή ενός γονιδίου γίνεται με προσανατολισμό 5 3. Το mrna που σχηματίζεται είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο ως προς τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του γονιδίου, τη μη κωδική. Η συμπληρωματική και αντιποαράλληλη αλυσίδα της μη κωδικής είναι η κωδική. Στην κωδική αλυσίδα με προσανατολισμό 5 3 εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης 5 ATG 3 και με βήμα τριπλέτας, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα, ένα από τα κωδικόνια λήξης 5 TGA 3, 5 TAG 3, 5 TAA 3 και αντίστοιχα στο mrna εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης 5 AUG 3 και ένα από τα κωδικόνια λήξης 5 UGA 3, 5 UAG 3, 5 UAA 3. Σύμφωνα με το γενετικό κώδικα, μια τριάδα νουκλεοτιδίων ορίζει ένα αμινοξύ ή ένα κωδικόνιο λήξης. Στο 1 ο γονίδιο, η κωδική αλυσίδα είναι η κάτω: 3 T A T G C A A T G G T A C A C C C A T A T A T G G A G T A C C A G C A T T C T T G G 5 5 A T A C G T T A C C A T G T G G G T A T A T A C C T C A T G G T C G T A A G A A C C 3 H αλληλουχία των βάσεων της κωδικής αλυσίδας που αντιστοιχεί στην αμετάφραστη περιοχή του mrna, πριν από το κωδικόνιο έναρξης, είναι: 5 ATACGTTACC 3. Στο 2 ο γονίδιο, η κωδική αλυσίδα είναι η πάνω: 3 T A T G C A A T G G T A C A C C C A T A T A T G G A G T A C C A G C A T T C T T G G 5 5 A T A C G T T A C C A T G T G G G T A T A T A C C T C A T G G T C G T A A G A A C C 3 H αλληλουχία των βάσεων της κωδικής αλυσίδας που αντιστοιχεί στην αμετάφραστη περιοχή του mrna, πριν από το κωδικόνιο έναρξης, είναι: 5 GGTTCTTACGACC 3. β) Για το 1 ο γονίδιο, η RNA πολυμεράση θα προσδεθεί με τη βοήθεια μεταγραφικών παραγόντων στη θέση Γ, πριν από την αρχή του γονιδίου. Για το 2 ο γονίδιο, η RNA πολυμεράση θα προσδεθεί με τη βοήθεια μεταγραφικών παραγόντων στη θέση Δ, πριν από την αρχή του γονιδίου. 13

14 10. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται τα αντικωδικόνια των trnas και η σειρά με την οποία χρησιμοποιούνται κατά τη μετάφραση ενός μορίου mrna, που περιέχει 7 κωδικόνια. Σειρά 1ο 2ο 3ο 4ο 5ο 6ο αντικωδικόνια 3 UAC 5 5 AUC 3 3 GAC 5 5 AUC 3 5 CAG 3 3 UGG 5 trna α) Να γράψετε μία αλληλουχία βάσεων του μορίου mrna, συμπεριλαμβανομένου του 7 ου κωδικονίου, για τη μετάφραση του οποίου χρησιμοποιούνται τα trnas του πίνακα. β) Να γράψετε την αλληλουχία βάσεων του γονιδίου, η μεταγραφή του οποίου δίνει το mrna και να ορίσετε τα 5 και 3 άκρα του. Να εντοπίσετε την κωδική και τη μη κωδική αλυσίδα, να υποδείξετε τη θέση του υποκινητή στο παραπάνω γονίδιο, τοποθετώντας το γράμμα Υ στο κατάλληλο άκρο του μορίου. α) Δεδομένου ότι: το mrna έχει προσανατολισμό 5 3, τα κωδικόνια του mrna είναι συμπληρωματικά και αντιπαράλληλα με τα αντικωδικόνια των trnas και δεν υπάρχει για το κωδικόνιο λήξης του mrna αντικωδικόνιο trna, η αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων του mrna είναι: 5 AUG GAU CUG GAU CUG ACC UGA (ή UAA ή UAG) 3 Σειρά 1ο 2ο 3ο 4ο 5ο 6ο αντικωδικόνια trna 3 UAC 5 5 AUC 3 3 GAC 5 5 AUC 3 5 CAG 3 3 UGG 5 κωδικόνια mrna 5 AUG 3 3 UAG 5 5 CUG 3 3 UAG 5 3 GUC 5 5 ACC 3 β) Η αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων του δίκλωνου DNA γονιδίου και η θέση του υποκινητή του γονιδίου είναι: κωδική μη κωδική ΥΠΟΚΙΝΗΤΗΣ (Υ) 5 ATG GAT CTG GAT CTG ACC TGA 3 3 TAC CTA GAC CTA GAC TGG ACT Μια πρωτεΐνη ενός ευκαρυωτικού κυττάρου αποτελείται από μια πολυπεπτιδική αλυσίδα 100 αμινοξέων. Το γονίδιο, από το οποίο κωδικοποιήθηκε η πρωτεΐνη, αποτελείται από πολύ περισσότερα νουκλεοτίδια από αυτά που κωδικοποιούν τα 100 αμινοξέα. Να αναφέρετε τους λόγους αυτής της διαφοράς. Η διαφορά μεγέθους γονιδίου και γονιδιακού προϊόντος μπορεί να οφείλεται: στα εσώνια (λόγω ευκαρυωτικού οργανισμού), στις 5 και 3 αμετάφραστες περιοχές του γονιδίου, στο κωδικόνιο λήξης, στην απομάκρυνση αμινοξέων από το αρχικό αμινικό άκρο, μετά τη μετάφραση του γονιδίου, και στην απομάκρυνση ενδιάμεσου πεπτιδίου, όπως γίνεται κατά τη μετατροπή της προϊνσουλίνης σε ινσουλίνη. 14

15 Συνδυαστικές ασκήσεις 2 ου & 4 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1. Ποιες κατηγορίες γονιδίων που υπάρχουν στο χρωμοσωμικό DNA ενός κυτταρικού τύπου δεν κλωνοποιούνται σε cdna βιβλιοθήκη; Δεν κλωνοποιούνται τα γονίδια που δεν µεταγράφονται σε mrna στο συγκεκριµένο κυτταρικό τύπο καθώς και τα γονίδια που µεταγράφονται σε trna, rrna, snrna. 2. Δίνεται το παρακάτω δίκλωνο τμήμα DNA το οποίο αντιγράφεται in vitro. 5 T A A G T A T A C T A A A C G A A T T C A T A T T A T 3 3 A T T C A T A T G A T T T G C T T A A G T A T A A T A 5 Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, οι DNA πολυμεράσες ενσωματώνουν κατά λάθος στη θέση 12, απέναντι από το νουκλεοτίδιο Α (αδενίνη) το νουκλεοτίδιο C (κυτοσίνη) αντί του νουκλεοτιδίου T (θυμίνη). Το λάθος αυτό παραμένει και μετά το τέλος της αντιγραφής. α) Να γράψετε τα δίκλωνα τμήματα DNA που θα προκύψουν μετά το τέλος της αντιγραφής και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. β) Πόσα τμήματα DNA θα προκύψουν, αν μετά το τέλος της αντιγραφής προσθέσουμε στο μείγμα το ένζυμο EcoRΙ; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. α) Η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα λειτουργεί σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας νέας συμπληρωματικής αλυσίδας. Έτσι τα δύο θυγατρικά μόρια που προκύπτουν είναι πανομοιότυπα με το μητρικό και καθένα αποτελείται από μια παλιά και μια καινούρια αλυσίδα. Τα νέα μόρια DNA σχηματίζονται, καθώς δημιουργούνται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών αζωτούχων βάσεων Α=Τ και C G. Ο μηχανισμός αυτός ονομάστηκε ημισυντηρητικός. Τα κύρια ένζυμα που συμμετέχουν στην αντιγραφή του DNA ονομάζονται DNA πολυμεράσες. Οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας. Μεταξύ των διαδοχικών νουκλεοτιδίων σχηματίζεται ο 3-5 φωσφοδιεστερικός δεσμός. Ο δεσμός αυτός δημιουργείται μεταξύ του υδροξυλίου του 3' άνθρακα της δεοξυριβόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που είναι συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της δεοξυριβόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου. Έτσι, λέμε ότι η αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5' 3'. Κάθε νεοσυντιθέμενη αλυσίδα θα έχει προσανατολισμό 5' 3'. Στο δίκλωνο DNA, oι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή το 3' άκρο της μιας είναι απέναντι από το 5' άκρο της άλλης. Το λάθος εντοπίζεται στην καινούρια αλυσίδα και η θέση του λάθους υπολογίζεται από το 5 άκρο της. Μετά την αντιγραφή του DNA: 1 ο θυγατρικό μόριο 5 T A A G T A T A C T A A A C G A A T T C A T A T T A T 3 καλούπι 3 A T T C A T A T G A T T T G C C T A A G T A T A A T A 5 συμπληρωματική διεύθυνση αντιγραφής θέση 12 (λάθος) 15

16 2 ο θυγατρικό μόριο διεύθυνση αντιγραφής 5 T A A G T A T A C T A A A C G A A T T C A T A T T A T 3 συμπληρωματική 3 A T T C A T A T G A T T T G C T T A A G T A T A A T A 5 καλούπι β) Οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες είναι ένζυμα, βακτηριακής προέλευσης, που αναγνωρίζουν ειδικές αλληλουχίες 4-8 νουκλεοτιδίων στο δίκλωνο DNA. Η EcoRI, που απομονώθηκε από το βακτήριο Escherichia coli, αναγνωρίζει την αλληλουχία: 5 G A A T T C 3 3 C T T A A G 5 στο γονιδίωμα και κόβει κάθε αλυσίδα μεταξύ G και Α, με κατεύθυνση 5' 3', αφήνοντας μονόκλωνα άκρα από αζευγάρωτες βάσεις στα κομμένα άκρα. 1 ο θυγατρικό μόριο: Στο πρώτο μόριο δεν υπάρχει η συγκεκριμένη αλληλουχία που αναγνωρίζει η περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI, οπότε έχουμε ένα τμήμα DNA. 5 T A A G T A T A C T A A A C G A A T T C A T A T T A T 3 3 A T T C A T A T G A T T T G C C T A A G T A T A A T A 5 2 ο θυγατρικό μόριο: Στο δεύτερο μόριο υπάρχει μια φορά η συγκεκριμένη αλληλουχία, οπότε προκύπτουν δύο τμήματα DNA. 5 T A A G T A T A C T A A A C G 3 A T T C A T A T G A T T T G C T T A A Α Α Τ T C A T A T T A T 3 G T A T A A T A 5 Επομένως, αν μετά το τέλος της αντιγραφής προσθέσουμε στο μείγμα την EcoRI, θα προκύψουν τρία τμήματα DNA. 3. Δίνεται το παρακάτω τμήμα βακτηριακού DNA, το οποίο κωδικοποιεί ένα ολιγοπεπτίδιο. Αλυσίδα 1: G T T G A A T T C T T A G C T T A A G T C G G G C A T G A A T T C T C Αλυσίδα 2: C A A C T T A A G A A T C G A A T T C A G C C C G T A C T T A A G A G α) Να προσδιορίσετε την κωδική και τη μη κωδική αλυσίδα του παραπάνω τμήματος DNA, επισημαίνοντας τα 5 και 3 άκρα των αλυσίδων του. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Το παραπάνω τμήμα DNA αντιγράφεται, και κατά τη διαδικασία της αντιγραφής δημιουργούνται τα παρακάτω πρωταρχικά τμήματα: i) 5 - G A G A A U U C -3 ii) 5 - U U A A G C U A -3 iii) 5 - G U U G A A U U -3 Να προσδιορίσετε ποια αλυσίδα αντιγράφεται, με συνεχή και ποια με ασυνεχή τρόπο. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. 16

17 γ) Το παραπάνω τμήμα DNA κόβεται με το ένζυμο EcoRI, προκειμένου να ενσωματωθεί σε ένα από τα δύο πλασμίδια Α και Β που δίνονται παρακάτω: Ποιο από τα δύο πλασμίδια θα επιλέξετε για τη δημιουργία ανασυνδυασμένου πλασμιδίου; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Πόσοι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί θα διασπαστούν στο πλασμίδιο που επιλέξατε και πόσοι θα δημιουργηθούν κατά το σχηματισμό του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου; α) Το βακτηριακό DNA δεν περιέχει ενδιάμεσες αμετάφραστες περιοχές, τα εσώνια. H κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου όσο και το mrna του γονιδίου έχουν προσανατολισμό 5' 3', είναι συμπληρωματικές και αντιπαράλληλες ως προς τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του DNA του γονιδίου, τη μη κωδική, με τη διαφορά ότι όπου στην κωδική αλυσίδα έχουμε T ενώ στο mrna έχουμε U, στις αντίστοιχες θέσεις. Το κωδικόνιο έναρξης του mrna είναι το 5 AUG 3 και το αντίστοιχο κωδικόνιο στην κωδική αλυσίδα του DNA του γονιδίου είναι το 5 ATG 3. Το κωδικόνιο λήξης του mrna είναι είτε το 5 UAG 3 είτε το 5 UGA 3 είτε το 5 UAA 3 και αντίστοιχα στην κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου τα κωδικόνια είναι το 5 ΤAG 3, το 5 ΤGA 3 και το 5 ΤAA 3. Τα νουκλεοτίδια (αζωτούχες βάσεις) ανάμεσα στο κωδικόνιο έναρξης και στο κωδικόνιο λήξης είναι ανά τριάδες (κώδικας τριπλέτας), συνεχή και μη επικαλυπτόμενα. Δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες είναι μεταξύ τους αντιπαράλληλες, δηλαδή το 3 άκρο της μιας είναι απέναντι από το 5 άκρο της άλλης. μη κωδική κωδική 5 G T T G A A T T C T T A G C T T A A G T C G G G C A T G A A T T C T C 3 3 C A A C T T A A G A A T C G A A T T C A G C C C G T A C T T A A G A G 5 κωδικόνιο λήξης κωδικόνιο έναρξης β) Οι DΝΑ πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας επιμηκύνοντας τα πρωταρχικά τμήματα RNA. Έτσι, λέμε ότι η αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5' 3'. Μεταξύ των διαδοχικών νουκλεοτιδίων σχηματίζεται ο 3-5 φωσφοδιεστερικός δεσμός. Κάθε νεοσυντιθέμενη αλυσίδα έχει προσανατολισμό 5' 3' και στη διπλή έλικα του DNA, οι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες. Για να ακολουθηθεί αυτός ο κανόνας σε κάθε τμήμα DΝΑ που γίνεται η αντιγραφή, η σύνθεση του DΝΑ είναι συνεχής στη μια αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη. Επειδή οι DNA πολυμεράσες δεν έχουν την ικανότητα να αρχίσουν την αντιγραφή, το κύτταρο έχει ένα ειδικό σύμπλοκο που αποτελείται από πολλά ένζυμα, το πριμόσωμα, το οποίο συνθέτει, στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής, μικρά τμήματα RNA, συμπληρωματικά και αντιπαράλληλα προς τις μητρικές αλυσίδες, τα οποία ονομάζονται πρωταρχικά τμήματα. Αφού η αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5 3 και το πρωταρχικό τμήμα που τοποθετείται στη θέση έναρξης της αντιγραφής θα έχει τον ίδιο προσανατολισμό. Οι αζωτούχες βάσεις τoυ πρωταρχικού τμήματος (i) και οι αζωτούχες βάσεις του πρωταρχικού τμήματος (ii) είναι συμπληρωματικές και αντιπαράλληλες με τις αζωτούχες βάσεις που εντοπίζονται στην 1 η αλυσίδα ενώ οι αζωτούχες βάσεις του 17

18 πρωταρχικού τμήματος (iii) είναι συμπληρωματικές και αντιπαράλληλες με τις αζωτούχες βάσεις που εντοπίζονται στην 2 η αλυσίδα. Εφόσον στην 1 η αλυσίδα υπάρχουν δύο πρωταρχικά τμήματα, η αλυσίδα αυτή αντιγράφεται με ασυνεχή τρόπο και η 2 η αλυσίδα με συνεχή τρόπο. Αλυσίδα Ι Αλυσίδα ΙΙ γ) Οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες είναι ένζυμα, βακτηριακής προέλευσης, που αναγνωρίζουν ειδικές αλληλουχίες 4-8 νουκλεοτιδίων στο δίκλωνο DNA. Η EcoRI, που απομονώθηκε από το βακτήριο Escherichia coli, αναγνωρίζει την αλληλουχία: 5 G A A T T C 3 3 C T T A A G 5 στο γονιδίωμα και κόβει κάθε αλυσίδα μεταξύ G και Α, με κατεύθυνση 5' 3', αφήνοντας μονόκλωνα άκρα από αζευγάρωτες βάσεις στα κομμένα άκρα. Συνεπώς, θα επιλέξουμε το πλασμίδιο Α γιατί μόνο εκεί υπάρχει η συγκεκριμένη αλληλουχία. Επειδή η EcoRI κόβει κάθε αλυσίδα μεταξύ του νουκλεοτιδίου G και του νουκλεοτιδίου Α, σπάζοντας τον 3-5 φ.δ., συνολικά θα διασπαστούν 2 φ.δ. στο δίκλωνο DNA του πλασμιδίου. Κατά το σχηματισμό του ανασυνδυασμένου DNA πλασμιδίου θα σχηματισμούν 4 φ.δ. με τη δράση του ενζύμου DNA δεσμάση. 4. Δίνεται μείγμα μορίων DNA και ένας ανιχνευτής RNA. DNA μόριο Ι Κλώνος Κλώνος Ια 5 T A C C T C A A T C C G T A T T A 3 Ιβ 3 A T G G A G T T A G G C A T A A T 5 DNA μόριο ΙI Ανιχνευτής Κλώνος IΙα 3 C C G T A C G G A T T G A G G A A 5 Κλώνος IΙβ 5 G G C A T G C C T A A C T C C T T 3 5 U A C G G A U U G A 3 Nα περιγράψετε τις διαδικασίες που θα ακολουθούν προκειμένου ο ανιχνευτής να υβριδοποιήσει την κατάλληλη αλληλουχία DNA και να εξηγήσετε ποιος είναι ο κλώνος του DNA που θα υβριδοποιηθεί. Αποδιάταξη: Επίδραση στο μείγμα μορίων DNA Ι και ΙΙ που απομονώθηκαν με κατάλληλες χημικές ουσίες ή με αύξηση της θερμοκρασίας οπότε σπάζουν οι δεσμοί υδρογόνου 18

19 μεταξύ των δύο συμπληρωματικών αλυσίδων και οι δύο αλυσίδες αποχωρίζονται η μία από την άλλη. Υβριδοποίηση: Οι δύο μονόκλωνες συμπληρωματικές αλυσίδες σε κατάλληλες συνθήκες μπορούν να επανασυνδεθούν. Στην ιδιότητα αυτή στηρίζεται η διαδικασία της υβριδοποίησης που είναι η σύνδεση μονόκλωνων συμπληρωματικών αλυσίδων DNA- DNA ή συμπληρωματικών αλυσίδων DNA-RNA. Η υβριδοποίηση είναι μια πολύ σημαντική ιδιότητα του DNA που μας δίνει τη δυνατότητα αν έχουμε έναν ανιχνευτή να το χρησιμοποιήσουμε για τον εντοπισμό του συμπληρωματικού του μορίου, όταν αυτό βρίσκεται μαζί με άλλα κομμάτια. Εντοπισμός: Η αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων του ανιχνευτή, γνωστό μονόκλωνο μόριο DNA ή RNA, πρέπει να είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη ως προς την αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων του τμήματος DNA του μορίου που θέλουμε να εντοπίσουμε, αφού προηγουμένως έχει αποδιαταχθεί. Ιχνηθέτηση: Η σήμανση χημικών μορίων, για παράδειγμα του ανιχνευτή, με τη χρήση ραδιενεργών ισοτόπων ή φθοριζουσών ουσιών, γίνεται για τον εύκολο εντοπισμό της περιοχής του DNA που μας ενδιαφέρει. Επομένως, ο ανιχνευτής εντοπίζει το DNA μόριο Ι και συγκεκριμένα το κλώνο Ια: DNA μόριο Ι Κλώνος Ια 5 T A C C T C A A T C C G T A T T A 3 Ανιχνευτής 3 A G U U A G G C A U 5 5. Στο παρακάτω διάγραμμα απεικονίζεται ένα ασυνεχές γονίδιο ανθρώπινου ηπατικού κυττάρου. 5 G C T C A G C A G T A G G C A A T T C T G C T T C C A C A T C T 3 3 C G A G T C G T C A T C C G T T A A G A C G A A G G T G T A G A 5 το οποίο είναι υπεύθυνο για την παραγωγή του ολιγοπεπτιδίου H 2 N trp lys pro tyr cys COOH α) Να εντοπίσετε και να γράψετε την αλληλουχία βάσεων του εσωνίου του γονιδίου και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να γράψετε το πρόδρομο μόριο του mrna που δημιουργείται από την μεταγραφή του γονιδίου και το ώριμο mrna που προκύπτει από τη διαδικασία της ωρίμανσης. γ) Να εξηγήσετε γιατί ο αριθμός των αμινοξέων του ολιγοπεπτιδίου είναι διαφορετικός από τον αριθμό των κωδικονίων του ώριμου mrna από το οποίο προκύπτει. Δίνονται: Κωδικόνια 5 UGG 3 5 CCC 3 5 UGC 3 5 AAG 3 5 UAC3 Αμινοξέα trp pro cys lys tyr Ένας ερευνητής θέλει να κλωνοποιήσει το γονίδιο για να το μελετήσει. Επίσης θέλει να κλωνοποιήσει το ίδιο γονίδιο, για την παραγωγή του ολιγοπεπτιδίου, από βακτηριακή καλλιέργεια σε μεγάλη ποσότητα. δ) Τι είδους βιβλιοθήκη θα πρέπει να κατασκευάσει σε καθεμία περίπτωση; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ε) Ο ίδιος ερευνητής έχει στη διάθεσή του τον ανιχνευτή Α: 5 CAATTCT 3 και τον ανιχνευτή Β: 5 CAUGUGG 3. Να διερευνήσετε την καταλληλότητα του ανιχνευτή Α και του ανιχνευτή Β να εντοπίζει σε καθεμία από τις δύο βιβλιοθήκες τον βακτηριακό κλώνο που περιέχει το υπεύθυνο γονίδιο για τη σύνθεση του ολιγοπεπτιδίου. 19

20 α) Με βάση τα κωδικόνια (κώδικας τριπλέτας) του γονιδίου που εκφράζονται σε αμινοξέα, εντοπίζουμε την ενδιάμεση αμετάφραστη περιοχή, το εσώνιο. Με προσανατολισμό 5 3, εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης 5 ATG 3 στην κωδική αλυσίδα του γονιδίου και με βήμα τριπλέτας, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα στη μεταφραζόμενη περιοχή του γονιδίου, εντοπίζουμε το κωδικόνιο λήξης 5 TGA 3. Το πρώτο αμινοξύ έχει ελεύθερη αμινομάδα και το τελευταίο αμινοξύ έχει ελεύθερη καρβοξυλομάδα. Επομένως, η ενδιάμεση αλληλουχία αζωτούχων βάσεων που δεν αντιστοιχεί σε κωδικόνια αμινοξέων του ολιγοπεπτιδίου αποτελεί το εσώνιο. εσώνιο ΜΗ ΚΩΔΙΚΗ 5 G C T C A G C A G T A G G C A A T T C T G C T T C C A C A T C T 3 3 C G A G T C G T C A T C C G T T A A G A C G A A G G T G T A G A 5 κωδικόνιο κωδικόνιο λήξης έναρξης β) Το πρόδρομο μόριο mrna που δημιουργείται κατά την μεταγραφή του γονιδίου είναι: εσώνιο και το ώριμο mrna που προκύπτει από τη διαδικασία της ωρίμανσης είναι: ΚΩΔΙΚΗ 3 C G A G U C G T C A U C C G U U A A G A C G A A G G U G U A G A 5 3 C G A G U C G T C A U C C C G A A G G U G U A G A 5 γ) Στο ώριμο mrna, ο αριθμός των κωδικονίων είναι 7, από τα οποία τα 6 πρώτα κωδικόνια ορίζουν τα αμινοξέα του πεπτιδίου και το τελευταίο κωδικόνιο, είναι το κωδικόνιο λήξης που δεν μεταφράζεται. Το πρώτο κωδικόνιο του ώριμου mrna είναι το 5 ΑΤG 3 που ορίζει το αμινοξύ της μεθειονίνης. Ο αριθμός των αμινοξέων του ολιγοπεπτιδίου είναι 5 και το πρώτο αμινοξύ του δεν είναι η μεθειονίνη. Αυτό συμβαίνει γιατί έχουμε απομάκρυνση του αμινοξέος αυτού μετά τη μετάφρασή του. δ) Για την κλωνοποίηση του γονιδίου για μελέτη θα κατασκευάσει μια γονιδιωματική βιβλιοθήκη ενώ για την κλωνοποίηση του γονιδίου για την παραγωγή του ολιγοπεπτιδίου από βακτηριακή καλλιέργεια σε μεγάλη ποσότητα θα κατασκευάσει μια cdna βιβλιοθήκη. Η κατασκευή βιβλιοθηκών μας δίνει τη δυνατότητα να απομονώσουμε το βακτηριακό κλώνο που περιέχει το επιθυμητό γονίδιο. Στη συνέχεια πολλαπλασιάζονται τα βακτήρια του κλώνου και δημιουργούνται πολλά αντίγραφα του γονιδίου που περιέχει. Η δημιουργία πολλών αντιγράφων είναι απαραίτητη προϋπόθεση τόσο για τη μελέτη του συγκεκριμένου γονιδίου όσο και για την παραγωγή της πρωτεΐνης που αυτό κωδικοποιεί. Μια γονιδιωματική βιβλιοθήκη περιέχει έναν τεράστιο αριθμό από κλωνοποιημένα κομμάτια χρωμοσωμικού DNA, τα οποία έχουν παραχθεί με δράση κάποιας περιοριστικής ενδονουκλεάσης. Ορισμένα από τα κομμάτια αυτά περιέχουν ολόκληρα γονίδια, άλλα περιέχουν κομμάτια γονιδίων και άλλα τμήματα DNA που δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Έτσι, πρέπει μέσα από όλα αυτά τα κομμάτια, να εντοπίσουμε αυτό που θέλουμε να μελετήσουμε. 20

21 Αν θέλουμε να κλωνοποιήσουμε μόνο τα γονίδια που εκφράζονται σε συγκεκριμένα κύτταρα, τότε κατασκευάζουμε τις cdna βιβλιοθήκες. Οι cdna βιβλιοθήκες περιέχουν αντίγραφα των mrna όλων των γονιδίων που εκφράζονται στα κύτταρα αυτά και έχουν το πλεονέκτημα απομόνωσης μόνο των αλληλουχιών των γονιδίων που μεταφράζονται σε αμινοξέα, δηλαδή των εξωνίων. Με αυτό τον τρόπο δίνουν τη δυνατότητα σύνθεσης της πρωτεΐνης ενός συγκεκριμένου γονιδίου στο κύτταρο-ξενιστή. ε) Στη γονιδιωματική βιβλιοθήκη, για τον εντοπισμό του βακτηριακύ κλώνου που περιέχει το γονίδιο, αφού έχει αποδιαταχθεί, κατάλληλος ανιχνευτής είναι ο Α, επειδή εντοπίζει την περιοχή του εσωνίου. 5 G C T C A G C A G T A G G C A A T T C T G C T T C C A C A T C T 3 εσώνιο 3 C G A G T C G T C A T C C G T T A A G A C G A A G G T G T A G A 5 κωδικόνιο 5 C A A T T C T 3 κωδικόνιο λήξης Ανιχνευτής Α έναρξης Στη cdna βιβλιοθήκη, για τον εντοπισμό του βακτηριακύ κλώνου που περιέχει το γονίδιο, αφού έχει αποδιαταχθεί, κατάλληλος ανιχνευτής είναι ο Β, επειδή εντοπιζει τμήμα του εξωνίου. 5 G C T C A G C A G T A G G G C T T C C A C A T C T 3 εξώνιο 3 C κωδικόνιο G A G T C λήξης G T C A T C C C G A A G κωδικόνιο G T G T έναρξης A G A 5 6. Παρακάτω σας δίνονται τέσσερις μονόκλωνες αλυσίδες DNA: Ανιχνευτής Β 3 G GUGUAG A A A T G A A A C C A G G A T A A G A A T T C G G G G G G C A A T T C T T A T C C T G G T T T C A T T T A A T T G C C C C C C G - 3 Οι αλυσίδες αυτές τοποθετούνται σε κατάλληλο περιβάλλον υβριδοποίησης. α) Να γράψετε τα μόρια DNA που θα προκύψουν μετά την υβριδοποίηση, τα οποία θα ονομάσετε υβριδοποιημένο μόριο 1 και υβριδοποιημένο μόριο 2. β) Στο ένα από τα δύο υβριδοποιημένα μόρια DNA που θα προκύψουν εμπεριέχεται γονίδιο, το οποίο κωδικοποιεί ένα ολιγοπεπτίδιο. Να γράψετε το mrna που θα προκύψει και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Το πεπτίδιο που προκύπτει από τη μετάφραση του παραπάνω mrna είναι: H 2 N Μεθειονίνη Λυσίνη Προλίνη Γλυκίνη COOH Ποιο είναι το αντικωδικόνιο του trna που θα τοποθετηθεί στο ριβόσωμα μετά την αποσύνδεση του trna, το οποίο μεταφέρει το αμινοξύ λυσίνη; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. δ) Στα υβριδοποιημένα μόρια 1 και 2 προστίθεται το ένζυμο DNA δεσμάση. Να γράψετε τα πιθανά ανασυνδυασμένα μόρια DNA που θα προκύψουν από την δράση της DNA δεσμάσης, σημειώνοντας τους προσανατολισμούς των αλυσίδων και αιτιολογώντας την απάντησή σας. Εάν στη συνέχεια προστεθεί η περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI, να 21

22 εξηγήσετε πόσα τμήματα DNA θα προκύψουν. α) Υβριδοποιημένο μόριο 1: Αλυσίδα DNA 1: 5 - A A A T G A A A C C A G G A T A A G - 3 Αλυσίδα DNA 3: 3 - T T T A C T T T G G T C C T A T T C T T A A - 5 Υβριδοποιημένο μόριο 2: Αλυσίδα DNA 4: 5 - A A T T G C C C C C C G - 3 Αλυσίδα DNA 2: 3 - C G G G G G G C T T A A - 5 β) Το mrna μεταγράφεται με προσανατολισμό 5 3. Η κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου και το mrna του γονιδίου έχουν τον ίδιο προσανατολίσμό 5 3, είναι συμπληρωματικές και αντιπαράλληλες ως προς τη μεταγραφόμενη αλυσίδα DNA του γονιδίου, τη μη κωδική, με τη διαφορά ότι όπου στην κωδική αλυσίδα υπάρχει Τ, στο mrna υπάρχει αντίστοιχα U. Επομένως, εντοπίζουμε στην αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων, το κωδικόνιο έναρξης και με βήμα τριπλέτας, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα, το κωδικόνιο λήξης. Στο υβριδοποιημένο μόριο 1: κωδικόνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης κωδική 5 - A A A T G A A A C C A G G A T A A G - 3 μη κωδική 3 - T T T A C T T T G G T C C T A T T C T T A A - 5 mrna 5 - A A A U G A A A C C A G G A U A A G - 3 γ) H μετάφραση του mrna στα ριβοσώματα γίνεται με κατεύθυνση 5 3. Το κωδικόνιο έναρξης 5 AUG 3 του mrna κωδικοποιεί το αμινοξύ Η 2 Ν-met-COOH (μεθειονίνη) ενώ το κωδικόνιο λήξης δεν κωδικοποιεί κάποιο αμινοξύ. Επομένως, απέναντι από το 5 άκρο του mrna αντιστοιχεί το αμινικό άκρο (Η 2 Ν-) της πεπτιδικής αλυσίδας και απέναντι από το 3 άκρο του mrna αντιστοιχεί το καρβοξυλικό άκρο (-COOH) της πεπτιδικής αλυσίδας. Δηλαδή, η μεθειονίνη είναι το πρώτο αμινοξύ και η γλυκίνη το τελευταίο αμινοξύ της πεπτιδικής αλυσίδας, αφού το κωδικόνιο λήξης του mrna δεν μεταφράζεται. Κάθε ριβόσωμα αποτελείται από δύο υπομονάδες, μια μικρή και μια μεγάλη. Το ριβόσωμα έχει μια θέση πρόσδεσης του mrna στη μικρή υπομονάδα και δύο θέσεις εισδοχής των trna στη μεγάλη υπομονάδα. Στη μετάφραση, κατά τη διαδικασία της επιμήκυνσης της πεπτιδικής αλυσίδας, όταν το trna που μεταφέρει το αμινοξύ λυσίνη αποσυνδέεται από το ριβόσωμα και απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα, το ριβόσωμα (μικρή υπομονάδα) κινείται κατά μήκος του mrna, κατά ένα κωδικόνιο. Το trna που μεταφέρει το αμινοξύ προλίνη βρίσκεται ήδη στη μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος και στη συνέχεια εισέρχεται στη μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος το trna που μεταφέρει το αμινοξύ γλυκίνη. Το κωδικόνιο του mrna 5 GGA 3 κωδικοποιεί τη γλυκίνη, η μεταφορά της οποίας γίνεται από το trna με αντικωδικόνιο 3 CCU 5, το οποίο είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο ως προς το κωδικόνιο του mrna. δ) Τα υβριδοποιημένα μόρια 1 και 2 παρουσιάζουν μονόκλωνα άκρα από αζευγάρωτες βάσεις που μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους λόγω της συμπληρωματικότητας αζωτούχων βάσεων. Με τη δράση της DNA δεσμάσης ( ) μπορούν να συνενωθούν τα υβριδοποιημένα μόρια 1 και 2 ώστε να προκύψουν τα ανασυνδυασμένα μόρια 1 και 2, 22

23 με τη δημιουργία του 3-5 φωσφοδιεστερικού δεσμού μεταξύ του νουκλεοτιδίου που έχει ελεύθερο υδροξύλιο (3 ) στο ένα μόριο και του νουκλεοτιδίου που έχει ελεύθερη φωσφορική ομάδα (5 ) στο άλλο μόριο. Ανασυνδυασμένο μόριο 1: 3 ( ) A A A T G A A A C C A G G A T A A G A A T T C G G G G G G C T T T A C T T T G G T C C T A T T C T T A A G C C C C C C G T T A A 5 Υβριδοποιημένο μόριο 1 5 ( ) 3 Υβριδοποιημένο μόριο 2 Ανασυνδυασμένο μόριο 2: 3 ( ) A A A T G A A A C C A G G A T A A G A A T T G C C C C C C G T T T A C T T T G G T C C T A T T C T T A A C G G G G G G C T T A A 5 Υβριδοποιημένο μόριο 1 5 ( ) 3 Υβριδοποιημένο μόριο 2 Οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες είναι ένζυμα, βακτηριακής προέλευσης, που αναγνωρίζουν ειδικές αλληλουχίες 4-8 νουκλεοτιδίων στο δίκλωνο DNA. Η EcoRI, που απομονώθηκε από το βακτήριο Escherichia coli, αναγνωρίζει την αλληλουχία: 5 G A A T T C 3 3 C T T A A G 5 στο γονιδίωμα και κόβει κάθε αλυσίδα μεταξύ G και Α, με κατεύθυνση 5' 3', αφήνοντας μονόκλωνα άκρα από αζευγάρωτες βάσεις στα κομμένα άκρα. Στο ανασυνδυασμένο μόριο 1 υπάρχει μόνο μια φορά η συγκεκριμένη αλληλουχία που αναγνωρίζει η περιοριστική ενδονουκλεάση, οπότε προκύπτουν δύο τμήματα DNA: 5 - A A A T G A A A C C A G G A T A A G A A T T C G G G G G G C T T T A C T T T G G T C C T A T T C T T A A G C C C C C C G T T A A - 5 Στο ανασυνδυασμένο μόριο 2 δεν υπάρχει η συγκεκριμένη αλληλουχία που αναγνωρίζει η περιοριστική ενδονουκλεάση, οπότε έχουμε 1 τμήμα DNA: 5 - A A A T G A A A C C A G G A T A A G A A T T G C C C C C C G T T T A C T T T G G T C C T A T T C T T A A C G G G G G G C T T A A - 5 Επομένως, με τη δράση της EcoRI, προκύπτουν συνολικά -3- τμήματα DNA. 7. Δίνεται ένα πλασμίδιο που φέρει γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά αμπικιλίνη και στρεπτομυκίνη, έναν υποκινητή και αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής. Στις θέσεις Α, Β, Γ και Δ βρίσκονται αλληλουχίες, οι οποίες αναγνωρίζονται από τις περιοριστικές ενδονουκλεάσες α, β, γ και δ αντίστοιχα. Το πλασμίδιο αυτό το χρησιμοποιούμε ως φορέα για την κλωνοποίηση ενός ανθρώπινου συνεχούς γονιδίου με σκοπό να παράγουμε ένα ολιγοπεπτίδιο σε καλλιέργειες in vitro. Στα βακτήρια που θα χρησιμοποιηθούν για τον μετασχηματισμό περιέχονται όλοι οι μεταγραφικοί παράγοντες που απαιτούνται για τη μεταγραφή και δεν περιέχονται πλασμίδια. 23

24 α) Ποια από τις περιοριστικές ενδονουκλεάσες α, β, γ και δ είναι η κατάλληλη για τη χρήση του πλασμιδίου αυτού ως φορέα κλωνοποίησης; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Με ποιον τρόπο μπορούμε να επιλέξουμε τους βακτηριακούς κλώνους που έχουν προσλάβει πλασμίδιο (ανασυνδυασμένο ή μη) από τους κλώνους που δεν έχουν προσλάβει πλασμίδιο; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Δίνεται τμήμα DNA το οποίο περιέχει το συνεχές ανθρώπινο γονίδιο που επιθυμούμε να εισαγάγουμε στο προηγούμενο πλασμίδιο. Αλυσίδα I Αλυσίδα II OH- G C C A A T A T T A A A T G A G C A T G C C G T A G G A A T A T T C G G C G G T T A T A A T T T A C T C G T A C G G C A T C C T T A T A A G C C γ) Να εντοπίσετε την κωδική αλυσίδα του γονιδίου. Να γράψετε το mrna και να σημειώσετε τον προσανατολισμό του. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. δ) Να γράψετε την αλληλουχία μήκους έξι ζευγών βάσεων που αναγνωρίζει η περιοριστική ενδονουκλεάση την οποία προσδιορίσατε στο ερώτημα (α), για την κλωνοποίηση του γονιδίου. ε) Να εξηγήσετε γιατί η κλωνοποίηση του γονιδίου στο πλασμίδιο μπορεί να οδηγήσει: i) στη δημιουργία βακτηριακών κλώνων που παράγουν το ολιγοπεπτίδιο και ii) στη δημιουργία βακτηριακών κλώνων που δεν παράγουν το ολιγοπεπτίδιο παρόλο που περιέχουν το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο. α) Το πλασμίδιο έχει δίκλωνο και κυκλικό DNA. Το πλασμίδιο που χρησιμοποιείται ως φορέας κλωνοποίησης πρέπει να έχει τη συγκεκριμένη αλληλουχία που αναγνωρίζει και κόβει μια περιοριστική ενδονουκλεάση μόνο μια φορά. Έτσι το πλασμίδιο μετατρέπεται σε γραμμικό μόριο DNA, με μονόκλωνα άκρα από αζευγάρωτες βάσεις. Το πλασμίδιο μπορεί να γίνει ξανά δίκλωνο όταν αναμιγνύεται με το κομμάτι DNA του οργανισμού-δότη που έχει προκύψει από τη δράση της ίδιας περιοριστικής ενδονουκλεάσης, επειδή τόσο στο πλασμίδιο όσο και στο τμήμα DNA του οργανισμού-δότη υπάρχουν μονόκλωνα, συμπληρωματικά άκρα και κυκλικό με τη δράση της DNA δεσμάσης, με τη δημιουργία του 3-5 φωσφοδιεστερικού δεσμού μεταξύ του νουκλεοτιδίου που έχει ελεύθερο υδροξύλιο (3 ) στο ένα μόριο και του νουκλεοτιδίου που έχει ελεύθερη φωσφορική ομάδα (5 ) στο άλλο μόριο. Επομένως, η κατάλληλη περιοριστική ενδονουκλέαση για το συγκεκριμένο πλασμίδιο είναι η δ. Η περιοριστική ενδονουκλεάση γ απορρίπτεται γιατί κόβει το DNA μέσα στην περιοχή του υποκινητή, άρα δεν θα μπορούσε να προσδεθεί η RNA πολυμεράση για να 24

25 ξεκινήσει η μεταγραφή του γονιδίου, ενώ οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες α και β κόβουν το πλασμίδιο σε δύο διαφορετικά σημεία, άρα το πλασμίδιο δεν θα μπορούσε να γίνει ξανά κυκλικό. β) Συνήθως 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). Η επιλογή των μετασχηματισμένων βακτηρίων, δηλαδή αυτών που δέχτηκαν κάποιο πλασμίδιο στηρίζεται στην ικανότητα ανάπτυξής τους σε καλλιέργεια παρουσία αντιβιοτικού, επειδή το πλασμίδιο περιέχει γονίδιο που προσδίδουν στα βακτήρια-ξενιστές ανθεκτικότητα στο συγκεκριμένο αντιβιοτικό. Σε θρεπτικό υλικό καλλιέργειας που έχουμε προσθέσει το αντιβιοτικό αμπικιλίνη ή στρεπτομυκίνη, αναπτύσσονται μόνο τα μετασχηματισμένα βακτήρια, δηλαδή αυτά που φέρουν το συγκεκριμένο πλασμίδιο, με ανασυνδυασμένο DNA ή μη, δημιουργώντας κλώνο βακτηρίων. Όσα βακτήρια δεν μετασχηματίστηκαν είναι ευαίσθητα στην παρουσία του αντιβιοτικού και συνεπώς δεν πολλαπλασιάζονται. γ) Κάθε πολυνουκλεοτική αλυσίδα έχει ένα ελεύθερο 5 άκρο (φωσφορική ομάδα) και ένα ελεύθερο 3 άκρο (υδροξύλιο). Οι δύο αλυσίδες του DNA είναι μεταξύ τους αντιπαράλληλες, δηλαδή απέναντι από το 5 άκρο της μιας αλυσίδας βρίσκεται το 3 άκρο της άλλης αλυσίδας. Στην αλυσίδα Ι, με προσανατολισμό 5 3, εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης 5 ATG 3 και με βήμα τριπλέτας, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα, το κωδκόνιο λήξης 5 ΤΑΑ 3. Άρα η αλυσίδα Ι είναι η κωδική. Η αλυσίδα ΙΙ είναι η μη κωδική, η οποία είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη ως προς την αλυσίδα Ι του γονιδίου. Η μεταγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5 3. Το mrna είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο με τη μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου, τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του γονιδίου. Κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου και mrna έχουν τον προσανατολισμό 5 3, την ίδια αλληλουχία αζωτούχων βάσεων με τη μόνη διαφορά ότι όπου στην κωδική αλυσίδα υπάρχει Τ, στο mrna υπάρχει αντίστοιχα U. κωδικόνιο κωδικόνιο λήξης έναρξης Αλυσίδα Ι (κωδική) 3 G C C A A T A T T A A A T G A G C A T G C C G T A G G A A T A T T C G G 5 Αλυσίδα ΙΙ (μη κωδική) 5 C G G T T A T A A T T T A C T C G T A C G G C A T C C T T A T A A G C C 3 mrna 3 G C C A A U A U U A A A U G A G C A U G C C G U A G G A A U A U U C G G 5 δ) Η περιοριστική ενδονουκλεάση αναγνωρίζει την αλληλουχία αζωτούχων βάσεων: 3 A A T A T T 5 5 T T A T A A 3 η οποία εντοπίζεται στα άκρα του γονιδίου: 3 G C C A A T A T T A A A T G A G C A T G C C G T A G G A A T A T T C G G 5 5 C G G T T A T A A T T T A C T C G T A C G G C A T C C T T A T A A G C C 3 ε) Ένα γονίδιο για να εκφραστεί πρέπει να φέρει με προσανατολισμό 5 3 κατά σειρά την περιοχή του υποκινητή, στην οποία προσδένεται η RNA πολυμεράση για να ξεκινήσει η μεταγραφή του γονιδίου, το κωδικόνιο έναρξης, με βήμα τριπλέτας συνεχή και μη επικαλυπτόμενα το κωδικόνιο λήξης και στη συνέχεια την αλληλουχία λήξης της μεταγραφής. 25

26 i) Οι βακτηριακοί κλώνοι παράγουν το ολιγοπεπτίδιο. Στην περίπτωση αυτή, στην κωδική αλυσίδα του γονιδίου, μετά την περιοχή του υποκινητή, υπάρχει το κωδικόνιο έναρξης και με βήμα τριπλέτας το κωδικόνιο λήξης, άρα μπορεί να γίνει η γονιδιακή έκφραση. ii) Οι βακτηριακοί κλώνοι δεν παράγουν το ολιγοπεπτίδιο. Στην περίπτωση αυτή, στην κωδική αλυσίδα του γονιδίου, μετά την περιοχή του υποκινητή, δεν υπάρχει κωδικόνιο έναρξης, άρα δεν μπορεί να γίνει η γονιδιακή έκφραση. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να κοπεί τόσο το πλασμίδιο όσο και και το DNA του γονιδίου, με την ίδια περιοριστική ενδονουκλεάση στην περιοχή 3 A A T A T T 5 5 T T A T A A 3 ώστε να δημιουργηθούν τα ίδια μονόκλωνα άκρα με αζευγάρωτες βάσεις προκειμένου να δημιουργηθεί το ανασυνδυασμένο DNA πλασμιδίου, λόγω συμπληρωματικότητας. 26

27 Ασκήσεις 5 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1. Στο φυτό μοσχομπίζελο το χρώμα των σπερμάτων μπορεί να είναι είτε κίτρινο είτε πράσινο, ενώ το ύψος του είναι είτε ψηλό είτε κοντό. Τα γονίδια που ελέγχουν τις παραπάνω ιδιότητες βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων. Εάν έχετε στη διάθεσή σας ένα ψηλό μοσχομπίζελο με κίτρινα σπέρματα, να κάνετε τις κατάλληλες διασταυρώσεις που απαιτούνται για να βρείτε το γονότυπό του. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Για να βρούμε το γονότυπο του φυτού με φαινότυπο κίτρινο ψηλό πρέπει να κάνουμε διασταύρωση ελέγχου. Διασταύρωση ελέγχου ονομάζεται η διασταύρωση ενός ατόμου άγνωστου γονότυπου με ένα άτομο ομόζυγο για το υπολειπόμενο αλληλόμορφο, το οποίο έχει ένα μόνο φαινότυπο. Συνεπώς, ο χαρακτήρας κίτρινο χρώμα σπέρματος ελέγχεται από το επικρατές αλληλόμορφο (Κ) και μπορεί να έχει γονότυπο ΚΚ ή Κκ. Ο χαρακτήρας ύψος μοσχομπίζελου ψηλό ελέγχεται από το επικρατές αλληλόμορφο (Ψ) και μπορεί να έχει γονότυπο ΨΨ ή Ψψ. Επομένως, το φυτό με φαινότυπο κίτρινο ψηλό μπορεί να έχει 4 διαφορετικούς γονότυπους: ΨΨΚΚ, ΨψΚΚ, ΨΨΚκ και ΨψΚκ. Με βάση τις φαινοτυπικές αναλογίες των απογόνων που προκύπτουν από τις παρακάτω διασταυρώσεις ελέγχου, μπορούμε να προσδιορίσουμε το γονότυπο του φυτού που ψάχνουμε. ψηλό-κίτρινο πράσινο-κοντό α) P: ΨΨΚΚ x ψψκκ Γαμέτες: ΨΚ ψκ Απόγονοι: ΨψΚκ Φαινοτυπική αναλογία: όλα τα φυτά με ψηλά και κίτρινα σπέρματα ψηλό-κίτρινο πράσινο-κοντό β) P: ΨψΚΚ x ψψκκ Γαμέτες: ΨΚ, ψκ ψκ Απόγονοι: ΨψΚκ, ψψκκ Φαινοτυπική αναλογία: φυτά ψηλά με κίτρινα σπέρματα φυτά κοντά με κίτρινα σπέρματα ψηλό-κίτρινο πράσινο-κοντό γ) P: ΨΨΚκ x ψψκκ Γαμέτες: ΨΚ, Ψκ ψκ F 1 : ΨψΚκ, Ψψκκ Φαινοτυπική αναλογία: φυτά ψηλά με κίτρινα σπέρματα φυτά ψηλά με πράσινα σπέρματα 27

28 ψηλό-κίτρινο πράσινο-κοντό δ) P: ΨψΚκ x ψψκκ Γαμέτες: ΨΚ, Ψκ, ψκ, ψκ ψκ F 1 : ΨψΚκ, Ψψκκ, ψψκκ, ψψκκ Φαινοτυπική αναλογία: φυτά ψηλά με κίτρινα σπέρματα φυτά ψηλά με πράσινα σπέρματα φυτά κοντά με κίτρινα σπέρματα φυτά κοντά με πράσινα σπέρματα Σύμφωνα με τον 1 ο νόμο του Μέντελ ή νόμο του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων, κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σε ένα φυτό ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες, σε ίση αναλογία ενώ σ ένα φυτό ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Σύμφωνα με τον 2 ο νόμο του Μέντελ ή νόμο της ανεξάρτητης μεταβίβασης των γονιδίων, το γονίδιο που ελέγχει ένα χαρακτήρα δεν επηρεάζει τη μεταβίβαση του γονιδίου που ελέγχει έναν άλλο χαρακτήρα. Σήμερα είναι γνωστό ότι αυτό ισχύει μόνο για γονίδια που βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Ο ανεξάρτητος διαχωρισμός των γονιδίων γίνεται, επειδή τα χρωμοσώματα κάθε γονέα συνδυάζονται με τυχαίο τρόπο κατά τη δημιουργία των γαμετών. Σε κάθε διασταύρωση, οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. 2. Θεωρούμε τρία φυτά που παράγουν κίτρινα και στρογγυλά μπιζέλια. Τα τρία φυτά τα συμβολίζουμε με Α, Β, Γ. Το καθένα από αυτά τα φυτά διασταυρώνεται με φυτό που παράγει πράσινα και ρυτιδωμένα μπιζέλια που συμβολίζεται με Δ. Από κάθε διασταύρωση παράγονται 100 φυτά. Η διασταύρωση Α x Δ έδωσε: 51 φυτά που παράγουν κίτρινα και στρογγυλά μπιζέλια και 49 φυτά που παράγουν πράσινα και στρογγυλά μπιζέλια Η διασταύρωση Β x Δ έδωσε: 100 φυτά που παράγουν κίτρινα και στρογγυλά μπιζέλια Η διασταύρωση Γ x Δ έδωσε: 24 φυτά που παράγουν κίτρινα και στρογγυλά μπιζέλια 26 φυτά που παράγουν κίτρινα και ρυτιδωμένα μπιζέλια 25 φυτά που παράγουν πράσινα και στρογγυλά μπιζέλια 25 φυτά που παράγουν πράσινα και ρυτιδωμένα μπιζέλια Θεωρούμε ότι τα γονίδια που ελέγχουν την έκφραση των γνωρισμάτων βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων. α) Να αιτιολογήσετε τον τρόπο με τον οποίο κληρονομούνται τα δύο γνωρίσματα. β) Να αιτιολογήσετε τους γονοτύπους των Α, Β και Γ φυτών. Φυτό Α Φυτό Β Φυτό Γ Φυτό Δ κίτρινα, στρογγυλά πράσινα, ρυτιδωμένα 28

29 α) Από τη διασταύρωση B (κίτρινα-στρογγυλά) x Δ (πράσινα-ρυτιδωμένα), όλοι οι απόγονοι (100 φυτά) έχουν κίτρινα και στρογγυλά μπιζέλια. Επομένως, τα γνωρίσματα κίτρινα και στρογγυλά ελέγχονται από τα επικρατή αλληλόμορφα των γονιδίων τους: Κ: κίτρινα Σ: στρογγυλά κ: πράσινα σ: ρυτιδωμένα Για την κληρονόμηση κάθε χαρακτηριστικού ισχύει ο 1 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων. Κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σε ένα φυτό ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες σε ίση αναλογία ενώ σ ένα φυτό ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Για την κληρονόμηση και των δύο χαρακτηριστικών ισχύει ο 2 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος της ανεξάρτητης μεταβίβασης των γονιδίων. Το γονίδιο που ελέγχει ένα χαρακτήρα δεν επηρεάζει τη μεταβίβαση του γονιδίου που ελέγχει έναν άλλο χαρακτήρα. Σήμερα είναι γνωστό ότι αυτό ισχύει μόνο για γονίδια που βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Ο ανεξάρτητος διαχωρισμός των γονιδίων γίνεται, επειδή τα χρωμοσώματα κάθε γονέα συνδυάζονται με τυχαίο τρόπο κατά τη δημιουργία των γαμετών. Σε κάθε διασταύρωση, οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. β) Διασταύρωση Β x Δ: κίτρινα-στρογγυλά πράσινα-ρυτιδωμένα Ρ: ΚΚΣΣ x κκσσ Γαμέτες: ΚΣ κσ Απόγονοι: ΚκΣσ Φαινότυπος: κίτρινα-στρογγυλά Ο γονότυπος του φυτού Δ είναι ομόζυγος για τα υπολειπόμενα αλληλόμορφα, άρα δίνει μόνο έναν τύπο γαμέτη. Σε μια διασταύρωση ελέγχου για να έχουμε μόνο έναν τύπο απογόνων, πρέπει το άτομο που διασταυρώθηκε να είναι ομόζυγο και για τα δύο χαρακτηριστικά προκειμένου να μας δώσει μόνο ένα τύπο γαμέτη. Διασταύρωση Γ x Δ: κίτρινα-στρογγυλά πράσινα-ρυτιδωμένα Ρ: ΚκΣσ x κκσσ Γαμέτες: ΚΣ, Κσ, κσ, κσ κσ Απόγονοι: ΚκΣσ Κκσσ κκσσ κκσσ Φαινότυποι: κίτρινα κίτρινα πράσινα πράσινα στρογγυλά ρυτιδωμένα στρογγυλά ρυτιδωμένα Ο γονότυπος του φυτού Δ είναι ομόζυγος για τα υπολειπόμενα αλληλόμορφα, άρα δίνει μόνο έναν τύπο γαμέτη. Σε μια διασταύρωση ελέγχου για να έχουμε τέσσερις τύπους απογόνων πρέπει το άτομο που διασταυρώθηκε να είναι ετερόζυγο και για τα δύο χαρακτηριστικά προκειμένου να μας δώσει τέσσερις τύπους γαμετών με ίση πιθανότητα για τον καθένα. 29

30 Διασταύρωση Α x Δ: κίτρινα-στρογγυλά πράσινα-ρυτιδωμένα Ρ: ΚκΣΣ x κκσσ Γαμέτες: ΚΣ, κσ κσ Απόγονοι: ΚκΣσ κκσσ Φαινότυποι: κίτρινα πράσινα στρογγυλά στρογγυλά Ο γονότυπος του φυτού Δ είναι ομόζυγος για τα υπολειπόμενα αλληλόμορφα, άρα δίνει μόνο έναν τύπο γαμέτη. Σε μια διασταύρωση ελέγχου για να έχουμε δύο τύπους απογόνων για το ένα γνώρισμα (κίτρινα, πράσινα) πρέπει το άτομο που διασταυρώθηκε να είναι ετερόζυγο προκειμένου να μας δώσει δύο τύπους γαμετών με ίση πιθανότητα για τον καθένα. Όσον αφορά το άλλο χαρακτηριστικό (στρογγυλά), πρέπει το άτομο που διασταυρώθηκε να είναι ομόζυγο προκειμένου να μας δώσει μόνο ένα τύπο γαμέτη. 3. Ένας γεωργός καλλιεργεί στο κτήμα του ένα φυτό που έχει κίτρινα ή κόκκινα άνθη και καρπούς με στρογγυλό ή ωοειδές σχήμα. Από τη διασταύρωση φυτών με κίτρινα άνθη και στρογγυλούς καρπούς με φυτά που έχουν κόκκινα άνθη και ωοειδείς καρπούς πήρε μόνο φυτά με πορτοκαλί άνθη και ωοειδούς καρπούς. Τα στελέχη που διασταυρώθηκαν ήταν αμιγή και τα γονίδια που ελέγχουν τις δύο ιδιότητες βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων. α) Να κάνετε τη διασταύρωση και να αιτιολογήσετε τα αποτελέσματα. β) Αν διασταυρωθούν μεταξύ τους τα φυτά, που προέκυψαν από την πρώτη διασταύρωση, να υπολογίσετε την πιθανότητα να προκύψουν φυτά με πορτοκαλί άνθη και στρογγυλούς καρπούς. α) Από τη διασταύρωση αμιγών φυτών με κίτρινα άνθη x κόκκινα άνθη εμφανίζεται στους απογόνους νέος φαινότυπος πορτοκαλί άνθη, συνεπώς έχουμε ατελώς επικρατή αλληλόμορφα για το χαρακτηριστικό αυτό: Κ 1 Κ 1 : κίτρινα άνθη Κ 2 Κ 2 : κόκκινα άνθη Κ 1 Κ 2 : πορτοκαλί άνθη Από τη διασταύρωση αμιγών φυτών με στρογγυλό σχήμα καρπών x ωοειδές σχήμα καρπών, όλοι οι απόγονοι εμφανίζουν το χαρακτηριστικό ωοειδές σχήμα καρπών, συνεπώς το αλληλόμορφο που ελέγχει το χαρακτηριστικό αυτό είναι επικρατές: ΩΩ: ωοειδές σχήμα καρπών Ωω: ωοειδές σχήμα καρπών ωω: στρόγγυλο σχήμα καρπών P: Κ 1 Κ 1 ωω X Κ 2 Κ 2 ΩΩ Γαμέτες: Κ 1 ω Κ 2 Ω F 1 : Κ 1 Κ 2 Ωω Για τη διασταύρωση κάθε χαρακτηριστικού ισχύει ο 1 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων. Κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σε ένα φυτό ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες σε ίση αναλογία ενώ σ ένα φυτό ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Για τις διασταυρώσεις και των δύο χαρακτηριστικών ισχύει ο 2 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος της ανεξάρτητης μεταβίβασης των γονιδίων. Το γονίδιο που ελέγχει ένα χαρακτήρα 30

31 δεν επηρεάζει τη μεταβίβαση του γονιδίου που ελέγχει έναν άλλο χαρακτήρα. Σήμερα είναι γνωστό ότι αυτό ισχύει μόνο για γονίδια που βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Ο ανεξάρτητος διαχωρισμός των γονιδίων γίνεται, επειδή τα χρωμοσώματα κάθε γονέα συνδυάζονται με τυχαίο τρόπο κατά τη δημιουργία των γαμετών. Οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. F 1 x F 1 : Κ 1 Κ 2 Ωω X Κ 1 Κ 2 Ωω Κ Γαμέτες: 1 Ω, Κ 1 ω, Κ 1 Ω, Κ 1 ω, Κ 2 Ω, Κ 2 ω Κ 2 Ω, Κ 2 ω Κ 1 Ω Κ 1 ω Κ 2 Ω Κ 2 ω Κ 1 Ω Κ 1 Κ 1 ΩΩ Κ 1 Κ 1 Ωω Κ 1 Κ 2 ΩΩ Κ 1 Κ 2 Ωω Κ 1 ω Κ 1 Κ 1 Ωω Κ 1 Κ 1 ωω Κ 1 Κ 2 Ωω Κ 1 Κ 2 ωω Κ 2 Ω Κ 1 Κ 2 ΩΩ Κ 1 Κ 2 Ωω Κ 2 Κ 2 ΩΩ Κ 2 Κ 2 Ωω Κ 2 ω Κ 1 Κ 2 Ωω Κ 1 Κ 2 ωω Κ 2 Κ 2 Ωω Κ 2 Κ 2 ωω Πιθανότητα να προκύψουν φυτά με πορτοκαλί άνθη και στρογγυλό σχήμα καρπών 2/16 4. Διασταυρώθηκαν δύο άτομα ενός είδους εντόμου με κεραίες ενδιαμέσου μήκους και προέκυψαν 161 άτομα με κεραίες ενδιαμέσου μήκους και 79 άτομα με κεραίες κανονικού μήκους. Σε μια άλλη διασταύρωση, ενός ατόμου του ιδίου είδους εντόμου που είχε κεραίες ενδιαμέσου μήκους με ένα άτομο με κεραίες κανονικού μήκους, προέκυψαν 121 άτομα με κεραίες κανονικού μήκους και 119 άτομα με κεραίες ενδιάμεσου μήκους. Με δεδομένο, ότι δεν έγινε κάποια μετάλλαξη, να εξηγήσετε τα αποτελέσματα των διασταυρώσεων αυτών, γράφοντας τις αντίστοιχες διασταυρώσεις. Από τη διασταύρωση: ενδιάμεσο μήκος x ενδιάμεσο μήκος Απόγονοι: 161 με ενδιάμεσο μήκος : 79 με κανονικό μήκος Αναλογία: 2 1 Η φαινοτυπική αναλογία 2:1 δείχνει την παρουσία θνησιγόνου γονιδίου. Το αλληλόμορφο που ελέγχει το ενδιάμεσο μήκος είναι αυτοσωμικό επικρατές, όμως σε ομόζυγη κατάσταση έχουμε την απώλεια του φαινοτυπικού χαρακτήρα «ενδιάμεσο μήκος». Οπότε: Ε: ενδιάμεσο μήκος ε: κανονικό μήκος Διασταύρωση: ενδιάμεσο μήκος x ενδιάμεσο μήκος Εε Εε γαμέτες: Ε, ε Ε, ε απόγονοι: 1 ΕΕ 2 Εε 1 εε πεθαίνει ενδιάμεσο μήκος κανονικό μήκος Από τη διασταύρωση: ενδιάμεσο μήκος x κανονικό μήκος Απόγονοι: 119 με ενδιάμεσο μήκος : 121 με κανονικό μήκος Αναλογία:

32 Διασταύρωση: ενδιάμεσο μήκος x κανονικό μήκος Εε εε γαμέτες: Ε, ε ε, ε απόγονοι: 1 Εε 1 εε Για τη διασταύρωση ισχύει ο 1 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων. Κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σε ένα φυτό ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες σε ίση αναλογία ενώ σ ένα φυτό ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Οι απόγονοι προκύπτουν από το τυχαίο συνδυασμό των γαμετών των ατόμων της κάθε διασταύρωσης. 5. Σε ένα είδος εντόμου ένα γονίδιο είναι υπεύθυνο για την παραγωγή του ενζύμου Α, ενώ το αλληλόμορφό του δεν παράγει το ένζυμο Α. Ένα άλλο γονίδιο καθορίζει το χαρακτήρα «ανοιχτό χρώμα σώματος», ενώ το αλληλόμορφό του καθορίζει το «σκούρο χρώμα σώματος». Διασταυρώνεται ένα θηλυκό έντομο που παράγει το ένζυμο Α και έχει ανοιχτό χρώμα σώματος με ένα αρσενικό έντομο που παράγει το ένζυμο Α και έχει ανοιχτό χρώμα σώματος. Από τη διασταύρωση προκύπτουν: 600 θηλυκοί απόγονοι που παράγουν το ένζυμο Α και έχουν ανοιχτό χρώμα σώματος 300 αρσενικοί απόγονοι που παράγουν το ένζυμο Α και έχουν σκούρο χρώμα σώματος 300 αρσενικοί απόγονοι που παράγουν το ένζυμο Α και έχουν ανοιχτό χρώμα σώματος Δίνονται: Για τον τρόπο κληρονόμησης των δύο χαρακτήρων ισχύει ο 2 ος νόμος του Mendel. Για τη σύνθεση του ενζύμου Α, τα άτομα που διασταυρώθηκαν είναι ετερόζυγα. Το έντομο είναι διπλοειδής ευκαρυωτικός οργανισμός και το φύλο του καθορίζεται όπως στον άνθρωπο. α) Να γράψετε τον τρόπο με τον οποίο κληρονομείται το γονίδιο που δεν παράγει το ένζυμο Α. Να γράψετε τον τρόπο με τον οποίο κληρονομείται το γονίδιο που καθορίζει το ανοιχτό χρώμα σώματος. β) Να αιτιολογήσετε τον τρόπο κληρονόμησης των παραπάνω χαρακτήρων, κάνοντας την κατάλληλη διασταύρωση ή τις κατάλληλες διασταυρώσεις. α) Το αλληλόμορφο του γονιδίου που δεν παράγει το ένζυμο Α κληρονομείται ως αυτοσωμικό, υπολειπόμενο και θνησιγόνο. Το γονίδιο που καθορίζει το ανοιχτό χρώμα σώματος κληρονομείται ως φυλοσύνδετο επικρατές. β) Το αλληλόμορφο του γονιδίου που δεν παράγει το ένζυμο Α κληρονομείται ως αυτοσωμικό, υπολειπόμενο και θνησιγόνο. Δεδομένου ότι τα άτομα που διασταυρώθηκαν είναι ετερόζυγα, στους απογόνους της διασταύρωσης θα έχουμε δύο φαινότυπους. Με βάση τα αποτελέσματα της διασταύρωσης προκύπτουν μόνο απόγονοι που συνθέτουν το ένζυμο Α. Συνεπώς, πεθαίνουν οι απόγονοι που δεν συνθέτουν το ένζυμο Α, δηλαδή ο χαρακτήρας που είναι ομόζυγος υπολειπόμενος. Δεδομένου ότι τα άτομα που διασταυρώθηκαν είναι ετερόζυγα δεν μπορούμε να έχουμε φυλοσύνδετη κληρονομικότητα, αφού στη φυλοσύνδετη κληρονομικότητα μόνο τα θηλυκά άτομα μπορεί να είναι ετερόζυγα. Συνεπώς το γονίδιο είναι αυτοσωμικό. 32

33 Το γονίδιο που καθορίζει το ανοιχτό χρώμα σώματος κληρονομείται ως φυλοσύνδετο επικρατές. Στους απογόνους της διασταύρωσης, ανεξαρτήτως φύλου, έχουμε φαινοτυπική αναλογία «ανοιχτό χρώμα σώματος» προς «σκούρο χρώμα σώματος» 3:1, άρα το αλληλόμορφο του γονιδίου για το ανοιχτό χρώμα σώματος είναι επικρατές και δεδομένου ότι στους απογόνους της διασταύρωσης υπάρχει διαφορετική φαινοτυπική αναλογία στους χαρακτήρες, άτα το γνώρισμα είναι φυλοσύνδετο. Τα αλληλόμορφα που ελέγχουν τους παραπάνω χαρακτήρες είναι: Ε: παραγωγή ενζύμου Α ε: δεν παράγει το ένζυμο Α Χ Α : ανοικτό χρώμα σώματος Χ α : σκούρο χρώμα σώματος Ρ ΕεX Α Χ α x EεX Α Υ Γαμέτες ΕΧ Α, ΕΧ α, εχ Α, εχ α ΕΧ Α, ΕΥ, εχ Α, ευ Απόγονοι: ΕΧ Α ΕΧ α εχ Α εχ α ΕΧ Α ΕΕ Χ Α Χ Α ΕΕ Χ Α Χ α Εε Χ Α Χ Α Εε Χ Α Χ α ΕΥ ΕΕ Χ Α Υ ΕΕ Χ α Υ Εε Χ Α Υ Εε Χ α Υ εχ Α Εε Χ Α Χ Α Εε Χ Α Χ α εε Χ Α Χ Α εε Χ Α Χ α ευ Εε Χ Α Υ Εε Χ α Υ εε Χ Α Υ εε Χ α Υ Θηλυκά άτομα με παραγωγή ενζύμου Α και ανοιχτό χρώμα σώματος Αρσενικά άτομα με παραγωγή ενζύμου Α και ανοιχτό χρώμα σώματος Αρσενικά άτομα με παραγωγή ενζύμου Α και σκούρο χρώμα σώματος Θηλυκά και αρσενικά άτομα που δεν παράγουν το ένζυμο Α και πεθαίνουν 6. Μια φυσιολογική γυναίκα παντρεύεται έναν άνδρα και αποκτούν δύο παιδιά, τον Γιάννη και την Ελένη. Ο Γιάννης παρουσιάζει οικογενή υπερχοληστερολαιμία και β- θαλασσαιμία, ενώ η Ελένη δεν παρουσιάζει καμία από τις δύο ασθένειες. α) Να γράψετε τους πιθανούς γονότυπους των γονέων και των παιδιών και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. β) Εάν οι συγκεκριμένοι γονείς αποκτήσουν και τρίτο παιδί, να προσδιορίσετε την πιθανότητα να πάσχει μόνο από υπερχοληστερολαιμία, χωρίς να ληφθεί υπόψη η β- θαλασσαιμία. Η οικογενής υπερχοληστερολαιµία οφείλεται σε αυτοσωµικό επικρατές γονίδιο ενώ η β- θαλασσαιµία οφείλεται σε αυτοσωµικό υπολειπόµενο γονίδιο. Σύμφωνα με τον 1 ο νόμο του Μέντελ ή νόμο του διαχωρισμού των αλληλόρφων γονιδίων, κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σε ένα άτομο ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες σε ίση αναλογία ενώ σ ένα άτομο ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Σύμφωνα με τον 2 ο νόμο του Μέντελ ή νόμο της ανεξάρτητης μεταβίβασης γονιδίων, το γονίδιο που ελέγχει ένα χαρακτήρα δεν επηρεάζει τη μεταβίβαση του γονιδίου που ελέγχει έναν άλλο χαρακτήρα. Σήμερα είναι γνωστό ότι αυτό ισχύει μόνο για γονίδια που βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Ο ανεξάρτητος διαχωρισμός των γονιδίων γίνεται, επειδή τα χρωμοσώματα κάθε γονέα συνδυάζονται με τυχαίο τρόπο 33

34 κατά τη δημιουργία των γαμετών. Οι διασταυρώσεις αυτού του τύπου, που μελετάται ο τρόπος κληρονόμησης δύο χαρακτήρων, ονομάζονται διασταυρώσεις διυβριδισμού. Στις διασταυρώσεις αυτές κάθε γονέας μπορεί να παράγει γαμέτες με ίση πιθανότητα για τον καθένα. Οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. Α: οικογενής υπερχοληστερολαιµία α: φυσιολογικό Β: φυσιολογικό β: β-θαλασσαιµία Ο Γιάννης πάσχει από οικογενή υπερχοληστερολαιµία και β-θαλασσαιµία, ενώ η Ελένη δεν παρουσιάζει καμία από τις δύο ασθένειες. Συνεπώς και οι δύο γονείς θα πρέπει να έχουν από ένα υπολειπόµενο γονίδιο για καθένα χαρακτηριστικό. Αφού η µητέρα είναι φυσιολογική ως προς την οικογενή υπερχοληστερολαιµία, άρα ο γονότυπός της είναι αα. Για τον πατέρα θα υπάρχουν δύο πιθανοί γονότυποι όσον αφορά το γονίδιο της β- θαλασσαιμίας. Οι πιθανοί γονότυποι των ατόμων είναι: Μητέρα: ααββ Πατέρας: ΑαΒβ, Ααββ Γιάννης: Ααββ Ελένη: ααββ, ααββ για τους οποίους έχουμε τους παρακάτω συνδυασμούς: Μητέρα: ααββ Μητέρα: ααββ Πατέρας: ΑαΒβ Πατέρας: Ααββ Γιάννης: Ααββ Γιάννης: Ααββ Ελένη: ααββ, ααββ Ελένη: ααββ β) Η πιθανότητα το τρίτο τους παιδί να πάσχει µόνο από οικογενή υπερχοληστερολαιµία (Αα), χωρίς να ληφθεί υπόψη η β-θαλασσαιµία, είναι 1/2, σύμφωνα με τη διασταύρωση: P: Αα x αα Γαμέτες: Α, α α Απόγονοι: Αα, αα Κάθε κύηση είναι ένα ανεξάρτητο γεγονός, που δε σχετίζεται με το αποτέλεσμα προηγούμενων κυήσεων. 7. Δίνεται το παρακάτω γενεαλογικό δέντρο στο οποίο oι φαινότυποι των γονέων Ι 1 και Ι 2 είναι άγνωστοι. Τα άτομα ΙΙ 2 και ΙΙ 3 είναι ασθενή. Να γραφούν οι πιθανοί φαινότυποι και γονότυποι των γονέων Ι 1 και Ι 2 όταν: 34

35 α) το αλληλόμορφο γονίδιο που προκαλεί την ασθένεια είναι επικρατές. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) το αλληλόμορφο γονίδιο που προκαλεί την ασθένεια είναι υπολειπόμενο. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Σύμφωνα με τον 1 ο νόμο του Μέντελ ή νόμο του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων, κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σε ένα άτομο ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμετών σε ίση αναλογία ενώ σ ένα άτομο ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Σε κάθε διασταύρωση, οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. α) Το αλληλόμορφο γονίδιο που προκαλεί την ασθένεια είναι επικρατές, αυτοσωμικό. Α: ασθένεια ΑΑ: ασθενής Αα: ασθενής α: φυσιολογικό αα: φυσιολογικό Οι γονότυποι και οι φαινότυποι των ατόμων Ι 1 και Ι 2 μπορεί να είναι: Ι 1 Ι 2 ΙΙ 1 ΙΙ 2 ΙΙ 3 ΙΙ 4 Αα Αα ΑΑ ΑΑ αα ασθενής ασθενής Αα Αα αα Αα αα ασθενής φυσιολογικό αα Αα Αα αα αα Αα φυσιολογικό Ασθενής αα Αα Αα αα β) Τα αλληλόμορφο γονίδιο που προκαλεί την ασθένεια είναι υπολειπόμενο. 1 η περίπτωση: αυτοσωμικό Α: φυσιολογικό ΑΑ: φυσιολογικό Αα: φυσιολογικό α: ασθένεια αα: ασθένεια Οι γονότυποι και οι φαινότυποι των ατόμων Ι 1 και Ι 2 μπορεί να είναι: Ι 1 Ι 2 ΙΙ 1 ΙΙ 2 ΙΙ 3 ΙΙ 4 Αα Αα ΑΑ ΑΑ αα αα φυσιολογικό φυσιολογικό Αα Αα Αα αα φυσιολογικό ασθενής Αα αα αα Αα αα Αα ασθενής φυσιολογικό Αα αα αα Αα 2 η περίπτωση: φυλοσύνδετο Χ Α : φυσιολογικό Χ α : ασθένεια Χ Α Χ Α, Χ Α Υ: φυσιολογικό Χ Α Χ α : φυσιολογικό Χ α Χ α, Χ α Υ: ασθένεια Τα θηλυκά άτομα έχουν ένα ζεύγος Χ χρωμοσωμάτων ενώ τα αρσενικά άτομα έχουν ένα Χ 35

36 και ένα Υ χρωμόσωμα. Ένα υπολειπόμενο φυλοσύνδετο γονίδιο εκφράζεται φαινοτυπικά σε όλα τα αρσενικά άτομα που φέρουν το γονίδιο αλλά μόνο σε εκείνα τα θηλυκά που είναι ομόζυγα για το υπολειπόμενο γονίδιο. Το Χ χρωμόσωμα στα αρσενικά παιδιά είναι μητρικής προέλευσης ενώ στα θηλυκά παιδιά, το ένα Χ χρωμόσωμα είναι μητρικής προέλευσης και το άλλο Χ χρωμόσωμα είναι πατρικής προέλευσης. Οι γονότυποι και οι φαινότυποι των ατόμων Ι 1 και Ι 2 μπορεί να είναι: Ι 1 Ι 2 ΙΙ 1 ΙΙ 2 ΙΙ 3 ΙΙ 4 Χ Α Χ α Χ α Υ Χ Α Υ Χ α Υ Χ α Χ α Χ Α Χ α φυσιολογικό ασθενής 8. Δίνεται το παρακάτω γενεαλογικό δέντρο στο οποίο τα άτομα Ι 1 και ΙΙ 1, ΙΙ 2, ΙΙ 3, ΙΙ 4, ΙΙ 5, ΙΙ 6, πάσχουν από μονογονιδιακή ασθένεια. α) Να προσδιορίσετε όλους τους πιθανούς γονότυπους των γονέων στο παραπάνω γενεαλογικό δέντρο. β) Να προσδιορίσετε όλους τους πιθανούς γονότυπους όλων των παιδιών στο παραπάνω γενεαλογικό δέντρο. γ) Να κάνετε τις κατάλληλες διασταυρώσεις και να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. α) Οι πιθανοί γονότυποι των γονέων Ι 1 και Ι 2, ως αυτοσωμικό υπολειπόμενο γονίδιο είναι: Α: φυσιολογικό α: ασθένεια I 1 : αα Ι 2 : Αα (όλα τα παιδιά πάσχουν, αα) Οι πιθανοί γονότυποι των γονέων Ι 1 και Ι 2, ως αυτοσωμικό επικρατές γονίδιο είναι: Α: ασθένεια α: φυσιολογικό I 1 : ΑΑ ή Αα (για να πάσχουν όλα τα παιδιά πρέπει να υπάρχει τουλάχιστον ένα επικρατές αλληλόμορφο Α) Ι 2 : αα Οι πιθανοί γονότυποι των γονέων Ι 1 και Ι 2, ως φυλοσύνδετο υπολειπόμενο γονίδιο, είναι: Χ Α : φυσιολογικό Χ α : ασθένεια Ι 1 : Χ α Υ Ι 2 : Χ Α Χ α (τα αρσενικά παιδιά πάσχουν, Χ α Υ) β) Οι πιθανοί γονότυποι των παιδιών, ως αυτοσωμικό υπολειπόμενο γονίδιο, είναι: ΙΙ 1, ΙΙ 2, ΙΙ 3, ΙΙ 4, ΙΙ 5, ΙΙ 6 : αα Οι πιθανοί γονότυποι των παιδιών, ως αυτοσωμικό επικρατές γονίδιο, είναι: ΙΙ 1, ΙΙ 2, ΙΙ 3, ΙΙ 4, ΙΙ 5, ΙΙ 6 : Αα 36

37 Οι πιθανοί γονότυποι των παιδιών, ως φυλοσύνδετο υπολειπόμενο γονίδιο, είναι: ΙΙ 1, ΙΙ 2, ΙΙ 4, ΙΙ 6 : Χ α Υ ΙΙ 3, ΙΙ 5 : Χ α Χ α γ) Η διασταύρωση, ως αυτοσωμικό υπολειπόμενο γονίδιο, είναι: Ρ: αα x Αα Γαμέτες: α Α,α Απόγονοι: Αα, αα Η διασταύρωση, ως αυτοσωμικό επικρατές γονίδιο, είναι: Ρ: ΑΑ x αα Γαμέτες: Α α Απόγονοι: Αα Ρ: Αα x αα Γαμέτες: Α,α α Απόγονοι: Αα, αα Η διασταύρωση, ως φυλοσύνδετο υπολειπόμενο γονίδιο, είναι: Ρ: Χ α Υ x Χ Α Χ α Γαμέτες: Χ α, Υ Χ Α, Χ α Απόγονοι: Χ Α Χ α, Χ α Χ α, Χ Α Υ, Χ α Υ Στις διασταυρώσεις κληρονομικότητας ισχύει ο 1 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων, κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σ ένα άτομο ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες σε ίση αναλογία ενώ σ ένα άτομο ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. Ακόμη, κάθε κύηση είναι ένα ανεξάρτητο γεγονός που δε σχετίζεται με το αποτέλεσμα προηγούμενων κυήσεων. 9. Στα τέσσερα γενεαλογικά δέντρα (1, 2, 3, 4) απεικονίζεται ο τρόπος κληρονόμησης τεσσάρων διαφορετικών χαρακτήρων του ανθρώπου. Στο γενεαλογικό δέντρο 1, ο χαρακτήρας που μελετάται, είναι οι ομάδες αίματος (Α, Β, ΑΒ, και Ο). Οι υπόλοιποι τρεις χαρακτήρες που μελετώνται είναι: η ασθένεια της οικογενούς υπερχοληστερολαιμίας, η αιμορροφυλία Α και ο αλφισμός. Με βάση τα στοιχεία που υπάρχουν στα γενεαλογικά δέντρα: α) Να γράψετε τον γονότυπο του ατόμου Ι 1 που βρίσκεται στο γενεαλογικό δέντρο 1 και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να αντιστοιχίσετε τους τρεις υπόλοιπους χαρακτήρες που μελετώνται (οικογενής υπερχοληστερολαιμία, αιμορροφιλία Α και αλφισμός) με τα υπόλοιπα τρία γενεαλογικά 37

38 δέντρα (2, 3 και 4), γράφοντας, δίπλα από το καθένα γενεαλογικό δέντρο, τον χαρακτήρα που του αντιστοιχεί και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α) Ο γονότυπος του ατόμου Ι 1 είναι Ι Α Ι Β ή Ι Α i. Στο γενεαλογικό δέντρο 1, το άτομο Ι 2 έχει γονότυπο Ι Β Ι Β ή Ι Β i (τουλάχιστον ένα Ι Β ) και τα άτομα ΙΙ 3 και ΙΙ 4 είναι Ι Α Ι Β, τα οποία πήραν ένα αλληλόμορφο από κάθε γονεά. Συνεπώς το άτομο Ι 1 φέρει το αλληλόμορφο Ι Α λόγω των ατόμων ΙΙ 3 και ΙΙ 4 και μπορεί να φέρει το αλληλόμορφο Ι Β ή i. β) γενεαλογικό δέντρο 2: αιμορροφιλία Α γενεαλογικό δέντρο 3: αλφισμός γενεαλογικό δέντρο 4: οικογενής υπερχοληστερολαιμία Για να κληρονομείται ένα γνώρισμα ως φυλοσύνδετο: όταν πάσχει η θυγατέρα (Χ α Χ α ) πρέπει να πάσχει και ο πατέρας της (Χ α Υ), αφού παίρνει ένα Χ α από κάθε γονέα, όταν πάσχει η μητέρα (Χ α Χ α ) πρέπει να πάσχουν όλα τα αρσενικά παιδιά της. Σε διαφορετική περίπτωση, το γνώρισμα είναι αυτοσωμικό. Για να κληρονομείται ένα γνώρισμα ως επικρατές: όταν πάσχει ένα παιδί πρέπει να πάσχει τουλάχιστον ο ένας γονέας ή από γονείς που πάσχουν παίρνουμε παιδί φυσιολογικό. Σε διαφορετική περίπτωση, το γνώρισμα είναι υπολειπόμενο. Στο γενεαλογικό δέντρο 3, έχουμε γονείς φυσιολογικούς και παιδιά που πάσχουν (υπολειπόμενο), καθώς και ασθενή κόρη που έχει υγιή πατέρα (αυτοσωμικό). Στο γενεαλογικό δέντρο 4, έχουμε γονείς που πάσχουν και παιδιά φυσιολογικά (επικρατές), καθώς και μητέρα που πάσχει με υγιές αρσενικό παιδί (αυτοσωμικό). Στο γενεαλογικό δέντρο 2, επομένως, απεικονίζεται η φυλοσύνδετη υπολειπόμενη κληρονομικότητα. 10. Γυναίκα με ομάδα αίματος Α παντρεύεται άνδρα με ομάδα αίματος Β και αποκτούν δύο παιδιά εκ των οποίων το πρώτο, που είναι κορίτσι, έχει ομάδα αίματος Α και το δεύτερο, έχει ομάδα αίματος Ο. Το δεύτερο παιδί πάσχει από κληρονομική μεταβολική νόσο. Οι δύο γονείς είναι υγιείς και η μητέρα μόνον είναι φορέας του υπολειπόμενου γονιδίου που ελέγχει τη νόσο αυτή. Για τα γονίδια που ελέγχουν τους παραπάνω χαρακτήρες ισχύει ο δεύτερος νόμος του Μέντελ. Να βρείτε τους γονότυπους των γονέων και των παιδιών τους ως προς τους δύο χαρακτήρες, κάνοντας τις κατάλληλες διασταυρώσεις και να δικαιολογήσετε το φύλο του δεύτερου παιδιού. Το γονίδιο I, που καθορίζει τις ομάδες αίματος, έχει τρία 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, ενώ το i είναι υπολειπόμενο. Άτομο ομάδας αίματος Α έχει γονότυπο Ι Α Ι Α ή Ι Α i, άτομο ομάδας αίματος Β έχει γονότυπο Ι Β Ι Β ή Ι Β i, ενώ άτομο ομάδας αίματος ΑΒ έχει γονότυπο Ι Α Ι Β. Άτομο ομάδας αίματος Ο έχει γονότυπο ii. Γυναίκα με ομάδα αίματος Α: I A I A ή Ι Α i Άνδρας με ομάδα αίματος Β: I Β I Β ή Ι Β i Λόγω του δεύτερου παιδιού που είναι ομάδα αίματος Ο, άρα έχει γονότυπο ii, η γυναίκα είναι Ι Α i και ο άνδρας είναι Ι Β i. Επομένως το πρώτο τους παιδί, με ομάδα αίματος Α έχει γονότυπο Ι Α i. 38

39 Για την κληρονόμηση της μεταβολικής νόσου, αποκλείεται η περίπτωση της αυτοσωμικής επικρατούς κληρονομικότητας γιατί από υγιείς γονείς δεν μπορεί να γεννηθεί παιδί με τη νόσο. Στην αυτοσωμική επικρατή κληρονομικότητα, κάθε ασθενές άτομο έχει τουλάχιστον έναν ασθενή γονέα. Η έννοια του φορέα υπάρχει μόνο στην υπολειπόμενη κληρονομικότητα, αυτοσωμική ή φυλοσύνδετη. Αφού το δεύτερο παιδί πάσχει από κληρονομική μεταβολική νόσο και δεδομένου ότι η μητέρα είναι μόνο φορέας της νόσου, αποκλείεται η περίπτωση της αυτοσωμικής υπολειπόμενης κληρονομικότητας γιατί στην περίπτωση αυτή και ο πατέρας θα έπρεπε να ήταν φορέας, προκειμένου το παιδί να εμφανίσει τη νόσο. Συνεπώς η μεταβολική νόσος κληρονομείται με φυλοσύνδετο υπολειπόμενο τρόπο. Επομένως, έχουμε: Χ Ν : φυσιολογικό και Χ ν : μεταβολική νόσος. Για την κληρονόμηση κάθε χαρακτηριστικού ισχύει ο 1 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων. Κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση, διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σ ένα άτομο ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες σε ίση αναλογία ενώ σ ένα άτομο ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. Για την κληρονόμηση της ομάδας αίματος: Ρ: I A i x I B i Γαμέτες: Ι Α, i I B, i Απόγονοι: I A i, I Β i, I A Ι Β, ii Για την κληρονόμηση της μεταβολικής νόσου: Ρ: Χ Ν Χ ν x Χ Ν Υ Γαμέτες: Χ Ν, Χ ν Χ Ν, Υ Απόγονοι: Χ Ν Χ Ν, Χ Ν Χ ν, Χ Ν Υ, Χ ν Υ Οι γονότυποι των γονέων και των παιδιών είναι: Γονότυπος μητέρας: I A iχ Ν Χ ν Γονότυπος πατέρα: I Β iχ Ν Υ Γονότυπος κοριτσιού: I A i Χ Ν Χ Ν, I A i Χ Ν Χ ν Γονότυπος αγοριού: iiχ ν Υ Ο προσδιορισμός του φύλου στον άνθρωπο γίνεται από ένα ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων. Τα θηλυκά άτομα είναι ΧΧ ενώ τα αρσενικά άτομα είναι ΧΥ. Σύμφωνα με τα παραπάνω, το αγόρι κληρονόμησε το X ν από τη μητέρα του και εκδηλώνει τη μεταβολική νόσο ενώ το Υ από τον πατέρα του. 11. Στα παρακάτω γενεαλογικά δέντρα μελετάται ο τρόπος κληρονόμησης κοινού μονογονιδιακού χαρακτηριστικού σε δύο διαφορετικές οικογένειες 1 και 2. 39

40 Στην 1 η οικογένεια φέρουν το χαρακτηριστικό τα άτομα Ι 2, ΙΙ 2, ΙΙ 3 (μαυρισμένα) ενώ στη 2 η οικογένεια φέρουν το χαρακτηριστικό τα άτομα ΙΙ 2, ΙΙ 3 (μαυρισμένα). Να προσδιορίσετε τον τρόπο κληρονόμησης του χαρακτηριστικού με βάση τα παραπάνω στοιχεία, αιτιολογώντας την απάντησή σας με τις κατάλληλες διασταυρώσεις. (Να μη ληφθεί υπόψη η περίπτωση του φυλοσύνδετου επικρατούς γονιδίου). Να γράψετε τους γονότυπους όλων των ατόμων. Στην 2 η οικογένεια, από γονείς φυσιολογικούς (Ι 1 και Ι 2 ) παίρνουμε παιδιά (ΙΙ 2 και ΙΙ 3 ) που πάσχουν, επομένως το γονίδιο είναι υπολειπόμενο. Αν το γονίδιο ήταν επικρατές, τουλάχιστον ο ένας γονέας έπρεπε να πάσχει. Στην 1 η οικογένεια, η θυγατέρα ΙΙ 2 πάσχει αλλά ο πατέρας της Ι 1 δεν πάσχει, επομένως το γονίδιο δεν είναι φυλοσύνδετο, συνεπώς είναι αυτοσωμικό. Στη φυλοσύνδετη κληρονομικότητα, όταν πάσχει η θυγατέρα (Χ α Χ α ) πρέπει να πάσχει και ο πατέρας της (Χ α Υ) αφού παίρνει ένα Χ α από κάθε γονέα. Α: φυσιολογικό α: ασθένεια Στην 1 η οικογένεια, ο πατέρας πρέπει να είναι ετερόζυγος για να προκύψουν παιδιά που πάσχουν. Ι 1 x I 2 : Αα x αα Γαμέτες: Α, α α Απόγονοι: Αα, αα Στην 2 η οικογένεια, οι γονείς πρέπει να είναι ετερόζυγοι για να προκύψουν παιδιά που πάσχουν. Ι 1 x I 2 : Αα x Αα Γαμέτες: Α, α Α, α Απόγονοι: ΑΑ, Αα, Αα, αα Οι γονότυποι των ατόµων στην 1 η οικογένεια είναι: Ι 1 : Αα, Ι 2 : αα, ΙΙ 1 : Αα, ΙΙ 2 : αα, ΙΙ 3 : αα Οι γονότυποι των ατόµων στην 2 η οικογένεια είναι: Ι 1 : Αα, Ι 2 : Αα, ΙΙ 1 : ΑΑ ή Αα, ΙΙ 2 : αα, ΙΙ 3 : αα 12. Στα παρακάτω γενεαλογικά δέντρα μελετάται ο τρόπος κληρονόμησης της ίδιας ασθένειας σε δύο διαφορετικές οικογένειες Α και Β. Στην οικογένεια Α τα άτομα Ι 2, ΙΙ 2 και ΙΙΙ 2 (μαυρισμένα) είναι ασθενή, ενώ στην οικογένεια Β τα άτομα ΙΙ 2 και ΙΙ 3 (μαυρισμένα) είναι ασθενή. 40

41 α) Με βάση τα παραπάνω γενεαλογικά δέντρα να βρείτε τον τρόπο κληρονόμησης της ασθένειας αυτής. (Να μη ληφθεί υπόψη η περίπτωση της μετάλλαξης). β) Να γράψετε τους πιθανούς γονότυπους όλων των ατόμων που απεικονίζονται στα γενεαλογικά δένδρα των οικογενειών Α και Β. γ) Να υπολογίσετε την πιθανότητα να γεννηθεί αγόρι με την ασθένεια αυτή από το γάμο του ατόμου ΙΙΙ 2 της οικογένειας Α με το άτομο ΙΙΙ 1 της οικογένειας Β. α) Από το γενεαλογικό δέντρο της οικογένειας Β προκύπτει ότι η ασθένεια κληρονομείται με υπολειπόμενο τρόπο επειδή από γονείς φυσιολογικούς Ι 1 και Ι 2, τα παιδιά τους ΙΙ 2 και ΙΙ 3 πάσχουν. Στην επικρατή κληρονομικότητα, τα παιδιά ΙΙ 2 και ΙΙ 3 που πάσχουν θα έπρεπε να έχουν τουλάχιστον έναν ασθενή γονέα, κάτι που δεν ισχύει. Από το γενεαλογικό δέντρο της οικογένειας Α προκύπτει ότι η ασθένεια δεν κληρονομείται με φυλοσύνδετο τρόπο, άρα κληρονομείται με αυτοσωμικό τρόπο. Στη φυλοσύνδετη κληρονομικότητα, όταν πάσχει η μητέρα τότε πρέπει να πάσχουν τα αρσενικά παιδιά της, αφού αυτά κληρονομούν το Χ χρωμόσωμα από τη μητέρα τους, κάτι που δεν ισχύει με τη μητέρα Ι 2 και το αρσενικό παιδί ΙΙ 1 και μεταξύ μητέρας ΙΙ 2 και αρσενικού παιδιού ΙΙΙ 1. Ακόμη, η θυγατέρα ΙΙΙ 2 πάσχει αλλά δεν πάσχει ο πατέρας της ΙΙ3. Επομένως: Α: φυσιολογικό ΑΑ: φυσιολογικό Αα: φυσιολογικό α: ασθένεια αα: ασθένεια β) Γονότυποι ατόμων γενεαλογικού δέντρου οικογένειας Α: Ι 1 : Αα επειδή το άτομο ΙΙ 2 είναι ασθενής, αα Ι 2 : αα ΙΙ 1 : Αα ΙΙ 2 : αα ΙΙ 3 : Αα ΙΙΙ 1 : Αα ΙΙΙ 2 : αα Γονότυποι ατόμων γενεαλογικού δέντρου οικογένειας Β: Ι 1 : Αα επειδή τα άτομα ΙΙ 2 και ΙΙ 3 είναι ασθενείς, αα Ι 2 : Αα ΙΙ 1 : ΑΑ ή Αα ΙΙ 2 : αα ΙΙ 3 : αα ΙΙ 4 : ΑΑ ή Αα ΙΙΙ 1 : Αα γ) Ρ: αα (ΙΙΙ 2 οικ. Β) x Αα (ΙΙΙ 1 οικ. Α) Γαμέτες: α Α, α Απόγονοι: Αα, αα Πιθανότητα κληρονόμησης ασθένειας: 1/2 Πιθανότητα να είναι αγόρι: 1/2 Συνολική πιθανότητα 1/4 41

42 13. Μια αρσενική μύγα Drosophila με λευκά μάτια διασταυρώθηκε με μια θηλυκή με κόκκινα μάτια. Από τη διασταύρωση αυτή πήραμε 280 απογόνους στην F 1 γενιά που είχαν όλοι κόκκινα μάτια. Διασταυρώνοντας δύο άτομα από την F 1 γενιά προκύπτουν 319 απόγονοι στην F 2 γενιά. Μια ανάλυση των απογόνων της F 2 γενιάς έδειξε ότι υπάρχουν: 159 θηλυκά με κόκκινα μάτια 82 αρσενικά με κόκκινα μάτια, και 78 αρσενικά με λευκά μάτια. Με βάση τα δεδομένα να εξηγήσετε τον τρόπο με τον οποίο κληρονομείται το παραπάνω γνώρισμα. Από τη διασταύρωση των ατόμων της Ρ γενιάς λευκά μάτια x κόκκινα μάτια, όλα τα άτομα της F 1 γενιάς έχουν κόκκινα μάτια. Επομένως, το αλληλόμορφο για τα κόκκινα μάτια είναι επικρατές. Εφόσον προκύπτουν διαφορετικές φαινοτυπικές αναλογίες σε αρσενικούς και θηλυκούς απογόνους της F 2 γενιάς, το γονίδιο που καθορίζει το χρώμα των ματιών κληρονομείται με φυλοσύνδετο τρόπο. Έτσι έχουμε: Χ Α : κόκκινο χρώμα ματιών και Χ α : λευκό χρώμα ματιών Αφού όλοι απόγονοι της F 1 γενιάς έχουν κόκκινα μάτια, το θηλυκό άτομο της Ρ γενιάς είναι ομόζυγο με γονότυπο Χ Α Χ Α. Αν το θηλυκό άτομο της Ρ γενιάς ήταν ετερόζυγο, στην F 1 γενιά, θα είχαμε άτομα με λευκά και άτομα με κόκκινα μάτια. Κάνοντας τις κατάλληλες διασταυρώσεις έχουμε: P: Χ Α Χ Α x Χ α Υ Γαμέτες: Χ Α Χ α, Υ F 1 : Χ Α Χ α Χ Α Υ Φαινοτυπική αναλογία: όλοι οι απόγονοι με κόκκινα μάτια. F 1 X F 1 : Χ Α Χ α x Χ Α Υ Γαμέτες: Χ Α, Χ α Χ α, Υ F 2 : Χ Α Χ Α, Χ Α Χ α, Χ Α Υ, Χ α Υ Φαινοτυπική αναλογία: θηλυκοί απόγονοι αρσενικοί απόγονοι κόκκινα μάτια κόκκινα μάτια : λευκά μάτια Στην κληρονόμηση του χαρακτηριστικού ισχύει ο 1 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων. Κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σ ένα ετερόζυγο γονότυπο σχηματίζονται δύο ειδών γαμετών, σε ίση αναλογία ενώ σ ένα άτομο ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. 14. Δίνεται το γενεαλογικό δέντρο, όπου απεικονίζεται ο τρόπος με τον οποίο κληρονομείται μια μονογονιδιακή ασθένεια. Τα άτομα ΙΙ 2, ΙΙ 3, ΙΙΙ 3 και IV 3 πάσχουν από την ασθένεια αυτή. Για όλα τα παρακάτω ερωτήματα να μη ληφθεί υπόψη η περίπτωση μετάλλαξης. α) Με βάση τα δεδομένα του γενεαλογικού δέντρου να εξηγήσετε τον τρόπο με τον οποίο κληρονομείται η ασθένεια. 42

43 β) Να προσδιορίσετε την πιθανότητα το ζευγάρι ΙΙΙ 1, ΙΙΙ 2 να αποκτήσει αγόρι που θα πάσχει. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Αν τα άτομα Ι 1 και Ι 4 πάσχουν από μια ασθένεια που οφείλεται σε γονίδιο μιτοχονδριακού DNA, να αναφέρετε ποια άτομα του γενεαλογικού δένδρου θα κληρονομήσουν το γονίδιο αυτό. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α) Πρέπει να αποδείξουμε αν το αλληλόμορφο γονίδιο, υπεύθυνο για την ασθένεια κληρονομείται με επικρατή ή υπολειπόμενο τρόπο. Στο γενεαλογικό δέντρο, από υγιείς γονείς (Ι 1 και Ι 2 ) προκύπτει παιδί (ΙΙ 3 ) με την ασθένεια. Άρα, η ασθένεια κληρονομείται με υπολειπόμενο τρόπο. Στην επικρατή κληρονομικότητα κάθε ασθενές άτομο έχει τουλάχιστον έναν ασθενή γονέα. Πρέπει να αποδείξουμε αν το αλληλόμορφο γονίδιο υπεύθυνο για την ασθένεια, κληρονομείται με αυτοσωμικό ή φυλοσύνδετο τρόπο. Από πατέρα υγιή (ΙΙΙ 4 ) προκύπτει κορίτσι (IV 3 ) που πάσχει, συνεπώς η ασθένεια κληρονομείται με αυτοσωμικό τρόπο. Στη φυλοσύνδετη υπολειπόμενη κληρονομικότητα, όταν πάσχει το κορίτισι (Χ α Χ α ) πρέπει υποχρεωτικά να πάσχει και ο πατέρας της (Χ α Υ) προκειμένου να κληρονομήσει ένα X α από κάθε γονέα. Επομένως, Α: φυσιολογικό και α:ασθένεια. β) Τα υγιή άτομα ΙΙΙ 1 και ΙΙΙ 2 έχουν από έναν ασθενή γονέα (ΙΙ 2 και ΙΙ 3 αντίστοιχα), άρα θα κληρονομήσουν απ αυτόν το υπολειπόμενο αλληλόμορφο και θα είναι ετερόζυγα άτομα (Αα). P: (ΙΙΙ 1 ) Αα x (ΙΙΙ 2 ) Αα Γαμέτες: Α, α Α, α Απόγονοι: ΑΑ, Αα, Αα, αα Πιθανότητα κληρονόμησης ασθένειας: 1/4 Πιθανότητα κληρονόμησης φύλου: 1/2 Συνολική πιθανότητα: Ισχύει ο 1 ος νόμος του Μέντελ, ως προς την κληρονόμηση της ασθένειας. Κατά την παραγωγή των γαμετών κατά τη μείωση διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σ ένα άτομο ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες σε ίση αναλογία ενώ σ ένα άτομο ομόζυγου γονότυπου προκύπτει μόνο ένας τύπος γαμέτη. Οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. Ισχύει ο 2 ος νόμος του Μέντελ, ως προς την κληρονομικότητα της ασθένειας (ζεύγος αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων) και την κληρονομικότητα του φύλου (ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων). Ακόμη, κάθε κύηση είναι ένα ανεξάρτητο γεγονός που δε σχετίζεται με το αποτέλεσμα προηγούμενων κυήσεων. γ) Το ζυγωτό των ανώτερων οργανισμών περιέχει τα μιτοχόνδρια που προέρχονται μόνο από το ωάριο, δηλαδή, η προέλευση των μιτοχονδριακών γονιδίων είναι πάντα μητρική. Έτσι ο άντρας I 1 που φέρει το γονίδιο της ασθένειας στο μιτοχόνδριά του δεν το κληρονομήσει στους απογόνους του. Η γυναίκα Ι 4 που φέρει το γονίδιο της ασθένειας στα μιτοχόνδριά της θα το κληρονομήσει στο άτομο ΙΙ 4. Το άτομο ΙΙ 4 θα το κληρονομήσει στους απογόνους της, στα άτομα III 2 και III 3. Το άτομο ΙΙΙ 3 θα το κληρονομήσει στο άτομο IV Σε ένα είδος εντόμου το χρώμα των ματιών μπορεί να είναι είτε κόκκινο είτε άσπρο, ενώ το μέγεθος των φτερών είτε φυσιολογικό είτε ατροφικό. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά οφείλονται σε γονίδια που εδράζονται σε διαφορετικά χρωμοσώματα. Στο έντομο αυτό, το φύλο καθορίζεται όπως και στον άνθρωπο. Τα γονίδια για το κόκκινο 1/8 43

44 χρώμα ματιών και το φυσιολογικό μέγεθος φτερών είναι επικρατή και το γονίδιο του μεγέθους των φτερών είναι αυτοσωμικό. Από τη διασταύρωση δύο εντόμων προέκυψαν 800 απόγονοι με τις παρακάτω αναλογίες: 150 θηλυκά με φυσιολογικά φτερά και κόκκινα μάτια 150 αρσενικά με φυσιολογικά φτερά και κόκκινα μάτια 150 θηλυκά με φυσιολογικά φτερά και άσπρα μάτια 150 αρσενικά με φυσιολογικά φτερά και άσπρα μάτια 50 θηλυκά με ατροφικά φτερά και κόκκινα μάτια 50 αρσενικά με ατροφικά φτερά και κόκκινα μάτια 50 θηλυκά με ατροφικά φτερά και άσπρα μάτια 50 αρσενικά με ατροφικά φτερά και άσπρα μάτια α) Να γράψετε τους γονότυπους των γονέων όσον αφορά το μέγεθος των φτερών. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Με βάση τις αναλογίες των απογόνων της συγκεκριμένης διασταύρωσης, να διερευνήσετε τους πιθανούς τρόπους κληρονόμησης του χαρακτήρα για το χρώμα των ματιών και να γράψετε τους πιθανούς γονότυπους των γονέων. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Μερικές φορές οι φαινοτυπικές αναλογίες των απογόνων δεν είναι αυτές που αναμένονται από τους νόμους του Mendel. Να αναφέρετε ονομαστικά πέντε τέτοιες περιπτώσεις. α) Με βάση τη φαινοτυπική αναλογία (3:1) στους απογόνους της διασταύρωσης, το χαρακτηριστικό μέγεθος των φτερών κληρονομείται ως αυτοσωμικό, με σχέση επικρατούς-υπολειπόμενου αλληλόμορφου. Φ: φυσιολογικά φτερά φ: ατροφικά φτερά φυσιολογικά φτερά ατροφικά φτερά απόγονοι αναλογία 3 1 Η φαινοτυπική αναλογία 3:1 στους απογόνους προκύπτει από τη διασταύρωση ετερόζυγων ατόμων Φφ x Φφ, που έχουν φυσιλογικά φτερά, σύμφωνα με τον 1 ο Νόμο του Μέντελ. β) Με βάση τη φαινοτυπική αναλογία 1 : 1 στους απογόνους της διασταύρωσης, το χαρακτηριστικό χρώμα των ματιών μπορεί να κληρονομείται είτε ως αυτοσωμικό είτε ως φυλοσύνδετο. απόγονοι κόκκινα μάτια άσπρα μάτια θηλυκά = = 200 αναλογία 1 1 αρσενικά = = 200 αναλογία 1 1 Στην αυτοσωμική κληρονομικότητα, η φαινοτυπική αναλογία 1 : 1 στους απογόνους προκύπτει από τη διασταύρωση ατόμων Κκ x κκ, δηλαδή ενός ετερόζυγου ατόμου με κόκκινα μάτια με άτομο ομόζυγο για το υπολειπόμενο αλληλόμορφο με άσπρα μάτια. 44

45 Κ: κόκκινα μάτια κ: άσπρα μάτια. Ρ: Κκ x κκ \ Κ κ κ Κκ κκ κ Κκ κκ Στη φυλοσύνδετη κλήρονομικότητα, η φαινοτυπική αναλογία 1 : 1 στους απογόνους προκύπτει από τη διασταύρωση ατόμων Χ Κ Χ κ x Χ κ Υ, δηλαδή ενός θηλυκού ατόμου με κόκκινα μάτια με αρσενικό άτομο με άσπρα μάτια. Χ Κ : κόκκινα μάτια Χ κ : άσπρα μάτια. Ρ: Χ Κ Χ κ x Χ κ Υ \ Χ Κ Χ κ Χ κ Χ Κ Χ κ Χ κ Χ κ Υ Χ Κ Υ Χ κ Υ Σε κάθε περίπτωση, ισχύει ο 1 ος Νόμος του Μέντελ. Επειδή τα γονίδια που ελέγχουν τα χαρακτηριστικά μέγεθος φτερών και χρώμα ματιών εδράζονται σε διαφορετικά ζεύγη χρωμοσωμάτων, ισχύει ο 2 ος Νόμος του Μέντελ. γ) Οι φαινοτυπικές αναλογίες των απογόνων είναι διαφορετικές από τις αναμενόμενες των νόμων του Μέντελ, όταν έχουμε: Ατελώς επικρατή αλληλόμορφα Συνεπικρατή αλληλόμορφα Θνησιγόνα αλληλόμορφα Πολλαπλά αλληλόμορφα Αλληλόμορφα που εδράζονται σε φυλετικά χρωμοσώματα Επιπλέον: Όταν εξετάζεται μικρός αριθμός ατόμων σε μια οικογένεια και όχι τα άτομα ενός πληθυσμού, ως προς τον τρόπο κληρονόμησης ενός χαρακτηριστικού. 16. Από τη διασταύρωση δύο ατόμων ενός είδους εντόμων γεννήθηκαν 1000 αρσενικά και 1004 θηλυκά άτομα. Οι μισοί θηλυκοί απόγονοι είχαν μαύρο χρώμα σώματος, ενώ οι άλλοι μισοί ασπρόμαυρο χρώμα. Οι μισοί αρσενικοί απόγονοι είχαν μαύρο χρώμα σώματος, ενώ οι άλλοι μισοί είχαν άσπρο χρώμα. Να εξηγήσετε τον τρόπο κληρονόμησης του χαρακτηριστικού αυτού. Να γράψετε τους γονότυπους των γονέων και να κάνετε τη διασταύρωση. Στα έντομα αυτά το φύλο καθορίζεται όπως και στον άνθρωπο. Με βάση την αναλογία αρσενικά και θηλυκών ατόμων (1:1) δεν υπάρχει θνησιγόνο γονίδιο. Στους απογόνους εμφανίζονται 3 φαινότυποι: μαύρο, ασπρόμαυρο, άσπρο, άρα έχουμε συνεπικρατή αλληλόμορφα αφού στο χαρακτήρα ασπρόμαυρο εκφράζονται και τα δύο αλληλόμορφα. Η φαινοτυπική αναλογία είναι διαφορετική στους θηλυκούς απογόνους σε σχέση με τους αρσενικούς απογόνους. Επομένως, πρόκειται για φυλοσύνδετη κληρονομικότητα, αφού στην αυτοσωμική κληρονομικότητα η φαινοτυπική αναλογία είναι ίδια στους απογόνους ανεξαρτήτως φύλου, με: Χ Α : άσπρο χρώμα και Χ Μ : μαύρο χρώμα. 45

46 Στους αρσενικούς απογόνους έχουμε: Χ Μ Υ μαύρο χρώμα Χ Α Υ άσπρο χρώμα Το Χ χρωμόσωμα στους αρσενικούς απογόνους έχει μητρική προέλευση, συνεπώς ο γονότυπος της μητέρας τους είναι: Χ Α Χ Μ και ο φαινότυπός της είναι ασπρόμαυρος. Στους θηλυκούς απογόνους έχουμε: Χ Μ Χ Μ μαύρο χρώμα Χ Α Χ Μ ασπρόμαυρο χρώμα Τα θηλυκά άτομα με μαύρο χρώμα έχουν κληρονομήσει ένα Χ Μ από τη μητέρα τους και ένα Χ Μ από το πατέρα τους. Τα θηλυκά άτομα με ασπρόμαυρο χρώμα έχουν κληρονομήσει ένα Χ Α από τη μητέρα τους και ένα Χ Μ από το πατέρα τους. Συνεπώς ο γονότυπος του πατέρα είναι Χ Μ Υ και ο φαινότυπός του είναι μαύρος. Ρ: Χ Α Χ Μ x Χ Μ Υ Γαμέτες: Χ Α, Χ Μ Χ Μ, Υ Απόγονοι: Χ Μ Χ Μ Χ Α Χ Μ Χ Μ Υ Χ Α Υ μαύρο ασπρόμαυρο μαύρο άσπρο Ισχύει ο 1 ος νόμος του Μέντελ ή νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων. 17. Στο παρακάτω γενεαλογικό δέντρο μελετάται ο τρόπος κληρονόμησης μιας μονογονιδιακής ασθένειας. Να διερευνήσετε τον τρόπο κληρονόμησης της ασθένειας. Να γράψετε τις πιθανές διασταυρώσεις μεταξύ των ατόμων Ι 1 και Ι 2 που οδηγούν στο αποτέλεσμα αυτό. Η ασθένεια κληρονομείται με υπολειπόμενο τρόπο. Από γονείς φυσιολογικούς (ΙΙ 2 και ΙΙ 3 ) παίρνουμε παιδί (ΙΙΙ 1 ) που πάσχει. Στην επικρατή κληρονομικότητα, κάθε ασθενές άτομο έχει τουλάχιστον έναν ασθενή γονέα. Η ασθένεια κληρονομείται με αυτοσωμικό τρόπο. Όταν το θηλυκό άτομο (ΙΙΙ 1 ) πάσχει, αλλά δεν πάσχει ο πατέρας του (ΙΙ 3 ), η ασθένεια δεν κληρονομείται ως φυλοσύνδετη. Στη φυλοσύνδετη κληρονομικότητα, το θηλυκό άτομο παίρνει ένα Χ χρωμόσωμα από κάθε γονέα του. Έτσι, όταν πάσχει το θηλυκό άτομο (Χ α Χ α ), το ένα Χ α προέρχεται από τον πατέρα του, συνεπώς θα έπρεπε να πάσχει ο πατέρας της (Χ α Υ), κάτι που δεν ισχύει, αφού σύμφωνα με το γενεαλογικό δέντρο, ο πατέρας είναι υγιής. Οι γονότυποι των ατόμων του γενεαλογικού δέντρου είναι: Ι 1 : ΑΑ ή Αα Ι 2 : ΑΑ ή Αα ΙΙ 1 : ΑΑ ή Αα ΙΙ 2 : Αα ΙΙ 3 : Αα ΙΙΙ 1 : αα 46

47 Οι πιθανές διασταυρώσεις μεταξύ των ατόμων Ι 1 και Ι 2 είναι: 1η περίπτωση: Ι 1 x I 2 ΑΑ x Aα Γαμέτες: Α Α, α Απόγονοι: ΑΑ Αα 2η περίπτωση: Ι 1 x I 2 Αα x AΑ Γαμέτες: Α, α Α Απόγονοι: ΑΑ Αα 3η περίπτωση: Ι 1 x I 2 Αα x Aα Γαμέτες: Α, α Α, α Απόγονοι: ΑΑ, Αα, Αα, αα 18. Σε ένα είδος τρωκτικού το χρώμα της τρίχας μπορεί να είναι άσπρο, ασπροκίτρινο και κίτρινο. Επίσης, το μέγεθος των αυτιών μπορεί να είναι μεγάλο ή μικρό. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά ελέγχονται από γονίδια που εδράζονται σε διαφορετικά ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων. Για το χαρακτηριστικό του χρώματος της τρίχας, από συνεχείς διασταυρώσεις ενός αρσενικού ατόμου με το ίδιο θηλυκό προκύπτουν στην πρώτη θυγατρική γενιά οι εξής απόγονοι σε αναλογία 1 : 1 : 1 : 1 θηλυκά άσπρα, θηλυκά ασπροκίτρινα, αρσενικά άσπρα, αρσενικά κίτρινα. α) Με ποιο τρόπο κληρονομείται τα χαρακτηριστικό του χρώματος της τρίχας σε αυτό το είδος; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να γράψετε τους γονότυπους των απογόνων της πρώτης θυγατρικής γενιάς ως προς το χαρακτηριστικό του χρώματος της τρίχας. Για το χαρακτηριστικό του σχήματος των αυτιών, από συνεχείς διασταυρώσεις του αρχικού αρσενικού ατόμου με το ίδιο θηλυκό, προκύπτουν απόγονοι στην πρώτη θυγατρική γενιά με μικρά και μεγάλα αυτιά σε ίση αναλογία. γ) Με ποιο τρόπο κληρονομείται το χαρακτηριστικό του σχήματος των αυτιών; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. δ) Να γράψετε τους γονότυπους των απογόνων ως προς το χαρακτηριστικό του σχήματος των αυτιών. ε) Να γράψετε τους πιθανούς γονότυπους και ως προς τα δύο χαρακτηριστικά του αρχικού αρσενικού ατόμου και του θηλυκού που διασταυρώθηκαν μεταξύ τους. α) Με βάση τις φαινοτυπικές αναλογίες του χαρακτηριστικού χρώμα τρίχας στους απογόνους και λαμβάνοντας υπόψη ότι οι αναλογίες αυτές είναι διαφορετικές μεταξύ των θηλυκών και αρσενικών απογόνων, το χαρακτηριστικό κληρονομείται ως φυλοσύνδετο. Δεδομένου ότι στους απογόνους έχουμε τον φαινοτυπικό χαρακτήρα ασπροκίτρινα αυτό δείχνει ότι πρόκειται για συνεπικρατή αλληλόμορφα, αφού εκφράζονται ταυτόχρονα και οι δύο χαρακτήρες, άσπρο και κίτρινο. β) Α: άσπρο AA: άσπρο ΚΚ: κίτρινο Κ: κίτρινο ΑΚ: ασπροκίτρινο 47

48 P: Χ A Χ K x X A Y ασπροκίτρινο άσπρο Γαμέτες: Χ A, Χ K X A, Y F 1 X A Χ Α, X A Χ Κ, X A Y, X Κ Y απόγονοι άσπρο, ασπροκίτρινο, άσπρο, κίτρινο γ) Επειδή τα δύο χαρακτηριστικά ελέγχονται από γονίδια που εδράζονται σε διαφορετικά ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων και δεδομένου ότι το χαρακτηριστικό χρώμα της τρίχας είναι φυλοσύνδετο συνεπώς το χαρακτηριστικό μέγεθος των αυτιών θα είναι αυτοσωμικό. Στην αυτοσωμική κληρονομικότητα, η φαινοτυπική αναλογία 1: 1 στους απογόνους της F 1 γενιάς ανεξαρτήτως φύλου προκύπτει από τη διασταύρωση ενός ετερόζυγου ατόμου με άτομο ομόζυγο για το υπολειπόμενο αλληλόμορφο. μικρά αυτιά : μεγάλα αυτιά 1 : 1 δ) P: Μμ x μμ Διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: 1 η περίπτωση: ο χαρακτήρας μεγάλα αυτιά είναι επικρατής. Μ: μεγάλα αυτιά P: Μμ x μμ μ: μικρά αυτιά μεγάλα μικρά F 1 : Μμ μμ 2 η περίπτωση: ο χαρακτήρας μικρά αυτιά είναι επικρατής. Μ: μικρά αυτιά P: Μμ x μμ μ: μεγάλα αυτιά μικρά μεγάλα F 1 : Μμ μμ ε) Οι πιθανοί γονότυποι, ως προς και τα δύο χαρακτηριστικά του αρχικού αρσενικού ατόμου που διασταυρώθηκε είναι ΜμX A Y ή μμx A Y και οι πιθανοί γονότυποι, ως προς και τα δύο χαρακτηριστικά του αρχικού θηλυκού ατόμου που διασταυρώθηκε είναι ΜμΧ A Χ K ή μμχ A Χ K. Οι διασταυρώσεις μεταξύ του αρσενικού και του θηλυκού ατόμου μπορεί να είναι: ΜμX A Y x μμχ A Χ K ή μμx A Y x ΜμΧ A Χ K 19. Στις κότες και τους πετεινούς το αυτοσωμικό επικρατές αλληλόμορφο γονίδιο Α είναι υπεύθυνο για το φαινότυπο «πόδια με φτερά», ενώ το υπολειπόμενο αλληλόμορφο α είναι υπεύθυνο για το φαινότυπο «πόδια χωρίς φτερά». Επίσης, το αυτοσωμικό επικρατές αλληλόμορφο γονίδιο Γ είναι υπεύθυνο για το φαινότυπο «σύνθετο λοφίο», ενώ το υπολειπόμενο αλληλόμορφο γ είναι υπεύθυνο για το φαινότυπο «απλό λοφίο». Τα γονίδια που ελέγχουν τους δύο παραπάνω φαινότυπους βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Ο πετεινός Ι και οι κότες ΙΙ, ΙΙΙ, IV έχουν φαινότυπο: «πόδια με φτερά» και «σύνθετο λοφίο». α) Να γράψετε όλους τους πιθανούς γονότυπους ενός ατόμου με φαινότυπο «πόδια με φτερά» και «σύνθετο λοφίο». Από τη διασταύρωση του πετεινού Ι με την κότα ΙΙ προκύπτουν άτομα με φαινοτυπική αναλογία: 9 [πόδια με φτερά και σύνθετο λοφίο] 3 [πόδια με φτερά και απλό λοφίο] 3 [πόδια χωρίς φτερά και σύνθετο λοφίο] 1 [πόδια χωρίς φτερά και απλό λοφίο] β) Να γράψετε τους γονότυπους των ατόμων που διασταυρώθηκαν και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. 48

49 Από τη διασταύρωση του πετεινού Ι με την κότα ΙΙΙ, προκύπτουν άτομα με φαινότυπο «πόδια με φτερά» και «σύνθετο λοφίο», καθώς και άτομα με φιανότυπο «πόδια με φτερά» και «απλό λοφίο». Από τη διασταύρωση του πετεινού Ι με την κότα IV, προκύπτουν άτομα με φαινότυπο «πόδια με φτερά» και «σύνθετο λοφίο», καθώς και άτομα με φαινότυπο «πόδια χωρίς φτερά» και «σύνθετο λοφίο». γ) Να προσδιορίσετε τους γονότυπους των ατόμων ΙΙΙ και IV. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας και να κάνετε τις κατάλληλες διασταυρώσεις. α) Με βάση τα αλληλόμορφα: Α: πόδια με φτερά α: πόδια χωρίς φτερά Γ: σύνθετο λοφίο γ: απλό λοφίο οι πιθανοί γονότυποι ενός ατόμου με φαινότυπο «πόδια με φτερά» και «σύνθετο λοφίο» είναι: ΑΑΓΓ, ΑΑΓγ, ΑαΓΓ, ΑαΓγ β) Από τη διασταύρωση πετεινός Ι (Α_Γ_) x κότα ΙΙ (Α_Γ_) προκύπτει στους απογόνους η φαινοτυπική αναλογία: 9 Α_Γ_ [πόδια με φτερά και σύνθετο λοφίο] 3 Α_γγ [πόδια με φτερά και απλό λοφίο] 3 ααγ_ [πόδια χωρίς φτερά και σύνθετο λοφίο] 1 ααγγ [πόδια χωρίς φτερά και απλό λοφίο] Για να προκύψουν απόγονοι με γονότυπο ααγγ, τόσο ο πετεινός Ι όσο και η κότα ΙΙ πρέπει να φέρουν από ένα υπολειπόμενο αλληλόμορφο για κάθε ένα χαρακτηριστικό. Συνεπώς ο γονότυπος του πετεινού Ι και της κότας ΙΙ είναι ΑαΓγ. Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Mendel ή νόμο του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων, ο τρόπος με τον οποίο κληρονομούνται οι χαρακτήρες είναι αποτέλεσμα των γεγονότων που συμβαίνουν στη μείωση. Κατά την παραγωγή των γαμετών διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια. Σε ένα άτομο ετερόζυγου γονότυπου σχηματίζονται δύο ειδών γαμέτες σε ίση αναλογία. Οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. γ) Από τη διασταύρωση του πετεινού Ι (Α_Γ_) με την κότα ΙΙΙ (Α_Γ_) προκύπτουν άτομα με φαινότυπο: [πόδια με φτερά και σύνθετο λοφίο] : [πόδια με φτερά και απλό λοφίο] Αφού ο γονότυπος του πετεινού Ι είναι ΑαΓγ, κατά τη μείωση θα δώσει τέσσερις γαμέτες: ΑΓ, Αγ, αγ, αγ. Δεδομένου ότι στους απογόνους της διασταύρωσης έχουμε μόνο «πόδια με φτερά», άρα η κότα ΙΙΙ δεν πρέπει να έχει το αλληλόμορφο α και για να έχουμε στους απογόνους «απλό λοφίο» η κότα ΙΙΙ πρέπει να έχει το αλληλόμορφο γ. Άρα ο γονότυπος της κότας ΙΙΙ είναι: ΑΑΓγ. Κάνοντας τη σχετική διασταύρωση έχουμε: Ρ πετεινός Ι x κότα ΙΙΙ ΑαΓγ ΑΑΓγ Γαμέτες: ΑΓ, Αγ, αγ, αγ ΑΓ, Αγ Απόγονοι: Γαμέτες ΑΓ Αγ αγ αγ ΑΓ ΑΑΓΓ ΑΑΓγ ΑαΓΓ ΑαΓγ Αγ ΑΑΓγ ΑΑγγ ΑαΓγ Ααγγ 49

50 Από τη διασταύρωση του πετεινού Ι (Α_Γ_) με την κότα IV (Α_Γ_) προκύπτουν άτομα με φαινότυπο: [πόδια με φτερά και σύνθετο λοφίο] : [πόδια χωρίς φτερά και σύνθετο λοφίο] Αφού ο γονότυπος του πετεινού Ι είναι ΑαΓγ, κατά τη μείωση θα δώσει τέσσερις γαμέτες: ΑΓ, Αγ, αγ, αγ. Δεδομένου ότι στους απογόνους της διασταύρωσης έχουμε μόνο «πόδια χωρίς φτερά», άρα η κότα IV πρέπει να έχει το αλληλόμορφο α και για να έχουμε στους απογόνους «σύνθετο λοφίο» η κότα IV δεν πρέπει να έχει το αλληλόμορφο γ. Άρα ο γονότυπος της κότας IV είναι: ΑαΓΓ. Κάνοντας τη σχετική διασταύρωση έχουμε: Ρ πετεινός Ι x κότα IV ΑαΓγ ΑαΓΓ Γαμέτες ΑΓ, Αγ, αγ, αγ ΑΓ, αγ Απόγονοι: Γαμέτες ΑΓ Αγ αγ αγ ΑΓ ΑΑΓΓ ΑΑΓγ ΑαΓΓ ΑαΓγ αγ ΑαΓΓ ΑαΓγ ααγγ ααγγ Σε κάθε διασταύρωση ισχύει ο νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων (1 ος νόμος του Μέντελ), κατά την παραγωγή των γαμετών διαχωρίζονται τα δύο ομόλογα χρωμοσώματα και συνεπώς και τα δύο αλληλόμορφα γονίδια και ο νόμος της ανεξάρτητης μεταβίβασης των γονιδίων (2 ος νόμος του Μέντελ) επειδή τα χρωμοσώματα κάθε γονέα συνδυάζονται με τυχαίο τρόπο κατά τη δημιουργία των γαμετών. Οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών. 50

51 Συνδυαστικές ασκήσεις 4 ου & 5 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1. Μια γενετική ασθένεια οφείλεται σε γονιδιακή μετάλλαξη. Το φυσιολογικό γονίδιο κόβεται σε μία θέση από την περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI, ενώ το μεταλλαγμένο αλληλόμορφό του δεν κόβεται. Τα συμπτώματα της ασθένειας εμφανίζονται μετά την ηλικία των 30 ετών. Ένας υγιής άντρας 40 ετών είναι παντρεμένος με γυναίκα 35 ετών που εμφανίζει τα συμπτώματα της ασθένειας και αποκτούν ένα κορίτσι. Για τον εντοπισμό του φυσιολογικού και του μεταλλαγμένου γονιδίου, απομονώθηκαν από σωματικά κύτταρα κάθε μέλους της οικογένειας τμήματα DNA μήκους ζευγών βάσεων, που περιέχουν τα αλληλόμορφα γονίδια. Στα τμήματα αυτά έγινε επίδραση με την περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI. Τα αποτελέσματα της επίδρασης της EcoRI επιβεβαίωσαν τους φαινοτύπους των γονέων, ενώ για το κορίτσι έδειξαν ότι όλα τα τμήματα DNA που αναλύθηκαν είναι μήκους ζευγών βάσεων. α) Να διερευνήσετε αν η ασθένεια αυτή κληρονομείται με φυλοσύνδετο υπολειπόμενο τρόπο κληρονομικότητας και αν κληρονομείται με αυτοσωμικό υπολειπόμενο τρόπο κληρονομικότητας. β) Να γράψετε τους γονοτύπους των μελών της οικογένειας. α) Στο τμήμα DNA μήκους ζευγών βάσεων, στο φυσιολογικό γονίδιο (Α), με προσανατολισμό 5 3, η περιοχή που αναγνωρίζει η περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRΙ είναι: 5... G A A T T C C T T A A G... 5 οπότε προκύπτουν δύο μικρότερα τμήματα DNA. Στο τμήμα DNA μήκους ζευγών βάσεων, στο μεταλλαγμένο γονίδιο (α*), με προσανατολισμό 5 3, δεν υπάρχει η περιοχή που αναγνωρίζει η περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRΙ: 5... G A A * T C C T T * A G... 5 οπότε προκύπτει ένα τμήμα DNA μήκους ζευγών βάσεων. Διερεύνηση ως προς τον τρόπο κληρονόμησης του γονιδίου της ασθένειας: Αυτοσωμική υπολειπόμενη κληρονομικότητα: Άνδρας υγιής: ΑΑ ή Αα* Γυναίκα με συμπτώματα ασθένειας: α*α* Φυλοσύνδετη υπολειπόμενη κληρονομικότητα: Άνδρας υγιής: Χ Α Υ Γυναίκα με συμπτώματα ασθένειας: Χ α* Χ α* Στο κορίτσι όλα τα τμήματα DNA που αναλύθηκαν μετά την επίδραση της EcoRI είναι μήκους ζευγών βάσεων, άρα φέρει μόνο το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο για την εκδήλωση των συμπτωμάτων της ασθένειας. 51

52 Με βάση τα παραπάνω, για να εκδηλωθεί η ασθένεια στο κορίτσι (α*α*) θα πρέπει να έχει κληρονομήσει το υπολειπόμενο αλληλόμορφο και από τους δύο γονείς, συνεπώς ο τρόπος κληρονόμησης της ασθένειας είναι αυτοσωμικός υπολειπόμενος. 2. Το παρακάτω γενεαλογικό δέντρο απεικονίζει τον τρόπο κληρονόμησης μιας ασθένειας. α) Να διερευνήσετε τον τρόπο κληρονόμησης της ασθένειας αυτής, κάνοντας τις κατάλληλες διασταυρώσεις. β) Ποια είναι η πιθανότητα το επόμενο παιδί των γονέων Ι 1 και Ι 2 να είναι αγόρι και να πάσχει από την ασθένεια αυτή; Το αλληλόμορφο της ασθένειας φέρει αλληλουχία αζωτούχων βάσεων που αναγνωρίζει η περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI. Το φυσιολογικό αλληλόμορφο δεν φέρει την αλληλουχία αυτή. Για τον εντοπισμό των αλληλόμορφων της ασθένειας τα μέλη της οικογένειας υποβάλλονται σε γενετική εξέταση. Για το σκοπό αυτό, από σωματικά κύτταρα κάθε μέλους της οικογένειας απομονώθηκαν τμήματα DNA τα οποία περιέχουν τα αλληλόμορφα του συγκεκριμένου γονιδίου. Στα τμήματα αυτά έγινε επίδραση με την EcoRI και τα αποτελέσματα της επίδρασης αυτής δίνονται στον παρακάτω πίνακα: Άτομα Μήκη τμημάτων DNA σε ζεύγη βάσεων μετά την επίδραση της EcoRI Ι Ι ΙΙ ΙΙ ΙΙ ΙΙ γ) Με βάση το γενεαλογικό δέντρο και τα δεδομένα του παραπάνω πίνακα, σε ποιον τρόπο κληρονόμησης καταλήγετε; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α) Η ασθένεια κληρονομείται ως υπολειπόμενη γιατί από γονείς φυσιολογικούς, Ι 1 και Ι 2, παίρνουμε παιδί ΙΙ 3 που πάσχει. Στην επικρατή κληρονομικότητα, κάθε ασθενές άτομο έχει έναν ασθενή γονέα, που σύμφωνα με το γενεαλογικό δέντρο κάτι τέτοιο δεν ισχύει. Η ασθένεια μπορεί να κληρονομείται είτε ως αυτοσωμική είτε ως φυλοσύνδετη. Οι γονότυποι των ατόμων του γενεαλογικού δένδρου, ως αυτοσωμική υπολειπόμενη κληρονομικότητα, είναι: Ι 1 : Αα, Ι 2 : Αα Ρ: Αα x Αα Γαμέτες: Α,α Α, α ΙΙ 1 : ΑΑ ή Αα, ΙΙ 2 : ΑΑ ή Αα, ΙΙ 3 : αα, ΙΙ 4 : ΑΑ ή Αα Απόγονοι: ΑΑ, Αα, Αα, αα 52

53 Οι γονότυποι των ατόμων του γενεαλογικού δέντρου, ως φυλοσύνδετη υπολειπόμενη κληρονομικότητα, είναι: Ι 1 : Χ Α Υ, Ι 2 : Χ Α Χ α Ρ: Χ Α Υ x Χ Α Χ α Γαμέτες: Χ Α, Υ Χ Α, Χ α ΙΙ 1 : Χ Α Υ, ΙΙ 2 : Χ Α Χ Α, Χ Α Χ α, ΙΙ 3 : Χ α Υ, ΙΙ 4 : Χ Α Χ Α, ΧΑΧα Απόγονοι: Χ Α Υ, Χ α Υ, Χ Α Χ Α, Χ Α Χ α β) Η πιθανότητα το επόμενο παιδί των γονέων Ι 1 και Ι 2 να είναι αγόρι και να πάσχει από την ασθένεια αυτή στην αυτοσωμική υπολειπόμενη κληρονομικότητα είναι: πιθανότητα να πάσχει: 1/4 1/8 πιθανότητα να είναι αγόρι: 1/2 ενώ στη φυλοσύνδετη υπολειπόμενη κληρονομικότητα είναι: 1/4 γ) Στον άνθρωπο, στα σωματικά κύτταρα, σ ένα ζεύγος αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων υπάρχουν δύο αλληλόμορφα για μια γενετική θέση, που ελέγχουν την ίδια ιδιότητα. Ένα άτομο με τα ίδια αλληλόμορφα γονίδια είναι ομόζυγο για την ιδιότητα αυτή ενώ ένα άτομο με δύο διαφορετικά αλληλόμορφα γονίδια είναι ετερόζυγο. Ο τρόπος κληρονόμησης αναφέρεται ως αυτοσωμική κληρονομικότητα. Στον άνθρωπο, στα σωματικά κύτταρα, τα φυσιολογικά θηλυκά άτομα έχουν ένα ζεύγος Χ φυλετικών χρωμοσωμάτων (ΧΧ) ενώ τα φυσιολογικά αρσενικά άτομα έχουν ένα Χ και ένα Υ χρωμόσωμα (ΧΥ). Τα γονίδια που βρίσκονται στο Χ χρωμόσωμα δεν έχουν αλληλόμορφα στο Υ χρωμόσωμα. Ο τρόπος κληρονόμησης αναφέρεται ως φυλοσύνδετη κληρονομικότητα. Με βάση τα αποτελέσματα της επίδρασης της EcoRI στο DNA των ατόμων του γενεαλογικού δένδρου έχουμε: Άτομο φύλο φυσιολογικό μεταλλαγμένο αλληλόμορφο αλληλόμορφο γονότυπος Ι 1 αρσενικό + Χ Α Υ Ι 2 θηλυκό + + Χ Α Χ α ΙΙ 1 αρσενικό + Χ Α Υ ΙΙ 2 θηλυκό + Χ Α Χ Α ΙΙ 3 αρσενικό + Χ α Υ ΙΙ 4 θηλυκό + + Χ Α Χ α Στο άτομο Ι 1 εντοπίζεται μόνο το φυσιολογικό αλληλόμορφο, άρα η ασθένεια κληρονομείται ως φυλοσύνδετη υπολειπόμενη. Αν η ασθένεια ήταν αυτοσωμική υπολειπόμενη, στο άτομο Ι 1 (Αα) θα είχαμε και το φυσιολογικό και το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο. 3. Το παρακάτω γενεαλογικό δέντρο απεικονίζει τον τρόπο κληρονόμησης μιας γονιδιακής ασθένειας σε μια οικογένεια, η οποία οφείλεται σε μετάλλαξη ενός γονιδίου. Σε κάθε περίπτωση ισχύει ο πρώτος νόμος του Μέντελ. 53

54 α) Να διερευνήσετε εάν η ασθένεια αυτή οφείλεται σε επικρατές ή σε υπολειπόμενο γονίδιο. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας, είτε περιγραφικά είτε με διασταυρώσεις. β) Να προσδιορίσετε εάν η ασθένεια αυτή κληρονομείται ως αυτοσωμικός ή ως φυλοσύνδετος χαρακτήρας. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας, είτε περιγραφικά είτε με διασταυρώσεις. γ) Να γράψετε τους πιθανούς γονότυπους των ατόμων ΙΙ 1, ΙΙ 2, ΙΙ 3 και ΙΙ 4. δ) Τα άτομα ΙΙ 1, ΙΙ 2, και ΙΙ 4 θέλουν να γνωρίζουν εάν είναι φορείς του παθολογικού αλληλόμορφου γονιδίου. Για το σκοπό αυτό, τα άτομα ΙΙ 1, ΙΙ 2, ΙΙ 3 και ΙΙ 4 υποβλήθηκαν σε ανάλυση του γενετικού τους υλικού με τη χρήση ιχνηθετημένου ανιχνευτή. Ο ανιχνευτής υβριδοποιεί το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο γονίδιο. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: άτομα γενιάς ΙΙ ΙΙ 1 ΙΙ 2 ΙΙ 3 ΙΙ 4 αριθμός μορίων DNA τα οποία υβριδοποιεί ο ανιχνευτής Με βάση τα δεδομένα του πίνακα να προσδιορίσετε τους γονότυπους των ατόμων ΙΙ 1, και ΙΙ 2. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α) Η ασθένεια οφείλεται σε υπολειπόμενο αλληλόμορφο γονίδιο. Από φυσιολογικούς γονείς Ι 1 και Ι 2 προκύπτει παιδί ΙΙ 3 που πάσχει. Αν το αλληλόμορφο της ασθένειας ήταν επικρατές (Α), τότε οι υγιείς γονείς (αα) δεν θα μπορούσαν να αποκτήσουν παιδί με την ασθένεια. Ακόμη, στην επικρατή κληρονομικότητα κάθε ασθενές άτομο έχει έναν τουλάχιστον ασθενή γονέα. β) Η ασθένεια κληρονομείται ως αυτοσωμικός χαρακτήρας. Όταν το θηλυκό άτομο (ΙΙΙ 1 ) πάσχει, αλλά δεν πάσχει ο πατέρας του (ΙΙ 4 ), η ασθένεια δεν κληρονομείται ως φυλοσύνδετη υπολειπόμενη. Στη φυλοσύνδετη κληρονομικότητα, το θηλυκό άτομο παίρνει ένα Χ χρωμόσωμα από κάθε γονέα του. Έτσι, στη φυλοσύνδετη κληρονομικότητα, για να πάσχει το θηλυκό άτομο (Χ α Χ α ) πρέπει να πάσχει ο πατέρας της (Χ α Υ), κάτι που δεν ισχύει, αφού σύμφωνα με το γενεαλογικό δέντρο, ο πατέρας είναι υγιής. Συνεπώς, Α: φυσιολογικό και α: ασθένεια. γ) Οι πιθανοί γονότυποι των ατόμων είναι: ΙΙ 1 : ΑΑ ή Αα ΙΙ 2 : ΑΑ ή Αα ΙΙ 3 : αα και ΙΙ 4 : Αα δ) Στον άνθρωπο, στα σωματικά κύτταρα σ ένα ζεύγος αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων υπάρχουν δύο αλληλόμορφα για μια γενετική θέση, που ελέγχουν την ίδια ιδιότητα. Ένα άτομο με τα ίδια αλληλόμορφα γονίδια είναι ομόζυγο για την ιδιότητα αυτή ενώ ένα άτομο με δύο διαφορετικά αλληλόμορφα γονίδια είναι ετερόζυγο. Κατά την υβριδοποίηση, ο ανιχνευτής που είναι μια μονόκλωνη αλληλουχία DNA ή RNA, λόγω συμπληρωματικότητας αναγνωρίζει την αλληλουχία του μεταλλαγμένου αλληλόμορφου γονιδίου, το οποίο έχει προηγουμένως αποδιαταχθεί. Έτσι λοιπόν, με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης έχουμε: άτομα γενιάς ΙΙ ΙΙ 1 ΙΙ 2 ΙΙ 3 ΙΙ 4 αριθμός μορίων DNA τα οποία υβριδοποιεί ο ανιχνευτής Γονότυπος ΑΑ Αα αα Αα 54

55 Ασκήσεις 6 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1. Να εξηγήσετε τους πιθανούς μηχανισμούς σύμφωνα με τους οποίους από δύο φυσιολογικούς γονείς μπορεί να γεννηθεί παιδί με σύνδρομο Turner. Άτομο με σύνδρομο Turner 44+ΧΟ Ωάριο 22+Χ 22 Μη διαχωρισμός των φυλετικών χρωμοσωμάτων ΧΧ στη μείωση Ι. ή Μη διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων του Χ φυλετικού χρωμοσώματος στη μείωση ΙΙ. Σπερματοζωάριο 22 Μη διαχωρισμός των φυλετικών χρωμοσωμάτων ΧΥ στη μείωση Ι. ή Μη διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων του Χ ή του Υ φυλετικού χρωμοσώματος στη μείωση ΙΙ. 22+Χ 2. Σε δύο άτομα που πάσχουν από σύνδρομο Klinefelter έγινε ανάλυση της αλληλουχίας των βάσεων του DNA των φυλετικών χρωμοσωμάτων τους. Στο πρώτο άτομο η ανάλυση έδειξε τρεις διαφορετικές αλληλουχίες βάσεων DNA. Στο δεύτερο άτομο η ανάλυση έδειξε δύο πανομοιότυπες και μία διαφορετική αλληλουχία βάσεων DNA. Να εξηγήσετε τους πιθανούς μηχανισμούς σύμφωνα με τους οποίους γεννήθηκαν τα άτομα αυτά από φυσιολογικούς γονείς. 1 ο άτομο Σύνδρομο klinefelter (44+ΧΧΥ) με -3- διαφορετικές αλληλουχίες αζωτούχων βάσεων φυλετικών χρωμοσωμάτων Ωάριο 22+ΧΧ Μη διαχωρισμός των φυλετικών χρωμοσωμάτων ΧΧ στη μείωση Ι. 22+Χ Σπερματοζωάριο 22+Υ 22+ΧΥ Μη διαχωρισμός των φυλετικών χρωμοσωμάτων ΧΥ στη μείωση Ι. 2 ο άτομο Σύνδρομο klinefelter (44+ΧΧΥ) με -2- πανομοιότυπες και -1- διαφορετική αλληλουχία αζωτούχων βάσεων φυλετικών χρωμοσωμάτων 55

56 Ωάριο 22+ΧΧ Μη διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων του Χ φυλετικού χρωμοσώματος στη μείωση ΙΙ. Σπερματοζωάριο 22+Υ 3. Κατά τη διάγνωση γενετικών παθήσεων χρησιμοποιούνται συγκεκριμένες μέθοδοι διάγνωσης. Με βάση αυτή τη γνώση, να μεταφέρετε στο τετράδιό σας τη σωστή αντιστοιχία κάθε αριθμού (1, 2, 3, 4) της Στήλης Ι, με ένα μόνο από τα γράμματα (Α έως Ε) της Στήλης ΙΙ Στήλη Ι Ένα έμβρυο 14 εβδομάδων που ελέγχεται για την πιθανότητα να εμφανίσει σύνδρομο cri-du-chat. Ένα έμβρυο 10 εβδομάδων που ελέγχεται για την πιθανότητα να πάσχει από ομόζυγη β θαλασσαιμία. Ένα έμβρυο 13 εβδομάδων που ελέγχεται για την πιθανότητα να εμφανίσει κυστική ίνωση. Ένα έμβρυο 10 εβδομάδων που ελέγχεται για την πιθανότητα να εμφανίσει σύνδρομο Down. Η σωστή αντιστοίχιση είναι: Στήλη Ι Στήλη ΙΙ Ε Δ Α Β Α. Β. Γ. Δ. Ε. Στήλη ΙΙ Αμνιοπαρακέντηση και ανάλυση αλληλουχίας DNA. Λήψη χοριακών λαχνών και μελέτη καρυότυπου. Αμνιοπαρακέντηση και βιοχημική ανάλυση. Λήψη χοριακών λαχνών και ανάλυση αλληλουχίας DNA. Αμνιοπαρακέντηση και μελέτη καρυότυπου. 56

57 Συνδυαστικές ασκήσεις 2 ου & 6 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1. Δίνεται το παρακάτω δίκλωνο μόριο DNA που κωδικοποιεί ένα πεπτίδιο, το οποίο λειτουργεί ως ένζυμο C T T A A C T A A T A G G G T G G A C C T A A C A T A G A T G A A T T G A T T A T C C C A C C T G G A T T G T A T C T A α) Να γράψετε το mrna που θα προκύψει από τη μεταγραφή του παραπάνω τμήματος DNA, ορίζοντας τα 5 και 3 άκρα του και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να βρείτε τον αριθμό των αμινοξέων από τα οποία θα αποτελείται το ένζυμο μετά τη μετάφραση του παραπάνω mrna και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας με βάση τις ιδιότητες του γενετικού κώδικα. γ) Να εξηγήσετε ποιο θα είναι το αποτέλεσμα στη λειτουργία του ενζύμου, αν συμβεί γονιδιακή μετάλλαξη, η οποία θα προκαλέσει έλλειψη του δεύτερου νουκλεοτιδίου στο δεύτερο κωδικόνιο του γονιδίου. α) 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 μιας 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'. Το mrna είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο ως προς τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του γονιδίου, τη μη κωδική αλυσίδα. Η μη κωδική αλυσίδα είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη με την κωδική αλυσίδα του γονιδίου. Επομένως, κωδική και mrna έχουν προσανατολισμό 5 3 και την ίδια αλληλουχία αζωτούχων βάσεων με μόνη διαφορά ότι όπου στην κωδική έχουμε Τ στο mrna έχουμε U, στις αντίστοιχες θέσεις. Το κωδικόνιο έναρξης 5 ATG 3 στην κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου αντιστοιχεί στο κωδικόνιο έναρξης 5 AUG 3 του mrna. μη κωδική κωδική 5 C T T A A C T A A T A G G G T G G A C C T A A C A T A G A T 3 3 G A A T T G A T T A T C C C A C C T G G A T T G T A T C T A 5 κωδικόνιο λήξης κωδικόνιο έναρξης mrna 3 G A A U U G A U U A U C C C A C C U G G A U U G U A U C U A 5 ή 5 A U C U A U G U U A G G U C C A C C C U A U U A G U U A A G 3 κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης β) Κατά τη μετάφραση του παραπάνω mrna, o αριθμός των αμινοξέων του ενζύμου είναι 6. Με βάση τις ιδιότητες του γενετικού κώδικα: 1. Ο γενετικός κώδικας είναι κώδικας τριπλέτας, δηλαδή μια τριάδα νουκλεοτιδίων, το κωδικόνιο, κωδικοποιεί ένα αμινοξύ. 2. Ο γενετικός κώδικας είναι συνεχής, δηλαδή το mrna διαβάζεται συνεχώς ανά τρία νουκλεοτίδια χωρίς να παραλείπεται κάποιο νουκλεοτίδιο. 57

58 3. Ο γενετικός κώδικας είναι μη επικαλυπτόμενος, δηλαδή κάθε νουκλεοτίδιο ανήκει σε ένα μόνο κωδικόνιο. 4. Ο γενετικός κώδικας έχει κωδικόνιο έναρξης και κωδικόνια λήξης. Το κωδικόνιο έναρξης σε όλους τους οργανισμούς είναι το 5 AUG 3 και κωδικοποιεί το αμινοξύ μεθειονίνη. Υπάρχουν τρία κωδικόνια λήξης: 5 UAG 3, 5 UGA 3 και 5 UAA 3. Η παρουσία των κωδικονίων αυτών στο μόριο του mrna οδηγεί στον τερματισμό της σύνθεσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. γ) Με την έλλειψη του δεύτερου νουκλεοτιδίου στο δεύτερο κωδικόνιο του γονιδίου δημιουργείται το κωδικόνιο λήξης 5 TAG 3 και ως εκ τούτου θα έχουμε πρόωρο τερματισμό στη σύνθεση του ενζύμου. 2. Δίνεται το παρακάτω τμήμα DNA, το οποίο περιέχει ένα συνεχές γονίδιο: αλυσίδα 1 A T G A C T A T C T G A G A T T C A T G T A C T C B A C T G A T A G A C T C T A A G T A C A T G A G αλυσίδα 2 α) Να προσδιορίσετε την κωδική και τη μη κωδική αλυσίδα του παραπάνω τμήματος DNA, επισημαίνοντας τα 5 και 3 άκρα των αλυσίδων του. β) Να γράψετε την αλληλουχία του mrna που προκύπτει από την μεταγραφή του παραπάνω τμήματος DNA. γ) Να προσδιορίσετε αν ο υποκινητής του γονιδίου αυτού βρίσκεται στη θέση Α ή στη θέση Β. δ) Μια γονιδιακή μετάλλαξη στο παραπάνω τμήμα DNA μπορεί να οδηγήσει κατά τη μετάφραση στη δημιουργία ενός ολιγοπεπτιδίου, με ένα λιγότερο αμινοξύ σε σχέση με το αρχικό ολιγοπεπτίδιο. Να προτείνετε δύο διαφορετικές τέτοιες περιπτώσεις γονιδιακής μετάλλαξης. α) Η μεταγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5 3. Το mrna που σχηματίζεται είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο με τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του γονιδίου, τη μη κωδική. Η κωδική αλυσίδα του γονιδίου είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη με τη μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου. Συνεπώς, η κωδική αλυσίδα του γονιδίου και το mrna έχουν τον προσανατολισμό 5 3, την ίδια αλληλουχία αζωτούχων βάσεων, με μόνη διαφορά ότι στην κωδική έχουμε Τ ενώ στο mrna έχουμε U, στις αντίστοιχες θέσεις. Με βάση τα χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα, ότι είναι κώδικας τριπλέτας, συνεχής και μη επικαλυπτόμενος, εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης και ένα από τα κωδικόνια λήξης. μη κωδική 5 T G A C T A T C T G A G A T T C A T G T A C T C 3 κωδική 3 A C T G A T A G A C T C T A A G T A C A T G A G 5 κωδικόνιο κωδικόνιο λήξης έναρξης β) Το mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή του γονιδίου είναι: mrna 3 A C U G A U A G A C U C U A A G U A C A U G A G 5 ή 5 G A G U A C A U G A A U C U C A G A U A G U C A 3 το οποίο κωδικοποιεί ένα τετραπεπτίδιο. 58

59 γ) Η RNA πολυμεράση προσδένεται σε ειδικές περιοχές του DNA που ονομάζονται υποκινητές. Ο υποκινητής βρίσκεται πριν από την αρχή κάθε γονιδίου, στο 5 άκρο της κωδικής αλυσίδας του γονιδίου. Επομένως, ο υποκινητής εντοπίζεται στη θέση Β. μη κωδική 5 T G A C T A T C T G A G A T T C A T G T A C T C 3 ΘΕΣΗ Β κωδική 3 A C T G A T A G A C T C T A A G T A C A T G A G 5 ΥΠΟΚΙΝΗΤΗΣ κωδικόνιο λήξης κωδικόνιο έναρξης δ) 1 η περίπτωση γονιδιακής μετάλλαξης, για το σχηματισμό τριπεπτιδίου: Στην κωδική αλυσίδα του γονιδίου, με αντικατάσταση βάσης κανονικό 5 G A G T A C A T G A A T C T C A G A T A G T C A 3 μεταλλαγμένο 5 G A G T A C A T G A A T C T C Τ G A T A G T C A 3 νέο κωδικόνιο λήξης 2 η περίπτωση γονιδιακής μετάλλαξης για το σχηματισμό τριπεπτιδίου: Στην κωδική αλυσίδα του γονιδίου, με προσθήκη βάσης κανονικό 5 G A G T A C A T G A A T C T C A G A T A G T C A 3 + μεταλλαγμένο 5 G A G T A C A T G A A T C T C T A G A T A G T C A 3 νέο κωδικόνιο λήξης άρα και στις δύο περιπτώσεις έχουμε πρόωρο τερματισμό στην πρωτεϊνοσύνθεση, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ολιγοπεπτιδίου μ ένα αμινοξύ λιγότερο. 3. Δίνεται το παρακάτω τμήμα δίκλωνου μορίου DNA (Ι) G A C T A A T A A A A G A A G T A G T T A G G A T C A T A G G (ΙΙ) C T G A T T A T T T T C T T C A T C A A T C C T A G T A T C C που κωδικοποιεί το πεπτίδιο: H 2 N-met-tyr-phe-phe-tyr-COOH. α) Να εξηγήσετε ποια από τις δύο αλυσίδες του παραπάνω τμήματος DNA είναι η κωδική και ποια είναι η μη κωδική αλυσίδα. Να γράψετε τον προσανατολισμό των αλυσίδων και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να γράψετε την αλληλουχία του πρόδρομου mrna που προκύπτει μετά τη μεταγραφή του παραπάνω τμήματος DNA καθώς και την αλληλουχία του ώριμου mrna. Να αιτιολογήσετε πού οφείλεται η διαφορά μεταξύ των δύο αυτών μορίων. γ) Να εξηγήσετε ποιο θα είναι το αποτέλεσμα στη δομή του παραπάνω πεπτιδίου, εάν μια γονιδιακή μετάλλαξη που θα συμβεί στο κωδικόνιο της τυροσίνης οδηγήσει σε αντικατάσταση της κυτοσίνης από θυμίνη. δ) Εάν η παραπάνω γονιδιακή μετάλλαξη οδηγήσει σε αντικατάσταση της κυτοσίνης από αδενίνη, να εξηγήσετε ποιο θα είναι το αποτέλεσμα στη δομή του πεπτιδίου. Δίνονται οι παρακάτω αντιστοιχίσεις αμινοξέων και κωδικονίων από το γενετικό κώδικα: Μεθειονίνη: AUG, Τυροσίνη: UAC, UAU και Φαινυλαλανίνη: UUU, UUC 59

60 α) Η αλυσίδα (ΙΙ) είναι η κωδική και η αλυσίδα (Ι) είναι η μη κωδική. H κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου συμπληρωματική και αντιπαράλληλη ως προς τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του DNA του γονιδίου, τη μη κωδική. Με προσανατολισμό 5 3 στην κωδική αλυσίδα εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης 5 -ATG-3 και το κωδικόνιο λήξης 5 -ΤAG-3. Επειδή το μέγεθος του γονιδίου αντιστοιχεί σε γονιδιακό προϊόν, πεπτίδιο, μεγαλύτερο από 5 αμινοξέα, άρα υπάρχει ενδιάμεση αμετάφραστη περιοχή, δηλαδή εσώνιο. Επομένως, ο κώδικας τριπλέτας, ως συνεχής και μη επικαλυπτόμενος εφαρμόζεται μόνο στις περιοχές του γονιδίου που μεταφράζονται. Το κωδικόνιο έναρξης 5 -ATG-3 ορίζει το αμινοξύ μεθειονίνη ενώ το κωδικόνιο λήξης 5 -ΤAG-3 δεν ορίζει κάποιο αμινοξύ. (Ι) μη κωδική 5 G A C T A A T A A A A G A A G T A G T T A G G A T C A T A G G 3 (ΙΙ) κωδική 3 C T G A T T A T T T T C T T C A T C A A T C C T A G T A T C C 5 κωδικόνιο εσώνιο κωδικόνιο λήξης έναρξης β) Τα περισσότερα γονίδια των ευκαρυωτικών οργανισμών (και των ιών που τους προσβάλλουν) είναι ασυνεχή ή διακεκομμένα. Δηλαδή, η αλληλουχία που μεταφράζεται σε αμινοξέα διακόπτεται από ενδιάμεσες αλληλουχίες οι οποίες δε μεταφράζονται σε αμινοξέα. Οι αλληλουχίες που μεταφράζονται σε αμινοξέα ονομάζονται εξώνια και οι ενδιάμεσες αλληλουχίες ονομάζονται εσώνια. Όταν ένα γονίδιο που περιέχει εσώνια μεταγράφεται, δημιουργείται το πρόδρομο mrna που περιέχει και εξώνια και εσώνια. Το πρόδρομο mrna μετατρέπεται σε mrna με τη διαδικασία της ωρίμανσης, κατά την οποία τα εσώνια κόβονται από μικρά ριβονουκλεοπρωτεϊνικά «σωματίδια» και απομακρύνονται. Τα ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια αποτελούνται από snrna και από πρωτεΐνες και λειτουργούν ως ένζυμα, κόβουν τα εσώνια και συρράπτουν τα εξώνια μεταξύ τους. Έτσι σχηματίζεται το «ώριμο» mrna. Αυτό, παρ' ότι αποτελείται αποκλειστικά από εξώνια, έχει δύο περιοχές που δε μεταφράζονται σε αμινοξέα. Η μία βρίσκεται στο 5' άκρο και η άλλη στο 3' άκρο. Οι αλληλουχίες αυτές ονομάζονται 5' και 3' αμετάφραστες περιοχές, αντίστοιχα. πρόδρομο mrna 5 C C U A U G A U C C U A A C U A C U U C U U U U A U U A G U C 3 κωδικόνιο εσώνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης ώριμο mrna 5 C C U A U G U A C U U C U U U U A U U A G U C 3 κωδικόνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης γ) Με αντικατάσταση της C από Τ στο κωδικόνιο της τυροσίνης, στην κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου: 2 ο κωδικόνιο: 5 ΤΑC 3 τυροσίνη 2 ο κωδικόνιο: 5 ΤΑΤ 3 έχουμε σιωπηλή μετάλλαξη λόγω εκφυλισμού του γενετικού κώδικα και των συνώνυμων κωδικονίων που ορίζουν το ίδιο αμινοξύ, άρα δεν θα έχουμε καμία αλλαγή στη δομή του παραπάνω πεπτιδίου. 60

61 δ) Με αντικατάσταση της C από Α στο κωδικόνιο της τυροσίνης, στην κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου: 2 ο κωδικόνιο: 5 ΤΑC 3 τυροσίνη 2 ο κωδικόνιο: 5 ΤΑΑ 3 κωδικόνιο λήξης σχηματίζεται κωδικόνιο λήξης και έχουμε πρόωρο τερματισμό στη σύνθεση του πεπτιδίου. 4. Δίνεται το τμήμα του DNA το οποίο περιλαμβάνει ασυνεχές γονίδιο ευκαρυωτικού κυττάρου που κωδικοποιεί μικρό πεπτίδιο. Μέσα στην αγκύλη φαίνεται η αλληλουχία της αμετάφραστης περιοχής που ενώνεται με το rrna της μικρής υπονομάδας του ριβοσώματος. Τα t-rnas που χρησιμοποιήθηκαν κατά σειρά στην παραγωγή του πεπτιδίου, είχαν τα αντικωδικόνια: 5 CAU 3, 5 CCA 3, 5 AAA 3, 5 AGG 3, 5 CAU 3, 5 CCA 3, 5 AAC 3. α) Ποια από τις αλυσίδες Α ή Β είναι η κωδική αλυσίδα του γονιδίου και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Να χαρακτηρίσετε ως 5 ή 3 τα άκρα στα σημεία Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, IV. β) Να γράψετε το εσώνιο που υπάρχει στο παραπάνω γονίδιο. γ) Να γράψετε την αλληλουχία των βάσεων του mrna, που θα χρησιμοποιηθεί κατά τη μετάφραση της πληροφορίας του γονιδίου. δ) Η παρακάτω αλληλουχία είναι τμήμα του γονιδίου που μεταγράφεται στο rrna της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος που χρησιμοποιείται στη μετάφραση του ευκαρυωτικού γονιδίου. Ποια είναι η μεταγραφόμενη αλυσίδα του γονιδίου που μεταγράφεται στο rrna; Να γραφεί ο προσανατολισμός της και να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. ε) Στο γονίδιο, με τα υπογραμμισμένα γράμματα φαίνεται η αλληλουχία των βάσεων στις οποίες γίνεται γονιδιακή μετάλλαξη προσθήκης των τριών παρακάτω συνεχόμενων ζευγών βάσεων: 5 A G C 3 3 T C G 5 Ποιο θα είναι το αποτέλεσμα της μετάλλαξης αν η προσθήκη γίνει: i) στη θέση 1 και στη στη ii) θέση 2. α) Με βάση το γενετικό κώδικα, μια τριάδα νουκλεοτιδίων, ένα κωδικόνιο, κωδικοποιεί ένα αμινοξύ. Το τμήμα ενός γονιδίου, και του mrna του που κωδικοποιεί μια πεπτιδική αλυσίδα, αρχίζει με το κωδικόνιο έναρξης και τελειώνει με το κωδικόνιο λήξης. Η μεταγραφή έχει προσανατολισμό 5' 3'. Το μόριο RNA που συντίθεται είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο προς τη μία αλυσίδα της διπλής έλικας του DNA του γονιδίου. Η αλυσίδα αυτή είναι η μεταγραφόμενη και ονομάζεται μη κωδική. Η συμπληρωματική και αντιπαράλληλη αλυσίδα του DNA του γονιδίου ονομάζεται κωδική. 61

62 Κάθε μόριο trna έχει μια ειδική τριπλετα νουκλεοτιδίων, το αντικωδικόνιο, με την οποία προσδένεται, λόγω συμπληρωματικότητας και αντιπαραλληλία με το αντίστοιχο κωδικόνιο του mrna. Συνεπώς με βάση τα t-rnas που χρησιμοποιήθηκαν κατά σειρά, έχουμε: κωδική 5 Α C A G T A T G T G A A T C A T A G T T T C C T A T G T G G G T T T A A G C A T 3 μη κωδική 3 T G T C A T A C A C T T A G T A T C A A A G G A T A C A C C C A A A T T C G T A 5 κωδικόνιο εσώνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης β) Το εσώνιο που υπάρχει στο γονίδιο είναι: 5 A A T C A T Α 3 3 T T A G T A Τ 5 γ) Η αλληλουχία των βάσεων του mrna που θα χρησιμοποιηθεί κατά τη μετάφραση της πληροφορίας του γονιδίου είναι: πρόδρομο mrna 5 Α C A G U A U G U G A A U C A U A G U U U C C U A U G U G G G U U U A A G C A U 3 κωδικόνιο εσώνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης ώριμο 5 Α C A G U A U G U G G U U U C C U A U G U G G G U U U A A G C A U 3 mrna t-rnas 3 UAC 5 3 ACC 5 3 ΑAΑ 5 3 GGA 5 3 UAC 5 3 ACC 5 3 CAA 5 δ) Κατά την έναρξη της μετάφρασης το mrna προσδένεται, μέσω μιας αλληλουχίας που υπάρχει στην 5' αμετάφραση περιοχή του, με το ριβοσωμικό RNA της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος, σύμφωνα με τους κανόνες της συμπληρωματικότητας των βάσεων και την αντιπαραλληλία των αλυσίδων: αλληλουχία αμετάφραστης περιοχής mrna αλληλουχία μικρής υπομονάδας rrna 5 Α C A G U 3 3 U G U C A 5 Η αλληλουχία της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη με τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του γονιδίου rrna: μεταγραφόμενη αλυσίδα γονιδίου rrna - Αλυσίδα Γ 5 Α C A G T 3 ε) Προσθήκη στη θέση 1: θέση 1 5 Α C A G T A T G T G A A T C A T A G T A G C T T C C T A T G T G G G T T T A A G C A T 3 3 T G T C A T A C A C T T A G T A T C A T C G A A G G A T A C A C C C A A A T T C G T A 5 κωδικόνιο εσώνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης 5 Α C A G T A T G T G G T A G C T T C C T A T G T G G G T T T A A G C A T 3 3 T G T C A T A C A C C A T C G A A G G A T A C A C C C A A A T T C G T A 5 κωδικόνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης 62

63 σχηματίζεται κωδικόνιο λήξης, άρα έχουμε πρόωρο τερματισμό στη σύνθεση του πεπτιδίου με απώλεια στη λειτουργικότητα της πρωτεΐνης. Προσθήκη στη θέση 2: θέση 2 5 Α C A G T A T G T G A A T C A T A G T T T C C T A G C A T G T G G G T T T A A G C A T 3 3 T G T C A T A C A C T T A G T A T C A A A G G A T C G T A C A C C C A A A T T C G T A 5 κωδικόνιο εσώνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης 5 Α C A G T A T G T G G T T T C C T A G C A T G T G G G T T T A A G C A T 3 3 T G T C A T A C A C C A A A G G A T C G T A C A C C C A A A T T C G T A 5 κωδικόνιο κωδικόνιο έναρξης λήξης αλλάζει την αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων, σχηματίζονται νέα κωδικόνια, οπότε έχουμε επιμήκυνση της πεπτιδικής αλυσίδας κατά -1- αμινοξύ που μπορεί να αλλάξει τη λειτουργικότητά της. 5. Βακτηριακό τμήμα DNA φέρει την αλληλουχία νουκλεοτιδίων, η οποία περιέχει μόνο ένα γονίδιο που κωδικοποιεί μικρό πεπτίδιο οκτώ (8) αμινοξέων: GAACTAATACCTACTCGGACATTTGACCGCGATTGTACCA CTTGATTATGGATGAGCCTGTAAACTGGCGCTAACATGGT α) Στο τμήμα αυτό έγινε μετάλλαξη αντικατάστασης βάσης η οποία είχε ως αποτέλεσμα να παράγεται πεπτίδιο που αντί για οκτώ (8) αμινοξέα αποτελείται μόνο από δύο (2) αμινοξέα. Να εξηγήσετε ποια ήταν αυτή η αντικατάσταση βάσης και σε ποιο κωδικόνιο έγινε. β) Μια μετάλλαξη στο γονίδιο που κωδικοποιεί το trna με το αντικωδικόνιο 5 GUA 3 και που μεταφέρει το αμινοξύ τυροσίνη έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή του αντικωδικονίου σε 5 CUA 3, χωρίς η συγκεκριμένη μετάλλαξη να επηρεάζει τη θέση πρόσδεσης του trna με το αμινοξύ που μεταφέρει. Να εξηγήσετε ποιο θα είναι το αποτέλεσμα στην παραγωγή του προηγούμενου πεπτιδίου των δύο (2) ανιμοξέων από τη μετάλλαξη στο γονίδιο του trna στο συγκεκριμένο βακτηριακό DNA. α) Το τμήμα του DNA γονιδίου που κωδικοποιεί τη σύνθεση ενός πεπτιδίου με 8 αμινοξέα είναι: 3 G A A C T A A T A C C T A C T C G G A C A T T T G A C C G C G A T T G T A C C A 5 5 C T T G A T T A T G G A T G A G C C T G T A A A C T G G C G C T A A C A T G G T 3 ΚΩΔ. (1ο) ΚΩΔ. 2o 3o 4o 5o 6o 7o 8o ΕΝΑΡΞΗΣ ΛΗΞΗΣ Λόγω αντικατάστασης βάσης G T στο τρίτο κωδικόνιο της κωδικής αλυσίδας DNA γονιδίου, έχουμε GAG TAG, επομένως σχηματίζεται κωδικόνιο λήξης, έχουμε πρόωρο τερματισμό στη σύνθεση του πεπτιδίου, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται πεπτίδιο με 2 αμινοξέα. 63

64 5 C T T G A T T A T G G A T T A G C C T G T A A A C T G G C G C T A A C A T G G T 3 ΚΩΔ. (1ο) ΚΩΔ. 2o ΕΝΑΡΞΗΣ ΛΗΞΗΣ β) Κάθε μόριο trna έχει μια ειδική τριπλετα νουκλεοτιδίων, το αντικωδικόνιο, με την οποία προσδένεται, λόγω συμπληρωματικότητας και αντιπαραλληλίας, με το αντίστοιχο κωδικόνιο του mrna. Επιπλέον, κάθε μόριο trna διαθέτει μια ειδική θέση σύνδεσης με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ. Για το κωδικόνιο ληξης δεν υπάρχει αντικωδικόνιο trna. Στο σχηματισμό του διπεπτιδίου έχουμε: κωδικόνια mrna 5 AUG 3 5 GAU 3 5 UAG 3 αντικωδικόνια trna 3 UAC 5 3 CUA 5 - μεταλλαγμένο trna 3 AUC 5 Αμινοξύ τυροσίνη Το μετταλαγμένο αντικωδικόνιο 3 AUC 5 είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο με το κωδικόνιο λήξης και μεταφέρει το αμινοξύ τυροσίνη. Συνεπώς, η μετάφραση του γονιδίου δεν σταματά στο κωδικόνιο λήξης, συνεχίζεται μέχρι το επόμενο κωδικόνιο λήξης του γονιδίου, το οποίο συμπίπτει με το κωδικόνιο λήξης του φυσιολογικού γονιδίου με αποτέλεσμα να σχηματίζεται πεπτίδιο με 8 αμινοξέα. 6. Δίνεται το παρακάτω τμήμα DNA, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση του πεπτιδίου: ισολευκίνη τυροσίνη ισολευκίνη τυροσίνη ισολευκίνη και η διεύθυνση της μεταγραφής. α) Να σημειώσετε επάνω σ αυτό τα κωδικόνια του DNA, που κωδικοποιούν το τμήμα του πεπτιδίου αυτού και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. β) Μετάλλαξη που έγινε σ ένα σημείο στο παραπάνω DNA έδωσε το πεπτίδιο: τυροσίνη ισολευκίνη τυροσίνη ισολευκίνη τυροσίνη Να εντοπίσετε το είδος της μετάλλαξης και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Δίδονται οι παρακάτω αντιστοιχίσεις αμινοξέων και κωδικονίων: Τυροσίνη (UAU) και Ισολευκίνη (AUA). α) Η διεύθνση της μεταγραφής καθορίζει τον προσνατολισμό του mrna. Το mrna είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο ως προς τη μεταγραφόμενη αλυσίδα DNA του γονιδίου, τη μη κωδική. Η κωδική DNA του γονιδίου είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη ως προς την μη κωδική. Επομένως η κωδική αλυσίδα DNA γονιδίου και το mrna έχουν τον προσανατολισμό 5 3, την ίδια αλληλουχία αζωτούχων βάσεων με τη μόνη διαφορά όπου Τ στην κωδική υπάρχει U στο mrna. Η σειρά των κωδικονίων στην κωδική αλυσίδα και στην μη κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου είναι: 64

65 κωδική 5 ATA TAT ATA TAT ATA 3 μη κωδική 3 ΤΑΤ ΑΤΑ ΤΑΤ ΑΤΑ ΤΑΤ 5 mrna 5 AUA UAU AUA UAU AUA 3 πεπτίδιο Η 2 Ν ισολευκίνη τυροσίνη ισολευκίνη τυροσίνη ισολευκίνη COOH β) Προσθήκη του νουκλεοτιδίου Τ στο 5 άκρο της κωδικής αλυσίδας DNA γονιδίου, έχει ως αποτέλεσμα κατά την έκφραση του γονιδίου να προκύπτει το μεταλλαγμένο πεπτίδιο:=. προσθήκη Τ φυσιολογική κωδική 5 ATA TAT ATA TAT ATA 3 μεταλλαγμένη κωδική 3 ΤΑΤ ΑΤΑ ΤΑΤ ΑΤΑ ΤΑΤ 5 mrna 5 UAU AUA UAU AUA UAU 3 πεπτίδιο Η 2 Ν τυροσίνη-ισολευκίνη-τυροσίνη-ισολευκίνη-τυροσίνη COOH Προσθήκη του κωδικονίου ΤΑΤ στο 5 άκρο της κωδικής αλυσίδας DNA γονιδίου, έχει ως αποτέλεσμα κατά την έκφραση του γονιδίου να προκύπτει το μεταλλαγμένο πεπτίδιο. προσθήκη ΤAT φυσιολογική κωδική 5 - ATA TAT ATA TAT ATA 3 μεταλλαγμένη κωδική 3 - ΤΑΤ ΑΤΑ ΤΑΤ ΑΤΑ ΤΑΤ 5 mrna 5 - UAU AUA UAU AUA UAU 3 πεπτίδιο Η 2 Ν τυροσίνη-ισολευκίνη-τυροσίνη-ισολευκίνη-τυροσίνη COOH 7. Δίνεται το παρακάτω δίκλωνο μόριο DNA, που κωδικοποιεί ένα πεπτίδιο το οποίο λειτουργεί ως ένζυμο. Στο μόριο αυτό συμβαίνει μετάλλαξη προσθήκης τριών (3) διαδοχικών νουκλεοτιδίων (5 -GAT-3 ). θέση Χ θέση Υ A T A T G T T G T C C A G A T C A G A A C C T G A G T T C C A A T A G C C A G T A T A C A A C A G G T C T A G T C T T G G A C T C A A G G T T A T C G G T C α) Αν η προσθήκη συμβεί στη θέση Χ, να εξηγήσετε ποιες θα είναι οι συνέπειες στη δομή του ενζύμου και στη λειτουργικότητα του ενζύμου. β) Αν η προσθήκη συμβεί στη θέση Υ, να εξηγήσετε ποιες θα είναι οι συνέπειες στη δομή του ενζύμου. Η παραπάνω μετάλλαξη έχει ελάχιστη επίδραση στη λειτουργικότητα του ενζύμου. Πώς χαρακτηρίζεται αυτή η μετάλλαξη; Nα εξηγήσετε την απάντησή σας. 65

66 H κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου συμπληρωματική και αντιπαράλληλη ως προς τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του DNA του γονιδίου, τη μη κωδική. Με προσανατολισμό 5 3, στην κωδική αλυσίδα εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης 5 -ATG-3 και με βήμα τριπλέτας, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα, το κωδικόνιο λήξης 5 -ΤAG-3. κωδική μη κωδική 5 A T A T G T T G T C C A G A T C A G A A C C T G A G T T C C A A T A G C C A G 3 3 T A T A C A A C A G G T C T A G T C T T G G A C T C A A G G T T A T C G G T C 5 α) Με την προσθήκη της τριπλέτας 5 GAT 3 στη θέση Χ κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης κωδική μη κωδική προκύπτει η αλληλουχία κωδική μη κωδική θέση Χ κωδικόνιο λήξης με αποτέλεσμα να σχηματίζεται νέο κωδικόνιο λήξης, άρα έχουμε πρόωρο τερματισμό στη σύνθεση του ενζύμου, με αποτέλεσμα αυτό να χάνει τη λειτουργικότητά του. β) Με την προσθήκη της τριπλέτας 5 GAT 3 στη θέση Υ κωδική μη κωδική προκύπτει η αλληλουχία κωδική μη κωδική 5 A T A T GT T G T C C A GA T GAT C A GA A C C T GAG T T C C AA T AG C C AG3 3 T A T A C A AC AGG T C T A C T AG T C T T GGAC T C A AGG T T A T C GG T C 5 5 A T A T G T T G T C C A GAT G A T C A GA AC C T G AG T T C C A AT A G C C A G3 3 T A T A C AA C AG G T C T A C T AG T C T T G GA C T C AA G G T T A T C GG T C 5 κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης θέση Υ 5 A T A T GT T G T C C A GAT C A GAA C C T GA G T T C C GA T A A T A GC C A G3 3 T A T A C AAC AGG T C T A GT C T T GGA C T C A AGG C T A T T A T C GG T C 5 κωδικόνιο λήξης 5 A T A T GT T G T C C AGAT C AGAA C C T GA G T T C C GA T A A T A G C C AG3 3 T A T A C AAC AGG T C T AG T C T T GGA C T C A AGG C T A T T A T C GG T C 5 με αποτέλεσμα να έχουμε το σχηματισμό μιας πεπτιδικής αλυσίδας με τον ίδιο αριθμό αμινοξέων, με μόνη διαφορά το τελευταίο αμινοξύ του αμινικού άκρου, το οποίο δεν επηρεάζει σημαντικά την ενεργότητα του ενζύμου. Συνεπώς, μια τέτοια μετάλλαξη χαρακτηρίζεται ως ουδέτερη. 8. Δίνεται το παρακάτω τμήμα DNA, το οποίο περιέχει ένα συνεχές γονίδιο: Αλυσίδα 1 Αλυσιδα 2 σημείο 1 σημείο 2 T T G C C T C C T A C G T A T G A G G T C A G A T C G C A A C G G A G G A T G C A T A C T C C A G T C T A G C G σημείο 1 σημείο 2 66

67 α) Να προσδιορίσετε την κωδική αλυσίδα του τμήματος DNA, επισημαίνοντας τα 5 και 3 άκρα των αλυσίδων του. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να γράψετε την αλληλουχία του mrna που προκύπτει από την μεταγραφή του γονιδίου και να ορίσετε τα 5 και 3 άκρα του. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Το δίκλωνο μόριο DNA σπάει εξαιτίας ενός μεταλλαξογόνου παράγοντα στη σημεία 1 και 2. Το τμήμα μεταξύ των σημείων 1 και 2 επανενώνεται ύστερα από αναστροφή. γ) Να γράψετε το μεταλλαγμένο δίκλωνο μόριο DNA που θα προκύψει μετά την αναστροφή. δ) Να διερευνήσετε εάν το μεταλλαγμένο τμήμα DNA που προκύπτει μετά την αναστροφή μπορεί να παράγει γονιδιακό προϊόν. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ε) Να αναφέρετε τις πιθανές συνέπειες στη δομή και τη λειτουργικότητα του μεταλλαγμένου ολιγοπεπτιδίου. α) Το τμήμα ενός γονιδίου, και του mrna του γονιδίου που κωδικοποιεί μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, αρχίζει με το κωδικόνιο έναρξης και τελειώνει με το κωδικόνιο λήξης. Μεταξύ κωδικονίου έναρξης και κωδικονίου λήξης, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα, έχουμε κώδικα τριπλέτας (κωδικόνια), δηλαδή διαδοχικές τριάδες γραμμάτων. Ο όρος κωδικόνιο δεν αφορά μόνο το mrna αλλά και το γονίδιο από το οποίο παράγεται. Έτσι, για παράδειγμα, το κωδικόνιο έναρξης 5 AUG 3 στο mrna αντιστοιχεί στο κωδικόνιο έναρξης 5 ATG 3 της κωδικής αλυσίδας του γονιδίου. αλυσίδα Ι μη κωδική αλυσίδα ΙΙ κωδική 3 T T G C C T C C T A C G T A T G A G G T C A G A T C G C 5 5 Α Α C G G A G G A T G C A T A C T C C A G T C T A G C G 3 κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης β) Η μεταγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5 3. Το mrna που σχηματίζεται είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο με τη κωδική αλυσίδα DNA γονιδίου. mrna 5 Α Α C G G A G G A U G C A U A C U C C A G U C U A G C G 3 κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης Συνεπώς, η κωδική αλυσίδα του γονιδίου και το mrna έχουν προσανατολισμό 5 3, την ίδια αλληλουχία αζωτούχων βάσεων, με μόνη διαφορά την παρουσία της U στο mrna αντί της T στην κωδική. Συνεπώς, εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης και με βήμα τριπλέτας το κωδικόνιο λήξης. γ) Tο μεταλλαγμένο δίκλωνο μόριο DNA που θα προκύψει μετά την αναστροφή είναι: σημείο 1 σημείο αλυσίδα Ι 3 T T G C C T A C G T A G G A T G A G G T C A G A T C G C 5 μη κωδική αλυσίδα ΙΙ 5 Α Α C G G A T G C A T C C T A C T C C A G T C T A G C G 3 κωδική Η αναστροφή δημιουργείται από θραύσεις σε δύο διαφορετικά σημεία ενός χρωμοσώματος και επανένωση του τμήματος ύστερα από αναστροφή. Για να γίνει η 67

68 επανένωση θα πρέπει να δημιουργηθεί ο 3' 5' φωσφοδιεστερικός δεσμός μεταξύ των νουκλεοτιδίων στo σημείo 1 και στο σημείο 2 του θραύσματος, δηλαδή μεταξύ του υδροξυλίου στο ελεύθερο 3 άκρο του νουκλεοτιδίου του ενός τμήματος και της φωσφορικής ομάδας στο ελεύθερο 5 άκρο του νουκλεοτιδίου του άλλου τμήματος, με τη δράση του ενζύμου DNA δεσμάσης, με προσανατολισμό 5 3. δ) Στο mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή του μεταλλαγμένου τμήματος DNA μετά την αναστροφή, έχουμε: mrna 5 Α Α C G G A U G C A U C C T A C U C C A G U C U A G C G 3 κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης Με προσανατολισμό 5 3 εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης και με βήμα τριπλέτας, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα, το κωδικόνιο λήξης. Η έκφραση του μεταλλαγμένου γονιδίου μπορεί να παράγει γονιδιακό προϊόν που θα έχει 6 αμινοξέα (εξαπεπτίδιο). Το κωδικόνιο λήξης δεν ορίζει κάποιο αμινοξύ. ε) Το mrna του κανονικού γονιδίου, κωδικοποιεί πενταπετπίδιο: κανονικό mrna 5 Α Α C G G A G G A U G C A U A C U C C A G U C U A G C G 3 ενώ το mrna του μεταλλαγμένου γονιδίου, στο οποίο έχει γίνει προσθήκη τριπλέτας, κωδικοποιείτ εξαπεπτίδιο: προσθήκη τριπλέτας μεταλλαγμένο 5 Α Α C G G A U G C A U C C U A C U C C A G U C U A G C G 3 mrna Ένας σημαντικός τύπος γονιδιακών μεταλλάξεων περιλαμβάνει την προσθήκη βάσεων. Αλλαγές στον αριθμό των βάσεων έχουν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση μεταλλαγμένων φαινοτύπων. Η προσθήκη τριών διαδοχικών βάσεων δημιουργεί, αντίστοιχα, την προσθήκη ενός αμινοξέος στην πολυπεπτιδική αλυσίδα, που μπορεί να αλλάζει τη λειτουργικότητά της. 9. Δίνεται το παρακάτω τμήμα μορίου DNA που κωδικοποιεί ένα ολιγοπεπτίδιο: 5 -T A C A T G T C G C G A T G C A A G T T C T A A T C T C A A T A T C T T A T G T A C A G C G C T A C G T T C A A G A T T A G A G T T A T A G A A- 5 α) Να γράψετε τα κωδικόνια του DNA που κωδικοποιούν το πεπτίδιο αυτό. β) Μετά την επίδραση ακτινοβολίας το παραπάνω τμήμα DNA σπάει στα σημεία που υποδεικνύονται από τα βέλη. Να γράψετε το τμήμα του DNA που αποκόπηκε και να σημειώσετε τον προσανατολισμό του. γ) Το τμήμα του DNA που αποκόπηκε, επανασυνδέεται στα ίδια σημεία κοπής μετά την αναστροφή. Να γράψετε ολόκληρο το μόριο του DNA που προκύπτει μετά την αναστροφή. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. δ) Να γράψετε τα κωδικόνια του μορίου DNA που κωδικοποιούν το νέο πεπτίδιο. α) Τα κωδικόνια που κωδικοποιούν το ολιγοπεπτίδιο εντοπίζονται στην κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου: 68

69 κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης κωδική 5 - A C A T G T C G C G A T G C A A G T T C T A A T C T C A A T A T C T T 3 μη κωδική 3 - T G T A C A G C G C T A C G T T C A A G A T T A G A G T T A T A G A A 5 και είναι: 5'-ATG-3, 5 -TCG-3, 5 -CGA-3, 5 -TGC-3, 5 -AAG-3, 5 -TTC-3, 5 -TAΑ-3. β) Το τμήμα που αποκόπηκε είναι: 5 - C A A G T T C T A A T G T T C A A G A T T A - 5 γ) Το μόριο του DNA που προκύπτει μετά την αναστροφή είναι: 5 -T A C A T G T C G C G A T G A T T A G A A C T T G C T C A A T A T C T T A T G T A C A G C G C T A C G T T C A A G A T T A G A G T T A T A G A A- 5 Η αναστροφή δημιουργείται από θραύσεις σε δύο διαφορετικά σημεία ενός χρωμοσώματος και επανένωση του τμήματος ύστερα από αναστροφή. Για να γίνει η επανένωση θα πρέπει να δημιουργηθεί ο 3' 5' φωσφοδιεστερικός δεσμός μεταξύ των νουκλεοτιδίων στα σημεία ( ) του θραύσματος, δηλαδή μεταξύ του υδροξυλίου στο ελεύθερο 3 άκρο του νουκλεοτιδίου του ενός τμήματος και της φωσφορικής ομάδας στο ελεύθερο 5 άκρο του νουκλεοτιδίου του άλλου τμήματος, με τη δράση του ενζύμου DNA δεσμάσης, με προσανατολισμό 5 3. δ) Τα κωδικόνια που κωδικοποιούν το νέο πεπτίδιο εντοπίζονται στην κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου: κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης κωδική 5 -T A C A T G T C G C G A T G A T T A G A A C T T G C T C A A T A T C T T- 3 και είναι: 5'-ATG-3, 5 -TCG-3, 5 -CGA-3, 5 -TGA Δίνεται το παρακάτω τμήμα δίκλωνου μορίου DNA, το οποίο περιέχει ένα συνεχές γονίδιο. σημείο 1 σημείο 2 T A C A T A T T C A A T G T T C T G G C A T T G G A T T A T A C C A T G T A T A A G T T A C A A G A C C G T A A C C T A A T A T G G σημείο 1 σημείο 2 Δίνεται, επίσης, ο υποκινητής του παραπάνω γονιδίου: 5 T A T A A 3 3 A T A T T 5 α) Να γράψετε το παραπάνω τμήμα δίκλωνου μορίου DNA, σημειώνοντας τον προσανατολισμό των αλυσίδων. β) Να γράψετε το mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή του παραπάνω γονιδίου, σημειώνοντας τον προσανατολισμό του. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Το τμήμα DNA μεταξύ των σημείων 1 και 2, τα οποία υποδεικνύονται με βέλη πάνω στο δίκλωνο μόριο DNA, διπλασιάζεται. Το νέο τμήμα DNA μήκους 6 ζευγών βάσεων, που προέκυψε από τον διπλασιασμό μετά από θραύση στα άκρα του, αποκόβεται και 69

70 ενσωματώνεται ανεστραμμένο στο σημείο 1 του αρχικού μορίου, ενώ τα σημεία, από τα οποία αποκόπηκε, επανασυνδέονται. γ) Να γράψετε το νέο δίκλωνο μόριο DNA που θα προκύψει από την παραπάνω διαδικασία. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. δ) Ποιες θα είναι οι συνέπειες της παραπάνω μετάλλαξης στο mrna και ποιες θα είναι οι συνέπειες στο γονιδιακό προϊόν; α) H κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου συμπληρωματική και αντιπαράλληλη ως προς τη μεταγραφόμενη αλυσίδα του DNA του γονιδίου, τη μη κωδική. Με προσανατολισμό 5 3 στην κωδική αλυσίδα εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης 5 -ATG-3 και με βήμα τριπλέτας, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα, το κωδικόνιο λήξης 5 -ΤGA-3. Ο υποκινητής είναι περιοχή του DNA, πριν από την αρχή του γονιδίου και εντοπίζεται στο 5 άκρο της κωδικής αλυσίδας DNA του γονιδίου. μη κωδική κωδική 5 T A C A T A T T C A A T G T T C T G G C A T T G G A T T A T A C C 3 3 Α Τ G T A T A A G T T A C A A G A C C G T A A C C T A A T A T G G 5 υποκινητής κωδικόνιο κωδικόνιο λήξης έναρξης β) Η μεταγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5 3. Η κωδική αλυσίδα DNA γονιδίου και το mrna έχουν τον προσανατολισμό 5 3, την ίδια αλληλουχία αζωτούχων βάσεων, με μόνη διαφορά ότι στην κωδική αλυσίδα έχουμε T ενώ στο mrna έχουμε U, στις αντίστοιχες θέσεις. Το mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή του παραπάνω γονιδίου είναι: mrna 3 Α U G U A U A A G U U A C A A G A C C G U A A C C U 5 κωδικόνιο λήξης κωδικόνιο έναρξης ή 5 U C C A A U G C C A G A A C A U U G A A U A U G U A 3 το οποίο κωδικοποιεί ένα τετραπεπτίδιο. Το κωδικόνιο λήξης δεν κωδικοποιεί κάποιο αμινοξύ. γ) Ο διπλασιασμός είναι η επανάληψη ενός χρωμοσωμικού τμήματος. Μετά από τη θραύση του τμήματος μεταξύ των σημείων 1 και 2 και το διπλασιασμό του, σχηματίζεται ο 3-5 φωσφοδιεστερικός δεσμός στα σημεία ( ) μεταξύ του υδροξυλίου στο ελεύθερο 3 άκρο του νουκλεοτιδίου του ενός τμήματος και της φωσφορικής ομάδας στο ελεύθερο 5 άκρο του νουκλεοτιδίου του άλλου τμήματος, με τη δράση του ενζύμου DNA δεσμάσης, με προσανατολισμό 5 3. Έτσι, το δίκλωνο μόριο DNA που θα προκύψει είναι: 3-5 φδ 3-5 φδ 3-5 φδ 5 T A C A T A T T C A A T G T T C T G G T T C T G G C A T T G G A T T A T A C C 3 3 A T G T A T A A G T T A C A A G A C C A A G A C C G T A A C C T A A T A T G G 5 υποκινητής 3-5 φδ 3-5 φδ 3-5 φδ Η αναστροφή δημιουργείται από θραύσεις σε δύο διαφορετικά σημεία ενός τμήματος DNA και επανένωση του τμήματος ύστερα από αναστροφή. Η αναστροφή έχει ως συνέπεια την αλλαγή της αλληλουχίας των νουκλεοτιδίων στο DNA. Κατά την επανένωση 70

71 του τμήματος DNA, μετά την αναστροφή, τα νουκλεοτίδια στα άκρα των τμημάτων, στα σημεία ( ) ενώνονται μεταξύ τους με τον 3-5 φωσφοδιεστερικό δεσμό. Έτσι, το δίκλωνο μόριο DNA που θα προκύψει είναι: 3-5 φδ 3-5 φδ 3-5 φδ 5 T A C A T A T T C A A T C A G A A C G T T C T G G C A T T G G A T T A T A C C 3 3 A T G T A T A A G T T A G T C T T G C A A G A C C G T A A C C T A A T A T G G 5 υποκινητής 3-5 φδ 3-5 φδ 3-5 φδ δ) Λόγω της μετάλλαξης, το mrna που θα σχηματιστεί είναι: 5 U C C A A U G C C A G A A C G U U C U G A U U G A A U A U G U A 3 κωδικόνιο έναρξης κωδικόνιο λήξης κατά 2 κωδικόνια μεγαλύτερο, με αποτέλεσμα κατά τη μετάφρασή του να σχηματιστεί ένα εξαπεπτίδιο, δηλαδή ένα πεπτίδιο μεγαλύτερο κατά 2 αμινοξέα σε σχέση με το φυσιολογικό. 11. Δίνεται τμήμα DNA το οποίο κωδικοποιεί τα οκτώ πρώτα αμινοξέα του πρώτου δομικού γονιδίου του οπερονίου της λακτόζης: A G C T A T G A C C A T G A T T A C G G A T T C A C T G αλυσίδα Ι T C G A T A C T G G T A C T A A T G C C T A A G T G A C αλυσίδα ΙΙ α) Να εντοπίσετε την κωδική αλυσίδα. Να σημειώσετε τον προσανατολισμό των αλυσίδων. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να γράψετε το τμήμα του mrna που θα προκύψει από τη μεταγραφή του παραπάνω τμήματος του γονιδίου και να ορίσετε τα 3 και 5 άκρα του. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Να γράψετε το τμήμα του mrna στο οποίο θα συνδεθεί η μικρή ριβοσωμική υπομονάδα κατά την έναρξη της μετάφρασης. γ) Η φυσιολογική πρωτεΐνη, που παράγεται από την έκφραση του πρώτου δομικού γονιδίου του οπερονίου της λακτόζης, αποτελείται από 1024 αμινοξέα. Μια γονιδιακή μετάλλαξη αντικατάσταση βάσης στο παραπάνω τμήμα DNA οδηγεί στην παραγωγή μιας πρωτεΐνης με 1022 αμινοξέα, δηλαδή μικρότερης κατά δύο αμινοξέα. Να εξηγήσετε με ποιο τρόπο μπορεί να συμβεί αυτό. ε) Μια γονιδιακή μετάλλαξη που συνέβη στο ρυθμιστικό γονίδιο του οπερονίου της λακτόζης οδηγεί στην παραγωγή ενός τροποποιημένου mrna. Το mrna αυτό φέρει τέσσερις επιπλέον διαδοχικές βάσεις μεταξύ του 3 ου και 4 ου κωδικονίου του. Να εξηγήσετε ποια θα είναι η συνέπεια στην παραγωγή των ενζύμων που μεταβολίζουν τη λακτόζη, όταν το βακτήριο αναπτύσσσεται σε θρεπτικό υλικό απουσία λακτόζης και γλυκόζης. α) Στην αλυσίδα Ι (κωδική αλυσίδα), με προσανατολισμό 5 3 εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης (5 ATG 3 ) -το 1 ο κωδικόνιο- και με βήμα τριπλέτας, συνεχή και μη επικαλυπτόμενα, ορίζονται και τα υπόλοιπα επτά κωδικόνια των αμιξοξέων, συνολικά 8 κωδικόνια. Η αλυσίδα ΙΙ (μη κωδική) είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη με την κωδική αλυσίδα. 71

72 κωδικόνιο έναρξης κωδική μη κωδική 5 A G C T A T G A C C A T G A T T A C G G A T T C A C T G 3 3 T C G A T A C T G G T A C T A A T G C C T A A G T G A C 5 1 ο 2 ο 3 ο 4 ο 5 ο 6 ο 7 ο 8 ο β) Η μεταγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5 3. Η κωδική αλυσίδα DNA γονιδίου και το mrna έχουν προσανατολισμό 5 3, την ίδια αλληλουχία αζωτούχων βάσεων, με μόνη διαφορά ότι στην κωδική αλυσίδα έχουμε T ενώ στο mrna έχουμε U, στις αντίστοιχες θέσεις. Το mrna που προκύπτει από τη μεταγραφή του παραπάνω γονιδίου είναι: mrna 5 A G C U A U G A C C A U G A U U A C G G A U U C A C U G 3 γ) Κατά την έναρξη της μετάφρασης το mrna προσδένεται, μέσω μιας αλληλουχίας που υπάρχει στην 5' αμετάφραστη περιοχή του, με το ριβοσωμικό RNA της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος, σύμφωνα με τους κανόνες της συμπληρωματικότητας των βάσεων. Άρα, το τμήμα του mrna με το οποίο θα συνδεθεί η μικρή ριβοσωμική υπομονάδα κατά την έναρξη της μετάφρασης είναι το: 5 AGCU 3 δ) Με αντικατάσταση μιας βάσης στο κωδικόνιο έναρξης 5 ATG 3 στην κωδική αλυσίδα DNA του γονιδίου, αυτό μετατρέπεται σε διαφορετικό κωδικόνιο που δεν ορίζει πλέον την έναρξη της πρωτεϊνοσύνθεσης. Έτσι λοιπόν, κατά τη γονιδιακή έκφραση, το κωδικόνιο έναρξης εντοπίζεται στην μεθεπόμενη τριπλέτα και ως εκ τούτου προκύπτει πρωτεΐνη με 1022 αμινοξέα. νέο κωδικόνιο έναρξης κωδική μη κωδική mrna 5 A G C T A * G A C C A T G A T T A C G G A T T C A C T G 3 3 T C G A T * C T G G T A C T A A T G C C T A A G T G A C 5 5 A G C U A * G A C C A U G A U U A C G G A U U C A C U G 3 ε) Στο οπερόνιο της λακτόζης, οι αλληλουχίες που βρίσκονται μπροστά από τα δομικά γονίδια είναι κατά σειρά ένα ρυθμιστικό γονίδιο, ο υποκινητής και ο χειριστής. Το οπερόνιο της λακτόζης δε μεταγράφεται ούτε μεταφράζεται, όταν απουσιάζει από το θρεπτικό υλικό η λακτόζη. Τότε λέμε ότι τα γονίδια που το αποτελούν βρίσκονται υπό καταστολή. Δύο είναι τα ρυθμιστικά μόρια: μια αλληλουχία DNA, που ονομάζεται χειριστής και βρίσκεται μεταξύ του υποκινητή και του πρώτου γονιδίου, και μια ρυθμιστική πρωτεΐνη-καταστολέας. Όταν απουσιάζει η λακτόζη ο καταστολέας προσδένεται ισχυρά στο χειριστή και εμποδίζει την RNA πολυμεράση να αρχίσει τη μεταγραφή των γονιδίων του οπερονίου. Ο καταστολέας κωδικοποιείται από ένα ρυθμιστικό γονίδιο, που βρίσκεται μπροστά από τον υποκινητή. Το ρυθμιστικό γονίδιο μεταγράφεται συνεχώς και παράγει λίγα μόρια του καταστολέα. Τα μόρια αυτά προσδένονται συνεχώς στο χειριστή. Με την προσθήκη τεσσάρων επιπλέον διαδοχικών βάσεων μεταξύ του 3 ου και 4 ου κωδικονίου στο ρυθμιστικό γονίδιο αλλάζει η αλληλουχία των κωδικονίων με αποτέλεσμα να σχηματίζεται μια διαφορετική πρωτεΐνη που δεν θα λειτουργεί πλέον ως καταστολέας. Έτσι λοιπόν, η RNA πολυμεράση είναι ελεύθερη να αρχίσει τη μεταγραφή των τριών δομικών γονιδίων και τελικά παράγονται τα ένζυμα που διασπούν τη λακτόζη. 72

73 12. Δίνονται δύο μη ομόλογα αυτοσωμικά χρωμοσώματα ενός κυττάρου, το χρωμόσωμα Α και το χρωμόσωμα Β. Σε κάθε χρωμόσωμα απεικονίζεται η αλληλουχία του DNA που υπάρχει στο άκρο του. Χρωμόσωμα Α A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G - 3 Χρωμόσωμα Β A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T Έστω ότι σε καθένα από τα χρωμοσώματα συμβαίνει θραύση στα σημεία που δείχνουν τα βέλη. Στη συνέχεια πραγματοποιείται αμοιβαία μετατόπιση των ακραίων σκιασμένων τμημάτων ανάμεσα στο χρωμόσωμα Α και στο χρωμόσωμα Β. Να γράψετε όλα τα πιθανά χρωμοσώματα που θα προκύψουν μετά την αμοιβαία μετατόπιση, με τις αντίστοιχες αλληλουχίες DNA. Να σημειώσετε τους προσανατολισμούς όλων των μορίων DNA που προκύπτουν. Μία από τις παραπάνω αμοιβαίες μετατοπίσεις γίνεται σε ζυγωτό, από το οποίο προκύπτει ένας ενήλικος άνθρωπος με φυσιολογικό φαινότυπο. Στον άνθρωπο αυτόν συμβολίζουμε το χρωμόσωμα Α που έχει την μετάλλαξη ως χρωμόσωμα α και το χρωμόσωμα Β που έχει την μετάλλαξη ως χρωμόσωμα β. Να γράψετε όλους τους πιθανούς γαμέτες αυτού του ενήλικα, χρησιμοποιώντας τους συμβολισμούς των χρωμοσωμάτων, όπως σας έχουν δοθεί. Κάθε γαμέτης που προκύπτει στο προηγούμενο ερώτημα γονιμοποιείται με φυσιολογικό γαμέτη. Να εξηγήσετε τι ποσοστό των απογόνων θα έχει φυσιολογικό φαινότυπο και τι ποσοστό των απογόνων θα έχει φυσιολογικό καρυότυπο. Να εξηγήσετε το είδος ή τα είδη των δομικών χρωμοσωμικών ανωμαλιών, που σίγουρα θα έχει κάθε απόγονος με μη φυσιολογικό καρυότυπο. Τοποθετούμε τα άκρα 5 και 3 στις πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες: Χρωμόσωμα Α A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G - 3 Χρωμόσωμα Β A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T - 5 Το αποτέλεσμα της θραύσης στο χρωμόσωμα Α: Χρωμόσωμα Α A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G

74 Το αποτέλεσμα της θραύσης στο χρωμόσωμα Β: Χρωμόσωμα Β A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T - 5 Τα πιθανά χρωμοσώματα που θα προκύψουν μετά την αμοιβαία μετατόπιση, με τις αντίστοιχες αλληλουχίες DNA είναι: Χρωμόσωμα α1 Χρωμόσωμα α A C G G A T A T C T A G C T G C C T A T A G A T C G A C G G A T G C T A G A T T G C C T A C G A T C T A - 3 Τα χρωμοσώματα α1 και α2 έχουν επιπλέον αλληλουχίες αζωτούχων βάσεων DNA. Χρωμόσωμα β1 Χρωμόσωμα β A T A A G T G T A T T C A C A T A C A C T T A T G T G A - 5 Τα χρωμοσώματα β1 και β2 έχουν λιγότερες αλληλουχίες αζωτούχων βάσεων DNA. Έστω ότι έχουμε το χρωμοσωμικό τύπο ζυγωτού, μετά από την αμοιβαία μετατόπιση που έχει γίνει μεταξύ των χρωμοσωμάτων Α και Β, από το οποίο προκύπτει ένας ενήλικος άνθρωπος με φυσιολογικό φαινότυπο: Αα1Ββ1. Οι πιθανοί γαμέτες του ατόμου αυτού είναι: Χρωμοσωμικός τύπος ζυγωτού Πιθανοί γαμέτες ΑΒ Αα1Ββ1 Αβ1 α1β α1β1 Η γονιμοποίηση κάθε πιθανού γαμέτη με φυσιολογικό γαμέτη: φυσιολογικός γαμέτης (ΑΒ) πιθανοί γαμέτες ΑΒ Αβ1 α1β α1β1 Απόγονοι ΑΑΒΒ ΑΑΒβ1 Αα1ΒΒ Αα1Ββ1 Φυσιολογικός φαινότυπος Φυσιολογικός καρυότυπος Ποσοστό 50% 25% 74

75 Ανάλυση χρωμοσωμικής αλληλουχίας αζωτούχων βάσεων DNA κάθε απογόνου: Στο χρωμοσωμικό τύπο ΑΑΒΒ έχουμε φυσιολογικό καρυότυπο: Χρωμόσωμα Α Χρωμόσωμα Α Χρωμόσωμα Β Χρωμόσωμα Β A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T - 5 Στο χρωμοσωμικό τύπο ΑΑΒβ1 Χρωμόσωμα Α Χρωμόσωμα Α Χρωμόσωμα Β Χρωμόσωμα β A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T A T A A G T G T A T T C A C - 5 στο μεταλλαγμένο χρωμόσωμα β1 έχουμε έλλειψη τμήματος χρωμοσώματος Β Χρωμόσωμα Β A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T - 5 και από μετατόπιση, τμήμα του χρωμοσώματος Α Χρωμόσωμα Α A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G - 3 συνεπώς, το τμήμα του χρωμοσώματος Α, συνολικά -3- φορές Χρωμόσωμα Α T C A C A G T G

76 Στο χρωμοσωμικό τύπο Αα1ΒΒ Χρωμόσωμα Α A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G - 3 Χρωμόσωμα α1 Χρωμόσωμα Β Χρωμόσωμα Β A C G G A T A T C T A G C T G C C T A T A G A T C G A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T - 5 στο μεταλλαγμένο χρωμόσωμα α1 έχουμε έλλειψη τμήματος χρωμοσώματος Α Χρωμόσωμα Α A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G - 3 και από μετατόπιση, τμήμα του χρωμοσώματος Β Χρωμόσωμα Β A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T - 5 συνεπώς, το τμήμα του χρωμοσώματος Β, συνολικά -3- φορές Χρωμόσωμα Β C G A T C T A G C T A G A T - 5 Στο χρωμοσωμικό τύπο Αα1Ββ1 έχουμε αμοιβαία μετατόπιση: Χρωμόσωμα Α Χρωμόσωμα α1 Χρωμόσωμα Β Χρωμόσωμα β A C G G A T T C A C T G C C T A A G T G A C G G A T A T C T A G C T G C C T A T A G A T C G A T A C G A T C T A T A T G C T A G A T A T A A G T G T A T T C A C - 5 όπου δεν χάνεται γενετικό υλικό και τα άτομα που τις φέρουν εμφανίζουν συνήθως φυσιολογικό φαινότυπο. 76

77 Συνδυαστικές ασκήσεις 4 ου & 6 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ Στο παρακάτω διάγραμμα απεικονίζεται η φυσιολογική μεταβολή στο ποσοστό των πολυπεπτιδικών αλυσίδων των αιμοσφαιρινών HbA, HbF και ΗbA 2 του ανθρώπου από την εμβρυική ηλικία και μετά τη γέννησή του. α) Ποιο είδος πολυπεπτιδικής αλυσίδας αντιστοιχεί σε καθεμία από τις καμπύλες Ι, ΙΙ, ΙΙΙ και IV; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Τα αποτελέσματα μιας εξέτασης αίματος σε έναν ενήλικα έδειξαν ότι οι αιμοσφαιρίνες HbA, HbF και ΗbA 2 είναι σε φυσιολογικά επίπεδα. Πόσα γονίδια είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση της HbA σε ένα σωματικό κύτταρο στη μετάφαση; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Δίνεται το παρακάτω τμήμα DNA που περιέχει τα κωδικόνια που κωδικοποιούν τα επτά πρώτα αμινοξέα της φυσιολογικής β-πολυπεπτιδικής αλυσίδας της HbA: 5 GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG 3 3 CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC 5 Η περιοριστική ενδονουκλεάση Ddel αναγνωρίζει την αλληλουχία: 5 C T G A G 3 3 G A C T C 5 και κόβει κάθε αλυσίδα μεταξύ του C και του Τ (με κατεύθυνση 5 3 ). Η αλληλουχία που αναγνωρίζει η Ddel βρίσκεται στο παραπάνω τμήμα DNA. Από ένα άτομο φορέα της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας απομονώθηκαν τμήματα DNA, που περιέχουν τα κωδικόνια τα οποία κωδικοποιούν τα επτά πρώτα αμινοξέα της β-πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Στα τμήματα αυτά επιδράσαμε με την περιοριστική ενδονουκλεάση Ddel. Πόσα τμήματα DNA διαφορετικού μήκους θα προκύψουν μετά τη δράση της Ddel; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α) Τα ερυθρά αιμοσφαίρια του ανθρώπου περιέχουν κυρίως μια πρωτεΐνη, την αιμοσφαιρίνη. Κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης έχει σφαιρικό σχήμα στο χώρο και αποτελείται από τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες ανά δύο όμοιες, καθεμία από τις οποίες συνδέεται με μία ομάδα αίμης. Οι αιμοσφαιρίνες του ενηλίκου ατόμου διαφέρουν από τις αντίστοιχες του εμβρύου. Η κύρια αιμοσφαιρίνη κατά την εμβρυϊκή ηλικία είναι η αιμοσφαιρίνη F (HbF) με σύσταση α 2 γ 2, δηλαδή αποτελείται από δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες α και από δύο γ. Κατά την ενήλικη ζωή, η κύρια αιμοσφαιρίνη είναι η HbA με σύσταση α 2 β 2, ενώ 77

78 ανιχνεύονται και μικρές ποσότητες μιας άλλης αιμοσφαιρίνης, της HbA 2, με σύσταση α 2 δ 2. Τα ενήλικα άτομα συνθέτουν επίσης πολύ μικρή ποσότητα (λιγότερο από 1 %) της HbF. Με βάση τις καμπύλες του διαγράμματος: Καμπύλη Ι: πολυπεπτιδική αλυσίδα δ, γιατί το ποσοστό της είναι πολύ μικρό στους ενήλικες. Καμπύλη ΙΙ: πολυπεπτιδική αλυσίδα γ, γιατί το ποσοστό της είναι μεγάλο κατά την εμβρυική ζωή, σταδιακά μειώνεται πριν από τη γέννηση του ατόμου και παραμένει σε πολύ μικρό ποσοστό μετά τη γέννησή του. Καμπύλη ΙΙΙ: πολυπεπτιδική αλυσίδα β, γιατί το ποσοστό της αρχίζει να αυξάνεται λίγο πριν από τη γέννηση του ατόμου και είναι σε αυξημένα επίπεδα μετά τη γέννησή του. Καμπύλη ΙV: πολυπεπτιδική αλυσίδα α, γιατί το ποσοστό της παρουσιάζει σταδιακή αύξηση κατά την εμβρυική ζωή του ατόμου και παραμένει σταθερό, σε μεγάλο ποσοστό μετά τη γέννησή του. β) Στα διπλοειδή κύτταρα υπάρχουν δύο αλληλόμορφα για μία ορισμένη γενετική θέση. Τα γονίδια που κωδικοποιούν την πολυπεπτιδική αλυσίδα α είναι διπλά, δηλαδή υπάρχουν δύο γονίδια α σε κάθε ομόλογο χρωμόσωμα. Επομένως, πριν την αντιγραφή του DNA, για τη σύνθεση καθεμίας πολυπεπτιδικής αλυσίδας έχουμε: 4 γονίδια για την α πολυπεπτιδική αλυσίδα 2 γονίδια για την β πολυπεπτιδική αλυσίδα Μετά την αντιγραφή του DNA, στο στάδιο της μετάφασης τα χρωμοσώματα είναι διπλασιασμένα, οπότε για τη σύνθεση καθεμίας πολυπεπτιδικής αλυσίδας έχουμε: 8 γονίδια για την α πολυπεπτιδική αλυσίδα 4 γονίδια για την β πολυπεπτιδική αλυσίδα γ) Η αιμοσφαιρίνη HbA (α 2 β 2 ) των ενηλίκων διαφέρει στα φυσιολογικά άτομα σε σχέση με εκείνα που πάσχουν από δρεπανοκυτταρική αναιμία. Η διαφορά εντοπίζεται στο έκτο αμινοξύ της β-πολυπεπτιδικής αλυσίδας, όπου το γλουταμινικό οξύ αντικαθίσταται από βαλίνη. Η μεταλλαγμένη αιμοσφαιρίνη συμβολίζεται ως HbS. Η αλλαγή στην ακολουθία των αμινοξέων είναι αποτέλεσμα μιας γονιδιακής μετάλλαξης στην τριπλέτα που κωδικοποιεί το γλουταμινικό οξύ. Στην κωδική αλυσίδα του DNA αλλάζει μια βάση και το φυσιολογικό κωδικόνιο GAG που κωδικοποιεί το γλουταμινικό οξύ, αντικαθίσταται από το GTG που κωδικοποιεί τη βαλίνη. Τα ετερόζυγα άτομα (φορείς) έχουν ένα φυσιολογικό β γονίδιο και ένα μεταλλαγμένο β s : φυσιολογικό γονίδιο β μεταλλαγμένο γονίδιο β s 5 GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG 3 Κωδική 3 CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC 5 μη κωδική 5 GTG CAC CTG ACT CCT GΤG GAG 3 Κωδική 3 CAC GTG GAC TGA GGA CΑC CTC 5 μη κωδική Με την επίδραση της Ddel σε DNA ετερόζυγων ατόμων, το φυσιολογικό γονίδιο β κόβεται σε δύο τμήματα επειδή υπάρχει η αλληλουχία που αναγνωρίζει η Ddel ενώ το μεταλλαγμένο γονίδιο β s δεν κόβεται από την περιοριστική ενδονουκλέαση Ddel επειδή δεν υπάρχει η αλληλουχία που αναγνωρίζει η Ddel. Άρα προκύπτουν -3- τμήματα DNA διαφορετικού μήκους μετά τη δράση της Ddel. 78

79 Συνδυαστικές ασκήσεις 5 ου & 6 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ Δίνεται το γενεαλογικό δέντρο μιας οικογένειας στην οποία εμφανίζεται η ασθένεια της αιμορροφιλίας Α. Το άτομο ΙΙΙ 1 πάσχει από αιμορροφιλία Α. Όλα τα μέλη της οικογένειας έχουν φυσιολογικό αριθμό και μέγεθος χρωμοσωμάτων. α) Να γράψετε τους πιθανούς γονότυπους όλων των μελών της οικογένειας που απεικονίζονται στο παραπάνω γενεαλογικό δέντρο και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Το ζευγάρι ΙΙ 2, ΙΙ 3 αποκτά δεύτερο παιδί με αιμορροφιλία Α και σύνδρομο Klinefelter. Να περιγράψετε τη διαδικασία μέσω της οποίας προέκυψε ο γονότυπος του συγκεκριμένου παιδιού. γ) Πόσα συνολικά μόρια DNA περιέχονται στον καρυότυπο του παιδιού με σύνδρομο Klinefelter; Να εξηγήσετε την απάντησή σας. α) Το γονίδιο που είναι υπεύθυνο για την αιμορροφιλία Α είναι υπολειπόμενο φυλοσύνδετο και συμβολίζεται με Χ α. Το φυσιολογικό αλληλόμορφο συμβολίζεται με Χ Α. Επειδή τα αρσενικά άτομα έχουν ένα Χ χρωμόσωμα ενώ τα θηλυκά έχουν δύο, θα υπάρχουν δύο πιθανοί γονότυποι στα αρσενικά: Χ α Υ και Χ Α Υ και τρεις στα θηλυκά: Χ α Χ α, Χ Α Χ α και Χ Α Χ Α. Στα αρσενικά άτομα το Χ χρωμόσωμα είναι μητρικής προέλευσης ενώ στα θηλυκά άτομα, ένα Χ χρωμόσωμα προέρχεται από τη μητέρα και ένα Χ χρωμόσωμα από τον πατέρα. Ισχύει ο πρώτος νόμος του Μέντελ ή νόμος του διαχωρισμού των αλληλόμορφων γονιδίων. Οι πιθανοί γονότυποι των ατόμων του γενεαλογικού δέντρου είναι: Ι 1 : Χ Α Υ Ι 2 : Χ Α Χ α (λόγω του ατόμου ΙΙ 2 που πρέπει να είναι φορέας) ΙΙ 1 : Χ Α Χ Α ή Χ Α Χ α ΙΙ 2 : Χ Α Χ α (λόγω του ατόμου ΙΙΙ 1 που πάσχει) ΙΙ 3 : Χ Α Υ ΙΙΙ 1 : Χ α Υ β) Ο χρωμοσωμικός τύπος του ατόμου με αιμορροφιλία Α και σύνδρομο Klinefelter είναι: 47 = 44+Χ α Χ α Υ και προέκυψε σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα: Άτομο Ωάριο Σπερματοζωάριο 44+Χ α Χ α Υ 22+Χ α Χ α 22+Υ Στο ωάριο έχουμε μη διαχωρισμό των αδελφών χρωματίδων του Χ α χρωμοσώματος κατά τη δεύτερη μειωτική διαίρεση. Γονιμοποίηση του ωαρίου με φυσιολογικό σπερματοζωάριο δίνει ζυγωτό με το ζητούμενο άτομο. 79

80 Διαγραμματική απεικόνιση σχηματισμού γαμετών: Γονότυποι γονέων Αντιγραφή DNA 1 η μειωτική διαίρεση: Διαχωρισμός των ομολόγων φυλετικών χρωμοσωμάτων 2η μειωτική διαίρεση: Διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων κάθε χρωμοσώματος Ωάριο: Σπερματοζωάριο: μη διαχωρισμός αδελφών χρωματίδων Χ α Ζυγωτό 44+X α Χ α Y Klinefelter γ) Στη μετάφαση, η ποσότητα του DNA είναι ήδη διπλασιασμένη. Στο στάδιο αυτό ο υψηλός βαθμός συσπείρωσης καθιστά τα μεταφασικά χρωμοσώματα ευδιάκριτα και έτσι είναι εύκολο να παρατηρηθούν με το οπτικό μικροσκόπιο. Επομένως, στον καρυότυπο του ατόμου αυτού περιέχονται 47 Χ 2 = 94 μόρια DNA. 80

81 Ασκήσεις 7 ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1. Στους δοκιμαστικούς σωλήνες (1, 2, 3) φαίνεται η διαβάθμιση της συγκέντρωσης του οξυγόνου και η περιοχή ανάπτυξης τριών ειδών μικροοργανισμών σε υγρό θρεπτικό υλικό. Οι μικροοργανισμοί απεικονίζονται ως μαύρες κουκίδες. Σε ποιον από τους τρεις δοκιμαστικούς σωλήνες έχουμε καλλιέργεια μυκήτων που χρησιμοποιούνται στην αρτοβιομηχανία, βακτηρίων του γένους Clostridium και βακτηρίων του γένους Mycobacterium; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Η παρουσία ή απουσία Ο 2 μπορεί να βοηθήσει ή να αναστείλει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών. Υπάρχουν μικροοργανισμοί όπως τα βακτήρια του γένους Mycobacterium (δοκιμαστικός σωλήνας 1) που για την ανάπτυξή τους απαιτούν υψηλή συγκέντρωση Ο 2 (υποχρεωτικά αερόβιοι). Υπάρχουν μικροοργανισμοί όπως τα βακτήρια του γένους Clostridium (δοκιμαστικός σωλήνας 2) για τους οποίους το Ο 2 είναι τοξικό (υποχρεωτικά αναερόβιοι). Οι μύκητες που χρησιμοποιούνται στην αρτοβιομηχανία (δοκιμαστικός σωλήνας 3), ανήκουν στην κατηγορία των μικροοργανισμών που αναπτύσσονται παρουσία Ο 2 με ταχύτερο ρυθμό απ' ό,τι απουσία Ο 2 (προαιρετικά αερόβιοι). 2. Στο παρακάτω διάγραμμα απεικονίζεται η καμπύλη ανάπτυξης ενός μικροοργανισμού και του προϊόντος που παράγει, όταν αυτός καλλιεργηθεί σε βιοαντιδραστήρα. α) Ποια καμπύλη απεικονίζει την ανάπτυξη του μικροοργανισμού και ποια καμπύλη το παραγόμενο προϊόν; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να ονομάσετε τις φάσεις ανάπτυξης του μικροοργανσιμού που σχετίζονται με την παραγωγή του προϊόντος, αναφέροντας τα αντίστοιχα χρονικά διαστήματα. γ) Ποιες διαδικασίες θα ακολουθήσουμε για την παραλαβή και αξιοποίηση του προϊόντος, αν υποθέσουμε ότι αυτό εκκρίνεται από τον μικροοργανισμό; 81