ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ «Ερωτήσεις θεωρίας» «Σχόλια και Επισημάνσεις» «Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής» «Ερωτήσεις Σωστό - Λάθος» «Ερωτήσεις κρίσεως Συνδυαστικές» «Αναλυτική μεθοδολογία ασκήσεων» «Λυμένες ασκήσεις με υποδειγματική αιτιολόγηση» «Ασκήσεις για λύση» «Κριτήρια αξιολόγησης» «Απαντήσεις ερωτήσεων του σχολικού Βιβλίου»
Πρόλογος Με τη διδασκαλία του μαθήματος της Βιολογίας στο σχολείο επιδιώκεται η απόκτηση γνώσεων σχετικών με έννοιες, θεωρίες, νόμους και αρχές που αφορούν την επιστήμη της Βιολογίας. Οι απαιτήσεις των θεμάτων στο μάθημα της βιολογίας της ομάδας προσανατολισμού θετικών σπουδών που τίθενται στις Πανελλαδικές εξετάσεις απαιτούν πολύ καλή κατανόηση της διδακτέας ύλης, κριτική και συνδυαστική σκέψη και επιπλέον απαιτούνται γνώσεις οι οποίες δεν αναλύονται με σαφήνεια από το σχολικό βιβλίο. Μέσα από το βιβλίο αυτό, που έχει συγγραφεί με ιδιαίτερη επιμέλεια και μεθοδικότητα, προσπάθησα να καλύψω τα τμήματα εκείνα της διδακτέας ύλη που δεν αναλύονται σε ικανοποιητικό βαθμό από το σχολικό βιβλίο. Για το λόγο αυτό, εκτός από τις απλές ερωτήσεις κατανόησης, το βιβλίο περιέχει σχόλια, διευκρινίσεις και επισημάνσεις που διευκρινίζουν τυχόν απορίες του μαθητή. Επίσης θεώρησα απαραίτητο να υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός ασκήσεων. Εκτός από τις συνηθισμένες ασκήσεις, που υπάρχουν για το συγκεκριμένο κεφάλαιο, έκρινα απαραίτητο το βιβλίο να περιέχει, μεταξύ άλλων, πρωτότυπες ασκήσεις, άλλα και ασκήσεις των οποίων η θεματολογία είναι απαραίτητη για την επίλυση θεμάτων που καλείται να αντιμετωπίσει ο μαθητής στα επόμενα κεφάλαια της διδακτέας ύλης. Ιδιαίτερα σημαντικές είναι οι εικόνες που συμπληρώνουν τη θεωρία, την καθιστούν πιο εύληπτη και κατανοητή και δίνουν τη δυνατότητα στο μαθητή να έχει άμεση αντίληψη των διαδικασιών που δεν περιγράφονται λεπτομερώς. Επίσης η αναλυτική μεθοδολογία των ασκήσεων, τα παραδείγματα με υποδειγματική αιτιολόγηση καθώς και η παράθεση ποικίλων ασκήσεων διαβαθμιζόμενης δυσκολίας, καθιστούν, κατά τη γνώμη μου, το συγκεκριμένο βιβλίο σημαντική προσφορά στην προσπάθεια των μαθητών και των συναδέλφων. Σπύρος Δ. Συγγελάκης
Το βιβλίο περιέχει: 1. «24 Ερωτήσεις θεωρίας» Να περιγράψετε το πείραμα του Griffith. Πώς ο Griffith ερμήνευσε το μετασχηματισμό των αδρών μη παθογόνων βακτηρίων σε λεία παθογόνα; Απάντηση Το 1928 ο Griffith χρησιμοποίησε δυο στελέχη του βακτηρίου πνευμονιόκοκκος (Diplococcus pneumoniae) τα οποία ξεχωρίζουν μορφολογικά όταν καλλιεργηθούν σε θρεπτικό υλικό λόγω της παρουσίας ή μη ενός προστατευτικού καλύμματος. Το στέλεχος που είχε κάλυμμα σχημάτιζε λείες αποικίες και ήταν παθογόνο, δηλαδή σκότωνε τα ποντίκια που μόλυνε, ενώ εκείνο που δεν είχε κάλυμμα σχημάτιζε αδρές αποικίες και δεν ήταν παθογόνο. Ο Griffith χρησιμοποίησε υψηλή θερμοκρασία, για να σκοτώσει τα λεία βακτήρια και με αυτά μόλυνε ποντικούς οι οποίοι παρέμεναν ζωντανοί Όταν όμως
ανέμειξε νεκρά λεία βακτήρια με ζωντανά αδρά και με το μείγμα μόλυνε ποντικούς, τότε αυτοί πέθαναν. Στο αίμα των νεκρών ποντικών βρέθηκαν ζωντανά λεία βακτήρια. Ο Griffith συμπέρανε ότι μερικά αδρά βακτήρια μετασχηματίστηκαν σε λεία παθογόνα ύστερα από αλληλεπίδραση με τα νεκρά λεία βακτήρια, αλλά δεν μπόρεσε να δώσει ικανοποιητική εξήγηση για το πως γίνεται αυτό. 2. «Σχόλια και Επισημάνσεις» Στα ζωικά κύτταρα το ωάριο προσφέρει σχεδόν πάντα όλο το κυτταρόπλασμα και επομένως, και τα μιτοχόνδρια για το σχηματισμό του ζυγωτού. Το συνολικό DNA ενός κυττάρου αποτελείται από το DNA του πυρήνα και από το DNA που υπάρχει στα μιτοχόνδρια ή τους χλωροπλάστες, ανάλογα με το είδος του κυττάρου. Επομένως πρέπει να γίνεται διάκριση ανάμεσα στο πυρηνικό και στο συνολικό DNA ενός κυττάρου διότι, όπως αναφέρθηκε, αυτό περιλαμβάνει το DNA του πυρήνα καθώς και το DNA του κυτταροπλάσματος.
3. «50 Ερωτήσεις Πολλαπλής επιλογής» Τα πλασμίδια α. αποτελούνται από DNA και ιστόνες β. είναι μονόκλωνα μόρια γ. κωδικοποιούν μεγάλο αριθμό πρωτεϊνών δ. περιέχουν μικρό αριθμό γονιδίων Ο καρυότυπος ενός φυσιολογικού ανθρώπου απεικονίζει χρωμοσώματα στα οποία υπάρχουν α. 23 μόρια DNA β. 92 μόρια DΝΑ γ. 46 ινίδια χρωματίνης δ. 46 μόρια DNA Ένα φυσιολογικό ανθρώπινο ωάριο περιέχει α. 22 αυτοσωμικά χρωμοσώματα β. 3 10 9 βάσεις γ. ένα χρωμόσωμα Υ δ. δύο χρωμοσώματα Χ 4. «54 Ερωτήσεις Σωστό Λάθος» Κάθε γαμέτης περιέχει μια χρωματίδα από κάθε ζευγάρι ομολόγων χρωμοσωμάτων του μητρικού κυττάρου. Το 1 ο μεταφασικό χρωμόσωμα στον άνθρωπο διαφέρει από το 3 ο μεταφασικό χρωμόσωμα στην ποσότητα του DNA. Στις αντίστοιχες θέσεις των ομολόγων χρωμοσωμάτων υπάρχουν γονίδια που ελέγχουν την ίδια ιδιότητα.
5. «11 Ερωτήσεις Κρίσεως» 1. Στο 3 ο χρωμόσωμα ενός σωματικού κυττάρου Κ εδράζεται κάποιο γονίδιο που κωδικοποιεί το ένζυμο Α. Το κύτταρο Κ υφίσταται δύο διαδοχικές κυτταρικές διαιρέσεις. Στα θυγατρικά κύτταρα που προέκυψαν υπάρχουν συνολικά 4 αντίγραφα του συγκεκριμένου γονιδίου. Το κύτταρο αυτό είναι απλοειδές ή διπλοειδές; 12. Η ποσότητα του DNA σ έναν ανθρώπινο φυσιολογικό γαμέτη είναι μικρότερη από 1m. Γιατί συμβαίνει αυτό; «28 Συνδυαστικές» 11. Από τη σύγκριση του γενετικού υλικού δύο φυσιολογικών ανθρώπινων κυττάρων διαπιστώσαμε διαφορές στην ποσότητα του DNA. Να εξηγήσετε που οφείλονται οι διαφορές αυτές αν τα δύο αυτά κύτταρα, α. απομονώθηκαν από τον ίδιο άνθρωπο β. απομονώθηκαν από δύο διαφορετικούς ανθρώπους. 6. Αναλυτική «Μεθοδολογία» «Κυτταρικός κύκλος» Σε ένα πολυκύτταρο οργανισμό, όλα τα κύτταρά του δεν περιέχουν την ίδια ποσότητα γενετικού υλικού. Αυτό εξαρτάται από το είδος του κυττάρου (σωματικό ή γεννητικό), καθώς και από το στάδιο του κυτταρικού κύκλου που βρίσκεται το κύτταρο, όταν διαιρείται. Έτσι, τα σωματικά κύτταρα στην αρχή της μεσόφασης περιέχουν διπλάσια ποσότητα DNA σε σχέση με τα γεννητικά (ωάρια ή σπερματοζωάρια). Ένα κύτταρο που διαιρείται περιέχει διπλάσια ποσότητα DNA σε σχέση με τα σωματικά κύτταρα που δε διαιρούνται, επειδή κατά τη μεσό-
φαση, που είναι προπαρασκευαστικό στάδιο του κυτταρικού κύκλου, γίνεται η αντιγραφή του DΝΑ. Κατά τη διάρκεια των σταδίων του κυτταρικού κύκλου ο αριθμός των χρωμοσωμάτων του κυττάρου δε μεταβάλλεται. Το γενετικό υλικό ενός ευκαρυωτικού κυττάρου οργανώνεται σε χρωμοσώματα. Η ποσότητα DNA που αποτελεί κάθε χρωμόσωμα εξαρτάται πάντα από το στάδιο της κυτταρικής διαίρεσης που βρίσκεται το κύτταρο. Αν το κύτταρο βρίσκεται στην αρχή της μεσόφασης, επομένως το κύτταρο δεν έχει διπλασιάσει το γενετικό του υλικό, τότε κάθε χρωμόσωμα αποτελείται από ένα μόνο μόριο DNA. Aν το κύτταρο έχει διπλασιάσει το γενετικό του υλικό, άρα βρίσκεται μετά το τέλος της μεσόφασης, τότε σε όλα τα στάδια της μίτωσης που ακολουθούν και μέχρι το κύτταρο να διαιρεθεί προκειμένου να προκύψουν τα δύο νέα κύτταρα, κάθε χρωμόσωμα του κυττάρου αποτελείται από δύο χρωματίδες, δηλαδή από δυο πανομοιότυπα μόρια DNA. «20 Παραδείγματα» Ένα κύτταρο περιέχει στον πυρήνα του 10 χρωμοσώματα. Πόσα μόρια DNA αποτελούν τα χρωμοσώματα του συγκεκριμένου κυττάρου στην αρχή της μεσόφασης και στην μετάφαση της μίτωσης; Απάντηση Αν το κύτταρο αυτό βρίσκεται στην αρχή της μεσόφασης τότε τα 10 χρωμοσώματα του αποτελούνται από 10 μόρια DNA. Aν το ίδιο κύτταρο βρίσκεται στη μετάφαση, επομένως το γενετικό υλικό του κυττάρου είναι διπλασιασμένο, στα 10 χρωμοσώματα του κυττάρου υπάρχουν συνολικά 20 μόρια DNA. Έστω ένα κύτταρο που βρίσκεται στο στάδιο της μετάφασης της μίτωσης Στο κύτταρο αυτό υπάρχουν στα χρωμοσώματα του συνολικά 60 μόρια DNA. Πόσα χρωμοσώματα περιέχει το κύτταρο αυτό στον πυρήνα του; Πόσα κεντρομερίδια, πόσες χρωματίδες και πόσοι βραχίονες αποτελούν τα μεταφασικά χρωμοσώματα του συγκεκριμένου κυττάρου;
Απάντηση Κάθε μεταφασικό χρωμόσωμα αποτελείται από δύο αδελφές χρωματίδες, ενωμένες με ένα κεντρομερίδιο. Σε κάθε μεταφασικό χρωμόσωμα υπάρχουν συνολικά 4 βραχίονες. Επειδή το κύτταρο είναι μεταφασικό, το γενετικό του υλικό έχει διπλασιαστεί. Κάθε χρωμόσωμά του επομένως αποτελείται από 2 χρωματίδες δηλαδή από 2 μόρια DNA. Συνεπώς τα 60 μόρια DNA συγκροτούν 30 χρωμοσώματα τα οποία αποτελούνται από 60 χρωματίδες και στα οποία υπάρχουν συνολικά 30 κεντρομερίδια και 120 βραχίονες διαφορετικού μεγέθους. Δίνονται δύο μόρια DNA Μόριο Α 5 C C C A A A 3 3 G G G T T T 5 Mόριο B 5 A T C T A G 3 3 T A G A T C 5 Τα μόρια αυτά, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, πρόκειται να συνδεθούν. Να γράψετε τα πιθανά μόρια DNA που θα προκύψουν. Απάντηση Τα μόρια Α και Β μπορούν να συνδεθούν με τέσσερις διαφορετικούς τρόπους: 1. 5 C C C Α A A A T C T A G 3 3 G G G T T T T A G A T C 5 2. 5 A T C T A G C C C A A A 3 3 T A G A T C G G G T T T 5 3. 5 C C C A A A C T A G A T 3 3 G G G T T T G A T C T A 5 4. 5 T T T G G G C C C A A A 3 3 A A A C C C G G G T T T 5
7. «5 Παραδείγματα με Υποδειγματική Αιτιολόγηση» Ένα γεννητικό κύτταρο του διπλοειδούς οργανισμού Zea mays (καλαμπόκι) περιέχει 5 χρωμοσώματα. α. Το κύτταρο αυτό είναι απλοειδές ή διπλοειδές; Πόσα χρωμοσώματα περιέχονται σε ένα σωματικό κύτταρο του ίδιου οργανισμού; β. Πόσα μόρια DNA αποτελούν το γενετικό υλικό ενός γεννητικού και ενός σωματικού κυττάρου; γ. Πόσα χρωμοσώματα και μόρια DNA συνολικά υπάρχουν σε ένα σωματικό κύτταρο του οργανισμού, στο τέλος της μεσόφασης και στο στάδιο της μετάφασης της μίτωσης; δ. Αν το μέγεθος του γονιδιώματος σε ένα σωματικό κύτταρο, στο στάδιο της μετάφασης της μίτωσης, είναι 20 10 9 ζεύγη βάσεων, να προσδιορίσετε το μέγεθος του γονιδιώματος σε ένα γεννητικό κύτταρο του οργανισμού. Απάντηση Γνωρίζουμε ότι, Οι γαμέτες που είναι κύτταρα απλοειδή περιέχουν τη μισή ποσότητα DΝΑ σε σχέση με τα σωματικά κύτταρα που είναι διπλοειδή. Τα μόρια του DΝΑ, στα ευκαρυωτικά κύτταρα, πακετάρονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν τα ινίδια χρωματίνης. Συγκεκριμένα κατά τη μεσόφαση το γενετικό υλικό έχει μικρό βαθμό συσπείρωσης και σχηματίζει δίκτυο ινιδίων χρωματίνης. Κατά συνέπεια τα ινίδια χρωματίνης δεν είναι ορατά ως μεμονωμένες δομές με το οπτικό μικροσκόπιο. Με το τέλος της αντιγραφής κάθε ινίδιο χρωματίνης έχει διπλασιαστεί. Τα δύο αντίγραφα κάθε ινιδίου συνδέονται μεταξύ τους με μια δομή που ονομάζεται κεντρομερίδιο. Ο όρος αδελφές χρωματίδες χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα διπλασιασμένα χρωμοσώματα κατά το χρονικό διάστημα που είναι συνδεδεμένα στο κεντρομερίδιο. Με βάση τις παραπάνω παρατηρήσεις προκύπτει ότι,
α. Το κύτταρο που απομονώθηκε έχει περιττό αριθμό χρωμοσωμάτων και συνεπώς τα χρωμοσώματα του δεν μπορεί να είναι ανά δυο όμοια. Συνεπώς είναι κύτταρο γαμέτης του φυτού. Ένα σωματικού κύτταρο του φυτού περιέχει στον πυρήνα του 10 χρωμοσώματα. β. Σε ένα γεννητικό κύτταρο και σε ένα σωματικό κύτταρο του φυτού, στην αρχή της μεσόφασης, κάθε χρωμόσωμα είναι ένα δίκλωνο γραμμικό μόριο DΝΑ πακεταρισμένο με πρωτεΐνες που ονομάζεται και ινίδιο χρωματίνης. Επομένως στο γεννητικό κύτταρο του καλαμποκιού περιέχονται 5 χρωμοσώματα τα οποία αποτελούνται συνολικά από 5 μόρια DΝΑ. Σε ένα σωματικό κύτταρο του ίδιου φυτού, στην αρχή της μεσόφασης, περιέχονται 10 χρωμοσώματα τα οποία αποτελούνται συνολικά από 10 μόρια DΝΑ. γ. Στο τέλος της μεσόφασης το γενετικό υλικό του κυττάρου είναι διπλασιασμένο και κάθε χρωμόσωμα αποτελείται από 2 πανομοιότυπα μόρια DΝΑ που ονομάζονται αδελφές χρωματίδες. Στο τέλος της μεσόφασης το κύτταρο περιέχει στον πυρήνα του 10 χρωμοσώματα στα οποία συνολικά υπάρχουν 20 μόρια DΝΑ. Στο στάδιο της μετάφασης της μίτωσης το γονιδίωμα του κυττάρου αποτελείται από 10 χρωμοσώματα στα οποία υπάρχουν συνολικά 20 μόρια DΝΑ. δ. Με βάση τα παραπάνω το μέγεθος του γονιδιώματος σε ένα σωματικό κύτταρο στην αρχή της μεσόφασης θα είναι ίσο προς 10 10 9 ζεύγη βά-σεων, ενώ σε ένα γαμέτη του φυτού, το μέγεθος του γονιδιώματος θα είναι ίσο με 5 10 9 ζεύγη βάσεων. 8. «85 Ασκήσεις για Λύση» Δίνεται το παρακάτω τμήμα DNΑ Να συμπληρώσετε το τμήμα βάσεων της αλυσίδας Ι που λείπει και να υποδείξετε με ένα βέλος την κατεύθυνση ένταξης των νουκλεοτιδίων στην αλυσίδα αυτή.
Δίνονται δυο φυσιολογικοί οργανισμοί Α και Β που ανήκουν στο ίδιο είδος. Στον οργανισμό Α το δίκλωνο μόριο DΝΑ του χρωμοσώματος Υ έχει σχετική μοριακή μάζα Μr =3 10 6. α. να υπολογίσετε τον αριθμό των δεσμών υδρογόνου που περιέχονται στο χρωμόσωμα Υ. Δίνεται ότι η αζωτούχος βάση αδενίνη (Α) αποτελεί το 35% των βάσεων του και ότι η μέση σχετική μοριακή μάζα (Μr) των νουκλεοτιδίων είναι 300. β. Αν το πυρηνικό DNA του οργανισμού Β διαφέρει από το πυρηνικό DNA του οργανισμού Α κατά 12 10 3 ζεύγη βάσεων, να υπολογίσετε το συνολικό μήκος, σε nm, των φυλετικών χρωμοσωμάτων των οργανισμών Α και Β στο στάδιο της μετάφασης της μίτωσης. Δίνεται ότι μια πλήρης στροφής της διπλής έλικας του DNA αποτελείται από 10 ζεύγη βάσεων και έχει μήκος 3,4 nm. 9. «2 Διαγωνίσματα» και «18 Ερωτήσεις σύντομης απάντησης» 10. «Απαντήσεις»