ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 01/12/2013 ΘΕΜΑ 1 Ο Να επιλέξετε την φράση που συμπληρώνει ορθά κάθε μία από τις ακόλουθες προτάσεις: 1. Τα ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια υπάρχουν: Α. στους RNA ιούς Β. στα ευκαρυωτικά κύτταρα Γ. στα προκαρυωτικά κύτταρα Δ. στα χρωμοσώματα 2. Στο σύμπλοκο έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης δεν περιλαμβάνεται: Α. η μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος Β. η μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος Γ. το mrna Δ. το trna με τη μεθειονίνη 3. Ως επαγωγέας της μεταγραφής του οπερονίου της λακτόζης δρα: Α. η πρωτεΐνη καταστολέας Β. το ρυθμιστικό γονίδιο Γ. η ίδια η λακτόζη Δ. τα τρία ένζυμα που παράγονται από το οπερόνιο 4. Τεχνική αντιγραφής τμημάτων DNA χωρίς τη μεσολάβηση ζωντανών κυττάρων αποτελεί η: Α. γονιδιωματική βιβλιοθήκη Β. cdna βιβλιοθήκη Γ. PCR Δ. υβριδοποίηση Σελίδα 1 από 7
5. Δύο γονίδια που ελέγχουν την ίδια ιδιότητα με διαφορετικό τρόπο λέγονται: Α. ομόλογα Β. υπολειπόμενα Γ. επικρατή Δ. αλληλόμορφα ΜΟΝΑΔΕΣ 25 ΘΕΜΑ 2 Ο A. Τα πλασμίδια είναι γνωστό ότι χρησιμοποιούνται ως φορείς κλωνοποίησης. Να αναφέρετε δύο χαρακτηριστικά που πρέπει να διαθέτει ένα πλασμίδιο, ώστε να χρησιμοποιηθεί ως φορέας κλωνοποίησης. Ποιο άλλο μόριο DNA χρησιμοποιείται επίσης ως φορέας κλωνοποίησης και με ποιο κριτήριο θα επιλέγατε τον κατάλληλο, εκ των δύο μορίων, φορέα για την κατασκευή γονιδιωματικής βιβλιοθήκης ενός συγκεκριμένου οργανισμού; ΜΟΝΑΔΕΣ 7 (4+3) Το πλασμίδιο που θα χρησιμοποιηθεί ως φορέας κλωνοποίησης πρέπει: Να φέρει ένα τουλάχιστον γονίδιο ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικό, Να υπάρχει στις αλληλουχίες του μόνον μία φορά η αλληλουχία που αναγνωρίζει η περιοριστική ενδονουκλεάση που θα χρησιμοποιηθεί για τον ανασυνδυασμό του. Εκτός από τα πλασμίδια, ως φορείς κλωνοποίησης χρησιμοποιείται το DNA των φάγων, όπως του φάγου λ. Το μόριο αυτό χρησιμοποιείται ως φορέας στην περίπτωση που πρόκειται να κλωνοποιηθούν τμήματα DNA μεγάλου μήκους. Β. Να εξηγήσετε τον ρόλο της DNA δεσμάσης στην αντιγραφή του DNA και στην τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA. Όπως στο φροντιστηριακό, σελίδα 66. Γ. Να εξηγήσετε τον ρόλο των μεταγραφικών παραγόντων σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο. Όπως στο σχολικό ή φροντιστηριακό βιβλίο, σελίδα 71, «Τα ρυθμιστικά στοιχεία. Σωστά η μεταγραφή.» Δ. Να γράψετε τους ορισμούς για τις έννοιες: γονότυπος, φαινότυπος. Όπως στο σχολικό ή φροντιστηριακό βιβλίο, σελίδα 173, «Γονότυπος. βιοχημική σύσταση.» Σελίδα 2 από 7
ΘΕΜΑ 3 Ο Α. Η αλληλουχία αποτελεί τμήμα DNA ενός πλασμιδίου. Στο τμήμα αυτό περιέχεται και η θέση έναρξης της αντιγραφής του πλασμιδίου. ΑΛΥΣΙΔΑ 1: AATCAGGTCTTCCGTGTCTTAAGTTACCTAAG ΑΛΥΣΙΔΑ 2: TTAGTCCAGAAGGCACAGAATTCAATGGATTC i. Να εξηγήσετε με ποιον τρόπο συμβαίνει η αντιγραφή του DNA. ΜΟΝΑΔΕΣ 4 Με ημισυντηρητικό τρόπο, όπως στο σχολικό ή φροντιστηριακό βιβλίο, σελίδα 63, «Ο μηχανισμός.. αλυσίδα.» ii. Η αλληλουχία 5' CUGUGCCUU 3' αποτελεί το ένα από τα δύο πρωταρχικά τμήματα που σχηματίζονται στη θέση έναρξης αντιγραφής του πλασμιδίου. Να γράψετε την αλληλουχία των βάσεων των αλυσίδων του DNA στο τετράδιό σας και να σημειώσετε τα 3' και 5' άκρα τους. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Να γράψετε επίσης την αλληλουχία βάσεων του τμήματος της μητρικής αλυσίδας 2 που αντιγράφεται με τρόπο συνεχή, χωρίς να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ΜΟΝΑΔΕΣ 5 (4+1) ΑΛΥΣΙΔΑ 1: AATCAGGTCTTCCGTGTCTTAAGTTACCTAAG 3 UUCCGUGUC 5 ΑΛΥΣΙΔΑ 2: TTAGTCCAGAAGGCACAGAATTCAATGGATTC Όπως φαίνεται στο σχήμα, το πρωταρχικό τμήμα είναι συμπληρωματικό με τμήμα της αλυσίδας 2. Δεδομένου ότι η νέα αλυσίδα συντίθεται συμπληρωματικά και αντιπαράλληλα με τη μητρική, και επιπλέον οι δύο αλυσίδες του μορίου του DNA είναι αντιπαράλληλες, τα άκρα των αλυσίδων 1 και 2 είναι: ΑΛΥΣΙΔΑ 1: 3 AATCAGGTCTTCCGTGTCTTAAGTTACCTAAG 5 ΑΛΥΣΙΔΑ 2: 5 TTAGTCCAGAAGGCACAGAATTCAATGGATTC 3 Δεδομένου ότι στο σημείο αυτό υπάρχει θέση έναρξης, το τμήμα της αλυσίδας 2 που αντιγράφεται με τρόπο συνεχή είναι απέναντι από το οποίο συντίθεται αρχικά το πρωταρχικό τμήμα και συνεχίζει η σύνθεση αλυσίδας DNA με προσανατολισμό 5 3. Δηλαδή το τμήμα: ΑΛΥΣΙΔΑ 2: 5 TTAGTCCAGAAGGCACAG 3 iv. Να εξηγήσετε εάν η περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI είναι κατάλληλη για τον ανασυνδυασμό αυτού του πλασμιδίου και την κατασκευή γονιδιωματικής ή cdna βιβλιοθήκης. ΜΟΝΑΔΕΣ 4 Από την αλληλουχία βάσεων των δύο αλυσίδων είναι φανερό ότι η EcoRI τέμνει αυτήν την αλληλουχία, διότι εσωτερικά υπάρχει το τμήμα 5 GAATTC 3 και το συμπληρωματικό του. Σελίδα 3 από 7
ΑΛΥΣΙΔΑ 1: 3 AATCAGGTCTTCCGTGTCTTAAGTTACCTAAG 5 ΑΛΥΣΙΔΑ 2: 5 TTAGTCCAGAAGGCACAGAATTCAATGGATTC 3 Θέση έναρξης αντιγραφής Η αλληλουχία που αναγνωρίζει η EcoRI βρίσκεται όμως στη μοναδική θέση έναρξης αντιγραφής του πλασμιδίου, την οποία και τέμνει. Τα πλασμίδια χρησιμοποιούνται ως φορείς κλωνοποίησης εξαιτίας της ιδιότητάς τους να αντιγράφονται ακόμη και ανεξάρτητα μέσα στο κύτταρο ξενιστή. Συνεπώς, η περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI είναι ακατάλληλη για τον ανασυνδυασμό αυτού του πλασμιδίου, διότι καταστρέφει την αλληλουχία της θέσης έναρξης αντιγραφής. Β. Στο σχήμα απεικονίζεται δίκλωνο DNA που συντέθηκε κατά τον σχηματισμό cdna βιβλιοθήκης. α β 5' GCATGCAGAATTCGAATTGAGTTA 3' 3' CGTACGTCTTAAGCTTAACTCAAT 5' γ δ i. Ποιο από τα βέλη α, β, γ, δ υποδηλώνει την κατεύθυνση της αντίστροφης μεταγραφής; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ΜΟΝΑΔΕΣ 5 (2+3) Το μόριο του mrna που απομονώθηκε από κύτταρο, προκειμένου να κατασκευαστεί cdna βιβλιοθήκη, χρησιμοποιείται ως καλούπι από την αντίστροφη μεταγραφάση για τη σύνθεση αλυσίδας cdna που είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη με αυτό. Στη συνέχεια απέναντι από την αλυσίδα cdna συντίθεται αλυσίδα DNA με τη βοήθεια της DNA- πολυμεράσης και πάλι σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. Δεδομένου ότι το mrna κωδικοποιεί πεπτίδιο, φέρει στην αλληλουχία του το κωδικόνιο έναρξης 5 AUG 3 και ένα από τα κωδικόνια λήξης 5 UGA 3, 5 UAG 3, 5 UAA 3, η αλυσίδα cdna φέρει την τριπλέτα 3 TAC 5 και μία από τις τριπλέτες 3 ACT 5, 3 ATC 5, 3 ATT 5. Συνεπώς, η cdna αλυσίδα είναι η δεύτερη, ενώ το βέλος που υποδεικνύει τη φορά της αντίστροφης μεταγραφής είναι το δ, διότι η σύνθεση κάθε πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας γίνεται με προσανατολισμό 5 3. ii. Να γράψετε την αλληλουχία βάσεων του mrna από το οποίο δημιουργήθηκε η αλληλουχία αυτή, σημειώνοντας τα άκρα του. Να μην αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ΜΟΝΑΔΕΣ 3 Το μόριο mrna από το οποίο προέκυψε το δίκλωνο αυτό τμήμα είναι: 5' GC AUG CAG AAU UCG AAU UGA GUUA 3' Σελίδα 4 από 7
iii. Οι αλληλουχίες Ι, ΙΙ, ΙΙΙ αποτελούν ανιχνευτές. Να γράψετε τι είναι ο ανιχνευτής και να εξηγήσετε ποιος από τους ακόλουθους ανιχνευτές (I, II, III) είναι κατάλληλος για την υβριδοποίηση της συγκεκριμένης αλληλουχίας από τη cdna βιβλιοθήκη; (I) 5' TTCGAA 3' (II) 5' ATTCAGT 3' (III) 5' GCTAGC 3' ΜΟΝΑΔΕΣ 4 Για τον ορισμό του ανιχνευτή, όπως στο σχολικό ή φροντιστηριακό βιβλίο, σελίδα 144, «Πρόκειται για. βιβλιοθήκη.» Από τους ανιχνευτές Ι, ΙΙ, ΙΙΙ συμπληρωματικός και αντιπαράλληλος με την αλληλουχία που επιθυμούμε να απομονώσουμε είναι ο Ι. 3 AAGCΤΤ 5 5' GCATGCAGAATTCGAATTGAGTTA 3' 3' CGTACGTCTTAAGCTTAACTCAAT 5' ΘΕΜΑ 4 Ο Η αλληλουχία αποτελεί ασυνεχές γονίδιο: Σελίδα 5 από 7 αλυσίδα 1: ΑΑΤΤΤΤCACACGTGAAAGGGCGCATGCAATT TTAAAAGTGTGCACTTTCCCGCGTACGTTAA αλυσίδα 2: Το γονίδιο αυτό εκφράζεται σε ηπατικό και σπληνικό κύτταρο ανθρώπου, όπου και κωδικοποιεί το ολιγοπεπτίδιο (το οποίο δεν υπόκειται σε τροποποίηση μετά τη μετάφραση): H 2 N-met-phe-his-val-COOH Α. Να γράψετε ποια αλυσίδα του γονιδίου (1 ή 2) είναι η μη κωδική και ποια η κωδική. Να ξαναγράψετε την αλληλουχία στο τετράδιό σας και να συμπληρώσετε τα 3' και 5' άκρα των αλυσίδων της. Να γράψετε επίσης την αλληλουχία στο πρόδρομο και στο ώριμο mrna και να σημειώσετε τα 3' και 5' άκρα τους. Να μην αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. (3+1+2) Μη κωδική είναι η αλυσίδα 1 και κωδική η αλυσίδα 2. αλυσίδα 1: 5 ΑΑΤΤΤΤCACACGTGAAAGGGCGCATGCAATT 3 αλυσίδα 2: 3 TTAAAAGTGTGCACTTTCCCGCGTACGTTAA 5 Πρόδρομο mrna: 5 AAUUGC AUGCGCCCUUUCACGUGUGA AAAUU 3 Ώριμο mrna: 5 AAUUGC AUG UUU CAC GUG UGA AAAUU 3 Β. Να περιγράψετε τον ορισμό του κωδικονίου και του αντικωδικονίου. Να εξηγήσετε πόσα κωδικόνια υπάρχουν στο εν λόγω γονίδιο και πόσα αντικωδικόνια trna χρησιμοποιήθηκαν κατά τη σύνθεση του ολιγοπεπτιδίου.
(3+3) Για τον ορισμό του κωδικονίου και του αντικωδικονίου, όπως στο σχολικό ή φροντιστηριακό βιβλίο, σελίδα 75, «Ο γενετικός κώδικας. ένα αμινοξύ.» και σελίδα 77, «Κάθε μόριο mrna.» Δεδομένου ότι κάθε αμινοξύ του πεπτιδίου που συντίθεται κωδικοποιείται από ένα κωδικόνιο, ενώ υπάρχει πάντα και ένα κωδικόνιο λήξης, είναι φανερό ότι στο mrna αυτό παρατηρούνται 5 κωδικόνια. Τα αντικωδικόνια που χρησιμοποιήθηκαν όμως για τη μετάφραση αυτού του mrna είναι 4, διότι κανένα trna δεν υπάρχει με αντικωδικόνιο συμπληρωματικό του κωδικονίου λήξης. Γ. Να εξηγήσετε εάν είναι δυνατό η μετάφραση του mrna που παράγεται από το γονίδιο αυτό να ξεκίνησε πριν ολοκληρωθεί η μεταγραφή του. ΜΟΝΑΔΕΣ 2 Δεν είναι δυνατό, διότι η μετάφραση είναι δυνατό να αρχίσει πριν ολοκληρωθεί η μεταγραφή ενός γονιδίου μόνο στα προκαρυωτικά κύτταρα. Το συγκεκριμένο γονίδιο μεταγράφεται σε ευκαρυωτικά κύτταρα, τα ηπατικά και τα σπληνικά ανθρώπου. Δ. Η αλληλουχία αποτελεί συνεχές γονίδιο (χωρίς εσώνια) που μεταγράφεται σε rrna: αλυσίδα Α: AATTGCCAATGCGCCCCTAAGGG αλυσίδα Β: TTAACGGTTACGCGGGGATTCCC Το rrna που παράγεται από το γονίδιο αυτό συμμετέχει, ως συστατικό της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος, στη μετάφραση του mrna του ερωτήματος Α. Να γράψετε ποια αλυσίδα (Α ή Β) αποτελεί τη μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου αυτού και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Το μόριο του mrna συνδέεται με τη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος εξαιτίας της αλληλουχίας που φέρει στο 5 αμετάφραστο άκρο του με την οποία συνδέεται με κανόνα συμπληρωματικότητας με το rrna της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος. Το mrna του προηγούμενου ερωτήματος φέρει στην 5 αμετάφραστη περιοχή του την αλληλουχία 5 AAUUGC 3. Συνεπώς το rrna με το οποία αναγνωρίζεται με κανόνα συμπληρωματικότητας κατά την έναρξη της μετάφρασης θα φέρει την αλληλουχία 3 UUAACG 5. Η διαδικασία της μεταγραφής είναι κοινή για όλα τα μόρια RNA που προκύπτουν από αυτήν. Συνεπώς, η μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου που κωδικοποιεί το εν λόγω rrna θα φέρει τη συμπληρωματική αλληλουχία 5 AATTGC 3 και εν τέλει μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου αυτού είναι η Α. αλυσίδα Α: AATTGCCAATGCGCCCCTAAGGG αλυσίδα Β: TTAACGGTTACGCGGGGATTCCC Ε. Στο κυτταρόπλασμα του σπληνικού κυττάρου το ώριμο mrna που παράγεται από το συγκεκριμένο γονίδιο διατηρείται για μεγαλύτερο διάστημα συγκριτικά με το ηπατικό, ενώ στο ηπατικό παρατηρούνται λιγότερα ριβοσώματα στα πολυσώματα του εν λόγω mrna. Να γράψετε τι είναι το πολύσωμα και να εξηγήσετε τον λόγο για τον οποίο γνωρίζετε ότι είναι δυνατό να παρατηρούνται οι διαφορές αυτές στους δύο τύπους κυττάρων. ΜΟΝΑΔΕΣ 5 (3+2) Σελίδα 6 από 7
Για το πολύσωμα, όπως στο σχολικό ή φροντιστηριακό βιβλίο, σελίδα 80, «Πολλά ριβοσώματα. πολύσωμα.» Για τις διαφορές, πρόκειται για τη γονιδιακή ρύθμιση στο επίπεδο της μετάφρασης, όπως στο σχολικό ή το φροντιστηριακό, σελίδα 87 «Κατά τη μετάφραση. ριβοσώματα.» Γενετικός κώδικας Σελίδα 7 από 7