ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΑ 1 & 2 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Θέμα Α: Α1.β, Α2.δ, Α3.γ, Α4.γ, Α5.γ Θέμα Β: Β1. Ο 1 ος ιός παρατηρούμε ότι περιέχει Τ, άρα το γενετικό του υλικό είναι DNA, στο οποίο παρατηρούμε ότι δεν υπάρχει ελεύθερο Ρ (5 ) άκρο, άρα πρόκειται για κυκλικό DNA. Oι συμπληρωματικές βάσεις είναι ίσες μεταξύ τους σε ποσότητα, Α=Τ και G=C, γεγονός που συμβαίνει σε δίκλωνο DNA. Άρα πρόκειται για κυκλικό δίκλωνο DNA. Ο 2 ος ιός παρατηρούμε ότι περιέχει U, άρα το γενετικό του υλικό είναι RNA, στο οποίο παρατηρούμε ότι υπάρχει ελεύθερο OH (3 ) άκρο, άρα πρόκειται για γραμμικό RNA. Oι συμπληρωματικές βάσεις είναι ίσες μεταξύ τους σε ποσότητα, Α=U και G=C, γεγονός που συμβαίνει σε δίκλωνο RNA. Άρα πρόκειται για γραμμικό δίκλωνο RNA. Ο 3 ος ιός παρατηρούμε ότι περιέχει U, άρα το γενετικό του υλικό είναι RNA, στο οποίο παρατηρούμε ότι υπάρχει ελεύθερο Ρ (5 ) άκρο, άρα πρόκειται για γραμμικό RNA. Oι συμπληρωματικές βάσεις δεν είναι ίσες μεταξύ τους σε ποσότητα, Α U και G C, γεγονός που συμβαίνει σε μονόκλωνο RNA. Άρα πρόκειται για γραμμικό μονόκλωνο RNA. Β2. α. Αφού στο καρυότυπο εμφανίζονται 34 αυτοσωμικά χρωμοσώματα τότε συνολικά μαζί με τα 2 φυλετικά χρωμοσώματα η αλεπού θα έχει 36 χρωμοσώματα και σαν ανώτερος οργανισμός είναι διπλοειδής. Το σωματικό κύτταρο θα περιέχει επομένως 36:2=18 ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Το γεννητικό κύτταρο είναι απλοειδές, περιέχει δηλαδή μόνο ένα χρωμόσωμα από κάθε ζευγάρι ομόλογων χρωμοσωμάτων, άρα τελικά δεν περιέχει κανένα ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων. β. Ο καρυότυπος λαμβάνεται από τα χρωμοσώματα της μετάφασης και κάθε χρωμόσωμα στη μετάφαση περιλαμβάνει δύο όμοια μόρια DNA συνδεμένα μεταξύ τους με το κεντρομερίδιο. Άρα συνολικά ο καρυότυπος της αλεπούς θα περιέχει 2 36=72 μόρια DNA. γ. Το θηλυκό άτομο έχει δύο όμοια Χ φυλετικά χρωμοσώματα, ενώ αντίθετα το αρσενικό έχει ένα Χ και ένα Y φυλετικά χρωμοσώματα. Το Χ χρωμόσωμα και το Υ χρωμόσωμα στη παρατήρηση με το μικροσκόπιο, είναι τα μόνα που διαφέρουν αισθητά στο μέγεθος. Οπότε το μεγαλύτερο είναι το Χ χρωμόσωμα και το μικρότερο το Υ χρωμόσωμα 1
Β3. Σε ένα οπερόνιο παράγονται 2 διαφορετικά μόρια mrna, το ένα προέρχεται από το ρυθμιστικό γονίδιο και το άλλο από την μεταγραφή των δομικών γονιδίων του οπερονίου. Αφού έχουμε 5 δομικά γονίδια και ένα ρυθμιστικό γονίδιο από τα οποία παράγονται 6 συνολικά πολυπεπτιδικές αλυσίδες, τότε θα υπάρχουν συνολικά 6 μηνύματα έναρξης και άλλα τόσα λήξης, δηλαδή συνολικά 12 κωδικόνια τα οποία περιέχουν 3 12=36 νουκλεοτίδια. Στο οπερόνιο υπάρχει ένας χειριστής και 2 υποκινητές, ένας του ρυθμιστικού και ένας ο κοινός υποκινητής των δομικών γονιδίων. Θέμα Γ: Γ1. α. Πλαίσιο ανάγνωσης υπάρχει μόνο στα μόρια mrna τα οποία μεταφράζονται σε αμινοξέα και δεν υπάρχει στα υπόλοιπα είδη RNA δηλαδή στο trna rrna και snrna. β. Πάνω από ένα πλαίσιο ανάγνωσης υπάρχει μόνο στα mrna τα οποία προκύπτουν από την μεταγραφή των δομικών γονιδίων ενός οπερονίου. Γ2. α. Στο σχήμα παρατηρούμε ένα κυκλικό μόριο DNA το οποίο έχει ανοίξει τοπικά από το ένζυμο RNA πολυμεράση και μεταγράφεται σε mrna, το οποίο με τη σειρά του μεταφράζεται από 3 ριβοσώματα. β. Επειδή έχουμε κυκλικό μόριο DNA το οποίο μεταγράφεται και μεταφράζεται ταυτόχρονα, μπορεί να πρόκειται για πλασμίδιο ή κυρίως γενετικό υλικό βακτηρίου. Μπορεί επίσης να αποτελεί μόριο DNA μιτοχονδρίου ή χλωροπλάστη ευκαρυωτικού κυττάρου τα οποία γνωρίζουμε ότι είναι κυκλικά. γ. Τα Α, Β και Γ είναι ριβοσώματα τα οποία μεταφράζουν το mrna που παράγεται από την μεταγραφή και παράγουν πολυπεπτιδική αλυσίδα. Η μετάφραση έχει ξεκινήσει από το Χ άκρο, οπότε το ριβόσωμα Α είναι 1 ο και έχει μεταφράσει το μεγαλύτερο τμήμα του mrna οπότε έχει παράγει και τη περισσότερη πολυπεπτιδική αλυσίδα. δ. Γνωρίζουμε ότι το ριβόσωμα προσδένεται στην 5 αμετάφραστη περιοχή για να ξεκινήσει την μετάφραση, κινούμενο κατά την επιμήκυνση προς το 3 άκρο του mrna. Επομένως στο Χ είναι το 5 άκρο του mrna. ε. Παρατηρούμε ότι η RNA πολυμεράση μεταγράφει την αλυσίδα 1 η οποία επομένως είναι η μεταγραφόμενη. Η RNA πολυμεράση τοποθετεί τα ριβονουκλεοτίδια απέναντι από τα δεοξυριβονουκλεοτίδια της αλυσίδας του DNA σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων και τα συνδέει με 3'-5' φωσφοδιεστερικό δεσμό. Η μεταγραφή έχει δηλαδή προσανατολισμό 5' 3' και για να τηρηθεί ο κανόνας συμπληρωματικότητας η μεταγραφόμενη αλυσίδα θα μεταγράφεται από το 3 άκρο της προς το 5 άκρο της. Επομένως η αλυσίδα 1 έχει προσανατολισμό 5' 3' δεξιόστροφα ενώ η αλυσίδα 2 που είναι αντιπαράλληλη της 1 έχει προσανατολισμό 5' 3' αριστερόστροφα. 2
Γ3. α. Οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας. Έτσι, λέμε ότι αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5' προς 3'. Κάθε νεοσυντιθέμενη αλυσίδα θα έχει προσανατολισμό 5' 3'. Έτσι, σε κάθε διπλή έλικα που παράγεται οι δύο αλυσίδες θα είναι αντιπαράλληλες. Παρατηρούμε στο σχήμα ότι η αντιγραφή γίνεται από το Α προς το Β της μητρικής αλυσίδας και βάσει των παραπάνω η νεοσυντιθέμενη αλυσίδα θα έχει προσανατολίσμό 5' 3' από το Γ προς το Δ. Άρα η μητρική που είναι αντιπαράλληλη θα έχει το 5 άκρο της στο Β και το 3 άκρο της στο Α. Τα Γ και Ε αντιστοιχούν στα 5 άκρα των ασυνεχών τμημάτων ενώ το Δ στο 3 άκρο. β. Το τμήμα που έχει συντεθεί 1 ο είναι το το ΕΔ. γ. Η θέση έναρξης αντιγραφής θα βρίσκεται στα δεξιά του σχήματος στο άκρο Δ. δ. Η DNA δεσμάση μετά την αντικατάσταση του πρωταρχικού τμήματος από την DNA πολυμεράση, η οποία θα επιμηκύνει το 3 άκρο του 2 ου ασυνεχούς τμήματος και η οποία θα σταματήσει στο Ζ χωρίς να ενώσει το τελευταίο νουκλεοτίδιο με το επόμενο, θα αποκαταστήσει τον δωσφοδιεστερικό δεσμό στο Ζ, ώστε τα ασυνεχή τμήματα να γίνουν συνεχή. Θέμα Δ: Δ1. Τα αντικωδικόνια που δίδονται είναι συμπληρωματικά και αντιπαράλληλα των κωδικονίων που θα υπάρχουν στο mrna. Επομένως τα κωδικόνια στο mrna θα είναι με τη σειρά: 5..CAU-GGG-ACU-GAG-ACC-AGU..3 Επειδή το mrna είναι συμπληρωματικό και αντι-παράλληλο της μεταγραφόμενης αλυσίδας και αφού το ίδιο ισχύει και για την κωδική αλυσίδα, τότε η κωδική αλυσίδα και το mrna έχουν τον ίδιο προσανατολισμό και παρόμοια αλληλουχία βάσεων. Η διαφορά τους είναι ότι στο mrna υπάρχει Ουρακίλη (U) όπου στην κωδική αλυσίδα υπάρχει Θυμίνη (T). Άρα τα κωδικόνια στην κωδική αλυσίδα θα είναι: 5..CAT-GGG-ACT-GAG-ACC-AGT..3 Η μεταγραφόμενη αλυσίδα είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη της κωδικής οπότε εκεί θα υπάρχει η αλληλουχία βάσεων: 3 GTA-CCC-TGA-CTC-TGG-TCA.5 Παρατηρούμε ότι η παραπάνω αλληλουχία υπάρχει στην αλυσίδα που δίδεται, επομένως αυτή είναι τμήμα της μεταγραφόμενης αλυσίδας του γονιδίου με προσανατολισμό 5' 3' από δεξιά προς τα αριστερά. 3
Δ2. Το πρόδρομο mrna θα είναι το: 5 CAGAUAUGUU-CAU-GGG-ACU-GAG-ACC-AGU-UAA-CGUUAUGAAA 3 Το ώριμο mrna θα είναι το: 5 CAU-GGG-ACU-GAG-ACC-AGU-UAA-CGUUAUGAAA 3 Το εσώνιο στο DNA θα είναι το: 5 CAGAΤAΤGΤΤ 3 3 GTCTATACAA 5 Δ3. Το τελευταίο κωδικόνιο του παραπάνω mrna που κωδικοποιεί αμινοξύ, είναι το 5 -AGU-3 το οποίο θα είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο του αντικωδικονίου του trna με το οποίο θα συνδεθεί: 3 -UCA-5. Επειδή το trna είναι συμπληρωματικό και αντι-παράλληλο της μεταγραφόμενης αλυσίδας και αφού το ίδιο ισχύει και για την μη μεταγραφόμενη αλυσίδα, τότε η μη μεταγραφόμενη αλυσίδα και το trna έχουν τον ίδιο προσανατολισμό και παρόμοια αλληλουχία βάσεων. Η διαφορά τους είναι ότι στο trna υπάρχει Ουρακίλη (U) όπου στην μη μεταγραφόμενη αλυσίδα υπάρχει Θυμίνη (T). Άρα στην μη μεταγραφόμενη αλυσίδα θα υπάρχει η τριπλέτα 3 -ΤCA-5, η οποία παρατηρούμε ότι υπάρχει στην αλυσίδα 2 η οποία είναι και η μη μεταγραφόμενη με προσανατολισμό 5' 3' από αριστερά προς τα δεξιά. Δ4. Αλυσίδα 1 3..ACCT-TGA-CGAGCTTGAAATCTT..5 Αλυσίδα 2 5..TGGA-ACT-GCTCGAACTTTAGAA..3 Τα αντικωδικόνια είναι συμπληρωματικά και αντιπαράλληλα των κωδικονίων. Επομένως τα κωδικόνια στο mrna θα είναι κατά σειρά: 5..CUU-AAA-ACC..3. Το mrna είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο της μεταγραφόμενης αλυσίδας, οπότε αυτή θα πριέχει την αλληλουχία: 3..GAA-TTT-TGG 5. Η αλληλουχία αυτή παρατηρούμε ότι υπάρχει στην κάτω αλυσίδα του τμήματος Ι. Άρα ο προσανατολισμός της κάτω αλυσίδας του DNA του σχήματος είναι 5' 3' από δεξιά προς τα αριστερά και της πάνω 5' 3' από αριστερά προς τα δεξιά. Η RNA πολυμεράση κατά τη μεταγραφή συνδέει τα ριβονουκλεοτίδια, που προστίθενται το ένα μετά το άλλο, με 3'-5'φωσφοδιεστερικό δεσμό. Η μεταγραφή έχει προσανατολισμό 5' 3' δηλαδή το RNA που συντίθεται έχει προσανατολισμό 5' 3'. Για να ισχύσει ο κανόνας της συμπληρωματικότητας και της αντιπαραλληλίας κατά τη μεταγραφή, η μεταγραφόμενη αλυσίδα (μη κωδική) μεταγράφεται από το 3 άκρο της προς το 5 και επομένως έχει το 3 άκρο της στον υποκινητή. Η κωδική είναι συμπληρωματική και αντιπαράλληλη της μεταγραφόμενης οπότε θα έχει το 5 άκρο της στον υποκινητή. Επομένως αφού η μεταγραφόμενη αλυσίδα έχει αριστερά το 3 άκρο της, συμπεραίνουμε ότι αριστερά είναι και ο υποκινητής. 4
Δ5. Βάσει του Δ4 η κάτω αλυσίδα του DNA του σχήματος είναι 5' 3' από δεξιά προς τα αριστερά και της πάνω 5' 3' από αριστερά προς τα δεξιά. Η θηλεία του τμήματος ΙΙ ανοίγει προς τα αριστερά. Γνωρίζουμε επίσης ότι οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας. Έτσι, λέμε ότι αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 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. Στη συγκεκριμένη περίπτωση η αντιγραφή στο πάνω κλώνο γίνεται προς τα αριστερά, παράλληλα της κατεύθυνσης με την οποία ανοίγει η θηλειά. Οπότε ο κλώνος αυτός θα συντεθεί συνεχώς και ο κάτω κλώνος θα συντεθεί ασυνεχώς. 5