Απαντήσεις Βιολογίας Γ λυκείου Προσανατολισμός Θετικών Σπουδών Θέμα Α Α1. α. 2 β. 1 γ. 4 δ. 1 ε. 2 Θέμα Β Β1. α. 1-Γ, 2-Γ, 3-Β, 4-Β, 5-Α, 6-B, 7-Α β. 1. Σύμπλοκο έναρξης πρωτεϊνοσύνθεσης: Το σύμπλοκο που δημιουργείται μετά την πρόσδεση του mrna στην μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος και του trna που μεταφέρει το αμινοξύ μεθειονίνη. 2. Αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής: Η λήξη της μεταγραφής σημειώνεται με την άφιξη της RNA πολυμεράσης σε ειδικές αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής, που βρίσκονται στο τέλος του γονιδίου. Το ένζυμο καθώς και το μόριο του mrna απελευθερώνονται. Β2. «Το DNA αποτελεί το γενετικό υλικό με τον έλεγχο της σύνθεσης των πρωτεϊνών.» (σελ. 21 σχολ. βιβλίο) 1
Β3. Η μελέτη της κληρονομικότητας στον άνθρωπο εμφανίζει πολλές δυσκολίες. «Αυτό συμβαίνει, επειδή οι άνθρωποι τόσο ευκολότερο είναι να καθοριστεί ο τύπος κληρονομικότητας.» (σελ. 81 σχολ. βιβλίο) «Οι πληροφορίες που συλλέγονται από το ιστορικό μιας οικογένειας και ο φαινότυπός τους σε σχέση με κάποιο συγκεκριμένο χαρακτήρα.» (σελ. 81 σχολ. βιβλίο) Β4. Οι φάσεις της κλειστής καλλιέργειας κατά τις οποίες ο αριθμός των βακτηρίων παραμένει σχεδόν σταθερός είναι η λανθάνουσα και η στατική φάση. Κατά τη λανθάνουσα φάση ο πληθυσμός των μικροοργανισμών που προέρχεται από την αρχική καλλιέργεια παραμένει σχεδόν σταθερός. Αυτό οφείλεται στο ότι οι μικροοργανισμοί χρειάζονται κάποιο χρονικό διάστημα για να προσαρμοστούν στις καινούργιες συνθήκες και να αρχίσουν να αναπτύσσονται. Κατά τη στατική φάση ο πληθυσμός των βακτηρίων δεν αυξάνεται, λόγω εξάντλησης κάποιου θρεπτικού συστατικού ή λόγω συσσώρευσης τοξικών προϊόντων από το μεταβολισμό των μικροοργανισμών. Θέμα Γ Γ1. «Μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα σχηματίζεται από την ένωση προσανατολισμός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5 3» (σελ. 18 σχολ. βιβλίο) «Οι DNA πολυμεράσες ασυνεχής στην άλλη.» (σελ. 34 σχολ. βιβλίο) 2
Γ2. «Τα μονοκλωνικά αντισώματα είναι πολύ σημαντικά στην Ιατρική οποιαδήποτε στιγμή το συγκεκριμένο μονοκλωνικό αντίσωμα σε μεγάλες ποσότητες.» (σελ. 123 σχολ. βιβλίο) Γ3. Τα διαδοχικά βήματα για την παραγωγή ανθρώπινης ινσουλίνης με τη χρήση cdna βιβλιοθήκης περιλαμβάνουν: 1. Από τα κύτταρα του ανθρώπινου παγκρέατος απομονώθηκε το ολικό ώριμο mrna. 2. Με καλούπι το mrna (μέθοδος δημιουργίας cdna βιβλιοθήκης) κατασκευάζουμε δίκλωνα μόρια DNA και τα ενσωματώνουμε σε πλασμίδια (τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA). 3. Μετασχηματίζουμε βακτήρια και τα πολλαπλασιάζουμε σε στερεό ή υγρό θρεπτικό υλικό (παρουσία αντιβιοτικού). 4. Ετσι, δημιουργούνται κλώνοι βακτηρίων, που όλοι μαζί αποτελούν μια cdna βιβλιοθήκη του παγκρέατος. 5. Επιλογή των βακτηρίων που περιέχουν το γονίδιο το οποίο κωδικοποιεί το πρόδρομο μόριο της ινσουλίνης με τη χρήση ιχνηθετημένων μορίων ανιχνευτών. 6. Ανάπτυξη των βακτηρίων αυτών σε βιοαντιδραστήρα για την παραγωγή της προϊνσουλίνης (ζύμωση). 7. Με διήθηση ή φυγοκέντρηση διαχωρίζουμε τα υγρά από τα στερεά συστατικά και στη συνέχεια με κατάλληλη μέθοδο παραλαμβάνουμε την προϊνσουλίνη. 8. Με το κατάλληλο ένζυμο, τέλος, αφαιρούμε ένα ενδιάμεσο πεπτίδιο, οπότε η προϊνσουλίνη μετατρέπεται στη λειτουργική ινσουλίνη. 3
Θέμα Δ Δ1. Οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες είναι ένζυμα που αναγνωρίζουν συγκεκριμένες αλληλουχίες δίκλωνου DNA με μήκος 4-8 νουκλεοτιδίων και κόβουν το μόριο του DNA σε συγκεκριμένο σημείο εντός του ορίου των αλληλουχιών αυτών. Με τη δράση των περιοριστικών ενδονουκλεασών δημιουργούνται τμήματα DNA με χαρακτηριστικά μονόκλωνα άκρα από αζευγάρωτες βάσεις. Μία από τις περιοριστικές ενδονουκλεάσες που χρησιμοποιείται ευρέως είναι η EcoRI. Το ένζυμο αυτό όποτε συναντά την αλληλουχία: 5 -G Α Α Τ Τ C-3 3 -C Τ Τ A A G-5 στο γονιδίωμα, κόβει κάθε αλυσίδα μεταξύ του G και του Α (με κατεύθυνση 5 3 ). Αντίθετα η ΗhaI αναγνωρίζει και κόβει την ακόλουθη αλληλουχία νουκλεοτιδίων: 5 CGCG 3 3 GCGC 5 μεταξύ του C και του G (με κατεύθυνση 5 3 ). Για να επιλέξουμε την κατάλληλη περιοριστική ενδονουκλεάση, προκειμένου να κλωνοποιήσουμε το μεταφράσιμο τμήμα του γονιδίου, θα πρέπει να εντοπίσουμε τις θέσεις αναγνώρισης των δύο ενζύμων στο δίκλωνο DNA. Η αλληλουχία αναγνώρισης του ενζύμου που θα χρησιμοποιήσουμε πρέπει να υπάρχει εκατέρωθεν του μεταφράσιμου τμήματος έτσι ώστε να διατηρηθεί ακέραια η αλληλουχία βάσεων του γονιδίου και να παραμείνει ενεργό. Για να καθορίσουμε το μεταφράσιμο τμήμα του γονιδίου θα βρούμε τη κωδική και μη κωδική (μεταγραφόμενη) αλυσίδα του. Διαβάζοντας και τους δυο κλώνους του DNA και προς τις δύο κατευθύνσεις, στη κωδική αλυσίδα εντοπίζουμε το κωδικόνιο έναρξης 5 -ATG-3 (5 - AUG-3 στο mrna) και με βήματα τριπλέτας συνεχόμενα και μη επικαλυπτόμενα (σύμφωνα με το γενετικό κώδικα) το κωδικόνιο λήξης 5 -ΤΑΑ-3 (5 -UΑΑ-3 στο mrna). Επομένως η μη κωδική αλυσίδα είναι αυτή της 1 ης αλυσίδας και κωδική είναι της 2 ης αλυσίδας. 4
Το μεταφράσιμο τμήμα DNA είναι το εξής: 5 - ATGGCATTCGACGAATTCTAA-3 3 - ΤΑCCGTAAGCTGCTTAAGATT-5 Στο δίκλωνο DNA παρατηρούμε μία θέση αναγνώρισης της EcoRI εντός του μεταφράσιμου τμήματος του γονιδίου και δυο θέσεις αναγνώρισης της ΗhaI εκατέρωθεν αυτού. Οι θέσεις αναγνώρισης καθώς και το μεταφράσιμο τμήμα αναπαριστώνται με διαφορετικό χρώμα και υπογράμμιση στο τμήμα DNA σντίστοιχα: 5 ATTAGCACGCGAACCTTAGAATTCGTCGAATGCCATTCGCGTGTGAGGCAC 3 3 TAATCGTGCGCTTGGAATCTTAAGCAGCTTACGGTAAGCGCACACTCCGTG 5 Δ2. Κατά την έναρξη της μεταγραφής η RNA πολυμεράση προσδένεται στον υποκινητή για να ξεκινήσει η διαδικασία της μεταγραφής με τη βοήθεια των μεταγραφικών παραγόντων. Ο υποκινητής βρίσκεται πάντα στην αρχή κάθε γονιδίου. Η μεταγραφή πραγματοποιείται με προσανατολισμό (5 3 ) καθώς η RNA πολυμεράση δημιουργεί 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Επομένως το mrna που θα συντεθεί θα είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο προς το μεταγραφόμενο κλώνο (μη κωδική αλυσίδα-1 η αλυσίδα) Η αλληλουχία της κωδικής περιοχής του mrna είναι: 5 - AUGGCAUUCGACGAAUUCUAA-3 Με βάση το γενετικό κώδικα, ένα κωδικόνιο του mrna κωδικοποιεί ένα αμινοξύ. Εξαίρεση αποτελεί το κωδικόνιο λήξης, το οποίο δεν κωδικοποιεί αμινοξύ αλλά οδηγεί στον τερματισμό της πρωτεϊνοσύνθεσης, εφόσον δεν υπάρχει αντικωδικόνιο των t-rna που να αντιστοιχεί σε αυτό. Η πολυπεπτιδική αλυσίδα που δημιουργείται έχει ως πρώτο αμινοξύ τη μεθειονίνη, με ελεύθερη μια αμινοομάδα (Η 2 Ν-), ενώ το τελευταίο αμινοξύ έχει ελεύθερη μια καρβοξυλική ομάδα (-COOH). Αντιστοίχηση κωδικονίων mrna - αμινοξέων AUG- μεθειονίνη (met) GCA- αλανίνη (ala) UUC- φαινυλαλανίνη (phe) GAC- ασπαρτικό οξύ (asp) GAA- γλουταμινικό οξύ (glu) UUC- φαινυλαλανίνη (phe) UAA- κωδικόνιο λήξης H αλληλουχία του ολιγοπεπτιδίου είναι: Η 2 Ν met ala phe asp glu phe - COOH 5
Δ3. α. Αλλαγές στην αλληλουχία του DNA, που ονομάζονται μεταλλάξεις, δημιουργούν συνήθως ένα διαφορετικό φαινότυπο. Το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο είναι αποτέλεσμα αντικατάστασης μιας βάσης, όπου στην κωδική αλυσίδα του γονιδίου η C στο 5 ο κωδικόνιο (5 -GAC-3 ) της κωδικής αλυσίδας του γονιδίου αντικαθίσταται από A (5 -GAA-3 ). mrna πριν τη μετάλλαξη: 5 - GCGAAUGGCAUUCGACGACUUCUAAGGAAC-3 mrna μετά την μετάλλαξη: 5 - GCGAAUGGCAUUCGACGAAUUCUAAGGAAC-3 β. Για να προσδιορίσουμε τον τρόπο κληρονόμησης του συγκεκριμένου γονιδίου, πρέπει να διευκρινιστεί αν πρόκειται για επικρατή ή υπολειπόμενο τρόπο κληρονομικότητας, καθώς και αν πρόκειται για φυλοσύνδετο ή αυτοσωμικό. Από το γενεαλογικό δέντρο και συγκεκριμένα από τη διασταύρωση των ατόμων ΙΙ4 (x) II5, οι οποίοι είναι υγιείς, προκύπτει παιδί πάσχον. Συμπεραίνουμε ότι πρόκειται για υπολειπόμενο τρόπο κληρονομικότητας. Η παρουσία της μετάλλαξης στην αλληλουχία του γονιδίου δημιουργεί μια θέση αναγνώρισης της περιοριστικής ενδονουκλεάσης EcoRI, ώστε μετά τη δράση της να κόβεται δημιουργώντας δυο μικρότερα θραύσματα. Αντίθετα τα φυσιολογικά αλληλόμορφα μετά την επίδραση της EcoRI παρουσιάζουν το ίδιο μήκος, καθώς η περιοριστική ενδονουκλεάση δεν κόβει την αλληλουχία του γονιδίου αφήνοντας την αναλλοίωτη. Συγκρίνοντας τα θραύσματα που προκύπτουν μετά την επίδραση της EcoRI μεταξύ των διαφορετικών ατόμων παρατηρούμε ότι υπάρχουν διαφορές μεταξύ αρσενικών και θηλυκών ατόμων. Μελετώντας τα θηλυκά άτομα παρατηρούμε ότι: 1) Η Ι1, που έχει φυσιολογικό φαινότυπο, έχει δύο θραύσματα μεγέθους 100 βάσεων το καθένα. 2) Η ΙΙ2 και ΙΙ4, που έχουν φυσιολογικό φαινότυπο, έχουν τρία θραύσματα μεγέθους 100, 42 και 58 βάσεων αντίστοιχα. 6
Μελετώντας τα αρσενικά άτομα με φυσιολογικό φαινότυπο παρατηρούμε ότι οι ΙΙ3 και ΙΙΙ2 έχουν ένα θραύσμα μεγέθους 100 βάσεων. Αντίθετα ο ΙΙΙ3 που πάσχει έχει δύο θραύσματα μεγέθους 42 και 58 βάσεων αντίστοιχα. Δεδομένου ότι κατόπιν της δράσης της EcoRI στη φυσιολογική αλληλουχία του γονιδίου, λόγω απουσίας της αλληλουχίας αναγνώρισης της σε αυτή 5 -GAATTC-3 3 -CTTAAG-5 το θραύσμα που προκύπτει έχει μέγεθος 100 βάσεων, συμπεραίνουμε τα εξής: Στα υγιή αρσενικά άτομα παρατηρούμε μόνο ένα θραύσμα μεγέθους 100 βάσεων, το οποίο αντιστοιχεί στη φυσιολογική αλληλουχία. Αυτό σημαίνει ότι τα αρσενικά άτομα έχουν μόνο ένα αντίγραφο αυτού του γονιδίου. Σε αντίθεση στα θηλυκά υγιή άτομα, στα οποία ανιχνεύεται το θραύσμα των 100 βάσεων, υπάρχει σε δύο αντίγραφα. Από αυτό προκύπτει ότι το συγκεκριμένο γονίδιο ακολουθεί φυλοσύνδετο τρόπο κληρονομικότητας και ότι οι ΙΙ2 και ΙΙ4 είναι φορείς. Τα φυσιολογικά θηλυκά άτομα έχουν ένα ζεύγος όμοιων Χ χρωμοσωμάτων, ενώ τα φυσιολογικά αρσενικά άτομα έχουν ένα Χ και ένα Υ χρωμόσωμα. Τα γονίδια που βρίσκονται στο Χ χρωμόσωμα και δεν έχουν αλληλόμορφα στο Υ ονομάζονται φυλοσύνδετα. Συμβολισμός γονιδίων: Χ Α : επικρατές φυσιολογικό γονίδιο Χ α : υπολειπόμενο γονίδιο που είναι υπεύθυνο για την εκδήλωση της νόσου. Οι γονότυποι των ατόμων είναι: Ι 1 : Χ Α Χ Α ΙΙ 2 : Χ Α Χ α ΙΙ 3 : Χ A Y ΙΙ 4 : Χ Α Χ α ΙΙΙ 2 : Χ A Y ΙΙΙ 3 : Χ α Y Επιμέλεια θεμάτων: Σβίγγου Μαρία 7