ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ 04/11/2018 Νότα Λαζαράκη Αλέξανδρος Παπαγιαννακόπουλος ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α Να επιλέξετε τη φράση που συμπληρώνει ορθά κάθε μία από τις ακόλουθες προτάσεις: Α1. Σε ένα ινίδιο χρωματίνης υπάρχουν 8 νουκλεοσώματα. Τα οκταμερή των ιστονών στο ινίδιο είναι: Α. 8 Β. 16 Γ. 32 Δ. 64 Α2. Το αντικωδικόνιο του trna που μεταφέρει τη μεθειονίνη είναι: Α. 3 AUG 5 Β. 3 UAC 5 Γ. 5 AUG 3 Δ. 5 UAC 3 Α3. Ένα σπερματοζωάριο ανθρώπου περιέχει: Α. 22 αυτοσωμικά χρωμοσώματα και Υ φυλετικό χρωμόσωμα Β. 22 αυτοσωμικά χρωμοσώματα και Χ φυλετικό χρωμόσωμα Γ. 44 αυτοσωμικά χρωμοσώματα και Υ φυλετικό χρωμόσωμα Δ. 22 αυτοσωμικά χρωμοσώματα και Χ ή Υ φυλετικό χρωμόσωμα 1
Α4. Κατά την αντιγραφή του DNA ένζυμα που τοποθετούν νουκλεοτίδια σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας αποτελούν: Α. Η DNA πολυμεράση και η DNA δεσμάση Β. Η DNA πολυμεράση και η DNA ελικάση Γ. Το πριμόσωμα και η DNA πολυμεράση Δ. Τα επιδιορθωτικά ένζυμα και η DNA δεσμάση Α5. Το πυρηνικό DNA ευκαρυωτικού κυττάρου και το κύριο DNA βακτηρίου: Α. Είναι γραμμικά μόρια Β. Είναι κυκλικά μόρια Γ. Αναδιπλώνονται με τη βοήθεια πρωτεϊνών Δ. Αναδιπλώνονται και δημιουργούν νουκλεοσώματα ΜΟΝΑΔΕΣ 25 ΘΕΜΑ Β Β1. Να χαρακτηρίστε κάθε μία από τις ακόλουθες προτάσεις ως σωστή (Σ) ή λανθασμένη (Λ). i. Σε ένα φυσιολογικό κύτταρο είναι δυνατό δύο μόρια trna να έχουν διαφορετικά αντικωδικόνια αλλά να μεταφέρουν το ίδιο αμινοξύ. ii. Το σύμπλοκο έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης αποτελείται από το mrna, το ριβόσωμα και το trna που μεταφέρει τη μεθειονίνη. iii. Το πείραμα του Griffith απέδειξε ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό. iv. Η ωρίμανση είναι διαδικασία που συμβαίνει στον πυρήνα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου. v. Ρυθμιστικά στοιχεία της μεταγραφής είναι ο υποκινητής, οι μεταγραφικοί παράγοντες και η RNA πολυμεράση. vi. Το DNA των χλωροπλαστών είναι κυκλικό μόριο και μεγαλύτερο σε μέγεθος από το DNA των μιτοχονδρίων. ΜΟΝΑΔΕΣ 6 i. Σ, ii. Λ, iii. Λ, 2
iv. Σ, v. Λ, vi. Σ. Β2. Να αντιγράψετε τον πίνακα στο τετράδιό σας και να σημειώσετε με (+) με ποιο ή ποια από τα ραδιενεργά στοιχεία ( 35 S, 32 P, 15 N) είναι δυνατό να ιχνηθετηθούν οι δομές που αναφέρονται: DNA ελικάση snrna Ριβόσωμα Νουκλεόσωμα Αντικωδικόνιο Ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σωματίδιο S 35 P 32 N 14 ΜΟΝΑΔΕΣ 6 S 35 P 32 N 15 DNA ελικάση + + snrna + + Ριβόσωμα + + + Νουκλεόσωμα + + + Αντικωδικόνιο + + Ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σωματίδιο + + + Β3. Σε άνθρωπο εντοπίστηκε ένα ασυνήθιστο είδος γονιδιώματος. Η ανάλυση της αλληλουχίας του -σχετικά με την % σύστασή του σε αζωτούχες βάσεις- έδωσε τα εξής αποτελέσματα: A T G C U 21,7 21,7 29 27,6 - Επιπλέον, η ανάλυση έδειξε ότι οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί είναι λιγότεροι από τα συνολικά νουκλεοτίδια από τα οποία αποτελείται αυτό το γονιδίωμα. Να προσδιορίσετε την προέλευση του γονιδιώματος και να εξηγήσετε τη μορφή του. ΜΟΝΑΔΕΣ 5 3
Β3. Το γενετικό υλικό του εν λόγω οργανισμού είναι σίγουρα DNA, μιας και υπάρχει η αζωτούχος βάση θυμίνη, ενώ απουσιάζει η βάση ουρακίλη. Παρατηρούμε ότι δεν ισχύει A=T και G=C, όπως τυπικά ισχύει σε ένα δίκλωνο μόριο λόγω του κανόνα της συμπληρωματικότητας, άρα συμπεραίνουμε πως πρόκειται για ένα μονόκλωνο μόριο DNA. Τέλος, η ύπαρξη λιγότερων φωσφοδιεστερικών δεσμών σε σχέση με τα συνολικά νουκλεοτίδια του γονιδιώματος υποδηλώνει πως το γονιδίωμα είναι γραμμικό. Μονόκλωνο γραμμικό μόριο DNA μπορεί να συναντάται ως γονιδίωμα μόνο στους ιούς. Β4. Να περιγράψετε το πείραμα των Hershey Chase. ΜΟΝΑΔΕΣ 8 Όπως στη θεωρία του σχολικού βιβλίου. ΘΕΜΑ Γ Η εικόνα αποτελεί τον καρυότυπο ενός ανώτερου ζωικού είδους, το φύλο του οποίου καθορίζεται όπως στον άνθρωπο: Γ1. Να γράψετε τις χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται κατά τη διαδικασία κατασκευής καρυότυπου και να εξηγήσετε το ρόλο καθεμίας στη διαδικασία. 4 ΜΟΝΑΔΕΣ 4
Οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή καρυότυπου είναι: Α) Ουσίες που έχουν μιτογόνο δράση: επάγουν την κυτταρική διαίρεση in vitro σε καλλιέργειες κυττάρων. Β) Ουσίες που αναστέλλουν την κυτταρική διαίρεση στη μετάφαση με στόχο την αύξηση του αριθμού των κυττάρων που βρίσκονται στη φάση αυτή. Γ) Υποτονικό διάλυμα στο οποίο επωάζονται τα κύτταρα ώστε να σπάσει η κυτταρική μεμβράνη και να ελευθερωθούν τα χρωμοσώματα. Δ) Ειδικές χρωστικές όπως οι ζώνες Giemsa με στόχο τη χρώση των χρωμοσωμάτων και την παρατήρησή τους στο οπτικό μικροσκόπιο. Γ2. Να γράψετε: i) Πόσα μόρια DNA, πόσοι μικροί βραχίονες και πόσα ζεύγη χρωματίδων υπάρχουν στον εν λόγω καρυότυπο, ii) Πόσα αυτοσωμικά χρωμοσώματα, πόσα φυλετικά χρωμοσώματα και πόσα ινίδια χρωματίνης παρατηρούνται σε ένα γαμέτη του οργανισμού από τον οποίο προέρχεται αυτός ο καρυότυπος. Να μην αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. i) 108 μόρια DNA, 108 μικροί βραχίονες, 54 ζεύγη χρωματίδων. ii) 26 αυτοσωμικά χρωμοσώματα, 1 φυλετικό χρωμόσωμα, 27 ινίδια χρωματίνης ΜΟΝΑΔΕΣ 6 Γ3. Τα χρωμοσώματα που απομονώθηκαν για την κατασκευή του εν λόγω καρυότυπου προσδιορίστηκε -με κατάλληλες τεχνικές- ότι έχουν συνολική μάζα α ng. Σε 3 διαφορετικά κύτταρα, που απομονώθηκαν από τον ίδιο οργανισμό, προσδιορίστηκε η μάζα των χρωμοσωμάτων τους και τα αποτελέσματα είναι: Κύτταρο 1: Συνολική μάζα των χρωμοσωμάτων ίση με α/2 ng Κύτταρο 2: Συνολική μάζα των χρωμοσωμάτων ίση με α/4 ng Κύτταρο 3: Συνολική μάζα των χρωμοσωμάτων με τιμή ενδιάμεση των α και α/2 ng Να εξηγήσετε τα αποτελέσματα για τις τιμές της μάζας των χρωμοσωμάτων στα τρία κύτταρα. ΜΟΝΑΔΕΣ 3 5
Τα χρωμοσώματα που απομονώνονται για την κατασκευή του καρυότυπου είναι διπλασιασμένα και η συνολική τους μάζα είναι α ng. Συνεπώς: Κύτταρο 1: Τα χρωμοσώματα έχουν τη μισή μάζα σε σχέση με αυτά του καρυότυπου που σημαίνει ότι δεν είναι ακόμη διπλασιασμένα, άρα το κύτταρο 1 είναι ένα σωματικό κύτταρο το οποίο βρίσκεται στην αρχή της μεσόφασης. Κύτταρο 2: Η συνολική μάζα των χρωμοσωμάτων είναι η μισή σε σχέση με το κύτταρο 1, συνεπώς το κύτταρο αυτό είναι γαμέτης του εν λόγω οργανισμού, καθώς οι γαμέτες είναι απλοειδή κύτταρα και περιέχουν τη μισή ποσότητα γενετικής πληροφορίας σε σχέση με τα σωματικά κύτταρα του οργανισμού. Κύτταρο 3: Η συνολική μάζα των χρωμοσωμάτων έχει μια τιμή ενδιάμεση αυτής που αντιστοιχεί στην αρχή της μεσόφασης και στη μετάφαση (καρυότυπος), συνεπώς το κύτταρο αυτό βρίσκεται σε σημείο της μεσόφασης κατά το οποίο έχει ήδη ξεκινήσει αλλά δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί η αντιγραφή του DNA. Γ4. Στο χρωμόσωμα 8 του εν λόγω οργανισμού υπάρχει το γονίδιο (Γονίδιο 1): TTAAGTACGGGCATAAATCAATTGGTCA AATTCATGCCCGTATTTAGTTAACCAGT Στο χρωμόσωμα 11 του ίδιου οργανισμού υπάρχει ένα άλλο γονίδιο (Γονίδιο 2): P - ACGTCTTGTAGGTTCA TGCAGAACATCCAAGT Αμφότερα τα συνεχή γονίδια μεταγράφονται, το ένα σε mrna και το άλλο σε ένα άλλο είδος RNA που συμμετέχει ως μεταφορικό μόριο στη μετάφραση του συγκεκριμένου mrna. i) Να εντοπίσετε ποιο γονίδιο μεταγράφεται σε mrna και να γράψετε την αλληλουχία του mrna αυτού, σημειώνοντας τα 3 και 5 άκρα του. ii) Να εντοπίσετε και να εξηγήσετε τι είδους RNA προκύπτει από τη μεταγραφή του άλλου γονιδίου και να γράψετε την αλληλουχία του, σημειώνοντας τα άκρα του. Πώς το εν λόγω RNA συμμετέχει στη μετάφραση του mrna του ερωτήματος (i); Για την αιτιολόγησή σας δεν απαιτείται να περιγράψετε τη διαδικασία της μεταγραφής. ΜΟΝΑΔΕΣ 9 (4+5) i) Tο γονίδιο 1 είναι αυτό που μεταγράφεται σε mrna μιας και σε αυτό εντοπίζονται στη δεύτερη αλυσίδα το κωδικόνιο έναρξης 5 ATG 3 και με βήμα τριπλέτας το κωδικόνιο λήξης 5 TAA3. Συνεπώς, η πρώτη αλυσίδα είναι η μη κωδική του γονιδίου. Η RNA πολυμεράση μεταγράφει τη μη κωδική αλυσίδα και συνθέτει με προσανατολισμό 5 3 το mrna σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. Η αλληλουχία αυτού καθώς και τα άκρα του (αντιπαράλληλα ως προς τη μη κωδική αλυσίδα) είναι: 5 AAUUC AUG CCC GUA UUU AGU UAA CCAGU 3 6
ii) Το γονίδιο 2 μεταγράφεται σε trna. Συνεπώς, στην αλληλουχία του θα πρέπει να υπάρχει μία τριπλέτα συμπληρωματική και αντιπαράλληλη με ένα από τα κωδικόνια του προηγούμενου μορίου mrna. Τα πιθανά αντικωδικόνια για το μόριο αυτό είναι: 3 UAC 5, 3 GGG 5, 3 CAU 5, 3 AAA 5, 3 UCA 5. Αναζητούμε ως εκ τούτου την αντίστοιχη τριπλέτα στη μία από τις δύο αλυσίδες του γονιδίου, η οποία θα είναι και η κωδική. 5 - ACGTCTTGTAGGTTCA 3 3 TGCAGAACATCCAAGT 5 Η αλληλουχία αυτή εντοπίζεται στη 2 η αλυσίδα. Συνεπώς, το μόριο trna που προκύπτει από τη μεταγραφή του γονιδίου έχει την αλληλουχία: 3 UGCAGAACAUCCAAGU 5 Το trna αυτό έχει αντικωδικόνιο 3 CAU5 το οποίο αντιστοιχεί στο κωδικόνιο 5 GUA3 που εντοπίζεται στο mrna που παράγεται από το γονίδιο 1. Συνεπώς το εν λόγω trna που παράγεται από το γονίδιο 2 συμμετέχει στη μετάφραση του mrna του πρώτου ερωτήματος καθώς συνδέεται με το αντίστοιχο αμινοξύ το οποίο και μεταφέρει στο ριβόσωμα για την παραγωγή της πολυπεπτιδικής αλυσίδας που κωδικοποιεί το mrna. Γ5. Ένα άλλο γονίδιο που απομονώθηκε από τον ίδιο οργανισμό εδράζεται σε ένα κυκλικό μόριο DNA. Να εξηγήσετε: i) από ποιο μέρος του κυττάρου είναι δυνατόν να προέρχεται το εν λόγω γονίδιο, ii) αν το γονίδιο αυτό θα μπορούσε να μεταβιβαστεί από τον εν λόγω οργανισμό σε έναν απόγονό του. ΜΟΝΑΔΕΣ 3 (1+2) i) Εφόσον πρόκειται για ένα ανώτερο ζωικό είδος, δηλαδή ευκαρυωτικό οργανισμό, κυκλικό DNA συναντάται μόνο στα μιτοχόνδρια του κυττάρου. Συνεπώς, το γονίδιο αυτό εδράζεται σε μιτοχονδριακό DNA. ii) Εφόσον το φύλο στο είδος αυτό καθορίζεται όπως στον άνθρωπο και παρατηρώντας από τον καρυότυπο την ύπαρξη του Υ χρωμοσώματος συμπεραίνουμε ότι το φύλο του συγκεκριμένου ζωικού οργανισμού είναι αρσενικό. Γνωρίζουμε ότι στο ζυγωτό των ανώτερων οργανισμών τα μιτοχόνδρια και συνεπώς τα μιτοχονδριακά γονίδια είναι αποκλειστικά μητρικής προέλευσης, άρα ο εν λόγω οργανισμός δεν είναι δυνατόν να κληροδοτήσει σε κανέναν απόγονό του το εν λόγω μιτοχονδριακό γονίδιο. 7
ΘΕΜΑ Δ Η ακόλουθη αλληλουχία DNA περιέχει δύο συνεχή γονίδια, καθένα εκ των οποίων κωδικοποιεί ένα μικρό πεπτίδιο. GTTATACGCATTTGGATCTATTGAGTGGGATAGGCGTACCAA CAATATGCGTAAACCTAGATAACTCACCCTATCCGCATGGTT Δ1. Να γράψετε τις αλληλουχίες των δύο μορίων mrna που παράγονται και να σημειώσετε τα άκρα τους. Να μην αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μόριο mrna 1: 5 CAAU AUG CGU AAA CCU AGA UAA CUCACCCUAUCCGCAUGGUU3 ΜΟΝΑΔΕΣ 4 Μόριο mrna 2: 3 GUUAUACGCAUUUGGAUCUAUUG AGU GGG AUA GGC GUA CCAA5 Δ2. Να προσδιορίσετε τον αριθμό των δεσμών υδρογόνου που θα αναπτυχθούν κατά τα σύνδεση του κάθε μορίου mrna στη μικρή ριβοσωμική υπομονάδα κατά τη μετάφραση. Δίνεται ότι όλη η αντίστοιχη περιοχή του mrna συνδέεται με τη μικρή υπομονάδα. ΜΟΝΑΔΕΣ 8 Το κάθε μόριο mrna συνδέεται με κανόνα συμπληρωματικότητας μέσω της 5 αμετάφραστης περιοχής του με το rrna της μικρής ριβοσωμικής υπομονάδας. Συνεπώς οι δεσμοί υδρογόνου που αναπτύσσονται κατά τη σύνδεση του κάθε mrna με το ριβόσωμα είναι: Για το μόριο mrna 1: 9 δεσμοί υδρογόνου Για το μόριο mrna 2: 10 δεσμοί υδρογόνου Δ3. Κατά τη μετάφραση των δύο μορίων mrna του ερωτήματος Δ1 το σύμπλοκο έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης δημιουργήθηκε ακριβώς την ίδια χρονική στιγμή, ενώ ένα ριβόσωμα μεταφράζει κάθε μόριο mrna. Δεδομένου ότι τα ριβοσώματα μεταφράζουν μόρια mrna με τον ίδιο ρυθμό, να εξηγήσετε ποιο αμινοξύ μεταφέρει το trna που έρχεται να συνδεθεί στο κάθε ριβόσωμα τη στιγμή που σε καθένα από αυτά απομακρύνεται το δεύτερο κατά σειρά μόριο trna. Στο τέλος των θεμάτων δίνεται ο γενετικός κώδικας. ΜΟΝΑΔΕΣ 7 8
Όταν απομακρύνεται από την πρώτη θέση εισδοχής του ριβοσώματος το δεύτερο κατά σειρά μόριο trna σημαίνει πως ήδη στη δεύτερη θέση εισδοχής έχει συνδεθεί και το τρίτο κατά σειρά μόριο trna. Συνεπώς με τη μετακίνηση του ριβοσώματος κατά ένα κωδικόνιο προς το 3 άκρο του mrna έρχεται τώρα στο ριβόσωμα το τέταρτο μόριο trna που αντιστοιχεί στο τέταρτο κατά σειρά κωδικόνιο του κάθε μορίου mrna του ερωτήματος Δ1. Με τη βοήθεια του γενετικού κώδικα για τα δύο μόρια mrna βρίσκουμε αντίστοιχα ότι: Για το μόριο mrna 1: το τέταρτο κατά σειρά κωδικόνιο είναι το 5 CCU 3, συνεπώς το αντίστοιχο μόριο trna μεταφέρει στο ριβόσωμα το αμινοξύ pro Για το μόριο mrna 2: το τέταρτο κατά σειρά κωδικόνιο είναι το 5 GGG 3, συνεπώς το αντίστοιχο μόριο trna μεταφέρει στο ριβόσωμα το αμινοξύ gly Δ4. Αν θεωρηθεί ότι το αρχικό τμήμα DNA βρίσκεται σε θηλιά αντιγραφής και η θέση έναρξης της αντιγραφής βρίσκεται στη μέση ακριβώς της αλληλουχίας του: i) Να γράψετε τα τμήματα των αλυσίδων του που αντιγράφονται με ασυνεχή τρόπο. ii) Να γράψετε την αλληλουχία των πρωταρχικών τμημάτων που θα συντεθούν στα συνεχή τμήματα, με δεδομένο ότι κάθε πρωταρχικό τμήμα αποτελείται από 6 νουκλεοτίδια. Να μην αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. i) Η θέση έναρξης αντιγραφής υποδεικνύεται με τα βέλη: 3 GTTATACGCATTTGGATCTAT TGAGTGGGATAGGCGTACCAA 5 5 CAATATGCGTAAACCTAGATA ACTCACCCTATCCGCATGGTT 3 ΜΟΝΑΔΕΣ 6 Συνεπώς, τα τμήματα των αλυσίδων που αντιγράφονται με ασυνεχή τρόπο είναι τα παρακάτω: 3 GTTATACGCATTTGGATCTAT 5 και 5 ACTCACCCTATCCGCATGGTT 3 ii) Τα πρωταρχικά τμήματα που θα συντεθούν για τμήματα που αντιγράφονται με συνεχή τρόπο θα έχουν τις εξής αλληλουχίες: 5 ACUCAC 3 και 5 UAUCUA 3 9
10