19 Ιουνίου 2018 ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Απαντήσεις Θεμάτων Πανελλαδικών Εξετάσεων Εσπερινών Γενικών Λυκείων ΘΕΜΑ Α Α.1 δ Α.2 β Α.3 α Α.4 γ Α.5 α ΘΕΜΑ B B.1 1. γ 2. β 3. γ 4. α 5. γ 6. γ 7. β Β.2 O μικροοργανισμός Β. Ο μικροοργανισμός Β αναπτύσσεται βέλτιστα (εμφανίζει μέγιστο ρυθμό ανάπτυξης) μεταξύ ph 4-5, ο Α σε χαμηλότερο ph και ο Γ σε υψηλότερο. Σχ. Βιβλίο σελ. 108 «το ph. 4-5». 1
Β.3 Βιοτεχνολογία με την ευρεία έννοια είναι η χρήση ζωντανών οργανισμών προς όφελος του ανθρώπου. Σχ. Βιβλίο σελ. 107 «Η Βιοτεχνολογία στηρίζεται υλοποίησή τους». Σχ. Βιβλίο σελ. 117 «Η Βιοτεχνολογία.τύποι καρκίνου». Β.4 Σχ. Βιβλίο σελ. 57 «οι περιοριστικές.κομμένα ακρα». α. Ίσου μήκους. Οι αδελφές χρωματίδες είναι πανομοιότυπα μόρια DNA που προκύπτουν κατά την αντιγραφή του γενετικού υλικού. Κατόπιν αυτού θα διαθέτουν ίδιο μέγεθος και αλληλουχία, συνεπώς και τον ίδιο αριθμό αλληλουχιών που αναγνωρίζονται από την EcoRI στα ίδια ακριβώς σημεία. β. Διαφορετικού μήκους. Τα γονίδια που κωδικοποιούν διαφορετικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες (άρα διαφορετική αλληλουχία αμινοξέων) θα έχουν διαφορετική αλληλουχία και ενδεχομένως μήκος βάσεων. Συνεπώς θα έχουν πιθανότατα διαφορετικό αριθμό αλληλουχιών που να αναγνωρίζονται από την EcoRI σε διαφορετικά σημεία και άρα θα προκύπτει διαφορετικός αριθμός και μήκος θραυσμάτων αντίστοιχα. γ. Διαφορετικού μήκους. Σε πολλά βακτήρια, εκτός από το κύριο κυκλικό μόριο DNA, υπάρχουν και τα πλασμίδια. Τα πλασμίδια είναι δίκλωνα, κυκλικά μόρια DNA με διάφορα μεγέθη και αλληλουχίες. Συνεπώς θα έχουν πιθανότατα διαφορετικό αριθμό αλληλουχιών που να αναγνωρίζονται από την EcoRI σε διαφορετικά σημεία και άρα θα προκύπτει διαφορετικός αριθμός και μήκος θραυσμάτων αντίστοιχα. δ. Ίσου μήκους. Ο βακτηριακός κλώνος περιλαμβάνει βακτήρια που έχουν προκύψει από ένα αρχικό βακτήριο και είναι συνεπώς γενετικά πανομοιότυπα. Τα βακτήρια έχουν ένα κύριο μόριο κυκλικού δίκλωνου DNA, το οποίο θα είναι ίδιο σε όλα τα βακτήρια του κλώνου. Συνεπώς το κυκλικό μόριο DNA των βακτηρίων αυτών θα έχει ίδιο μέγεθος και αλληλουχία, συνεπώς και τον ίδιο αριθμό αλληλουχιών που αναγνωρίζονται από την EcoRI στα ίδια ακριβώς σημεία. Γ.1 α. Κάθε μεταφασικό χρωμόσωμα αποτελείται από 2 αδερφές χρωματίδες. Κάθε χρωματίδα αποτελεί ένα μόριο DNA. Άρα έχουμε 96 χρωματίδες και 48 χρωμοσώματα. β. Σχ. Βιβλίο σελ. 20 «Κατά τη μεσόφαση αμετάβλητη». Έτσι στο τέλος της μεσόφασης που έχει προηγηθεί αντιγραφή του γενετικού υλικού έχουμε 48 ινίδια χρωματίνης (διπλασιασμένα), ενώ στην αρχή της μεσόφασης, πριν την αντιγραφή, θα έχουμε 48 μη διπλασιασμένα ινίδια χρωματίνης. 2
γ. Κάθε ινίδιο χρωματίνης στην αρχή της μεσόφασης αποτελεί ένα μόριο DNA. Έτσι έχουμε 48 μόρια DNA στην αρχή της μεσόφασης. Τα μόρια αυτά αντιγράφονται και διπλασιάζονται κατά τη μεσόφαση, ενώ τα αντίγραφα παραμένουν ενωμένα στο κεντρομερίδιο και αποτελούν τις αδελφές χρωματίδες. Έτσι, στο τέλος της μεσόφασης θα έχουμε 96 μόρια DNA. δ. Τα σωματικά κύτταρα αμφιγονικά αναπαραγόμενων οργανισμών είναι διπλοειδή, έχουν δηλαδή 2 αντίγραφα του γονιδιώματός τους. Κατά την παραγωγή των γαμετών που είναι απλοειδείς (μείωση) το γενετικό υλικό μειώνεται στο μισό, σε σχέση με τα σωματικά κύτταρα. Έτσι οι γαμέτες θα περιέχουν 24 χρωμοσώματα (μη διπλασιασμένα) και συνεπώς 24 μόρια DNA. ε. Το ζυγωτό προκύπτει από τη σύντηξη των απλοειδών γαμετών. Έτσι, αμέσως μετά τη γονιμοποίηση (αρχή μεσόφασης) το ζυγωτό (διπλοειδές) θα έχει 48 χρωμοσώματα και 48 μόρια DNA. Στη συνέχεια το ζυγωτό θα αντιγράψει στη μεσόφαση το γενετικό του υλικό ώστε να αρχίσει να διαιρείται. Στο τέλος της μεσόφασης συνεπώς θα έχει 48 χρωμοσώματα και 96 μόρια DNA. Γ.2 α. Η καμπύλη (α) αντιστοιχεί στους μικροοργανισμούς και η καμπύλη (β) στο προϊόναντιβιοτικό. Αυτό γιατί παρατηρούμε ότι η καμπύλη (α) ξεκινά από ένα χαμηλό επίπεδο πληθυσμού/συγκέντρωσης που αντιστοιχεί στην ποσότητα εμβολιασμού και από τη στιγμή που ο πληθυσμός αρχίζει να αυξάνεται (t1), εμφανίζεται στην καλλιέργεια το προϊόν της καμπύλης (β). Το στοιχείο της καμπύλης (α) προϋπάρχει του στοιχείου της (β) (χρονικό διάστημα 0-t1) άρα η καμπύλη (α) οφείλει να αντιπροσωπεύει τους μικροοργανισμούς και η (β) το προϊόν. γ: Στην καμπύλη εμφανίζονται 4 φάσεις ανάπτυξης: Λανθάνουσα (0-t1) Εκθετική (t1-t2) Στατική (t2-t3) Θανάτου (t3 και μετά) β: Βάσει των παραπάνω πρόκειται για κλειστή καλλιέργεια. Σχ. Βιβλίο σελ. 110-11 «Κλειστή καλλιέργεια ανάπτυξής τους». δ. Παρατηρούμε ότι το αντιβιοτικό αρχίζει να παράγεται τη χρονική στιγμή t1 όπου αρχίζει η εκθετική φάση, και συνεχίζει να παράγεται με γρήγορο ρυθμό μέχρι και το τέλος της στατικής φάσης (t3). Συνεπώς παράγεται κυρίως στην εκθετική και τη στατική φάση. 3
ΘΕΜΑ Δ Δ.1 Οι δύο κλώνοι είναι συμπληρωματικοί και αντιπαράλληλοι. Συνεπώς η αλληλουχία του δίκλωνου τμήματος του γονιδίου θα είναι: (Ι) ATCCAATGGGTAAAGACGTCC (ΙΙ) TAGGTTACCCATTTCTGCAGG Εφόσον το τμήμα κωδικοποιεί τα τρία τελευταία αμινοξέα μιας πρωτεΐνης και είναι ασυνεχές, στο μεταγραφόμενο κλώνο, ο οποίος θα είναι συμπληρωματικός και αντιπαράλληλος με το mrna θα πρέπει να περιέχει ένα από τα κωδικόνια 3 ATC5, 3 ATT5 ή 3 ΑCT5 που μεταγράφεται σε ένα από τα κωδικόνια λήξης του mrna 5 UAG3, 5 UAA3 ή 5 UGA3 αντίστοιχα. Το κωδικόνιο αυτό θα πρέπει να βρίσκεται τουλάχιστον 3 κωδικόνια (9 νουκλεοτίδια) μετά το άκρο της αλληλουχίας, αφού το κωδικόνιο λήξης δεν αντιστοιχεί σε αμινοξυ. Ελέγχω και τους δύο κλώνους και προς τις δύο κατευθύνσεις και αποδέχομαι δύο περιπτώσεις: Α περίπτωση: (Ι) 5 ATCCAATGGGTAAAGACGTCC 3 (ΙΙ) κωδική 3 TAGGTTACCCATTTCTGCAGG 5 μη κωδική Κωδικόνιο λήξης Στην περίπτωση αυτή πριν το κωδικόνιο λήξης υπάρχουν 10 νουκλεοτίδια, άρα το/τα εσώνια του ασυνεχούς γονιδίου δε βρίσκονται σε αυτό, αλλά σε προηγούμενο τμήμα που δεν αναγράφεται. Τα άκρα προκύπτουν από τα κωδικόνια και η αλυσίδα Ι-ΙΙ είναι η κωδική, ενώ η συμπληρωματική της η μη κωδική (μεταγραφόμενη). Β περίπτωση: (Ι) 3 ATCCAATGGGTAAAGACGTCC 5 (ΙΙ) κωδική 5 TAGGTTACCCATTTCTGCAGG 3 μη κωδική Κωδικόνιο λήξης Στην περίπτωση αυτή πριν το κωδικόνιο λήξης υπάρχουν 14 νουκλεοτίδια, άρα θα πρέπει να περιλαμβάνεται εσώνιο, αφού μόνο τα 9 εξ αυτών κωδικοποιούν αμινοξέα. Τα άκρα προκύπτουν από τα κωδικόνια και η αλυσίδα Ι-ΙΙ είναι η κωδική, ενώ η συμπληρωματική της η μη κωδική (μεταγραφόμενη). 4
Δ.2 Εφόσον περιέχεται εσώνιο, αποδεχόμαστε τη Β περίπτωση του ερωτήματος Δ1. Β περίπτωση: (Ι) 3 ATCCAATGGGTAAAGACGTCC 5 (ΙΙ) κωδική 5 TAGGTTACCCATTTCTGCAGG 3 μη κωδική Κωδικόνιο λήξης Το παραγόμενο πρόδρομο mrna είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο του μη κωδικού κλώνου, άρα: 5 CCUGCAGAAAUGGG-UAA-CCUA 3 Κατά τη μετάφραση το mrna διαβάζεται από το 5 προς το 3 άκρο, και η σύνθεση του πεπτιδίου γίνεται από το αμινικό (Η2Ν) προς το καρβοξυλικό (COOH) άκρο. Έτσι τα κωδικόνια του ώριμου mrna που κωδικοποιούν τα 3 τελευταία αμινοξέα του πεπτιδίου Pro- Asp-Gly-COOH μπορει, βάσει του γενετικού κώδικα, να είναι κάποιο από τα: 5 CCA GAU- GGA - UAA3 5 CCU 5 CCC 5 CCG GAG GGU GGG GGC Τα εντοπίζω στο ανωτέρω mrna και εντοπίζω το εσώνιο: 5 CCU-G[CAGAA]AU-GGG-UAA-CCUA 3 Συνεπώς η αλληλουχία του εσωνίου στο mrna θα είναι: 5 CAGAA3 Και στο γονίδιο: 5 CAGAA3 κωδική αλυσίδα 3 GTCTT3 μη κωδική αλυσίδα Δ.3 Ο υποκινητής βρίσκεται πάντα πριν από την αρχή του γονιδίου. Η μεταγραφή γίνεται με κατεύθυνση 5 3 στο mrna, το οποίο είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο του μεταγραφόμενου κλώνου, και από τον υποκινητή προς τις αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής. Έτσι, είναι λογικό ότι ο υποκινητής θα πρέπει να βρίσκεται πριν το 3 άκρο του μη κωδικού ή το 5 του κωδικού κλώνου, ή με άλλα λόγια, πριν το κωδικόνιο έναρξης και «μακριά» από το κωδικόνιο λήξης. Με βάση τα παραπάνω, ο υποκινητής θα βρίσκεται στη θέση ΙΙ. 5
Δ.4 Σχ. Βιβλίο σελ. 57-58 «Η περιοριστικές ενδονουκλεάσες.ένζυμο». Στο πλασμίδιο που δίνεται και με βάση τους προσανατολισμούς που δίνονται από τα βέλη υπάρχουν οι εξής αλληλουχίες εντός των γονιδίων ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά: Γονίδιο ανθεκτικότητας στην αμπικιλίνη: 3 GAATTC5 5 CTTAAG3 (ΔΕΝ αναγνωρίζεται από την EcoRI) Γονίδιο ανθεκτικότητας στην τετρακυκλίνη: 3 CTTAAG5 5 GAATTC3 (αναγνωρίζεται από την EcoRI) Με βάση τα παραπάνω στα ανασυνδυασμένα πλασμίδια εντός του γονιδίου ανθεκτικότητας στην τετρακυκλίνη θα ενσωματωθεί το ξένο τμήμα DNA, με αποτέλεσμα την αδρανοποίηση (καταστροφή) του γονιδίου, ενώ το γονίδιο ανθεκτικότητας στην αμπικιλίνη παραμένει άθικτο. Θεωρούμε ότι τα βακτήρια ξενιστές στα οποία εισήχθη το πλασμίδιο δε διέθεταν πλασμίδια και δεν ήταν ανθεκτικά σε κανένα από τα δύο αντιβιοτικά πριν τη διαδικασία μετασχηματισμού. Μετά το πέρας της διαδικασίας που περιγράφεται μπορεί να προκύψουν δυνητικά 3 κατηγορίες βακτηρίων, οι οποίες θα παρουσιάζουν διαφορετική ανθεκτικότητα στα 2 αντιβιοτικά: Βακτήρια μη μετασχηματισμένα: Δεν έχουν λάβει κανένα πλασμίδιο, άρα δεν είναι ανθεκτικά σε κανένα αντιβιοτικό. Βακτήρια μετασχηματισμένα με μη ανασυνδυασμένο πλασμίδιο: Τα βακτήρια αυτά έχουν λάβει πλασμίδιο που μετά τη δράση της EcoRI κυκλοποιήθηκε ξανά χωρίς την ενσωμάτωση ξένου τμήματος DNA. Tα βακτήρια θα είναι ανθεκτικά και στα δύο αντιβιοτικά, αφού το γονίδιο ανθεκτικότητας στην τετρακυκλίνη παραμένει ανέπαφο, αφού δεν ενσωματώνει ξένο τμήμα DNA. Βακτήρια μετασχηματισμένα με ανασυνδυασμένο πλασμίδιο: Τα βακτήρια αυτά έχουν λάβει το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο που έχει ενσωματώσει ξένο τμήμα DNA εντός του γονιδίου της τετρακυκλίνης. Tα βακτήρια θα ανθεκτικά στην αμπικιλίνη, αλλά όχι στην τετρακυκλίνη. 6
Συνεπώς, για να επιλέξουμε τα μετασχηματισμένα βακτήρια θα προσθέσουμε αμπικιλίνη στο θρεπτικό τους μέσο, με αποτέλεσμα να επιβιώσουν τα μετασχηματισμένα και όχι τα μη μετασχηματισμένα βακτήρια. [Εφόσον στην εκφώνηση αναφέρεται ότι στο πλασμίδιο έχει εισαχθεί το ξένο τμήμα DNA και άρα είναι εξ ορισμού ανασυνδυασμένο, δεν απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση. Εναλλακτικά, θα έπρεπε δευτερευόντως να χρησιμοποιήσουμε την τετρακυκλίνη, ώστε να διακρίνουμε να βακτήρια που έλαβαν ανασυνδυασμένο (ευαίσθητα στην τετρακυκλίνη) έναντι του μη ανασυνδυασμένου (ανθεκτικά στην τετρακυκλίνη) πλασμιδίου.] 7