ΑΠΑΝΣΗΔΙ ΚΡΙΣΗΡΙΟΤ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΓΙΑ ΣΟ 1 Ο ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΘΔΣΙΚΗ ΚΑΣΔΤΘΤΝΗ ΗΜΔΡΟΜΗΝΙΑ ΔΞΔΣΑΗ: 27/09/2014 ΦΡΟΝΣΙΣΗΡΙΟ: ΚΟΡΤΦΑΙΟ ΘΔΜΑ 1 Ο 1. γ 2. δ 3. α 4. δ 5. δ ΘΔΜΑ 2 Ο Α) Τν γελεηηθό πιηθό ησλ πξνθαξπσηηθώλ θπηηάξσλ είλαη έλα δίκλωνο κσκλικό μόριο DNA κήθνπο πεξίπνπ 1 mm. Τν θπθιηθό απηό κόξην DNA αλαδηπιώλεηαη θαη παθεηάξεηαη κε ηε βνήζεηα πξσηετλώλ κε απνηέιεζκα λα έρεη ηειηθό κήθνο ζην θύηηαξν 1 κm. Τν γελεηηθό πιηθό ησλ επθαξπσηηθώλ θπηηάξσλ έρεη κεγαιύηεξν κήθνο από απηό ησλ πξνθαξπσηηθώλ. Τν ζπλνιηθό DNA πνπ ππάξρεη ζε θάζε επθαξπσηηθό θύηηαξν δελ είλαη έλα εληαίν κόξην, αιιά απνηειείηαη από πνιιά γξακκηθά κόξηα, ν αξηζκόο θαη ην κήθνο ησλ νπνίσλ είλαη ραξαθηεξηζηηθά γηα ηα δηάθνξα είδε ησλ νξγαληζκώλ. Τα κόξηα ηνπ DNA παθεηάξνληαη κε πξσηεΐλεο θαη ζρεκαηίδνπλ ηα ηλίδηα ρξσκαηίλεο. Τν ζπλνιηθό DNA ζε θάζε δηπινεηδέο θύηηαξν ηνπ αλζξώπνπ έρεη κήθνο πεξίπνπ 2 m θαη ζπζπεηξώλεηαη ζε ηέηνην βαζκό, ώζηε λα ρσξάεη ζηνλ ππξήλα, νπ έρεη δηάκεηξν δέθα εθαηνκκπξηνζηά ηνπ κέηξνπ (10 κm)! Σην ειεθηξνληθό κηθξνζθόπην, ύζηεξα από εηδηθή επεμεξγαζία, ηα ηλίδηα ρξσκαηίλεο κνηάδνπλ κε θνκπνιόγηα από ράληξεο. Κάζε «ράληξα» νλνκάδεηαη νοσκλεόζωμα θαη απνηειεί ηε βαζηθή κνλάδα νξγάλσζεο ηεο ρξσκαηίλεο. Τν λνπθιεόζσκα απνηειείηαη από DNA κήθνπο 1 δεπγώλ βάζεσλ θαη από νθηώ κόξηα πξσηετλώλ, πνπ νλνκάδνληαη ιζηόνες. Τν DNA είλαη ηπιηγκέλν γύξσ από ην νθηακεξέο ησλ ηζηνλώλ. Τα λνπθιενζώκαηα αλαδηπιώλνληαη κε απνηέιεζκα ην DNA λα παθεηάξεηαη ζε κεγαιύηεξν βαζκό, ζρεκαηίδνληαο ηειηθά ηα ηλίδηα ηεο ρξσκαηίλεο. Σηελ αλαδίπισζε ζπκκεηέρνπλ θαη άιια είδε πξσηετλώλ. Β) Σε πνιιά βαθηήξηα, εθηόο από ην θύξην θπθιηθό κόξην DNA, ππάξρνπλ θαη ηα πλαζμίδια. Τα πιαζκίδηα είλαη δίθισλα, θπθιηθά κόξηα DNA κε δηάθνξα κεγέζε. Πεξηέρνπλ κηθξό πνζνζηό ηεο γελεηηθήο πιεξνθνξίαο θαη απνηεινύλ ην 1-2% ηνπ βαθηεξηαθνύ DNA. Έλα βαθηήξην κπνξεί λα πεξηέρεη έλα ή πεξηζζόηεξα πιαζκίδηα, ηα νπνία αληηγξάθνληαη αλεμάξηεηα από ην θύξην κόξην DNA ηνπ βαθηεξίνπ. Τα κηηνρόλδξηα θαη νη ρισξνπιάζηεο έρνπλ DNA. Τν γελεηηθό πιηθό ησλ κηηνρνλδξίσλ θαη ησλ ρισξνπιαζηώλ πεξηέρεη πιεξνθνξίεο ζρεηηθέο κε ηε ιεηηνπξγία ηνπο, δειαδή ζρεηηθά κε ηελ νμεηδσηηθή θσζθνξπιίσζε θαη ηε θσηνζύλζεζε αληίζηνηρα, θαη θσδηθνπνηεί κηθξό αξηζκό πξσηετλώλ. Οη πεξηζζόηεξεο όκσο πξσηεΐλεο, πνπ είλαη απαξαίηεηεο γηα ηε ιεηηνπξγία ησλ κηηνρνλδξίσλ θαη ησλ ρισξνπιαζηώλ, θσδηθνπνηνύληαη από γνλίδηα πνπ βξίζθνληαη ζην DNA ηνπ ππξήλα. Τν γεγνλόο απηό δείρλεη όηη ηα νξγαλίδηα απηά δελ είλαη αλεμάξηεηα από ηνλ ππξήλα ηνπ θπηηάξνπ θαη γηα ην ιόγν απηό ραξαθηεξίδνληαη σο ημιασηόνομα. 1
Τν κηηνρνλδξηαθό DNA ζηνπο πεξηζζόηεξνπο νξγαληζκνύο είλαη θπθιηθό κόξην. Κάζε κηηνρόλδξην πεξηέρεη δύν έσο δέθα αληίγξαθα ηνπ θπθιηθνύ κνξίνπ DNA. Σε νξηζκέλα όκσο θαηώηεξα πξσηόδσα είλαη γξακκηθό. Τν δπγσηό ησλ αλώηεξσλ νξγαληζκώλ πεξηέρεη κόλν ηα κηηνρόλδξηα πνπ πξνέξρνληαη από ην σάξην. Δπνκέλσο, ε πξνέιεπζε ησλ κηηνρνλδξηαθώλ γνληδίσλ είλαη κεηξηθή. Τν DNA ησλ ρισξνπιαζηώλ είλαη θπθιηθό κόξην θαη έρεη κεγαιύηεξν κέγεζνο από ην κηηνρνλδξηαθό DNA. Γ) Τελ ίδηα επνρή, ππήξραλ πνιιά βηνρεκηθά δεδνκέλα πνπ ππνζηήξηδαλ όηη ην DNA είλαη ην γελεηηθό πιηθό: Ζ πνζόηεηα ηνπ DNA ζε θάζε νξγαληζκό είλαη ζηαζεξή θαη δε κεηαβάιιεηαη από αιιαγέο ζην πεξηβάιινλ. Ζ πνζόηεηα ηνπ DNA είλαη επίζεο ίδηα ζε όια ηα είδε θπηηάξσλ ελόο νξγαληζκνύ, όπσο ζηελ πεξίπησζε ηνπ αλζξώπνπ ζε απηά ηνπ ζπιήλα, ηεο θαξδηάο, ηνπ ήπαηνο θ.η.ι. Οη γακέηεο ησλ αλώηεξσλ νξγαληζκώλ, πνπ είλαη απινεηδείο, πεξηέρνπλ ηε κηζή πνζόηεηα DNA από ηα ζσκαηηθά θύηηαξα, πνπ είλαη δηπινεηδή. Ζ πνζόηεηα ηνπ DNA είλαη, θαηά θαλόλα, αλάινγε κε ηελ πνιππινθόηεηα ηνπ νξγαληζκνύ. Σπλήζσο, όζν εμειηθηηθά αλώηεξνο είλαη ν νξγαληζκόο, ηόζν πεξηζζόηεξν DNA πεξηέρεη ζε θάζε θύηηαξό ηνπ. Γ) Ζ έθθξαζε in vivo ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πεξηγξαθή κηαο βηνινγηθήο δηαδηθαζίαο όηαλ απηή πξαγκαηνπνηείηαη ζε έλα δσληαλό νξγαληζκό. Ζ έθθξαζε in vitro ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πεξηγξαθή κηαο βηνινγηθήο δηαδηθαζίαο όηαλ απηή πξαγκαηνπνηείηαη ζην δνθηκαζηηθό ζσιήλα. Έλα ηππηθό in vivo παξάδεηγκα είλαη ε απόδεημε ηνπ εκηζπληεξεηηθνύ κεραληζκνύ ηεο αληηγξαθήο ηνπ DNA. Αληίζηνηρν in vitro παξάδεηγκα είλαη ε αλάιπζε ησλ ελδύκσλ ηεο αληηγξαθήο ηνπ DNA. Τν 1928 ν Griffith ρξεζηκνπνίεζε δύν ζηειέρε ηνπ βαθηεξίνπ πλεπκνληόθνθθνο (Diplococcus pneumoniae), ηα νπνία μερσξίδνπλ κνξθνινγηθά, όηαλ θαιιηεξγεζνύλ ζε ζξεπηηθό πιηθό, ιόγσ ηεο παξνπζίαο ή κε ελόο πξνζηαηεπηηθνύ θαιύκκαηνο. Τν ζηέιερνο πνπ είρε θάιπκκα ζρεκάηηδε ιείεο απνηθίεο θαη ήηαλ παζνγόλν, δειαδή ζθόησλε ηα πνληίθηα πνπ κόιπλε, ελώ εθείλν πνπ δελ είρε θάιπκκα ζρεκάηηδε αδξέο απνηθίεο θαη δελ ήηαλ παζνγόλν. Μία αποικία είλαη έλα ζύλνιν από κηθξννξγαληζκνύο, πνπ έρνπλ πξνέιζεη από δηαδνρηθέο δηαηξέζεηο ελόο θπηηάξνπ, όηαλ απηό αλαπηύζζεηαη ζε ζηεξεό ζξεπηηθό πιηθό. Οη απνηθίεο είλαη νξαηέο κε γπκλό νθζαικό. Ο Griffith ρξεζηκνπνίεζε πςειή ζεξκνθξαζία, γηα λα ζθνηώζεη ηα ιεία βαθηήξηα θαη κε απηά κόιπλε πνληηθνύο., νη νπνίνη παξέκελαλ δσληαλνί. Όηαλ όκσο αλέκεημε λεθξά ιεία βαθηήξηα κε δσληαλά αδξά θαη κε ην κείγκα κόιπλε πνληηθνύο, ηόηε απηνί πέζαλαλ. Σην αίκα ησλ λεθξώλ πνληηθώλ βξέζεθαλ δσληαλά ιεία βαθηήξηα. Ο Griffith ζπκπέξαλε όηη κεξηθά αδξά βαθηήξηα «κεηαζρεκαηίζηεθαλ» ζε ιεία παζνγόλα ύζηεξα από αιιειεπίδξαζε κε λεθξά ιεία βαθηήξηα, αιιά δελ κπόξεζε λα δώζεη ηθαλνπνηεηηθή απάληεζε γηα ην πώο γίλεηαη απηό. Δπνκέλσο ην πείξακα ηνπ Griffith ήηαλ κία in vivo δηαδηθαζία. 2
ΘΔΜΑ 3 Ο Α) Ζ απεηθόληζε ησλ κεηαθαζηθώλ ρξσκνζσκάησλ ελόο θπηηάξνπ θάπνηνπ νξγαληζκνύ, θαηά δεύγε θαη θαηά ειαηηνύκελν κέγεζνο απνηειεί ηνλ θαξπόηππν ηνπ θπηηάξνπ ή απηνύ ηνπ νξγαληζκνύ. Κάζε θπζηνινγηθό κεηαθαζηθό ρξσκόζσκα απνηειείηαη από δύν αδειθέο ρξσκαηίδεο νη νπνίεο ζπγθξαηνύληαη ζην θεληξνκεξίδην. Τν θεληξνκεξίδην δηαηξεί θάζε ρξσκαηίδα ζε δύν βξαρίνλεο, έλα κεγάιν θαη έλα κηθξό. Έηζη, ηα κεηαθαζηθά ρξσκνζώκαηα ελόο θπηηάξνπ, δηαθέξνπλ κεηαμύ ηνπο σο πξνο ην κέγεζνο θαη σο πξνο ηε ζέζε ηνπ θεληξνκεξηδίνπ (κεηαθεληξηθά, ππνκεηαθεληξηθά θαη αθξνθεληξηθά ρξσκνζώκαηα). Ο αξηζκόο θαη ε κνξθνινγία ησλ ρξσκνζσκάησλ είλαη ηδηαίηεξν ραξαθηεξηζηηθό θάζε είδνπο. Σηνλ άλζξσπν ηα θπζηνινγηθά αξζεληθά θαη ζειπθά άηνκα έρνπλ ζηνλ ππξήλα ησλ ζσκαηηθώλ ηνπο θπηηάξσλ 23 δεύγε ρξσκνζσκάησλ. Τν έλα ρξσκόζσκα ζε θάζε δεύγνο, είλαη παηξηθήο θαη ην άιιν κεηξηθήο πξνέιεπζεο θαη ειέγρνπλ ηηο ίδηεο ηδηόηεηεο (νκόινγα ρξσκνζώκαηα). Από ηα 23 δεύγε, ηα 22 είλαη κνξθνινγηθά όκνηα ζηα αξζεληθά θαη ζειπθά άηνκα θαη νλνκάδνληαη απηνζσκηθά ρξσκνζώκαηα. Τν 23 ν δεύγνο ζηα ζειπθά άηνκα απνηειείηαη από δύν Φ ρξσκνζώκαηα, ελώ ζηα αξζεληθά από έλα Φ θαη έλα -κηθξόηεξν ζε κέγεζνο- Υ ρξσκόζσκα. Τα ρξσκνζώκαηα απηά νλνκάδνληαη θπιεηηθά θαη ζε πνιινύο νξγαληζκνύο (θαη ζηνλ άλζξσπν) θαζνξίδνπλ ην θύιν ηνπ αηόκνπ. Έηζη ζηνλ άλζξσπν, ε παξνπζία ηνπ Υ ρξσκνζώκαηνο θαζνξίδεη ην αξζεληθό άηνκν, ελώ ε απνπζία ηνπ ην ζειπθό άηνκν. Γειαδή έλα θπζηνινγηθό αξζεληθό άηνκν έρεη 44 απηνζσκηθά ρξσκνζώκαηα θαη έλα δεύγνο ΦΥ θπιεηηθώλ ρξσκνζσκάησλ, ελώ έλα θπζηνινγηθό ζειπθό έρεη 44 απηνζσκηθά θαη έλα δεύγνο ΦΦ. Άξα νη πιεξνθνξίεο πνπ κπνξνύκε λα αληιήζνπκε από ηε κειέηε ηνπ θαξπνηύπνπ, αθνξνύλ: Τνλ αξηζκό θαη ηε κνξθνινγία ησλ ρξσκνζσκάησλ, πνπ απνηεινύλ ηδηαίηεξα ραξαθηεξηζηηθά γηα θάζε είδνο νξγαληζκνύ. Τελ ύπαξμε απινεηδνύο ή δηπινεηδνύο γνληδηώκαηνο, γεγνλόο πνπ καο νδεγεί ζε κία δηαπίζησζε γηα ην είδνο ηνπ θπηηάξνπ, δει. αλ είλαη απινεηδέο ή δηπινεηδέο [Μπνύξδα, αθνύ ε Μειέηε Καξπνηύπνπ πξαγκαηνπνηείηαη κόλν ζε Γηπινεηδή Κύηηαξα!!!] Τν θύιν ηνπ αηόκνπ, αλάινγα κε ηα θπιεηηθά ρξσκνζώκαηα πνπ ππάξρνπλ ζηνλ θαξπόηππό ηνπ. Όιεο ηηο πηζαλέο ρξσκνζσκηθέο κεηαιιάμεηο (αξηζκεηηθέο ή δνκηθέο) πνπ κπνξεί λα θέξεη ην άηνκν. Β) Σηελ αξρή ηεο κεζόθαζεο ην γελεηηθό πιηθό έρεη κηθξό βαζκό ζπζπείξσζεο θαη ζρεκαηίδεη δίθηπν ηληδίσλ ρξσκαηίλεο. Καηά ζπλέπεηα ηα ηλίδηα ρξσκαηίλεο δελ είλαη νξαηά σο κεκνλσκέλεο δνκέο κε ην νπηηθό κηθξνζθόπην. Με ην ηέινο όκσο ηεο αληηγξαθήο (θάζε S ηεο κεζόθαζεο) θάζε ηλίδην ρξσκαηίλεο έρεη δηπιαζηαζηεί. Τα δύν αληίγξαθα θάζε ηληδίνπ ζπλδένληαη κεηαμύ ηνπο κε κία δνκή πνπ νλνκάδεηαη θεληξνκεξίδην. Ο όξνο αδειθέο ρξσκαηίδεο ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα πεξηγξάςεη ηα δηπιαζηαζκέλα ρξσκνζώκαηα θαηά ην ρξνληθό δηάζηεκα πνπ απηά είλαη ζπλδεδεκέλα ζην θεληξνκεξίδην. ζηελ θπηηαξηθή δηαίξεζε, νη αδειθέο ρξσκαηίδεο ζπζπεηξώλνληαη αθόκε πεξηζζόηεξν θαη έηζη θαηά ην ζηάδην ηεο κεηάθαζεο απνθηνύλ ην κέγηζην βαζκό ζπζπείξσζεο. Σην ζηάδην απηό ν πςειόο βαζκόο ζπζπείξσζεο θαζηζηά ηα κεηαθαζηθά ρξσκνζώκαηα επδηάθξηηα, ώζηε είλαη εύθνιν λα παξαηεξεζνύλ αθόκε θαη κε ην νπηηθό κηθξνζθόπην. Έηζη ζην ηέινο ηεο κίησζεο πξνθύπηνπλ δύν λέα θύηηαξα, γελεηηθά όκνηα κεηαμύ ηνπο, όπσο θαη κε ην αξρηθό από ην νπνίν 3
πξνέθπςαλ, αθνύ ην θαζέλα ηνπο πεξηέρεη ηε κία από ηηο δύν «πξώελ» αδειθέο ρξσκαηίδεο από θάζε ρξσκόζσκα. Θα κπνξνύζακε δει. λα πνύκε όηη «ηα ηλίδηα ηεο ρξσκαηίλεο», «ηα ρξσκνζώκαηα» θαη «νη ρξσκαηίδεο», απνηεινύλ «δηαθνξεηηθέο όςεηο ηνπ ίδηνπ λνκίζκαηνο». Τα ηλίδηα ρξσκαηίλεο δηπιαζηάδνληαη ζηε κεζόθαζε θαη «κεηαηξέπνληαη» ζε αδειθέο ρξσκαηίδεο, νη νπνίεο γίλνληαη επδηάθξηηεο ζηελ θπηηαξηθή δηαίξεζε. Καηά ην ηέινο ηεο θπηηαξηθήο δηαίξεζεο (κίησζεο), νη αδειθέο ρξσκαηίδεο θάζε ρξσκνζώκαηνο απνρσξίδνληαη πιήξσο, απνζπζπεηξώλνληαη ζηαδηαθά θαη κεηαηξέπνληαη πάιη ζε ηλίδηα ρξσκαηίλεο ζην κεζνθαζηθό ππξήλα ησλ λέσλ θπηηάξσλ θ.ν.θ. Παξ όιεο όκσο ηηο κνξθνινγηθέο κεηαβνιέο ηνπ γελεηηθνύ πιηθνύ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θπηηαξηθνύ θύθινπ, ε ρεκηθή ηνπ ζύζηαζε παξακέλεη ακεηάβιεηε. Γ) Σσκαηηθό Κύηηαξν Αλζξώπνπ Αξρή Μεζόθαζεο Τέινο Μεζόθαζεο Μεηάθαζε Τειόθαζε Νέα Κύη ηαξα Μόξηα DNA 92 92 92 Ηλίδηα Φξσκαηίλεο Αδειθέο Φξσκαηίδεο Φξσκνζώκα ηα Εεύγε Ννπθιενηηδί σλ (Ηζρύεη: 92) Γηα ην βηβιίν: ΟΦΗ ΟΦΗ (Ηζρύεη: ΟΦΗ) Γηα ην βηβιίν: (απινεηδή) 92 (δηπιαζηαζκέλα) ΟΦΗ 92 92 ΟΦΗ ΟΦΗ (δηπιαζηαζκέλα) 92 (απινεηδή) (απιν εηδή) 6 x 10 9 12 x 10 9 12 x 10 9 12 x 10 9 6 x 10 9 ΘΔΜΑ 4 Ο Α) Τα DNAs κόξηα ηνπ αλζξώπνπ είλαη δίθισλα (γξακκηθά ζηνλ ππξήλα θαη θπθιηθά ζηα κηηνρόλδξηα) θαη θάζε ηέηνην κόξην DNA ιόγσ ηεο ηζρύνο ηνπ θαλόλα ηεο ζπκπιεξσκαηηθόηεηαο ησλ αδσηνύρσλ βάζεσλ ηζρύεη όηη Α = Τ θαη G = C. Τν DNA ησλ ηώλ, κπνξεί λα είλαη είηε κνλόθισλν είηε δίθισλν κόξην (γξακκηθό ή θπθιηθό). Σπλεπώο, αθνύ ν Σσιήλαο-1 πεξηέρεη δίθισλν DNA, ζα έρεη ην DNA ηνπ αζζελή, ελώ ν Σσιήλαο-2 πνπ πεξηέρεη κνλόθισλν DNA, ζα έρεη ην ηηθό DNA. Β) Έζησ όηη Α 1, G 1, T 1 θαη C 1 ηα Ννπθιενηίδηα ηνπ 1 νπ κνξίνπ DNA, θαη Α 2, G 2, T 2 θαη C 2 ηα Ννπθιενηίδηα ηνπ 2 νπ κνξίνπ DNA. Με βάζε ηα δεδνκέλα ηεο άζθεζεο, ηζρύεη όηη: Ν 1 = Ν 2 Α 1 + G 1 + T 1 + C 1 = Α 2 + G 2 + T 2 + C 2 2 Τ 1 + 2 G 1 = 2 Τ 2 + 2 G 2 Τ 1 + G 1 = Τ 2 + G 2 (i) Τ 1 + Τ 2 = 3.500 (ii) 4
G 1 + G 2 = 7.000 (iii) Από ηηο (ii) θαη (iii), κπνξνύκε λα γξάςνπκε: Τ 1 + G 1 + Τ 2 + G 2 = 10.500 [ιόγσ ηεο (i)] 2 Τ 1 + 2 G 1 = 10.500 Ν 1 = 10.500 λνπθιενηίδηα = Ν 2 Μ DNA-1 = Μ DNA-2 = 5.250 δεύγε λνπθιενηηδίσλ Άινγν Μήθνο DNA(ζε δ.β.) Αξηζκόο ρξσκνζσκά ησλ Κύηηαξν 8x10 9 34 κεηά ηε (δηπι/λα) Μείσζε Η Γακέηεο 4x10 9 34 (απι/δή) Σσκαηηθό 16x10 9 68 θύηηαξν (δηπι/λα) ζην ηέινο ηεο Μεζόθαζε ο Σσκαηηθό 8x10 9 68 θύηηαξν (απι/δή) ζηελ αξρή ηεο Μεζόθαζε ο Μόξη α DNA Εεύγε Οκνιόγσλ Φξσκνζσκάησ λ Αιπζίδε ο ηνπ DNA Φξσκαηί δεο ή Ηλίδηα ρξσκαηί λεο Απινεηδέο ή Γηπινεηδέο Κύηηαξν 68 ΚΑΝΔΝΑ 136 68 Απι/δέο 34 ΚΑΝΔΝΑ 68 34 Απι/δέο 136 34 272 136 Γηπι/δέο 68 34 136 68 Γηπι/δέο 5