Α1. 1. δ 2. α 3. δ 4. γ 5. γ Βιολογία ΘΕΜΑ A κατεύθυνσης Α2. Κατάταξη Αδενίνη 1 Γονίδιο 4 Νουκλεοτίδιο 2 Νουκλεόσωμα 3 Βραχίονας 5 Χρωματίδα 6 Γονιδίωμα 8 Καρυότυπος 9 Μεταφασικό χρωμόσωμα 7 ΘΕΜΑ Β 1. Η δομή φυσιολογικού χρωμοσώματος Σελ. 20 σχολικού βιβλίου «Ο όρος αδελφές χρωματίδες εύκολο να παρατηρηθούν με το οπτικό μικροσκόπιο» και σελ.20 σχολικό βιβλίο «Κάθε φυσιολογικό μεταφασικό χρωμόσωμα. και ως προς τη θέση του κεντρομεριδίου» Τρόπος με τον οποίο από τα ινίδια χρωματίνης προκύπτουν τα μεταφασικά χρωμοσώματα Σελ. 18,20 «Αν παρατηρήσουμε το γενετικό υλικό ενός ευκαρυωτικού κυττάρου εύκολο να παρατηρηθούν με το οπτικό μικροσκόπιο», «Θα μπορούσαμε να πούμε του γενετικού υλικού παραμένει αμετάβλητη.» 1
2α. Ένα δεσοξυριβονουκλεοτίδιο αποτελεί μονομερές ενός μορίου DNA που απομονώθηκε από πυρήνα ευκαρυωτικού κυττάρου οι δεσμοί που αναπτύσσει με τα άλλα μονομερή του μορίου εξαρτάται από τη θέση του στην πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Μπορούμε να διακρίνουμε 3 επιμέρους περιπτώσεις: i) Να είναι το πρώτο δεοξυριβονουκλεοτίδιο της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας. Στην περίπτωση αυτή αναπτύσσει 3,5 φωσφοδιεστερικό δεσμό μέσω του υδροξυλίου του 3 ου άνθρακα της δεοξυριβόζης του, με την φωσφορική ομάδα του 5 ου άνθρακα της δεοξυριβόζης του δεύτερου δεοξυριβονουκλεοτιδίου. Επιπλέον, αναπτύσσει δεσμούς υδρογόνου μέσω της αζωτούχας βάσης του, η οποία είναι ενωμένη με τον 1 ο άνθρακα της δεοξυριβόζης του με την συμπληρωματική αζωτούχα βάση της συμπληρωματικής πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας. ii) Να βρίσκεται κεντρικά στην αλυσίδα. Στην περίπτωση αυτή αναπτύσσει 3,5 φωσφοδιεστερικό δεσμό μέσω της φωσφορικής ομάδας του 5 ου άνθρακα της δεοξυριβόζης του, με το υδροξύλιο του 3 ου άνθρακα της δεοξυριβόζης του προηγούμενου δεοξυριβονουκλεοτιδίου. Επιπλέον, μέσω του υδροξυλίου του 3 ου άνθρακα της δεοξυριβόζης του, με την φωσφορική ομάδα του 5 ου άνθρακα της δεοξυριβόζης του επόμενου δεοξυριβονουκλεοτιδίου. Τέλος, αναπτύσσει δεσμούς υδρογόνου μέσω της αζωτούχας βάσης του, η οποία είναι ενωμένη με τον 1 ο άνθρακα της δεοξυριβόζης του με την συμπληρωματική αζωτούχα βάση της συμπληρωματικής πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας. iii) Να είναι το τελευταίο δεοξυριβονουκλεοτίδιο της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας. Σε αυτή την περίπτωση, αναπτύσσει 3,5 φωσφοδιεστερικό δεσμό μέσω της φωσφορικής ομάδας του 5 ου άνθρακα της δεοξυριβόζης του, με το υδροξύλιο του 3 ου άνθρακα της δεοξυριβόζης του προηγούμενου δεοξυριβονουκλεοτιδίου. Τέλος, αναπτύσσει δεσμούς υδρογόνου μέσω της αζωτούχας βάσης του, η οποία είναι ενωμένη με τον 1 ο άνθρακα της δεοξυριβόζης του με την συμπληρωματική αζωτούχα βάση της συμπληρωματικής πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας. β. Οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί επιτρέπουν τη συγκρότηση της πρωτοταγούς δομής του μορίου, αφού έτσι επιτυγχάνεται η σύνδεση των δεοξυριβονουκλεοτιδίων για τη δημιουργία των 2 πολυνουκλεοτιδικών αλυσίδων. Οι δεσμοί υδρογόνου που αναπτύσσονται μεταξύ των βάσεων των 2 συμπληρωματικών πολυνουκλεοτιδικών αλυσίδων σταθεροποιούν τη δευτεροταγή δομή του μορίου. Οι αζωτούχες βάσεις της μιας αλυσίδας συνδέονται με τις αζωτούχες βάσεις της απέναντι αλυσίδας με βάση τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. Η αδενίνη συνδέεται μόνο με θυμίνη με 2 δεσμούς υδρογόνου, και η γουανίνη μόνο με κυτοσίνη με 3 δεσμούς υδρογόνου. 2
3. Σελ. 21 σχολικού βιβλίου «Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες και για το λόγο αυτό χαρακτηρίζονται ως ημιαυτόνομα.» 4. Όχι, ο άντρας δεν μπορεί να μεταδώσει την ασθένεια διότι η προέλευση του μιτοχονδριακού DNA είναι μόνο μητρική. Δηλαδή, κατά τη γονιμοποίηση μόνο το ωάριο «προσφέρει» στο ζυγωτό τα μιτοχόνδρια του και όχι το σπερματοζωάριο. Άρα, τα χαρακτηριστικά που οφείλονται στα γονίδια του μιτοχονδριακού DNA προέρχονται μόνο από την μητέρα και όχι από τον πατέρα. ΘΕΜΑ Γ 1. Α. μόρια DNA στην αρχή της μεσόφασης 38 Β. μόρια DNA στο τέλος της μεσόφασης 76 Γ. χρωμοσώματα στο τέλος της μεσόφασης 38 Δ. αδελφές χρωματίδες στην μετάφαση 76 Ε. αλυσίδες DNA στην μετάφαση 152 ΣΤ. αυτοσωμικά χρωμοσώματα στους γαμέτες 18 Ζ. φυλετικά χρωμοσώματα στα σπερματοζωάρια 1 Η. ινίδια χρωματίνης σε κάθε θυγατρικό κύτταρο 38 Α. Στην αρχή της μεσόφασης (πριν τον αυτοδιπλασιασμό) η μορφή του γενετικού υλικού είναι ινίδια χρωματίνης. Εφόσον τα χρωμοσώματα είναι 38, άρα και τα ινίδια χρωματίνης είναι 38. Β. Στο τέλος της μεσόφασης έχει μεσολαβήσει ο αυτοδιπλασιασμός, συνεπώς τα μόρια του DNA είναι τα διπλάσια, άρα 38x2=76. Γ. Στο τέλος της μεσόφασης τα χρωμοσώματα είναι διπλασιασμένα, και το καθένα αποτελείται από 2 αδελφές χρωματίδες, ενωμένες στο κεντρομερίδιο. Συνεπώς, υπάρχουν 38 διπλασιασμένα χρωμοσώματα, αποτελούμενα συνολικά από 76 χρωματίδες, ανά 2 πανομοιότυπες (αδελφές). Δ. Στη μετάφαση τα χρωμοσώματα έχουν την μορφή των μεταφασικών χρωμοσωμάτων με το μέγιστο βαθμό συσπείρωσης, και το καθένα αποτελείται από 2 αδελφές χρωματίδες ενωμένες στο κεντρομερίδιο. Συνεπώς, υπάρχουν 38 μεταφασικά χρωμοσώματα, αποτελούμενα συνολικά από 76 χρωματίδες, ανά 2 πανομοιότυπες (αδελφές). Ε. Οι αλυσίδες DNA στην μετάφαση είναι 152, εφόσον κάθε χρωματίδα είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA. 3
ΣΤ. - Ζ. Οι γαμέτες είναι απλοειδή κύτταρα, δηλαδή περιέχουν 1 αντίγραφο του γονιδιώματος, δηλαδή ο αριθμός των χρωμοσωμάτων τους είναι 38/2=19. Κάθε γαμέτης αποτελείται από 18 αυτοσωμικά χρωμοσώματα και 1 φυλετικό χρωμόσωμα. Η. Τα ινίδια χρωματίνης σε κάθε θυγατρικό κύτταρα είναι ίσα με τα ινίδια χρωματίνης του μητρικού κυττάρου, άρα 38. 2. 1 ο 2 ο 3 ο Α=2.000 Α=2.500 Α=2.600 U=2.000 T=2.500 Τ= 2.600 G=1.000 G=3.300 G=1.800 C=3.000 C=3.300 C=1.800 Φωσφοδιεστερικοί Φωσφοδιεστερικοί Φωσφοδιεστερικοί δεσμοί =7.999 δεσμοί =11.598 δεσμοί =8.800 1 ο νουκλεϊκό οξύ: το μόριο είναι RNA, αφού έχει ουρακίλη και είναι μονόκλωνο αφού δεν ισχύει ο κανόνας της συμπληρωματικότητας G C παρόλο που A=U. Είναι γραμμικό διότι φ.δ.=ν-1=(α+u+g+c)-1=(2.000+2.000+1.000+3.000)-1=8.000-1=7.999. Το μόριο αυτό μπορεί να προέρχεται από κάποιο ιό. 2 ο νουκλεϊκό οξύ: το μόριο είναι DNA, αφού έχει θυμίνη και είναι δίκλωνο αφού ισχύει ο κανόνας της συμπληρωματικότητας G=C=3.300 και A=Τ=2.500. Είναι γραμμικό διότι φ.δ.=ν- 2=(Α+Τ+G+C)-2=(2.500+2.500+3.300+3.300)-2=11.600-2=11.598. Το μόριο αυτό μπορεί να προέρχεται από πυρήνα ευκαρυωτικού κυττάρου, από μιτοχόνδριο κατώτερου πρωτοζώου και από κάποιο ιό. 3 ο νουκλεϊκό οξύ: το μόριο είναι DNA, αφού έχει θυμίνη και είναι δίκλωνο αφού ισχύει ο κανόνας της συμπληρωματικότητας G=C=3.300 και A=Τ=2.500. Είναι κυκλικό διότι φ.δ.= ν=(α+τ+g+c)=(2.600+2.600+1.800+1.800)=8.800. Το μόριο αυτό μπορεί να προέρχεται από μιτοχόνδριο ή χλωροπλάστη ευκαρυωτικού κυττάρου, από κάποιο προκαρυωτικό κύτταρο είτε ως το κύριο μόριο DNA του είτε ως πλασμίδιο και από κάποιο ιό. 4
ΘΕΜΑ Δ 1α. Εφόσον η γουανίνη αποτελεί το 40% των αζωτούχων βάσεων σε ένα κυκλικό μόριο DNA του χλωροπλάστη τότε 40% θα είναι και το ποσοστό της και στα 75 αντίγραφα στον χλωροπλάστη. Λόγω του κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων, 40% θα είναι και το ποσοστό της κυτοσίνης. A%+T%= 100%-60%=40%. Λόγω του κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων A%=T%, άρα 2 A%=40%, δηλαδή A%= T%=20%. β. Ο συνολικός αριθμός των νουκλεοτιδίων σε 1 κυκλικό μόριο DNA είναι 195.000x2=390.000. Οι δεσμοί υδρογόνου που αναπτύσσονται μεταξύ των βάσεων των 2 συμπληρωματικών πολυνουκλεοτιδικών αλυσίδων σταθεροποιούν τη δευτεροταγή δομή του μορίου. Οι αζωτούχες βάσεις της μιας αλυσίδας συνδέονται με τις αζωτούχες βάσεις της απέναντι αλυσίδας με βάση τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. Η αδενίνη συνδέεται μόνο με θυμίνη με 2 δεσμούς υδρογόνου, και η γουανίνη μόνο με κυτοσίνη με 3 δεσμούς υδρογόνου. Άρα, 2Α+3G=Δ.Υ. Όμως, Α=390.000x0,2= 78.000 G=390.000x0,4= 156.000 Συνεπώς,, Δ.υ.=2Α+3G=2x78.000+3x156.000=156.000+468.000=604.000 γ. Ο συνολικός αριθμός φωσφοδιεστερικών δεσμών για ένα δίκλωνο κυκλικό μόριο DNA του χλωροπλάστη ισούται με τον συνολικό αριθμό των νουκλεοτιδίων του μορίου αυτού, δηλαδή 390.000. Εφόσον, υπάρχουν 75 αντίγραφα του μορίου αυτού τότε ο συνολικός αριθμός των φωσφοδιεστερικών δεσμών είναι 390.000x75=29.250.000. 2α. Ένα δίκλωνο γραμμικό μόριο DNA έχει μήκος αν ξετυλιχθεί 340.000 nm. Δίνεται ότι το μήκος 10 ζευγών βάσεων είναι 3,4nm. Τα 10 ζεύγη βάσεων έχουν μήκος 3,4nm Τα x; ζεύγη βάσεων έχουν μήκος 340.000 nm άρα 3,4x=340.000x10 x= 1.000.000 Άρα το μόριο έχει μήκος 1.000.000 ζεύγη βάσεων. β. Ένα νουκλεόσωμα αποτελείται από 8 ιστόνες και 146 ζ.β. 5
Αν ω ο αριθμός των νουκλεοσωμάτων τότε ω είναι ο αριθμός των συνδετικών μορίων DNA. Άρα, ο συνολικός αριθμός των ζευγών βάσεων μπορεί να δοθεί από την σχέση 146ωζ.β.+54ωζ.β.= 1.000.000 ζ.β., άρα 200ω=1.000.000, ω= 5.000. Συνεπώς, ο αριθμός των νουκλεοσωμάτων είναι 5.000. 6