ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΕΞΕΤΑΣΤΕΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ: 1 Ο,2 Ο και 4 Ο ΘΕΜΑ 1 Ο Α) 1. Β 2. Δ 3. Δ Β) 1. 1.Δ 2. 1. ΣΤ 2. Γ 2. Ε 3. Ε 3. Β 4. Α 4. Γ 5. Β 5. Α 6. Ζ 6. Δ 7. ΣΤ 7. Ζ ΘΕΜΑ 2 Ο Α) Ενότητα σχολικού βιβλίου: Μία γονιδιωματική βιβλιοθήκη περιέχει όλο το γονιδίωμα ενός οργανισμού. Από σελ. 58 «Η αλληλουχία GAATTC υπάρχει διάσπαρτη» έως και σελ. 60 «είναι η ίδια με αυτήν που χρησιμοποιείται και στα πλασμίδια». Β) ΣΤΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑ 1.έχει μικρό μέγεθος, περίπου 1mm 2.ένα κυκλικό δίκλωνο DNA 3.είναι απλοειδές και δεν εμφανίζει αυτοσωμικά και φυλετικά χρωμοσώματα ΣΤΑ ΑΝΘΡΩΠΙΝΑ ΚΥΤΤΑΡΑ 1.μεγάλο μήκος, περίπου 2m 2. 46 γραμμικά δίκλωνα μόρια DNA και στα μιτοχόνδρια κυκλικά δίκλωνα DNAs. 3.είναι διπλοειδές και εμφανίζει αυτοσωμικά και φυλετικά χρωμοσώματα. 1
4.βρίσκεται μέσα στο κυτταρόπλασμα σε μία συγκεκριμένη περιοχή που ονομάζεται πυρηνική περιοχή ή πυρηνοειδές 5.το πακετάρισμα του DNA γίνεται με πρωτεϊνες που δεν είναι ιστόνες 6.δε σχηματίζει νουκλεοσώματα 7.ορισμένα βακτήρια περιέχουν και πλασμίδια, με όλα εκείνα τα χαρακτηριστικά που συναντούμε σε αυτά 8.δεν οργανώνεται σε χρωμοσώματα 9.η αντιγραφή του ξεκινάει από ένα σημείο 10.ως προς τα γονίδιά τους: α)πολλά τους γονίδια οργανώνονται σε οπερόνια, β)δεν έχουν γονίδιο που να κωδικοποιεί τη σύνθεση sn RNAs μορίων, γ)έχουν γονίδια για σύνθεση περιοριστικών ενδονουκλεασών δ)τα γονίδια για mrnas είναι συνεχή, αλλά για trnas και rrnas είναι ασυνεχή. 11.ο βαθμός συσπείρωσης είναι πολύ μικρότερος από ό,τι στα ευκαρυωτικά κύτταρα. 12.διαιρούνται με απλή διχοτόμηση, αφού προηγουμένως διπλασιάσουν το γενετικό τους υλικό, χωρίς να εμφανίζουν τα διακριτά στάδια της Μίτωσης 13.μπορούν να υποστούν μόνο γονιδιακές μεταλλάξεις 14.δεν εμφανίζουν κυτταρική διαφοροποίηση, αφού κάθε βακτήριο είναι μονοκύτταρο. 15.το κύριο βακτηριακό DNA συνδέεται σε ένα σημείο της εσωτερικής πλευράς 4.βρίσκεται μέσα στον πυρήνα, που περιβάλλετα από τον πυρηνικό φάκελο, που είναι μια διπλή στοιχειώδης μεμβράνη 5.το πακετάρισμα του DNA, γίνεται με τη βοήθεια ιστονών και άλλων πρωτεϊνών 6.σχηματίζει νουκλεοσώματα 7.δεν έχει πλασμίδια 8.οργανώνεται σε χρωμοσώματα τα οποία όταν διπλασιάζονται έχουν τη μορφή δύο αδελφών χρωματίδων ενωμένων στο κεντρομερίδιο 9.η αντιγραφή του DNA ξεκινάει από πολλά σημεία πάνω σε κάθε χρωμόσωμα και ταυτόχρονα 10.ως προς τα γονίδιά τους: α)δε φέρει κανένα οπερόνιο, β)έχει γονίδια που ελέγχουν τη σύνθεση snrnas μορίων, γ)δεν έχει γονίδιο για περιοριστική ενδονουκλεάση, δ)όλα τους τα γονίδια είναι(στη συντριπτική τους πλειοψηφία για την ακρίβεια)ασυνεχή, δηλ. περιλαμβάνουν περιοχές χωρίς νόημα, που στα γονίδια που κωδικοποιούν mrnas μόρια, ονομάζονται εσώνια. 11.ο βαθμός συσπείρωσης του DNA είναι πολύ μεγάλος 12.διαιρούνται με τη διαδικασία της μίτωσης, αφού προηγουμένως στη φάση S της μεσόφασης διπλασιάσουν το DNA τους (εξαίρεση αποτελούν τα άωρα γεννητικά κύτταρα που είναι διπλοειδή, αλλά όχι σωματικά και διαιρούνται με τη μείωση) 13.μπορούν να υποστούν τόσο γονιδιακές όσο και χρωμοσωμικές μεταλλάξεις 14.εμφανίζουν κυτταρική διαφοροποίηση στα αρχικά στάδια της εμβρυογένεσης, ώστε στους διάφορους κυτταρικούς τύπους να εκφράζονται διαφορετικά γονίδια και έτσι να αρχίσουν τα κύτταρα να διαφέρουν μεταξύ τους δομικά, άρα και λειτουργικά 15.ανάλογα με το είδος του οργανισμού συναντούμε διαφορετική οργάνωση του 2
της κυτταρικής μεμβράνης, που ονομάζεται σημείο έναρξης της αντιγραφής γονιδιώματος, ως προς το μέγεθος και τη μορφολογία των χρωμοσωμάτων. Γ) 1 ΟΝ Τη στιγμή της γονιμοποίησης του ωαρίου από το σπερματοζωάριο, περνάει μόνο ο πυρήνας του σπερματοζωαρίου και άρα το αρσενικό έμβρυο θα φέρει στα μιτοχόνδριά του, αποκλειστικά DNA μητρικής προέλευσης, αφού τα μιτοχόνδρια στο ζυγωτό είναι του ωαρίου. 2 ΟΝ Το Υ φυλετικό χρωμόσωμα είναι μικρότερο σε μέγεθος από το Χ, γεγονός που σημαίνει ότι από τα 46 χρωμοσώματα του πυρήνα του ζυγωτού, άρα και του εμβρύου, υπάρχει λίγη περισσότερη ποσότητα γενετικού υλικού που προέρχεται από τη μητέρα του, αφού στα αρσενικά άτομα, το Υ φυλετικό χρωμόσωμα προσφέρθηκε από το σπερματοζωάριο και το Χ από το ωάριο. ΘΕΜΑ 3 Ο Α) (α) Από το Κεντρικό Δόγμα της Βιολογίας γνωρίζουμε ότι κατά την αντιγραφή κάποιων RNA-ιών, το RNA αντιγράφει τον εαυτό του. (β) Στην ωρίμανση των πρόδρομων mrnas έχουμε συνύπαρξη των εσωνίων, με τα snrnas μόρια των μικρών ριβονουκλεοπρωτεϊνικών σωματιδίων. (γ) Στη μετάφραση, κατά την πρόσδεση του mrna πάνω στο ριβόσωμα, έχουμε συνύπαρξη της 5 αμετάφραστης περιοχής του mrna με το 3 άκρο του rrna της μικρής ριβοσωμικής υπομονάδας (δ) Στη μετάφραση, έχουμε συνύπαρξη των κωδικονίων του mrna με τα αντικωδικόνια των trnas μορίων. Β) 1 ον Στην αντιγραφή: το πρωταρχικό τμήμα τοποθετείται από το πριμόσωμα απέναντι από το 3 άκρο της πατρικής αλυσίδας σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. 2 ον Στην αντιγραφή: οι DNA-Πολυμεράσες τοποθετούν τα νουκλεοτίδια των θυγατρικών αλυσίδων, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. 3 ον Στην αντιγραφή: τα Επιδιορθωτικά Ένζυμα τοποθετούν τα σωστά νουκλεοτίδια στα σημεία που έγιναν κάποια λάθη, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. 3
4 ον Στη μεταγραφή: η σύνθεση του RNA-Μεταγραφήματος από την RNA-Πολυμεράση με «καλούπι» τη μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου, γίνεται σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. 5 ον Στην ωρίμανση του πρόδρομου mrna: η κοπή των εσωνίων από τα μικρά ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια, γίνεται σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας, δηλ. την ανάπτυξη δεσμών υδρογόνου ανάμεσα στις αζωτούχες βάσεις του snrna μορίου και των βάσεων του εσωνίου. 6 ον Στη μετάφραση: η σύνδεση της 5 αμετάφραστης περιοχής του mrna με το 3 άκρο του rrna, γίνεται με ανάπτυξη παροδικών δεσμών υδρογόνου μεταξύ τους, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. 7 ον Στη μετάφραση: η σύνδεση των κωδικονίων του mrna με τα αντικωδικόνια των trnas, γίνεται σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. 8 ον Στην αντίστροφη μεταγραφή που παρατηρείται σε ορισμένη τάξη RNAιών: έχουμε τη σύνθεση DNA από «καλούπι» RNA, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. 9 ον Στην αντιγραφή κάποιας άλλης τάξης RNA-ιών, έχουμε τη σύνθεση RNA από RNA, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. Γ) α) Ως φορέα κλωνοποίησης θα χρησιμοποιήσουμε το δεύτερο πλασμίδιο, που περιέχει και το γονίδιο lacz, ώστε να μπορούμε να επιτύχουμε τη διάκριση -μέσω χρωματισμού κάποιων σημείων της βακτηριακής καλλιέργειας- των μετασχηματισμένων βακτηρίων με ανασυνδυασμένο πλασμίδιο, από τα μετασχηματισμένα βακτήρια με μη ανασυνδυασμένο πλασμίδιο. β) Ως βακτήρια-ξενιστές θα χρησιμοποιήσουμε εκείνα που περιέχουν την περιοριστική ενδονουκλεάση TaqI, διότι η ειδική αλληλουχία αναγνώρισης της MspI υπάρχει μέσα στο γονίδιο του ολιγοπεπτιδίου, γεγονός που σημαίνει ότι η είσοδος του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου μέσα στο βακτήριο-ξενιστής θα συνοδεύονταν από την κοπή και άρα την καταστροφή του. γ) Το αντιβιοτικό που θα χρησιμοποιήσουμε για την επιλογή των μετασχηματισμένων βακτηρίων είναι η αμπικιλίνη. Δε θα χρησιμοποιήσουμε την πουρομυκίνη, αφού σε αυτό θα επιδείξουν ανθεκτικότητα και τα μη μετασχηματισμένα βακτήρια. δ) Το mrna που θα προκύψει θα έχει την ακόλουθη αλληλουχία: 5 AUG,CGC,GCG,AAG,CCC,CGG,GGU,GAA,GUC,CAC,UUC,UCA,UGA3 4
ε) Τα αντικωδικόνια των trnas μορίων με τη σειρά που συμμετέχουν είναι: 3 UAC5 /3 GCG5 /3 CGC5 /3 UUC5 /3 GGG5 /3 GCC5 /3 CCA5 /3 CUU5 /3 CAG5 /3 GUG5 /3 AAG5 /3 AGU5. στ) 12 αμινοξέα. ζ) Όλα τα μετασχηματισμένα βακτήρια με μη ανασυνδυασμένο πλασμίδιο, θα εκφράζουν το γονίδιο lacz και άρα θα μπορούν να χρωματίζονται μπλε, μέσα σε θρεπτικό υλικό που να περιέχει πολυμερή γαλακτόζης. Αντίθετα τα υπόλοιπα μετασχηματισμένα βακτήρια δε θα χρωματίζονται. Η επιλογή φυσικά όλων των μετασχηματισμένων από τα μη μετασχηματισμένα, έγινε νωρίτερα με το αντιβιοτικό της αμπικιλίνης. ΘΕΜΑ 4 Ο α) Ν γονιδίου = 171 2 + 2.500 2 + 246 2 + 2.500 2 + 183 2 = 11.200 βάσεις. β) i)ν ώριμου γονιδίου = 171 2 + 246 2 + 183 2 = 1.200 βάσεις Όμως μετά την τεχνητή προσθήκη των γουανινών στα 5 άκρα του ώριμου γονιδίου και επειδή είναι γραμμικό δίκλωνο DNA, θα έχουμε: Ν ώριμου γονιδίου = 1.200 + 8 = 1.208 βάσεις φ.δ. = Ν-2 = 1.206 δεσμοί. ii)ν ανοιγμένου πλασμιδίου = 850 2 = 1.700 βάσεις Όμως μετά την τεχνητή προσθήκη των κυτοσινών στα 5 άκρα του ανοιγμένου πλασμιδίου και επειδή το ανοιγμένο πλασμίδιο είναι γραμμικό δίκλωνο DNA, θα έχουμε: Ν ανοιγμένου γονιδίου = 1.700 + 8 = 1.708 φ.δ. = Ν-2 = 1.706 δεσμοί. γ) Ο σχεδιασμός του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου, θα πρέπει να γίνει έχοντας υπόψη μας τα παρακάτω βήματα: 1. Αρχικά, σχεδιάζουμε το ανοιγμένο πλασμίδιο που θα έχει στα 5 άκρα του, οκτώ μονόκλωνες αζωτούχες βάσεις (με κατεύθυνση ανάγνωσης από 5 3 ) CCCCAATT 2. Στη συνέχεια, γράφουμε το ώριμο γονίδιο του οποίου τα 5 άκρα, θα έχουν τέσσερεις μονόκλωνες αζωτούχες βάσεις (με κατεύθυνση ανάγνωσης από 5 3 ) GGGG 3. Οι τέσσερεις προεξέχουσες βάσεις (GGGG) του ώριμου γονιδίου, δημιουργούν δεσμούς υδρογόνου με τις συμπληρωματικές βάσεις CCCC στα 5 άκρα του ανοιγμένου πλασμιδίου. 5
4. Άρα, σε κάθε αλυσίδα του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου, μεταξύ του 3 άκρου κάθε αλυσίδας του ανοιγμένου πλασμιδίου και του 5 άκρου του ώριμου γονιδίου με τα τεχνητά άκρα των τεσσάρων γουανινών, δημιουργείται ένα χάσμα του DNA, που αφορά την έλλειψη αζωτούχων βάσεων στο 3 άκρο κάθε αλυσίδας του ανοιγμένου πλασμιδίου, απέναντι από τις βάσεις (με κατεύθυνση ανάγνωσης 5 3 ) AATT. ΠΡΟΣΟΧΗ: Το χάσμα αυτό του DNA, θα κλείσει στη συνέχεια η DNA-pol του βακτηρίουξενιστή, μετά το βακτηριακό μετασχηματισμό, με τη βοήθεια της DNA- Δεσμάσης. δ) Εάν υπολογίσουμε μόνο τους φ.δ. που θα δημιουργήσει η DNA-Δεσμάση μετά τον αρχικό ανασυνδυασμό του πλασμιδίου, δηλαδή μόνο κατά το κλείσιμο των χασμάτων του DNA και των εγκοπών του, τότε θα είναι μόνο δύο σημεία, μεταξύ Τ και G σε κάθε αλυσίδα. Εάν όμως υπολογίσουμε ότι και κατά την αρχική ανάμειξη του ανοιχτού πλασμιδίου με το ώριμο γονίδιο, είχαν δημιουργηθεί δύο φωσφοδιεστερικοί δεσμοί από την DNA-Δεσμάση, ανάμεσα στην C του προεξέχοντος 5 άκρου του ανοιγμένου πλασμιδίου και την τελευταία βάση του 3 άκρου του ώριμου γονιδίου, τότε τα συνολικά σημεία δράσης της DNA-Δεσμάσης στο ανασυνδυασμένο πλασμίδιο γίνονται τέσσερα (δύο αρχικά και δύο στη συνέχεια με το κλείσιμο των χασμάτων και των εγκοπών του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου). ε) Μ κλειστού ανασυνδυασμένου πλασμιδίου = 600 ζ.β. + 4 ζ.β. + 4 ζ.β. + 846 ζ.β. + 4 ζ.β. + 4 ζ.β. = 1.462 ζεύγη βάσεων στ) (i) Για το ώριμο γονίδιο έχουμε: 1. A=T=86 2. N γονιδίου = 2A + 2G 1.200 = 172 + 2G G = 514 = C 3. δ.η. 1 = 2Α + 3G = 172 + 1.542 = 1.714 δεσμοί (ii) Για το τμήμα του πλασμιδίου που οι δύο αλυσίδες του συγκρατούνται με δεσμούς υδρογόνου, ισχύουν: 1. A=T=416 2. N τμήματος πλασμιδίου με δεσμούς υδρογόνου = 2A + 2G 1.692 = 832 + 2G G = 430 = C 6
3. δ.η. 2 = 2A + 3G = 832 + 1.290 = 2.122 δεσμοί Επιμέλεια: ΒΕΡΒΕΡΙΔΗΣ ΣΤ. ΔΗΜΗΤΡΗΣ (iii) Μεταξύ των τεσσάρων γουανινών και των τεσσάρων κυτοσινών των τεχνητών άκρων δημιουργούνται 12 δεσμοί υδρογόνου. Όμως έχουμε σε δύο σημεία του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου, αυτή τη δημιουργία των 12 δεσμών υδρογόνου, δηλαδή συνολικά για αυτά τα δύο σημεία του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου δημιουργούνται 2 12= 24 δεσμοί υδρογόνου. (iv) Στο τέλος, οι βακτηριακές DNA-pol, θα επαναδημιουργήσουν 8 νέους δεσμούς υδρογόνου στα προεξέχοντα άκρα ΑΑΤΤ κάθε χάσματος του DNA. Επειδή όμως αυτά τα χάσματα βρίσκονται σε δύο σημεία, άρα επαναδημιουργούνται με αυτό τον τρόπο 2 8 = 16 δεσμοί υδρογόνου. Από τα (i), (ii), (iii) και (iv), προκύπτει ότι οι συνολικοί δεσμοί υδρογόνου στο ανασυνδυασμένο πλασμίδιο μετά και το κλείσιμο των δύο χασμάτων του, είναι: δ.η. συνολικοί = 1.714 + 2.122 + 24 + 16 = 3.876 δεσμοί υδρογόνου. Καλό διάβασμα τώρα για το επόμενο διαγώνισμα!!! 7