ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 18 / 05 / 2011 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΘΕΜΑ Α Α1 α, Α2 δ, Α3 γ, Α4 β, Α5 β. ΘΕΜΑ Β Β1. Ο Griffith χρησιμοποίησε δύο διαφορετικά στελέχη του βακτηρίου πνευμονιόκοκκος (Diplococcus pneumoniae), που ξεχώριζαν μορφολογικά όταν καλλιεργηθούν σε θρεπτικό υλικό λόγω της παρουσίας ή μη ενός προστατευτικού καλύμματος. Το στέλεχος με το προστατευτικό κάλυμμα σχηματίζει λείες αποικίες και είναι παθογόνο, καθώς σκοτώνει τους ποντικούς που μολύνει, ενώ εκείνο που στερείται καλύμματος σχηματίζει αδρές αποικίες και δεν είναι παθογόνο. Ο Griffith χρησιμοποίησε υψηλή θερμοκρασία για να σκοτώσει τα λεία βακτήρια και με αυτά μόλυνε τους ποντικούς, οι οποίοι παρέμειναν ζωντανοί. Όταν όμως ανέμειξε νεκρά λεία βακτήρια με ζωντανά αδρά και με το μείγμα μόλυνε ξανά ποντικούς, τότε αυτοί πέθαναν, ενώ στο αίμα τους ανιχνεύθηκαν ζωντανά λεία βακτήρια. Ο Griffith συμπέρανε ότι μερικά αδρά βακτήρια μετασχηματίστηκαν σε λεία παθογόνα ύστερα από αλληλεπίδραση με τα νεκρά λεία βακτήρια, αλλά δεν μπόρεσε να δώσει ικανοποιητική απάντηση για το πώς συνέβη αυτό. Β2. Τα άτομα με μελαγχρωματική ξηροδερμία χαρακτηρίζονται από ανικανότητα διόρθωσης των βλαβών που προκαλούνται στο DNA λόγω μεταλλάξεων στα γονίδια που κωδικοποιούν τα επιδιορθωτικά ένζυμα. Οι περιοχές του σώματος που εκτίθενται στον ήλιο δέχονται την επιβλαβή επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, η οποία αυξάνει την πιθανότητα βλαβών στο DNA. Σελίδα 1 από 7
Δεδομένων των μεταλλάξεων των εν λόγω γονιδίων, οι βλάβες δεν διορθώνονται, συσσωρεύονται και πολλαπλασιάζεται η πιθανότητα εμφάνισης καρκίνου. Β3. α) Μία γονιδιωματική βιβλιοθήκη είναι το σύνολο των βακτηριακών κλώνων που περιέχουν το συνολικό DNA ενός οργανισμού. β) Η cdna βιβλιοθήκη αποτελεί το σύνολο των βακτηριακών κλώνων που περιέχουν αντίγραφα των mrna όλων των γονιδίων που εκφράζονται σε έναν συγκεκριμένο κυτταρικό τύπο ενός οργανισμού. B4. Για να διαπιστώσουμε αν τα βακτήρια των δυο καλλιεργειών ανήκουν στο ίδιο είδος, αρκεί να υπολογίσουμε τον λόγο Α+Τ/ G+C, ο οποίος διαφέρει από είδος σε είδος και σχετίζεται με το είδος του οργανισμού. Το γενετικό υλικό των βακτηρίων είναι κυκλικό και δίκλωνο μόριο DNA. Στα δίκλωνα μόρια DNA οι δύο αλυσίδες είναι συμπληρωματικές, άρα ο αριθμός των βάσεων θυμίνης (Τ) ισούται με τον αριθμό των βάσεων αδενίνης (Α) και ο αριθμός των βάσεων γουανίνης (G) ισούται με τον αριθμό των βάσεων κυτοσίνης (C). Στην πρώτη καλλιέργεια Α=Τ= 28% οπότε G=C= 22%, άρα ο λόγος Α+Τ/ G+C = 28 +28/22+22 = 56/44 = 14/11 Στην δεύτερη καλλιέργεια G=C= 28% οπότε Α=Τ= 22% άρα ο λόγος Α+Τ/ G+C = 22 + 22 /28 +28 = 44/56=11/14 Οι λόγοι είναι διαφορετικοί, συνεπώς, τα βακτήρια των δυο καλλιεργειών ανήκουν σε διαφορετικά είδη. ΘΕΜΑ Γ Γ1. Δεδομένου ότι το κίτρινο χρώμα σπέρματος είναι επικρατής χαρακτήρας και το πράσινο υπολειπόμενος, έχουμε τους εξής συμβολισμούς όσον αφορά το χρώμα του σπέρματος : K: αλληλόμορφο υπεύθυνο για το κίτρινο χρώμα και κ: αλληλόμορφο υπεύθυνο για το πράσινο χρώμα. Δεδομένου ότι το ψηλό ύψος είναι επικρατής χαρακτήρας και το κοντό ύψος είναι υπολειπόμενος, έχουμε τους εξής συμβολισμούς όσον αφορά το ύψος του φυτού: Ψ: αλληλόμορφο υπεύθυνο για το ψηλό ύψος και ψ: αλληλόμορφο υπεύθυνο για το κοντό ύψος. Με βάση τα παραπάνω, ένα ψηλό μοσχομπίζελο με κίτρινα σπέρματα έχει τους εξής πιθανούς γονοτύπους : Σελίδα 2 από 7
1. ΚΚΨΨ 2. ΚΚΨψ 3. Κκ ΨΨ 4. ΚκΨψ Προκειμένου να εξακριβώσουμε τον γονότυπο, θα προβούμε σε διασταύρωση ελέγχου των φυτών με φαινότυπο κίτρινο σπέρμα και ψηλό ύψος με φυτό ομόζυγο και για τα δύο υπολειπόμενα αλληλόμορφα, δηλαδή με γονότυπο κκψψ. Από τις αναλογίες των απογόνων θα συμπεράνουμε τον γονότυπο του κάθε φυτού. Συγκεκριμένα: 1 η διασταύρωση P1: ΚΚΨΨ κκψψ Γαμ: KΨ κψ F1: ΚκΨψ Όλοι οι απόγονοι είναι ψηλά φυτά με κίτρινα σπέρματα 2 η διασταύρωση P1: ΚΚΨψ κκψψ Γαμ: ΚΨ, Κψ κψ F1: ΚκΨψ, Κκψψ Ψηλά φυτά με κίτρινα σπέρματα και κοντά με κίτρινα σπέρματα σε αναλογία 1 : 1. 3 η διασταύρωση: P1: ΚκΨΨ κκψψ Γαμ: ΚΨ, κψ κψ F1: ΚκΨψ, κκψψ Ψηλά φυτά με κίτρινα σπέρματα και ψηλά με πράσινα σπέρματα σε αναλογία 1 : 1. Σελίδα 3 από 7
4 η διασταύρωση: P1: ΚκΨψ κκψψ Γαμ: ΚΨ, Κψ, κψ, κψ κψ F1: ΚκΨψ, Κκψψ, κκψψ, κκψψ Ψηλά με κίτρινα σπέρματα, κοντά με κίτρινα σπέρματα, ψηλά με πράσινα σπέρματα και κοντά με πράσινα σπέρματα σε αναλογία 1:1:1:1. Τα αποτελέσματα των διασταυρώσεων προκύπτουν από τον 1 ο και 2 ο νόμο του Μέντελ. 1 ος νόμος: Κατά τον σχηματισμό γαμετών διαχωρίζονται τα ομόλογα χρωμοσώματα και άρα τα αλληλόμορφα γονίδια σε ίση αναλογία και οι απόγονοι προκύπτουν από τον τυχαίο συνδυασμό των γαμετών των γονέων. 2 ος νόμος: Το γονίδιο που ελέγχει ένα χαρακτήρα δεν επηρεάζει τη μεταβίβαση του γονιδίου που ελέγχει έναν άλλο χαρακτήρα, εάν τα γονίδια αυτά βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Γ2. Τα άτομα που πάσχουν από το σύνδρομο Turner έχουν φυσιολογικό αριθμό αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων (44) αλλά ένα μόνο χρωμόσωμα Χ από το ζεύγος των φυλετικών χρωμοσωμάτων (ΧΟ). Αυτή είναι και η μοναδική μονοσωμία που έχει βρεθεί στον άνθρωπο. Η μονοσωμία είναι αριθμητική χρωμοσωμική ανωμαλία και οφείλεται στο φαινόμενο του μη διαχωρισμού κατά το οποίο κατά τη διάρκεια της μειωτικής διαίρεσης δεν πραγματοποιείται φυσιολογικά ο διαχωρισμός των ομολόγων χρωμοσωμάτων στην πρώτη μειωτική διαίρεση ή των αδελφών χρωματίδων στη δεύτερη μειωτική διαίρεση. Συνεπώς, οι πιθανοί μηχανισμοί δημιουργίας του εν λόγω παιδιού είναι οι εξής: 1. Το παιδί προήλθε από γονιμοποίηση ενός φυσιολογικού ωαρίου που φέρει το Χ φυλετικό χρωμόσωμα με σπερματοζωάριο χωρίς φυλετικό χρωμόσωμα που μπορεί να έχει προκύψει από μη διαχωρισμό χρωμοσωμάτων στην πρώτη ή χρωματίδων στη δεύτερη μειωτική διαίρεση. 2. Το παιδί προήλθε από γονιμοποίηση ενός σπερματοζωαρίου με Χ φυλετικό χρωμόσωμα με ωάριο χωρίς φυλετικό χρωμόσωμα, λόγω μη διαχωρισμού χρωμοσωμάτων στην πρώτη ή χρωματίδων στη δεύτερη μειωτική διαίρεση στη μητέρα. Σελίδα 4 από 7
Γ3. Η μεγάλη διαφορά στον αριθμό των νουκλεοτιδίων του γονιδίου σε σχέση με τα αμινοξέα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας οφείλεται στους εξής λόγους: Τα γονίδια είναι δίκλωνα τμήματα DNA, τα οποία μεταγράφονται και προκύπτουν μόρια RNA. Όμως μεταγράφεται μόνον η μία αλυσίδα των γονιδίων, συνεπώς το μόριο RNA που προκύπτει αποτελείται από τα μισά νουκλεοτίδια από εκείνα του γονιδίου. Στα περισσότερα γονίδια των ευκαρυωτικών κυττάρων συμβαίνει ωρίμανση, δηλαδή απομάκρυνση εσωτερικών αλληλουχιών, που ονομάζονται εσώνια. Το ώριμο μόριο mrna που προκύπτει από την ωρίμανση αποτελείται συνεπώς από ακόμη λιγότερα νουκλεοτίδια. Το ώριμο mrna παρότι αποτελείται αποκλειστικά από εξώνια έχει δύο περιοχές που δεν μεταφράζονται σε αμινοξέα. Η μία βρίσκεται στο 5 άκρο και η άλλη στο 3 άκρο και ονομάζονται 5 και 3 αμετάφραστες περιοχές αντίστοιχα. Στην 3 αμετάφραστη περιοχή βρίσκεται επίσης το κωδικόνιο λήξης, το οποίο δεν κωδικοποιεί αμινοξύ. Ο γενετικός κώδικας είναι κώδικας τριπλέτας, δηλαδή μία τριάδα νουκλεοτιδίων, που ονομάζεται κωδικόνιο, κωδικοποιεί ένα αμινοξύ. Το πρώτο κωδικόνιο του mrna είναι πάντοτε το AUG και σε αυτό προσδένεται το trna που μεταφέρει το αμινοξύ μεθειονίνη. Όμως δεν έχουν όλες οι πρωτεΐνες του κυττάρου ως πρώτο αμινοξύ μεθειονίνη, διότι σε πολλές πρωτεΐνες μετά τη σύνθεσή τους απομακρύνονται ορισμένα αμινοξέα από το αρχικό αμινικό άκρο τους. Συχνά πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες υφίστανται και άλλες τροποποιήσεις μετά τη σύνθεσή τους, κατά τις οποίες αφαιρούνται αμινοξέα ακόμη και από εσωτερικές περιοχές, όπως συμβαίνει με τη μετατροπή της προϊνσουλίνης σε ινσουλίνη. ΘΕΜΑ Δ Δ1. Σελίδα 5 από 7
Οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς ορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3 άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας. Κάθε νουκλεοτίδιο συνδέεται με 3-5 φωσφοδιεστερικό δεσμό με το προηγούμενό του. Σε κάθε τμήμα DNA που γίνεται η αντιγραφή, η σύνθεση του DNA είναι συνεχής στη μία αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη διότι: Οι DNA πολυμεράσες συνδέουν τα νέα νουκλεοτίδια με 3-5 φωσφοδιεστερικό δεσμό και κάθε νεοσυντιθέμενη αλυσίδα έχει προσανατολισμό 5 3. Επιπλέον σε κάθε διπλή έλικα που παράγεται οι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες. Η θηλιά που δημιουργείται στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής αυξάνεται σταδιακά και προς τις δύο κατευθύνσεις. Δ2. Με συνεχή τρόπο αντιγράφεται ο κλώνος ΓΔ. Στον κλώνο αυτό η αλληλουχία αζωτούχων βάσεων είναι: 5. G T A C A G C A G A T C T G A 3 Τα κύρια ένζυμα της αντιγραφής είναι οι DNA πολυμεράσες. Επειδή τα ένζυμα αυτά δεν έχουν την ικανότητα να αρχίσουν την αντιγραφή, το κύτταρο διαθέτει ένα ειδικό σύμπλοκο, που αποτελείται από πολλά ένζυμα και ονομάζεται πριμόσωμα, το οποίο συνθέτει στις θέσεις έναρξης αντιγραφής μικρά τμήματα RNA, τα πρωταρχικά τμήματα, συμπληρωματικά προς τις μητρικές αλυσίδες. Δεδομένου ότι κάθε νουκλεοτιδική αλυσίδα συντίθεται με προσανατολισμό 5 3 και αντιπαράλληλα προς τη μητρική, το πρωταρχικό τμήμα σχηματίζεται στο 3 άκρο της αλληλουχίας αυτής, με την οποία είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο. Συνεπώς, η αλληλουχία των 8 αζωτούχων βάσεων του πρωταρχικού τμήματος είναι: 5 U C A G A U C U 3 Δ3. Τα κωδικόνια στην κωδική αλυσίδα του DNA αυτού είναι: 5 ATG TCG CGA TGC AAG TTC TAA 3 Δ4. Το τμήμα DNA που αποκόπηκε αποτελείται από την αλληλουχία βάσεων: 5 CAAGTTCTAAT 3 Σελίδα 6 από 7
3 GTTCAAGATTA 5 Δ5. Το μόριο DNA που προκύπτει μετά την αναστροφή και την επανασύνδεση αποτελείται από την ακολουθία βάσεων: 5 TACATGTCGCGATGATTAGAACTTGCTCAATATCTT - 3 3 ATGTACAGCGCTACTAATCTTGAACGAGTTATAGAA -5 Η αλληλουχία αυτή προκύπτει μετά την αναστροφή και περιστροφή του τμήματος. Η περιστροφή του είναι απαραίτητη διότι σε κάθε περίπτωση το κάθε 5 άκρο του τμήματος πρέπει να επανασυνδεθεί με το 3 ελεύθερο άκρο κάθε αλυσίδας της αρχικής αλληλουχίας και το αντίστροφο (κάθε 3 άκρο του τμήματος πρέπει να επανασυνδεθεί με το 5 ελεύθερο άκρο κάθε αλυσίδας της αρχικής αλληλουχίας. Τα κωδικόνια του μορίου DNA (στην κωδική αλυσίδα) που κωδικοποιούν το νέο πεπτίδιο είναι: 5 ATG TCG CGA TGA - 3 Σελίδα 7 από 7