ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 04/09/2016 ΘΕΜΑ Α Α.1. β. Α.2. β. Α.3. γ. Α.4. δ. ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Α.5. β. Μονάδες 25 ΘΕΜΑ Β Β. 1. Ιχνηθέτηση. είναι η σήμανση χημικών μορίων με τη χρήση ραδιενεργών ισοτόπων, φθοριζουσών ουσιών, κτλ. Ένα τυπικό παράδειγμα είναι η χρήση ραδιενεργού φωσφόρου 32Ρ στα νουκλεοτίδια για την ιχνηθέτηση του DNA. Η ιχνηθέτηση χρησιμοποιήθηκε στα κλασικά πειράματα των Hershey και Chase με τα οποία ήρθε η οριστική επιβεβαίωση ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό. Σε αυτά τα πειράματα μελέτησαν τον κύκλο ζωής του βακτηριοφάγου Οι ερευνητές ιχνηθέτησαν τους φάγους με ραδιενργό 35 S, που ανιχνεύει τις πρωτείνες αλλά όχι το DNA, και με ραδιενεργό 32 P, που ανιχνεύει το DNA αλλά όχι τις πρωτείνες. Στη συνέχεια με ραδιενεργούς φάγους μόλυναν βακτήρια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μόνο το DNA των φάγων εισέρχεται στα βακτηριακά κύτταρα και είναι ικανό να "δώσει τις απαραίτητες εντολές", για να πολλαπλασιαστούν και να παραχθούν οι νέοι φάγοι. Β. 2. Σε κάθε νουκλεοτίδιο η αζωτούχος βάση συνδέεται με τον 1' άνθρακα της δεοξυριβόζης και η φωσφορική ομάδα με τον 5' άνθρακα. Μιαπολυνουκλεοτιδικη αλυσίδα σχηματίζεται από την ένωση πολλών νουκλεοτιδίων με ομοιοπολικό δεσμό. Ο δεσμός αυτός δημιουργείται μεταξύ του υδροξυλίου του 3' άνθρακα της πεντόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που είναι συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της πεντόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου. Ο δεσμός αυτός ονομάζεται 3'- 5' φωσφοδιεστερικός δεσμός. Με τον τρόπο αυτό η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα που δημιουργείται έχει ένα σκελετό, που αποτελείται από επανάληψη των μορίων φωσφορική ομάδα-πεντόζη-φωσφορική ομάδα-πεντόζη. Ανεξάρτητα από τον αριθμό των νουκλεοτιδίων από τα οποία αποτελείται η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, το πρώτο της νουκλεοτίδιο έχει πάντα μία ελεύθερη φωσφορική ομάδα συνδεδεμένη στον 5' άνθρακα της πεντόζης του και το τελευταίο νουκλεοτίδιο της έχει ελεύθερο το υδροξύλιο του 3' άνθρακα της πεντόζης του. Για το λόγο αυτό αναφέρεται ότι ο προσανατολισμός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5' 3'. Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 1 από 5
Β. 3. Συνοπτικά οι λειτουργίες του γενετικού υλικού είναι: 1) Η αποθήκευση της γενετικής πληροφορίας. Στο DNA (ή στο RNA των RNA ιών) περιέχονται οι πληροφορίες που καθορίζουν όλα τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού και οι οποίες οργανώνονται σε λειτουργικές μονάδες, τα γονίδια. 2) Η διατήρηση και η μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας από κυτταρο σε κύτταρο και από οργανισμό σε οργανισμό, που εξασφαλίζονται με τον αυτοδιπλασιασμό του DNA. 3) Η έκφραση των γενετικών πληροφοριών, που επιτυγχάνεται με τον έλεγχο της σύνθεσης των πρωτεϊνών. Β. 4. Τα χρωμοσώματα ταξινομούνται σε ζεύγη κατά ελαττούμενο μέγεθος. Η απεικόνιση αυτή αποτελεί τον καρυότυπο. Ο αριθμός και η μορφολογία των χρωμοσωμάτων είναι ιδιαίτερο χαρακτηριστικό κάθε είδους. Στον άνθρωπο τα φυσιολογικά αρσενικά και θηλυκά άτομα έχουν στον πυρήνα των σωματικών τους κυττάρων 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων. Η μελέτη των χρωμοσωμάτων είναι δυνατή μόνο σε κύτταρα τα οποία διαιρούνται. Τα κύτταρα αυτά μπορεί να προέρχονται είτε από ιστούς που διαιρούνται φυσιολογικά είτε από κυτταροκαλλιέργειες, όπου γίνεται in vitro επαγωγή της διαίρεσης με ουσίες που έχουν μιτογόνο δράση. Τα χρωμοσώματα μελετώνται στο στάδιο της μετάφασης, όπου εμφανίζουν το μεγαλύτερο βαθμό συσπείρωσης και είναι ευδιάκριτα. Επειδή σε ένα πληθυσμό διαιρούμενων κυττάρων το ποσοστό αυτών που βρίσκονται στη μετάφαση είναι μικρό, χρησιμοποιούνται ουσίες οι οποίες σταματούν την κυπαρική διαίρεση στη φάση αυτή. Στη συνέχεια τα κύτταρα επωάζονται σε υποτονικό διάλυμα, ώστε να σπάσει η κυπαρική τους μεμβράνη, και τα χρωμοσώματά τους απλώνονται σε αντικειμενοφόρο πλάκα. Τέλος, χρωματίζονται με ειδικές χρωστικές ουσίες και παρατηρούνται στο μικροσκόπιο. Μονάδες 7 ΘΕΜΑ Γ Γ. 1. Το σχήμα αυτό αποτελεί το κεντρικό δόγμα της Μοριακής Βιολογίας όπως ονομάστηκε από τον F. Crick (1958). Η γενετική πληροφορία είναι η καθορισμένη σειρά των βάσεων, όπως η πληροφορία μιας γραπτής φράσης είναι η σειρά των γραμμάτων που την αποτελούν. Η πληροφορία υπάρχει σε τμήματα του DNA με συγκεκριμένη ακολουθία, τα γονίδια. Αυτά, διά μέσου της μεταγραφής και της μετάφρασης, καθορίζουν τη σειρά των αμινοξέων στην πρωτεΐνη. Για αρκετό καιρό οι ερευνητές πίστευαν ότι όλη η ροή της γενετικής πληροφορίας γινόταν προς τη μία μόνο κατεύθυνση, δηλαδή ότι το DNA μεταγραφόταν σε RNA. Σήμερα είναι γνωστό ότι μερικοί ιοί έχουν RNA ως γενετικό υλικό. Ένα ένζυμο που υπάρχει στους ίδιους τους ιούς, η αντίστροφη μεταγραφάση, χρησιμοποιεί ως καλούπι το RNA, για να συνθέσει DNA. Επιπλέον, σε ορισμένους ιούς το RNA έχει την ικανότητα να αυτοδιπλασιάζεται. Έτσι σήμερα το κεντρικό δόγμα περιγράφεται ως εξής: Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 2 από 5
Η αντιγραφή του DNA διαιωνίζει τη γενετική πληροφορία. Η μεταγραφή καθορίζει ποια γονίδια θα εκφραστούν, σε ποιους ιστούς (στους πολυκύτταρους ευκαρυωτικούς οργανισμούς), και σε ποια στάδια της ανάπτυξης. Η μετάφραση χρησιμοποιεί αυτή την πληροφορία, για να κατασκευάσει ένα πολυπεπτίδιο. Γ. 2. Τα βακτηριακά γονίδια διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: Στα γονίδια που μεταγράφονται σε mrna και μεταφράζονται στη συνέχεια σε πρωτεΐνες και στα γονίδια που μεταγράφονται και παράγουν trna, rrna. Στα βακτήρια δεν υπάρχουν γονίδια που κωδικοποιούν sn RNA γιατί αυτός το είδος RNA υπάρχει μόνο στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Τα μόρια του αγγελιαφόρου RNA (mrna) μεταφέρουν την πληροφορία του DNA για την παραγωγή μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Τα μόρια του ριβοσωμικού RNA (rrna) συνδέονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν το ριβόσωμα, ένα «σωματίδιο» απαραίτητο για την πραγματοποίηση της πρωτεϊνοσύνθεσης. Τα μόρια του μεταφορικού RNA (trna) συμμετέχουν στην μετάφραση. Κάθε μεταφορικό RNA συνδέεται με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ και το μεταφέρει στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης. Γ. 3. Το μήκος του DNA του πυρήνα στο κύτταρο 1, αντιστοιχεί στο γενετικό υλικό ενός κυττάρου του φυτού, το οποίο είναι σωματικό (διπλοειδές) και μάλιστα βρίσκεται σε στάδιο της μεσόφασης του κυτταρικού κύκλου πριν το διπλασιασμό του DNA. Το μήκος του DNA του πυρήνα στο κύτταρο 2, αντιστοιχεί στο γενετικό υλικό ενός κυττάρου του φυτού, το οποίο είναι γαμετικό κύτταρο (απλοειδές) και περιέχει τη μισή ποσότητα γενετικού υλικού από τα σωματικά κύτταρα πριν το διπλασιασμό του DNA. Η ποσότητα του DNA του πυρήνα στο κύτταρο 3, αντιστοιχεί στο γενετικό υλικό ενός κυττάρου του φυτού, το οποίο είναι σωματικό (διπλοειδές) και μάλιστα βρίσκεται σε στάδιο του κυτταρικού κύκλου μετά το διπλασιασμό του DNA οπότε η ποσότητα του γενετικού υλικού του είναι διπλάσια σε σχέση με τα σωματικά κύτταρα πριν το διπλασιασμό του DNA. Γ. 4. Η σωστή απάντηση είναι η δ. Μονάδες 5 Κατά τη µετάφαση τα χρωµοσώµατα είναι διπλασιασµένα. Άρα η ποσότητα του γενετικού υλικού του πυρήνα είναι διπλάσια από ότι είναι σε σωµατικό κύτταρο πριν την αντιγραφή του DNA, άρα στον πυρήνα του σωµατικού κυττάρου το µήκος θα είναι 0,8m. Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 3 από 5
Ο γαµέτης έχει µισή ποσότητα γενετικού υλικού σε σχέση µε ένα σωµατικό κύτταρο, άρα στον πυρήνα του γαµέτη το µήκος θα είναι 0,4m. Επειδή αναφέρεται το συνολικό DNA, θα πρέπει να υπολογίσουµε και το µιτοχονδριακό DNA που υπάρχει στο θηλυκό γαµέτη. Άρα τελικά η ποσότητα και άρα το µήκος θα είναι λίγο µεγαλύτερο από το πυρηνικό DNA του γαµέτη. Γ. 5. Επειδή συγκρίνουμε μήκος πυρηνικών DNA και δεν εμπεριέχονται εδώ μόρια μιτοχονδριακού DNA, το πυρηνικό DNA των φυσιολογικών γαμετών ενός αρσενικού κουνελιού που φέρουν το Χ χρωμόσωμα θα έχει το ίδιο μήκος, με το πυρηνικό DNA των φυσιολογικών γαμετών ενός θηλυκού κουνελιού. Στην περίπτωση όμως των φυσιολογικών γαμετών ενός αρσενικού κουνελιού που φέρουν το Υ χρωμόσωμα (οι μισοί γαμέτες ενός αρσενικού κουνελιού) το μήκος του πυρηνικού DNA τους θα είναι μικρότερο από το πυρηνικό DNA των φυσιολογικών γαμετών ενός θηλυκού κουνελιού γιατί το χρωμόσωμα Χ είναι μεγαλύτερο σε μέγεθος από το Υ. ΘΕΜΑ 1. Επειδή το DNA αντιγράφεται με ημισυντηρητικό τρόπο, κάθε αλυσίδα του μορίου αποτελεί καλούπι για τη σύνθεση της συμπληρωματικής της και κάθε νέο μόριο περιέχει μια «μητρική» και μια «θυγατρική» αλυσίδα. Έτσι μετά τον 1 ο διπλασιασμό σε περιβάλλον ραδιενεργού Ρ, θα έχουμε δυο μόρια που θα αποτελούνται το καθένα από μια μητρική και μια θυγατρική αλυσίδα. Όλες οι νέες αλυσίδες θα περιέχουν ραδιενεργό Ρ ενώ μόνο οι 2 αρχικές θα περιλαμβάνουν μη ραδιενεργό Ρ. Μετά τη δεύτερη διαίρεση θα προκύψουν 4 βακτήρια άρα και 4 μόρια DNA, τα οποία θα περιλαμβάνουν 8 αλυσίδες εκ των οποίων οι 2 μη ραδιενεργές και οι 6 ραδιενεργές. Άρα 6 ραδιενεργοί κλώνοι θα περιέχονται στα 4 βακτήρια στο τέλος του πειράματος. Μονάδες 3 (2+1). 2. Τα ένζυμα της αντιγραφής του DNA με την σειρά που ενεργοποιούνται είναι : η DNA ελικάση, το σύμπλοκο ενζύμων του πριμοσώματος, οι DNA πολυμεράσες, τα επιδιορθωτικά ένζυμα και η DNA δεσμάση. Μονάδες 3. 3. Τα κύρια ένζυμα που συμμετέχουν στην αντιγραφή του DNA ονομάζονται DNA πολυμεράσες. Επειδή τα ένζυμα αυτά δεν έχουν την ικανότητα να αρχίσουν την αντιγραφή, το κύτταρο έχει ένα ειδικό σύμπλοκο, το πριμόσωμα, το οποίο συνθέτει στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής μικρά τμήματα RNA, τα πρωταρχικά τμήματα DNA πολυμεράσες επιμηκύνουν τα πρωταρχικά τμήματα, τοποθετώντας συμπληρωματικά δεοξυριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις μητρικές αλυσίδες του DNA. Τα νέα μόρια DNA αρχίζουν να σχηματίζονται, καθώς δημιουργούνται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών αζωτούχων βάσεων των δεοξυριβονουκλεοτιδίων. Οι DNA πολυμεράσες επιδιορθώνουν επίσης λάθη που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της αντιγραφής. Μπορούν, δηλαδή, να «βλέπουν» και να απομακρύνουν νουκλεοτίδιο που οι Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 4 από 5
ίδιες τοποθετούν, κατά παράβαση του κανόνα της συμπληρωματικότητας και να τοποθετούν τα σωστά. Ταυτόχρονα DNA πολυμεράσες απομακρύνουν τα πρωταρχικά τμήματα RNA και τα αντικαθιστούν με τμήματα DNA.. 4. Στη θυγατρική αλ. DNA διακρίνονται 6 ριβονουκλεοτίδια : UACCGU. 5. Μητρική αλυσίδα DNA: 5 ATCCTACGTGAATGGCATAC 3 Θυγατρική αλ. DNA: 3 GGACTUACCGU 5 Μονάδες 3 Τα 6 ριβονουκλεοτίδια που εντοπίσαμε στη θυγατρική αλυσίδα συντέθηκαν από το πριμόσωμα και αποτελούν το πρωταρχικό τμήμα που επιμηκύνθηκε έπειτα από την DNA πολυμεράση. Επειδή οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3' άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας και η αντιγραφή γίνεται πάντα με προσανατολισμό 5' προς 3' η θυγατρική αλυσίδα έχει επιμηκυνθεί από το 5' προς το 3 άκρο όπως σημειώνεται στο σχήμα.. 6. Παρατηρούμε ότι το 8 ο νουκλεοτίδιο από το 5 άκρο της μητρικής αλυσίδας έχει αζωτούχο βάση Γουανίνη. Επειδή οι DNA πολυμεράσες επιμηκύνουν τα πρωταρχικά τμήματα, τοποθετώντας συμπληρωματικά δεοξυριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις μητρικές αλυσίδες του DNA, θα έπρεπε απέναντι από το νουκλεοτίδιο αυτό να τοποθετηθεί ένα νουκλεοτίδιο με την αζωτούχο βάση Κυτοσίνη, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. Αντί αυτού παρατηρούμε ότι έχει τοποθετηθεί ένα νουκλεοτίδιο με αζωτούχο βάση Γουανίνης. υπάρχει ένα Μητρική αλυσίδα DNA: 5 ATCCTACGTGAATGGCATAC 3 Θυγατρική αλ. DNA: 3 GGACTUACCGU 5 DNA πολυμεράσες επιδιορθώνουν λάθη που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της αντιγραφής. Μπορούν, δηλαδή, να «βλέπουν» και να απομακρύνουν νουκλεοτίδιο που οι ίδιες τοποθετούν, κατά παράβαση του κανόνα της. Τα λάθη που δεν επιδιορθώνονται από τις DNA πολυμεράσες, επιδιορθώνονται σε μεγάλο ποσοστό από ειδικά επιδιορθωτικά ένζυμα. Έτσι ο αριθμός των λαθών περιορίζεται στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς στο ένα στα 10 10. Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 5 από 5