Βιολογία ΘΕΜΑ Α κατεύθυνσης 1. δ 2. α 3. γ 4. δ 5. γ 6. α 7. δ 8. α 9. α 10. α ΘΕΜΑ Β Β1. Η ραδιενέργεια 32 Ρ θα βρίσκεται στο κλάσμα Β, δηλαδή στο κλάσμα εκείνο που περιλαμβάνει τα βακτήρια που έχουν μολυνθεί από τους βακτηριοφάγους. Βάσει του πειράματος των Hershey και Chase 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. Β2. Α) Ένα δεοξυριβονουκλεοτίδιο 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 1) 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. 2) 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. 1
3) 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. Β3. Σχολικό βιβλίο σελ. 17: «Συνοπτικά οι λειτουργίες με τον έλεγχο της σύνθεσης των πρωτεϊνών». Β4. Σχολικό βιβλίο σελ. 16-17: «Η συμπληρωματικότητα έχει μεγάλη σημασία.. πανομοιότυπα με το μητρικό.» ΘΕΜΑ Γ Γ1. α) Εφόσον μόνο ο άντρας πάσχει από την ασθένεια αυτή που οφείλεται σε μιτοχονδριακό γονίδιο, τότε η ασθένεια δεν θα κληρονομηθεί σε κανένα από τους απογόνους του ζευγαριού. Και αυτό 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. β) Με βάση τα παραπάνω περί μητρικής προέλευσης του μιτοχονδριακού DNA, ο άντρας κληρονόμησε την ασθένεια αυτή από την μητέρα του και σαφώς όλα τα αδέρφια του άντρα 2
αυτού, ανεξαρτήτως φύλου (αδερφή ή αδερφός) θα έχουν κληρονομήσει το μιτοχονδριακό DNA της μητέρας τους και συνεπώς και τη συγκεκριμένη ασθένεια. γ) Τα οργανίδια που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα του ευκαρυωτικού κυττάρου και φέρουν μέρος της γενετικής πληροφορίας είναι τα ημιαυτόνομα οργανίδια, δηλαδή οι χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια. Σχολικό βιβλίο σελ. 21-22 «Τα μιτοχόνδρια... από το μιτοχονδριακό DNA». Τα επιπλέον μόρια DNA που φέρουν μέρος της γενετικής πληροφορίας και βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα ενός προκαρυωτικού κυττάρου είναι τα πλασμίδια. Σχολικό βιβλίο σελ. 18 «Σε πολλά βακτήρια του ανασυνδυασμένου DNA». Γ2. Πανομοιότυπη αλληλουχία με τη δοθείσα αλληλουχία είναι η ii, διότι είναι ταυτόσημες και ως προς την αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων αλλά και ως προς τον προσανατολισμός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας. Η συμπληρωματική αλληλουχία με τη δοθείσα αλληλουχία είναι η iv, διότι είναι συμπληρωματικές και αντιπαράλληλες, δηλαδή απέναντι από αδενίνη στην μια αλυσίδα υπάρχει θυμίνη στην άλλη και το αντίστροφο και απέναντι από γουανίνη στην μια υπάρχει κυτοσίνη στην άλλη και το αντίστροφο. Τέλος, η αντιπαραλληλία μπορεί να διαπιστωθεί διότι απέναντι από το 5 άκρο της μιας βρίσκεται το 3 άκρο της άλλης και το αντίστροφο. Γ3. Το DNA που απομονώθηκε από τα βακτήρια είναι δίκλωνο κυκλικό. Με βάση τον κανόνα της συμπληρωματικότητας Α=Τ και C=G. Για το κύτταρο 1 ισχύει: Α1%=Τ1%= 28% και Α1%+Τ1%+C1%+G1%=100%. Οπότε, 2 x Α1%+2C1%=100% 2x 28%+ 2C1%=100% 2C1%=100%-56% 2C1%=44% C1%=44%/2= 22% C1%=G1%=22% Για το κύτταρο 2 ισχύει: C2%=G2%=28% και Α1%+Τ1%+C1%+G1%=100%. Οπότε, 2 x C1%+2A1%=100% 2x 28%+ 2A1%=100% 2A1%=100%-56% 2A1%=44% A1%=44%/2= 22% A1%=T1%=22% Υπολογίζουμε τον λόγο Α+Τ/ G+C και για τα δύο κύτταρα ξεχωριστά. Έτσι, για το κύτταρο 1 έχουμε Α1+Τ1/ G1+C1 = 28%+28% / 22%+22% = 56/44 3
Αντίστοιχα για το κύτταρο 2 έχουμε Α2+Τ2/ G2+C2 = 22%+22% / 28%+28% = 44/56 Επειδή ο λόγος Α+Τ/G+C είναι διαφορετικός για τα 2 κύτταρα, συμπεραίνουμε ότι τα κύτταρα αυτά ανήκουν σε διαφορετικά είδη οργανισμών. Για να ανήκουν στο ίδιο είδος θα έπρεπε ο παραπάνω λόγος να είναι ίδιος και για τα 2 κύτταρα. ΘΕΜΑ Δ Δ1. Γνωρίζουμε ότι τα ανθρώπινα κύτταρα είναι ευκαρυωτικά κύτταρα και ότι το DNA του πυρήνα είναι δίκλωνο γραμμικό μόριο DNA. Αντίστοιχα γνωρίζουμε ότι ένας DNA ιός μπορεί να έχει γενετικό υλικό είτε DNA μονόκλωνο είτε DNA δίκλωνο. Παρατηρώντας τη σύσταση του DNA και στους 2 σωλήνες συμπεραίνουμε ότι το DNA του ανθρώπου είναι αυτό στο οποίο ισχύει η συμπληρωματικότατα των βάσεων, δηλαδή ο σωλήνας 1, αφού,22,1% =Α= Τα και 27,9%=C= G. Αντίθετα στον σωλήνα 2 δεν ισχύει η συμπληρωματικότητα των βάσεων αφού το ποσοστό της αδενίνης είναι 31,3% Α, διαφορετικό από το ποσοστό της θυμίνης, που είναι 18,7% και αντίστοιχα το ποσοστό της κυτοσίνης είναι 31,3% C και είναι διαφορετικό από το ποσοστό της γουανίνης που είναι 18,7%. Αυτό σημαίνει ότι το μόριο είναι μονόκλωνο και άρα υποχρεωτικά αντιστοιχεί στο DNA του ιού. Δ2. α. Αν το δίκλωνο μόριο DNA είναι γραμμικό τότε ο αριθμός των φωσφοδιεστερικών δεσμών είναι ίσος με τον αριθμό των συνολικών νουκλεοτιδίων -2, φ.δ.=2ν-2= 10.000-2=9.998 αν το δίκλωνο μόριο DNA είναι κυκλικό τότε ο αριθμός των φωσφοδιεστερικών δεσμών είναι ίσος με τον αριθμό των συνολικών νουκλεοτιδίων, φ.δ.=2ν= 10.000. β. Εφόσον η κυτοσίνη αποτελεί το 30% των αζωτούχων βάσεων στο μόριο DNA τότε βάσει το κανόνα της συμπληρωματικότητας 40% θα είναι και το ποσοστό της γουανίνης. Βάσει του ίδιου κανόνα A%=T% Επίσης ισχύει: Α%+Τ%+C%+G%=100%. Άρα, A%+T%= 100%-60%=40%, δηλαδή 2 A%=40%, συνεπώς A%= T%=20%. Ο αριθμός των νουκλεοτίδιων με αδενίνη με δεδομένο ότι ο συνολικός αριθμός των νουκλεοτιδίων είναι 10.000 είναι: Α= 20% x 10.000= 0,2 x 10.000= 2.000=T Ο αριθμός των νουκλεοτίδιων με κυτοσίνη με δεδομένο ότι ο συνολικός αριθμός των νουκλεοτιδίων είναι 10.000 είναι: C= 30% x 10.000= 0,3 x 10.000=3.000=G 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 4
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, 2(Α-T)+3(G-C) =Δ.Υ. Συνεπώς, Δ.υ.=2Α+3G=2x2.00+3x3.000=4.000+9.000=13.000. γ. Αν το δίκλωνο μόριο DNA είναι γραμμικό τότε σε κάθε μια από τις πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες στο 5 άκρο του 1 ου νουκλεοτιδίου θα βρίσκεται ελεύθερη μια φωσφορική ομάδα και στο 3 άκρο του τελευταίου νουκλεοτιδίου θα βρίσκεται ελεύθερο το υδροξύλιο της πεντόζης. Συνεπώς, στο δίκλωνο γραμμικό μόριο θα υπάρχουν συνολικά 2 ελεύθερες φωσφορικές ομάδες και 2 ελεύθερες πεντόζες. Αν το δίκλωνο μόριο DNA είναι κυκλικό τότε σε κάθε αλυσίδα το 1 ο και το τελευταίο νουκλεοτίδιο συνδέονται με 3,5 φωσφοδιεστερικό δεσμό και άρα δεν υπάρχει καμία ελεύθερη πεντόζη και καμία φωσφορική ομάδα. δ. Το Μ.Β. του DNA= 2ν x M.B. πολυμερισμένου νουκλεοτιδίου = 10.000x330=3.300.000 ε. Αν το μήκος ενός ζεύγους νουκλεοτιδίων είναι 0,34nm τότε το μήκος του δικλώνου μορίου σε nm είναι 0,34nm x 5.000 ζ.β. = 1.700 nm. 5