Παράδειγμα 1. Ο ανκρώπινοσ καρυότυποσ διακζτει 46 χρωμοςώματα και το ανκρώπινο γονιδίωμα 3x10 9 ηεφγθ βάςεων. Από τα παραπάνω βιοχθμικά δεδομζνα,τι μποροφμε να γνωρίηουμε για το γενετικό υλικό των ανκρωπίνων κυττάρων; Δεδομζνα: Ο καρυότυποσ διακζτει 46 χρωμοςώματα και το ανκρώπινο γονιδίωμα 3x10 9 ηεφγθ βάςεων. Ανάλυςθ δεδομζνων: Ο καρυότυποσ αφορά ςωματικό κφτταρο όπου ζχει διπλαςιαςτεί το γενετικό υλικό,δθλαδι ζχω διπλάςιο αρικμό μορίων DNA από τον αρχικό και ζνα χρωμόςωμα αποτελείται από δφο αδελφζσ χρωματίδεσ(2 μόρια DNA) ενωμζνεσ ςτο κεντρομερίδιο. Το γονιδίωμα ενόσ είδοσ οργανιςμοφ αναφζρεται ςε απλοειδι κφτταρα. Τα απλοειδι κφτταρα του ανκρώπου είναι οι γαμζτεσ που διακζτουν τθ μιςι ποςότθτα γενετικοφ υλικοφ από τα ςωματικά. Αξιοποίθςθ δεδομζνων: Στο ςτάδιο τθσ μετάφαςθσ τθσ μίτωςθσ το γενετικό υλικό ζχει διπλαςιαςτεί. Ζχουμε 46 χρωμοςώματα=2x46 αδελφζσ χρωματίδεσ=92 μόρια DNA. Στθ μίτωςθ μετά τθ μετάφαςθ οι αδελφζσ χρωματίδεσ αποχωρίηονται και πλζον ζχουμε τα 92 μόρια DNA να αποτελοφν και 92 «χρωμοςώματα». Στο ςωματικό κφτταρο πριν το διπλαςιαςμό του DNA ζχουμε 92/2= 46 μόρια DNA. Πριν το διπλαςιαςμό του DNA το ςωματικό κφτταρο βρίςκεται ςτο ςτάδιο τθσ μεςόφαςθσ, άρα τα 46 μόρια DNA βρίςκονται με τθ μορφι των ινιδίων χρωματίνθσ. Ο γαμζτθσ που διακζτει τα μιςά μόρια DNA από το ςωματικό ζχει 23 μόρια DNA ωσ 23 χρωμοςώματα. Τα 23 χρωμοςώματα(23 μόρια DNA) ςυνολικά διακζτουν 3x10 9 ηεφγθ βάςεων. Άρα τα ςωματικά κφτταρα πριν το διπλαςιαςμό του DNA (46 μόρια DNA) διακζτουν 6x10 9 ηεφγθ βάςεων. Τα ςωματικά κφτταρα μετά το διπλαςιαςμό του DNA με τα 92 μόρια DNA διακζτουν 12x10 9 ηεφγθ βάςεων Άσκηση 2. ασ δίνονται τα παρακάτω βιοχθμικά δεδομζνα Zea mays(καλαμπόκι) : Γονιδίωμα : 5x10 9 ηεφγθ βάςεων οργανωμζνο ςε 10 χρωμοςώματα ςτο απλοειδζσ κφτταρο Α. Ποια είναι θ ποςότθτα του γενετικοφ υλικοφ ςε ζνα ςωματικό κφτταρο; Β. Να βρείτε τον αρικμό των χρωμοςωμάτων και τον αρικμό των αδελφών χρωματίδων ςτον καρυότυπο του. 1
Άσκηση 3. ασ δίνονται τα παρακάτω βιοχθμικά δεδομζνα Drosophila melanogaster (μφγα) : Γονιδίωμα : 1,6x10 8 ηεφγθ βάςεων οργανωμζνο ςε 4 χρωμοςώματα ςτο απλοειδζσ κφτταρο Α. Ποια είναι θ ποςότθτα του γενετικοφ υλικοφ ςε ζνα ςωματικό κφτταρο; Β. Να βρείτε τον αρικμό των χρωμοςωμάτων και τον αρικμό των αδελφών χρωματίδων ςτον καρυότυπο του. Ασκηση 4. Να ςυμπλθρωκεί ο παρακάτω πίνακασ: Καρυότυποσ Αρικμόσ χρωμοςωμάτων Είδοσ Οργανιςμοφ Χρωμοςώματα ωματικοφ κυττάρου Αδελφζσ χρωματίδεσ Ινίδια Χρωματίνθσ Χρωμοςώματα γαμζτθ 6 Ινδικό ελάφι 100 Είδοσ ελαφιοφ 200 Βάτραχοσ 52 κφλοσ 38 Γάτα 48 Χιμπαντηισ Παράδειγμα 2. ασ δίνεται το γονιδίωμα 3 κυττάρων που ανικουν ςε διαφορετικά είδθ οργανιςμών που αναπαράγονται φυλετικά: Κφτταρο οργανιςμοφ Α (γαμετικό) : 2 10 9 η.β. Κφτταρο οργανιςμοφ Β (ςωματικό πριν το διπλαςιαςμό του DNA) : 3 10 9 η.β Κφτταρο οργανιςμοφ Γ (ςωματικό ςτο ςτάδιο τθσ μετάφαςθσ ) : 4 10 9 η.β. Να ςυγκρίνετε τουσ οργανιςμοφσ αυτοφσ ωσ προσ το μζγεκοσ του γονιδιώματοσ. Για να ςυγκρίνουμε το γονιδίωμα όςον αφορά το μζγεκοσ πρζπει να ςυγκρίνουμε τα απλοειδι τουσ κφτταρα που ςτο ςυγκεκριμζνο παράδειγμα είναι οι γαμζτεσ. Οργανιςμόσ-Α : Απλοειδζσ κφτταρο : 2x10 9 η.β. Οργανιςμόσ-Β : Το απλοειδζσ κφτταρο ζχει τθ μιςι ποςότθτα γενετικοφ υλικοφ από το ςωματικό κφτταρο άρα (3/2)x10 9 =1,5x10 9 η.β. Οργανιςμόσ-Γ: Το απλοειδζσ κφτταρο ζχει τθ μιςι ποςότθτα γενετικοφ υλικοφ από το ςωματικό κφτταρο πριν το διπλαςιαςμό. Το κφτταρο του οργανιςμοφ-γ βρίςκεται ςτο ςτάδιο τθσ μετάφαςθσ όπου το γενετικό υλικό ζχει διπλαςιαςτεί. Άρα το γαμετικό κφτταρο ζχει το ¼ τθσ ποςότθτασ του 2
γενετικοφ υλικοφ από το ςωματικό κφτταρο όπου το γενετικό υλικό ζχει διπλαςιαςτεί. Επομζνωσ απλοειδζσ κφτταρο του οργανιςμοφ-γ: (4/4)x10 9 η.β=10 9 η.β. Άρα θ κατάταξθ με βάςθ το γενετικό υλικό είναι : Οργανιςμόσ-Α > Οργανιςμόσ-Β>Οργανιςμόσ-Γ. Άσκηση-5 Να ςυγκρικοφν όςον αφορά το μζγεκοσ του γονιδιώματοσ οι οργανιςμοί: Οργανιςμόσ-Α : γαμετικό κφτταρο 1,2x10 9 η.β. Οργανιςμόσ-Β : ςωματικό πριν το διπλαςιαςμό του DNA 1,8x10 9 η.β. Οργανιςμόσ-Γ : ςωματικό μετά το διπλαςιαςμό του DNA 3x10 9 η.β. Άσκηση-6 Να ςυγκρικοφν όςον αφορά το μζγεκοσ του γονιδιώματοσ οι οργανιςμοί: Οργανιςμόσ-Α : γαμετικό κφτταρο 2,5x10 9 η.β. Οργανιςμόσ-Β : ςωματικό πριν το διπλαςιαςμό του DNA 6x10 9 η.β. Οργανιςμόσ-Γ : ςωματικό μετά το διπλαςιαςμό του DNA 20x10 9 η.β. Παράδειγμα-3. Από ςωματικό κφτταρο φυτικοφ οργανιςμοφ απομονώκθκαν 3 είδθ μορίων DNA όπου πραγματοποιικθκαν οι παρακάτω βιοχθμικζσ αναλφςεισ: Μόριο DNA-1 : Απαιτοφνται για τθν υδρόλυςθ των φωςφοδιεςτερικών δεςμών τόςα μόρια νεροφ όςεσ και οι βάςεισ. Μόριο DNA-2: Μεγαλφτερου μεγζκουσ από το DNA-1, δεν υπάρχει ελεφκερθ φωςφορικι ομάδα οφτε ελεφκερο υδροξφλιο που να μθν ςυμμετζχουν ςτο ςχθματιςμό φωςφοδιεςτερικοφ δεςμοφ. Μόριο DNA-3: φμπλεγμα με ιςτόνεσ και μθ ιςτόνεσ, διακζτει 2 ελεφκερεσ φωςφορικζσ ομάδεσ και 2 ελεφκερα υδροξφλια. Να αιτιολογιςετε τα βιοχθμικά δεδομζνα. Για τθν υδρόλυςθ ενόσ φωςφοδιεςτερικοφ δεςμοφ απαιτείται και ζνα μόριο νεροφ. Στο κυκλικό μόριο DNA,όςεσ είναι οι βάςεισ τόςοι είναι και οι φωςφοδιεςτερικοί δεςμοί. Άρα οι αρικμόσ των μορίων νεροφ είναι ίςοσ με τουσ φωςφοδιεςτερικοφσ δεςμοφ άρα και με τον αρικμό των βάςεων. Επίςθσ ςτο κυκλικό μόριο DNA δεν υπάρχουν άκρα άρα δεν υπάρχουν ελεφκεροι φωςφοδιεςτρικοί δεςμοί και ελεφκερα υδροξφλια. Στο δίκλωνο και γραμμικό μόριο DNA που βρίςκεται ςτον πυρινα των ευκαρυωτικών κυττάρων υπάρχουν 2 ελεφκερεσ φωςφορικζσ ομάδεσ ςτο 5 άκρο των δφο αλυςίδων και 2 ελεφκερα υδροξφλια ςτο 3 άκρο των δφο αλυςίδων. Επιπλζον το γραμμικό μόριο DNA ςυμπλζκεται με πρωτεΐνεσ (ιςτόνεσ+μθ ιςτόνεσ) Άρα το μόριο DNA-1 είναι μιτοχονδριακό DNA, το μόριο DNA-2 είναι χλωροπλαςτών και το DNA-3 ανικει ςτο πυρθνικό DNA. 3
Άσκηση-7 Από ςωματικό κφτταρο ηωικό οργανιςμοφ απομονώκθκαν δφο είδθ μορίων DNA: DNA-1 μθτρικισ προζλευςθσ όπου δε διακζτει ελεφκερεσ φωςφορικζσ ομάδεσ και ελεφκερα υδροξφλια. DNA-2 πατρικισ προζλευςθσ όπου διακζτει 2 ελεφκερεσ φωςφορικζσ ομάδεσ και 2 ελεφκερα υδροξφλια. Ποια ςυμπεράςματα προκφπτουν από τα παραπάνω βιοχθμικά δεδομζνα ; Άσκηση-8 Από ςωματικό κφτταρο ηωικό οργανιςμοφ απομονώκθκαν δφο είδθ μορίων DNA: DNA-1 :Ιςχφει αρικμόσ βάςεων=αρικμόσ φωςφοδιεςτερικών δεςμών. DNA-2 : Ιςχφει αρικμόσ βάςεων=αρικμόσ φωςφοδιεςτερικών δεςμών+2 Ποια ςυμπεράςματα προκφπτουν από τα παρακάτω βιοχθμικά δεδομζνα ; Άσκηση-9. ασ δίνεται ο παρακάτω πίνακασ με τα βιοχθμικά δεδομζνα που αφοροφν το γενετικό υλικό ιών. Aρικμόσ Ιόσ-1 Ιόσ-2 Ιόσ-3 Ιόσ-4 Ιόσ-5 Ιόσ-6 Ιόσ-7 Ιόσ-8 Α 20.000 10.000 20.000 15.000 10.000 5.000 12.000 5.000 Σ 20.000 10.000 10.000 5.000 0 0 0 0 G 30.000 20.000 15.000 10.000 10.000 5.000 8.000 6.000 C 30.000 20.000 5.000 10.000 10.000 5.000 6.000 6.000 U 0 0 0 0 10.000 5.000 4.000 3.000 Φωςφ. Δεςμοί 99998 60.000 49.999 40.000 39.998 20.000 29.999 20.000 Οι παραπάνω ιοί ζχουν επιλεγεί γιατί ο κακζνασ από αυτοφσ ζχει και διαφορετικό ςε είδοσ γενετικό υλικό. Να αντιςτοιχίςετε «1-1» τουσ ιοφσ τθσ ςτιλθσ-ι με το είδοσ γενετικοφ υλικοφ τθσ ςτιλθσ-ιι τιλθ-ι(ιοί άςκθςθσ 9) τιλθ-ιι(είδοσ γενετικοφ υλικοφ) Ιόσ-1 Μονόκλωνο γραμμικό RNA Ιόσ-2 Δίκλωνο κυκλικό RNA Ιόσ-3 Μονόκλωνο κυκλικό DNA Ιόσ-4 Μονόκλωνο γραμμικό DNA Ιόσ-5 Δίκλωνο κυκλικό DNA Ιόσ-6 Δίκλωνο γραμμικό RNA Ιόσ-7 Μονόκλωνο κυκλικό RNA Ιόσ-8 Δίκλωνο γραμμικό DNA 4
Παράδειγμα 4. Για δφο κφτταρα ςασ δίνονται τα παρακάτω βιοχθμικά δεδομζνα που αφοροφν το πυρθνικό DNA: Κφτταρο-1 : 15% Α Κφτταρο-2: Διακζτει 1,6x10 7 βάςεισ και 2,1x10 7 δεςμοφσ υδρογόνου. Να βρείτε αν τα κφτταρα ανικουν ςτο ίδιο ι ςε διαφορετικό είδοσ οργανιςμοφ. Για να βροφμε αν δφο κφτταρα ανικουν ςτο ίδιο είδοσ οργανιςμοφ πρζπει να ςυγκρίνουμε τουσ λόγουσ A+T.Αν είναι ίςοι ανικουν ςτο ίδιο είδοσ. G+C Στο κφτταρο-1 : %Α=%Τ και % G=%C λόγω ςυμπλθρωματικότθτασ των βάςεων. Εξάλλου τα κφτταρα διακζτουν πυρθνικό DNA άρα είναι ευκαρυωτικά όπου το γενετικό υλικό βρίςκεται με τθ μορφι δίκλωνων γραμμικών μορίων DNA. %Α=%Τ=15% %Α+%Τ+%G+%C=100% 15%+15%+%G+%C=100% %G+%C=70% 2G%=70% G%=35%=%C Αν ζχουμε Ν βάςεισ ςυνολικά ςτο γενετικό υλικό του κυττάρου τότε κα ζχουμε 0,15Ν Α, 0,15Ν Τ, 0,35Ν G, 0,35N C A+T 0,15N+0,15N 0,3N 3 G+C 0,35N+0,35N 0,7N 7 Στο κφτταρο-2 : Αν ζχω x αρικμό Α κα ζχω και x αρικμό T,ομοίωσ αν ζχω y αρικμό G κα ζχω και y αρικμό C Ιςχφει 2x+2y=αρικμόσ βάςεων. Ανάμεςα ςε ζνα ηευγάρι Α και Τ αναπτφςςονται 2 δεςμοί υδρογόνου και ανάμεςα ςε ζνα ηευγάρι G και C αναπτφςςονται 3 δεςμοί υδρογόνου. Ιςχφει 2x+3y=αρικμόσ δεςμών υδρογόνου. Στο κφτταρο-2 ιςχφει: 2x+2y=1,6 10 7 (1) 2x+3y=2,1 10 7 (2) 3y+2x-2x-2y=2,1 10-7 -1,6 10-7 (2)-(1) y =0,5 10-7 Αντικακιςτώντασ το y=0,5 10-7 ςτθν (1) 2x+2(0,5 10-7 )=1,6 10-7 2x+1 10-7 =1,6 10-7 2x=0,6 10-7 x=0,3 10-7 5
-7 7 7 A+T 0,3 10 0,3 10 2 0,3 10 0,3 3 7 7 7 G+C 0,5 10 0,5 10 2 0,5 10 0,5 5 Ανικουν ςε διαφορετικό είδοσ οργανιςμοφ. Άσκηση-10. Για δφο κφτταρα ςασ δίνονται τα παρακάτω βιοχθμικά δεδομζνα που αφοροφν το πυρθνικό DNA: Κφτταρο-1 : 20% Α Κφτταρο-2: Διακζτει 1,5x10 6 βάςεισ και 1,95x10 6 δεςμοφσ υδρογόνου. Να βρείτε αν τα κφτταρα ανικουν ςτο ίδιο ι ςε διαφορετικό είδοσ οργανιςμοφ. Άσκηση-11. Για δφο κφτταρα ςασ δίνονται τα παρακάτω βιοχθμικά δεδομζνα που αφοροφν το πυρθνικό DNA: Κφτταρο-1 : 40% Α Κφτταρο-2: Διακζτει 2,0x10 6 βάςεισ και 2,2x10 6 δεςμοφσ υδρογόνου. Να βρείτε αν τα κφτταρα ανικουν ςτο ίδιο ι ςε διαφορετικό είδοσ οργανιςμοφ. 6