ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

16 Ιουνίου 2017 ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Απαντήσεις Θεμάτων Πανελλαδικών Εξετάσεων Εσπερινών Λυκείων Γενικών ΘΕΜΑ Α Α.1 δ Α.2 δ Α.3 β Α.4 γ Α.5 α ΘΕΜΑ B B.1 I. A II. E III. ΣΤ IV. B V. Z VI. Γ VII. Δ 1

B.2 Προκαρυωτικό κύτταρο, διότι παρατηρούμε ότι η μετάφραση του mrna στα ριβοσώματα αρχίζει πριν ολοκληρωθεί η μεταγραφή του μορίου mrna, και προχωρά ταυτόχρονα με αυτή. Σχολικό Βιβλίο, σελ. 37, «Στους προκαρυωτικούς ωρίμανσης». B.3 Σχ. Βιβλίο: σελ. 44 «Τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου χρονική στιγμή».) Πιο συγκεκριμένα, (Σχ. Βιβλίο σελ. 45: «Το DNA των ευκαρυωτικών.ενός γονιδίου). Τα κύτταρα του μαστικού αδένα, θα διαθέτουν κατάλληλο συνδυασμό μεταγραφικών παραγόντων για την πρόσδεση της RNA πολυμεράσης και, τελικά, τη μεταγραφή του γονιδίου της καζεΐνης και της παραγωγής της εν λόγω πρωτεΐνης του γάλακτος. Εισάγοντας το γονίδιο της α1- αντιθρυψίνης με το σωστό προσανατολισμό, ως προς τον υποκινητή του γονιδίου της καζεΐνης (θα πρέπει το κωδικόνιο έναρξης να τοποθετηθεί κοντά στον υποκινητή του γονιδίου της καζεΐνης), τότε πλέον, εφόσον θα ξεκινά η μεταγραφή του γονιδίου της καζεΐνης, θα μεταγράφεται παράλληλα το σωστό πρόδρομο mrna του γονιδίου της α1- αντιθρυψίνης, το οποίο, μετά από κατάλληλη ωρίμανση ώστε να γίνει ώριμο mrna στον πυρήνα των μαστικών κυττάρων, θα εξέλθει στο κυτταρόπλασμα και θα καθοδηγήσει τη σύνθεση της α1-αντιθρυψίνης. B.4 Σχολικό βιβλίο σελ. 123: «Ένα επιλεγμένο αντιγόνο κατά την κύηση». Στην συγκεκριμένη περίπτωση, χρησιμοποιούμε ως αντιγόνο επιλογής την ορμόνη χοριακή γοναδοτροπίνη. ΘΕΜΑ Γ Γ.1 Τα πλασμίδια είναι κυκλικά δίκλωνα μόρια DNA. Για την κλωνοποίηση του τμήματος DNA, θα πρέπει να κατασκευαστεί ένα ανασυνδυασμένο πλασμίδιο, στο οποίο θα ενσωματωθεί το επιθυμητό τμήμα DNA και στη συνέχεια θα εισαχθεί σε βακτήρια. Για την κατασκευή του ανασυνδυασμένου πλασμιδίου, τόσο το DNA που πρόκειται να εισαχθεί στο πλασμίδιο, όσο και το ίδιο το πλασμίδιο θα κοπούν με την περιοριστική ενδονουκλεάση EcoRI, η οποία αναγνωρίζει την αλληλουχία 2

5 -GAATTC-3 3 -CTTAAG-5 και κόβει με κατεύθυνση 5 3 μεταξύ G και C, ώστε να προκύψουν συμπληρωματικά μονόκλωνα άκρα. Τα τμήματα DNA με θα αναμειχθούν με τα κομμένα πλασμίδια, με αποτέλεσμα κάποια πλασμίδια να ενσωματώσουν το ξένο τμήμα DNA μέσα στο γονίδιο του ενζύμου που μετατρέπει την ουσία Α στο έγχρωμο σύμπλοκο Β (όπου υπάρχει η θέση που αναγνωρίζεται από την ΕcoRI). Άλλα πλασμίδια θα ενώσουν τα μονόκλωνα άκρα τους και θα ξαναγίνουν κυκλικά χωρίς την ενσωμάτωση του τμήματος DNA. Στη συνέχεια, θα προστεθεί DNA δεσμάση, η οποία θα δημιουργήσει τους 3-5 φωσφοδιεστερικούς δεσμούς που λείπουν, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν τόσο ανασυνδυασμένα πλασμίδια (που ενσωμάτωσαν ξένο DNA), όσο και μη ανασυνδυασμένα (δεν ενσωμάτωσαν το ξένο τμήμα DNA). Στη συνέχεια τα πλασμίδια θα χρησιμοποιηθούν για το μετασχηματισμό (εισαγωγή του πλασμιδίου αφού τα τοιχώματα του βακτηρίου καταστούν παροδικά διαπερατα) των βακτηρίωνξενιστών που δεν έχουν πλασμίδια και είναι ευαίσθητα στα αντιβιοτικά. Κάποια από τα βακτήρια αυτά θα μετασχηματιστούν δηλαδή θα λάβουν κάποιο πλασμίδιο, ενώ άλλα όχι. Έτσι, θα έχουμε τρεις περιπτώσεις βακτηρίων μετά τον μετασχηματισμό: -Αυτά που δεν έλαβαν καθόλου πλασμίδιο, άρα θα είναι ευαίσθητα στη στρεπτομυκίνη, και δε θα διαθέτουν το ένζυμο που μετατρέπει την άχρωμη ουσία Α, στο έγχρωμο σύμπλοκο Β, οπότε θα είναι άχρωμα. -Aυτά που έλαβαν μη ανασυνδυασμένο πλασμίδιο, οπότε είναι ανθεκτικά στην στρεπτομυκίνη και θα φέρουν ακέραιο το γονίδιο του ενζύμου που μετατρέπει την άχρωμη ουσία Α, στο έγχρωμο σύμπλοκο Β, άρα θα σχηματίζουν μπλε αποικίες. -Αυτά που έλαβαν ανασυνδυασμένο πλασμίδιο (επιθυμητά), οπότε είναι ανθεκτικά στην στρεπτομυκίνη, αλλά το γονίδιο του ενζύμου που μετατρέπει την άχρωμη ουσία Α στο έγχρωμο σύμπλοκο Β θα έχει καταστραφεί λόγω της ενσωμάτωσης του κλωνοποιημένου τμήματος DNA εντός της αλληλουχίας του, και άρα θα σχηματίζει άχρωμες αποικίες. Άρα, για να επιλέξουμε βακτήρια που φέρουν την επιθυμητή αλληλουχία, θα επιλέξουμε τα βακτήρια από τις άχρωμες αποικίες με βακτήρια ανθεκτικά στη στρεπτομυκίνη (ii). 3

Γ.2 Σχ. Βιβλίο σελ. 61 «Οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες κομμένα άκρα». Κατά συνέπεια το τμήμα που δίνεται έχει προκύψει από την επεξεργασία με EcoRI της αρχικής αλληλουχίας: GAATTCCGCAAATTAA CTTAAGGCGTTTAATT H υπογραμμισμένη αλληλουχία αντιστοιχεί στην αλληλουχία που αναγνωρίζει η EcoRI, όπως προαναφέρθηκε. Οι δύο κλώνοι είναι συμπληρωματικοί και αντιπαραλληλοι. Βάσει των ανωτέρω τα άκρα προκύπτουν ως εξής: 5 -GAATTCCGCAAATTAA-3 3 -CTTAAGGCGTTTAATT-5 Για την κλωνοποίηση τμήματος γονιδίου σε πλασμίδιο (Σχ. Βιβλίο σελ. 62: «Η αλληλουχία GAATTC DNA δεσμάσης». Για να μπορέσει να πραγματοποιηθεί αυτό, η αλληλουχία που θα κλωνοποιήσουμε θα πρέπει να φέρει την αλληλουχία που αναγνωρίζει η EcoRI, ακριβώς δύο φορές, μία στην αρχή και μία στο τέλος, όπως φαίνεται παρακάτω: Συνεπώς, το τμήμα που δίνεται δεν μπορεί να κλωνοποιηθεί, τουλάχιστον με τη χρήση της περιοριστικής ενδονουκλεάσης EcoRI, διότι φέρει την αντίστοιχη αλληλουχία αναγνώρισης μόνο μία φορά. Αν παρόλα αυτά αλληλουχία που αναγνωρίζεται από κάποια άλλη περιοριστική ενδονουκλεάση υπάρχει δύο φορές στην αρχή και στο τέλος, θα μπορούσε η επιθυμητή αλληλουχία να κλωνοποιηθεί με χρήση αυτής της κατάλληλης περιοριστικής ενδονουκλεάσης αντί της ΕcoRI. 4

Γ.3 Σχ. Βιβλίο σελ. 61: «Η ανακάλυψη στα κομμένα άκρα». Γ.4 Τη συνεχή καλλιέργεια της εκφώνησης αναπαριστά το διάγραμμα i. Στη συνεχή καλλιέργεια η διαθεσιμότητα των θρεπτικών συστατικών για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών είναι πάντοτε επαρκής, ενώ δε συσσωρεύονται τοξικά παραπροϊόντα του μεταβολισμού των μικροοργανισμών, με αποτέλεσμα να μην αυξάνεται ο ρυθμός με τον οποίο πεθαίνουν οι μικροοργανισμοί με την πάροδο του χρόνου εν αντιθέσει με την κλειστή καλλιέργεια. Έτσι, στη συνεχή καλλιέργεια αναμένουμε να υπάρχουν 2 φάσεις ανάπτυξης. Η λανθάνουσα φάση, εντοπίζεται στην αρχή της καλλιέργειας, και ακολουθεί αμέσως μετά τον εμβολιασμό του θρεπτικού υλικού (προσθήκη μικρής ποσότητας μικροοργανισμών για να ξεκινήσει η καλλιέργεια). Στη φάση αυτή ο αριθμός των μικροοργανισμών παραμένει σταθερός διότι οι μικροοργανισμοί προσαρμόζονται στο περιβάλλον της καλλιέργειας. Έπειτα, ξεκινά η εκθετική φάση, όπου οι μικροοργανισμοί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα καθ όλη την υπόλοιπη διάρκεια της καλλιέργειας. Έτσι στο διάγραμμα i βλέπουμε αρχικά τον αριθμό των μικροοργανισμών να παραμένει σταθερός για ένα μικρό χρονικό διάστημα που αντιστοιχεί στην λανθάνουσα φάση. Έπειτα αρχίζει να αυξάνεται εκθετικά. Τα σημεία απότομης μείωσης του αριθμού των μικροοργανισμών αντιστοιχούν προφανώς στις χρονικές στιγμές που απομακρύνονται από την καλλιέργεια κύτταρα, ενώ έπειτα ξαναρχίζει ο εκθετικός πολλαπλασιασμός τους. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές. Αντίθετα στο διάγραμμα ii, βλέπουμε μόνο μία αρχική φάση στην οποία ο αριθμός των μικροοργανισμών παραμένει σταθερός και μετά μείωση του αριθμού, γεγονός που δε συνάδει με την συνεχή καλλιέργεια. 5

ΘΕΜΑ Δ Δ.1 Σχ. Βιβλίο σελ. 32: «Επειδή τα ένζυμα.πρωταρχικά τμήματα». Δ.2 Σχ. Βιβλίο σελ. 31 «Η συμπληρωματικότητα ημισυντηρητικός». Σχ. Βιβλίο σελ. 32 «Για να αρχίσει πρωταρχικά τμήματα». Σχ. Βιβλίο σελ. 34: «Οι DNA πολυμεράσες ασυνεχής στην άλλη). Τα πρωταρχικά τμήματα τοποθετούνται στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής, στο 3 άκρο του συνεχώς αντιγραφόμενου μητρικού κλώνου, καθώς και στην αρχή (5 άκρο) κάθε ασυνεχώς αντιγραφόμενου νεοσυντιθέμενου τμήματος. Είναι μικρά τμήματα RNA συμπληρωματικά και αντιπαράλληλα των μητρικών κλώνων. Βάσει αυτού εντοπίζουμε πού μπορούν να υβριδοποιηθούν τα πρωταρχικά τμήματα i-iii πάνω στην αλληλουχία 4, όπως φαίνεται παρακάτω: 3 -CUCCUC-5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGGTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 (Α) Χ Υ 3 TTTTTTTACCTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 (Β) 5 -ΑΑΑUGGU-3 5 -ACGCCA-3 Με βάση όλα τα παραπάνω, συμπεραίνουμε ότι ο μητρικός κλώνος Α αντιγράφεται συνεχώς, αφού τοποθετείται σε αυτόν ένα μόνο πρωταρχικό τμήμα στο 3 άκρο του όπως φαίνεται παρακάτω: Άρα, στο 3 άκρο του (Θέση Υ) θα βρίσκεται η θέση έναρξης της αντιγραφής. Ο συμπληρωματικός του και αντιπαράλληλος, κλώνος Β θα αντιγράφεται συνεπώς ασυνεχώς. Δ3. Οπως προαναφέρθηκε ο κλώνος Α θα αντιγράφεται συνεχώς. Αφού η αντιγραφή προχωρά με κατεύθυνση 5 3 στο νεοσυντιθέμενο κλώνο, και οι δύο κλώνοι του DNA είναι συμπληρωματικοί 6

και αντιπαράλληλοι, θα μπορούσαμε να πούμε ότι κατά την αντιγραφή, ο μητρικός κλώνος του DNA θα «διαβάζεται» από την DNA πολύμεράση, από το 3 προς το 5 ελεύθερο άκρο. Εφόσον η αντιγραφή προχωρά από τη θέση έναρξης αντιγραφής, προς τα άκρα της θηλίας, καταλαβαίνουμε ότι ο συνεχώς αντιγραφόμενος κλώνος (Α) θα έχει το 3 άκρο του στην περιοχή της θέσης έναρξης της αντιγραφής, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Άρα η θέση έναρξης της αντιγραφής θα βρίσκεται στη θέση Υ. Δ.4 Σχ. Βιβλίο σελ. 32 «DNA πολυμεράσες του DNA». 3 ΤΤΤΤΤΤΤΑCCACGTGGAATGCGGTCUCCUC 5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGGTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 (Α) Δ.5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGGTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 (Α) 3 TTTTTTTACCTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 (B) Εφόσον στην κωδική αλυσίδα το 10 ο νουκλεοτίδιο είναι φυσιολογικά G, στη μη κωδική αλυσίδα θα υπάρχει στην αντίστοιχή θέση C. Mε δεδομένο ότι η αντιγραφή γίνεται με κατεύθυνση 5 3 στο νεοσυντιθεμένο κλώνο, και άρα ο μητρικός κλώνος «διαβάζεται» κατά την αντιγραφή από το 3 προς το 5 άκρο, εντοπίζουμε ποια από τις παραπάνω αλυσίδες έχει 10 ο νουκλεοτίδιο από το 3 ο άκρο C, η οποία θα είναι η μη κωδική αλυσίδα καλούπι. Έτσι, η μη κωδική αλυσίδα είναι η (Β). 3 -TTTTTTTACCTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 Μετά τη λάθος ενσωμάτωση Τ αντί για G κατά την αντιγραφή του παραπάνω τμήματος προκύπτει το δίκλωνο: 3 TTTTTTTACCTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGΤTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 Ο μηχανισμός της αντιγραφής είναι ημισυντηρητικός. Σχ. Βιβλίο σελ. 31: «Η συμπληρωματικότητα ημισυντηρητικός». Έτσι στον 1 ο κύκλο αντιγραφής θα προκύψουν 2 μόρια DNA: 7

3 TTTTTTTACCTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGGTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 φυσιολογικό 3 TTTTTTTACΑTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGΤTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 μεταλλαγμένο Στο 2 ο κύκλο αντιγραφής, αν δεν προκύψει άλλο λάθος, το κάθε μόριο θα δώσει δύο μόρια DNA πανομοιότυπα μεταξύ τους όσο και με το αρχικό, δηλαδή: 3 TTTTTTTACCTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGGTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 φυσιολογικό 3 TTTTTTTACCTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGGTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 φυσιολογικό 3 TTTTTTTACΑTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGΤTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 μεταλλαγμένο 3 TTTTTTTACΑTCGTGGAATGCGGTCΤCCTC 5 5 ΑΑΑΑΑΑΑTGΤTGCACCTTACGCCAGΑGGAG 3 μεταλλαγμένο Συνολικά δηλαδή θα προκύψουν 4 θυγατρικά κύτταρα, τα δύο εκ των οποίων φέρουν το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο και δύο το φυσιολογικό. Άρα στα 2 από αυτά θα εμφανιστεί μεταβολή της αλληλουχίας αμινοξέων κατά τη μετάφραση του μεταλλαγμένου αλληλομόρφου. 8