ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 9/12/2017 ΘΕΜΑ Α Α1. Τμήμα γονιδίου που αντιστοιχεί στην 5 αμετάφραστη περιοχή ενός μορίου m-rna μπορεί να βρεθεί γ. και σε γονιδιωματική και σε c-dna βιβλιοθήκη Α2. Το πολύσωμα είναι δομή που α. μπορεί να παρατηρηθεί στο κυτταρόπλασμα των βακτηρίων Α3. Γνωρίζοντας το φαινότυπο, μπορούμε να καθορίσουμε και το γονότυπο όταν ο χαρακτήρας οφείλεται σε δ. ατελώς επικρατή γονίδια Α4. Σε βακτηριακά κύτταρα E.coli μπορούν να ανιχνευθούν γ. γονίδια που προδίδουν ανθεκτικότητα σε αντιβιοτικά A5. Κατά την δημιουργία ενός ανασυνδυασμένου πλασμιδίου με την βοήθεια της ECORI δημιουργούνται β. 4 φωσφωδιεστερικοί δεσμοί και 16 δεσμοί υδρογόνου ΘΕΜΑ Β Β1. Να αντιστοιχήσετε τους όρους της στήλης I με τις διαδικασίες της στήλης II. 1. β. 2. δ. 3. γ. 4.ε. 5. α. Β2. Να εξηγήσετε γιατί ο γενετικός κώδικας χαρακτηρίζεται ως εκφυλισμένος. σχολικό σελ. 39" Ο γενετικός κώδικας...συνώνυμα" Μονάδες 5 Β3. Να γράψετε τους νόμους του Mendel. σχολικό σελ. 75"Κατά την παραγωγή...αλληλομόρφων γονιδίων" σχολικό σελ. 77" Ο δεύτερος νόμοε της ανεξάρτητης...γαμετών σελ 78" Μονάδες 5 Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 1 από 7
Β4. Τι ονομάζουμε φορέα κλωνοποίησης; Ποιοι είναι οι συνηθέστεροι φορείς κλωνοποίησης που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA; σχολικό σελ. 61" Ο φορέας κλωνοποίησης είναι...ενα βακτήριο ". και σελ 62 "Οι πιο χαρακτηριστικοί τύποι...φάγων ". Μονάδες 5 ΘΕΜΑ Γ Η αλληλουχία των παρακάτω αμινοξέων αποτελεί μικρό πεπτίδιο που παράγεται στα νευρικά κύτταρα του ανθρώπου και δεν υφίσταται τροποποίηση μετά την σύνθεσή του. HOOC-pro-leu-his-met-NH2 Η παρακάτω αλληλουχία νουκλεοτιδίων αποτελεί το γονίδιο που κωδικοποιεί το πεπτίδιο. CCTAGGAATTCCGTTCACGCCAAATAGAATTCCCTAGG Θ.Ε.Α GGATCCTTAAGGCAAGTGCGGTTTATCTTAAGGGATCC Γ1. Να εντοπίσετε την κωδική, την μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου, να σημειώσετε τα άκρα και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 6 το ώριμο mrna από το οποίο μεταφράζεται το πεπτίδιο έχει αλληλουχία : 5'...AUG CAC UUG CCU UΑA...3' Άρα στην κωδική αλυσίδα του γονιδίου πρέπει να εντοπίσω την αλληλουχία : 5'... ATG CAC TTG CCT TΑA...3' η οποία μπορεί να διακόπτεται από εσώνιο. Συγκρίνοντας την παραπάνω αλυσίδα με τις αλυσίδες του γονιδίου που μας δίνεται παρατηρώ ότι η ζητούμενη αλληλουχία είναι τμήμα της επάνω αλυσίδας και διακόπτεται απο ένα εσώνιο ως εξής: CCTAGG...AAT TCC GTT CAC G...CCAAA...TA..GAATTCCCTAGG Σε κάθε γονίδιο που μεταγράφεται σε m-rna, η RNA πολυμεράση συνθέτει μόριο mrna με προσανατολισμό 5' 3'. Aφου το ένζυμο προσδεθεί στον υποκινητή και προκαλέσει τοπικό ξετύλιγμα της διπλής έλικας, με καλούπι τη μη κωδική αλυσίδα, δηλαδή συμπληρωματικά και με αντιπαράλληλη διάταξη ως προς αυτή, συνθέτει μια αλυσίδα RNA. Το m-rna αυτό μεταφράζεται στο ριβόσωμα από το 5' προς το 3' άκρο τους και από το ΚΕ προς το ΚΛ του. Αυτό σημαίνει ότι η κωδική αλυσίδα του γονιδίου θα έχει ίδιο προσανατολισμό και αλληλουχία με το m-rna, δηλαδή μετά το 5' άκρο της κωδικής θα συναντάω την αλληλουχία που αντιστοιχεί στην 5' αμετάφραστη περιοχή του m-rna, το κωδικόνιο έναρξης που θα ακολουθείται από τα κωδικόνια που κωδικοποιούν άλλα αμινοξέα, τυχόν εσώνια και ένα κωδικόνιο λήξης, μετά το οποίο θα υπάρχει η αλληλουχία που αντιστοιχεί στην 3' αμετάφραστη περιοχή του m-rna. Άρα τα άκρα της Κωδικής Αλυσίδας έχουν ως εξής : Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 2 από 7
3' CCTAGG...AAT TCC GTT CAC G...CCAAA...TA..GAATTCCCTAGG 5' με πλάγια γράμματα σημειώνεται το εσώνιο ενώ με έντονα τα κωδικόνια που κωδικοποιούν τα αμινοξέα του πεπτιδίου. Στο γονίδιο που μας δόθηκε: 3' CCTAGGAATTCCGTTCACGCCAAATAGAATTCCCTAGG 5' κωδική 5' GGATCCTTAAGGCAAGTGCGGTTTATCTTAAGGGATCC 3' μη κωδική Γ2. Κατά την αντιγραφή του παραπάνω γονιδίου σχηματίζεται το πρωταρχικό τμήμα 3 GGGAAU5 ενώ η ΘΕΑ είναι αυτή που σημειώνεται στο σχήμα. Να εξηγήσετε ποια από τις αλυσίδες του γονιδίου αντιγράφεται με ασυνεχή τρόπο. Για να σχηματιστεί το εν λόγω πρωταρχικό τμήμα 3 GGGAAU5 σημαίνει ότι αντιγράφηκε το τμήμα του γονιδίου με αλληλουχία 5' CCCTTA 3' το οποίο το εντοπίζουμε πάνω στην κωδική αλυσίδα. 3' CCTAGGAATTCCGTTCACGCCAAATAGA ATTCCCTAGG 5' κωδική 5' UAAGGG 3' Θ.Ε.Α 5' GGATCCTTAAGGCAAGTGCGGTTTATCT TAAGGGATCC 3' μη κωδική Επειδή η DNA πολυμεράση πολυμερίζει νουκλεοτιδικές αλυσίδες με προσανατολισμό 5' 3', αυτό δεν μπορεί να το κάνει ξεκινώντας από τη ΘΕΑ και με συνεχή τρόπο αντιγράφοντας την κωδική αλυσίδα, παρά μόνο ξεκινώντας από τη ΘΕΑ και επιμηκύνοντας το πρωταρχικό που θα έχει φτιαχτεί απέναντι από τη μη κωδική αλυσίδα. Άρα η μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου μας συντίθεται συνεχώς και η κωδική ασυνεχώς. Μονάδες 5 Γ3. Αν έχετε στη διάθεσή σας την EcoRI και την περιοριστική kpnl που αναγνωρίζει την αλληλουχία: 3 CCTAGG 5 5 GGATCC 3 και κόβει μεταξύ G και G από 5 προς 3 ποια θα επιλέξετε για να δημιουργήσετε ανασυνδυασμένο πλασμίδιο με τελικό σκοπό την παραγωγή του πεπτιδίου από μετασχηματισμένα βακτήρια.να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 5 Αναζητώ στο γονίδιο την αλληλουχία 3' CC TAGG 5' 5' GG AT CC 3' που αναγνωρίζει και κόβει η ΠΕ kpnl καθώς και την αλληλουχία 5' GAATTC 3' 3' CTTAAG5' Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 3 από 7
που αναγνωρίζει και κόβει η ECORI. Εντοπίζω μόνο την αλληλουχία αναγνώρισης της ΠΕ kpnl σε δυο σημεία, αφήνοντας ανέπαφο το γονίδιο οπότε θα χρησιμοποιήσω αυτή για να δημιουργήσουμε το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο. 3' CCTAGGAATTCCGTTCACG CCAAA TA...GAATTCCCTAGG 5' 5' GGATCCTTAAGGCAAGTGCGGTTTAT...CTTAAGGGATCC 3' Γ4. Τι είδους βιβλιοθήκη θα δημιουργήσετε για την παράγωγη του πεπτιδίου από τα μετασχηματισμένα βακτήρια και ποιον κυτταρικό τύπο θα επιλέξετε για την δημιουργία της. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 5 Επειδή το ανθρώπινο γονίδιο περιέχει εσώνιο και εμείς θέλουμε να παράγουμε το γονιδιακό προϊόν δηλ. το πεπτίδιο σε βακτηριακά κύτταρα τα οποία δεν διαθέτουν τους κατάλληλους μηχανισμούς ωρίμανσης, ο καταλληλότερος τρόπος είναι η κατασκευή c-dna βιβλιοθήκης. Ο κυτταρικός τύπος που θα διαλέξω θα είναι τα ανθρώπινα νευρικά κύτταρα γιατί εκεί εκφράζεται το συγκεκριμένο γονίδιο. Γ5. Αν έχετε στη διάθεσή σας τους ιχνηθετημένους ανιχνευτές α. 3 UUUGG 5 β. 3 ACGTG 5 γ. 3 CCUAGG 5 ποιον(ους) θα επιλέξετε για να ανιχνεύσετε τον(ους) κλώνους που παράγουν το πεπτίδιο; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 4 Επειδή: ο ανιχνευτής α ανιχνεύει το τμήμα της αλυσίδας DNA με αλληλουχία 5' ΑΑΑCC 3' ο ανιχνευτής β ανιχνεύει τμήμα της αλυσίδας DNA με αλληλουχία 5' ΤGCAC 3' και ο ανιχνευτής γ ανιχνεύει τμήμα της αλυσίδας DNA με αλληλουχία 5' GGATCC 3' Η περιοχή που υβριδοποιεί (ανιχνεύει) ο ανιχνευτής α είναι μέσα στο εσώνιο, Η περιοχή που υβριδοποιεί (ανιχνεύει) ο ανιχνευτής β δεν υπάρχει στο γονίδιο ενώ η περιοχή που υβριδοποιεί (ανιχνεύει) ο ανιχνευτής γ υπάρχει στο αρχικό τμήμα και στο ανασυνδυασμένο πλασμίδιο και μάλιστα πρόκειται για την αλληλουχία που αναγνωρίζει η ΠΕ που χρησιμοποιήθηκε για το σχηματισμό του ανασυνδυασμένου μορίου. Οπότε σε κάθε ανασυνδυασμένο πλασμίδιο θα υβριδοποιείται 2 φορές ο ανιχνευτής γ. Δίνονται τα κωδικόνια: met: AUG his: CAC Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 4 από 7
leu: UUG pro: CCU ΘΕΜΑ Δ Δ1. Ο Δημήτρης πάσχει από οικογενή υπερχοληστερολαιμία ενώ διακρίνει το πράσινο και κόκκινο χρώμα. Η μητέρα του Δημήτρη είναι φυσιολογική ο πατέρας του πάσχει από οικογενή υπερχοληστερολαιμία και μερική αχρωματοψία στο πράσινο και κόκκινο. Η Άννα, σύζυγος του Δημήτρη, είναι φυσιολογική ενώ η μητέρα της πάσχει μόνο από μερική αχρωματοψία. Να εξηγήσετε γιατί πολύ σπάνια θηλυκά άτομα πάσχουν από την ασθένεια που χαρακτηρίζει την μητέρα της Άννας (μονάδες 4),να γράψετε τους πιθανούς γονότυπους του Δημήτρη, της Άννας και των γονέων τους σχετικά με τις ασθένειες που αναφέρονται (μονάδες 6) και να υπολογίσετε την πιθανότητα ο Δημήτρης και η Άννα να αποκτήσουν υγιές αγόρι (μονάδες 5) χωρίς να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Η οικογενής υπερχοληστερολαιμία κληρονομείται με αυτοσωμικό και επικρατή τύπο κληρονομικότητας δηλ. υπεύθυνο για την εμφάνισή της είναι το αλληλόμορφο Α ενώ το α είναι το αλληλόμορφο για το φυσιολογική τιμή χοληστερόλης. Η μερική αχρωματοψία στο πράσινο και κόκκινο είναι μια φυλοσύνδετη και υπολειπόμενη νόσος, δηλ. υπεύθυνο για την εμφάνισή της είναι το αλληλόμορφο Χ δ ενώ το Χ Δ είναι το αλληλόμορφο για τη φυσιολογική όραση. Ένα υπολειπόμενο φυλοσύνδετο γονίδιο εκφράζεται φαινοτυπικά σε όλα τα αρσενικά άτομα που το φέρουν, αλλά μόνο σε όσα θηλυκά είναι ομόζυγα για αυτό. Για το λόγο αυτό οι φυλοσύνδετες υπολειπόμενες ασθένειες εμφανίζονται πολύ πιο συχνά στα αρσενικά άτομα. Γονότυπος Δημήτρη Αα Χ Δ Υ Γονότυπος Άννας αα Χ Δ Χ δ μητέρα Δημ. αα Χ Δ Χ δ ή αα Χ Δ Χ Δ πατέρας Δημ. Αα Χ δ Υ ή ΑΑ Χ δ Υ μητέρα Άννας αα Χ δ Χ δ πατέρας Άννας Αα Χ Δ Υ ή αα Χ Δ Υ γαμέτες ΑΥ ΑΧ Δ α Υ α Χ Δ α Χ Δ Αα Χ Δ Υ Αα Χ Δ Χ Δ αα Χ Δ Υ αα Χ Δ Χ Δ Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 5 από 7
α Χ δ Αα Χ δ Υ Αα Χ Δ Χ δ αα Χ δ Υ αα Χ Δ Χ δ υγιές αγόρι 1/8. Μονάδες 15 Δ2. Στο DNA του ανθρώπου εντοπίζεται ένα μεταλλαγμένο γονίδιο που είναι υπεύθυνο για την εμφάνιση μιας ασθένειας η οποία εκδηλώνεται μετά την ηλικία των 50 ετών. Η μετάλλαξη αλλάζει την σειρά των βάσεων του φυσιολογικού γονιδίου με αποτέλεσμα το μεταλλαγμένο γονίδιο που προκύπτει να περιέχει μία (1) φορά την αλληλουχία που αναγνωρίζει και κόβει η περιοριστική ενδονουκλεάση Α. Ζευγάρι γονέων εκ των οποίων η γυναίκα είναι φυσιολογική και ο άνδρας πάσχει από την ασθένεια αποκτούν 3 παιδιά, την Γεωργία, τον Δημήτρη και την Ιωάννα οι οποίοι ανησυχούν για την εμφάνιση της ασθένειας σε αυτούς. Για τον λόγο αυτό απομονώθηκε DNA μήκους 8.000 ζευγών βάσεων που αντιστοιχεί στο γονίδιο της ασθένειας από το DNA των τριών παιδιών, αντιγράφηκε και επιδράσαμε σε αυτό με την περιοριστική ενδονουκλεάση Α. Μετά την δράση της Α εντοπίσαμε: Στο DNA της Γεωργίας τμήματα DNA μήκους 8.000, 5.000 και 3.000 ζευγών βάσεων. Στο DNA του Δημήτρη τμήματα DNA μήκους 8.000 ζευγών βάσεων. Στο DNA της Ιωάννας τμήματα DNA μήκους 5.000 και 3.000 ζευγών βάσεων. Να αιτιολογήσετε τον τύπο κληρονομικότητας της ασθένειας (μονάδες 5) και να γράψετε τους γονότυπους των μελών της οικογένειας (μονάδες 5). Μονάδες 10 Από την ανάλυση των γονιδίων των παιδιών βλέπουμε ότι η Γεωργία διαθέτει αλληλόμορφα και φυσιολογικά και μεταλλαγμένο, η Ιωάννα μόνο μεταλλαγμένα και ο Δημήτρης μόνο φυσιολογικά. Δηλαδή αν η ασθένεια κληρονομούνταν με αυτοσωμικό και υπολειπόμενο τρόπο τότε ο ασθενής πατέρας θα είχε γονότυπο αα κάτι που δεν δικαιολογεί την εμφάνιση γιου με γονότυπο ΑΑ (μόνο φυσιολογικά αλληλόμορφα). Αν η ασθένεια κληρονομούνταν με Αυτοσωμικό και επικρατή τύπο η φυσιλογική μητέρα θα μπορούσε να έχει γονότυπο αα, ο ασθενής πατέρας Αα, η Γεωργία Αα, ο Δημήτρης αα και η Ιωάννα θα έπρεπε να είναι ΑΑ για να έχει μόνο μεταλλαγμένα αλληλόμορφα. Η μητέρα που δεν πάσχει δεν δικαιολογεί την ύπαρξη κόρης ομόζυγης για το επικρατές. Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 6 από 7
Αν η ασθένεια κληρονομούνταν με φυλοσύνδετο και υπολειπόμενο τύπο, η υγιής μητέρα θα είχε γονότυπο Χ Α Χ α, ο πατέρας που πάσχει Χ α Υ, η Γεωργία Χ Α Χ α ο Δημήτρης Χ Α Υ και η Ιωάννα Χ α Χ α.αυτή η υπόθεση επιβεβαιώνεται από τα δεδομένα της άσκησης. Η περίπτωση της φυλοσύνδετης επικρατούς κληρονομικότητας αποκλείεται από τη στιγμή που η Ιωάννα έχει φυσιολογικά και μεταλλαγμένα αλληλόμορφα με πατέρα πάσχοντα και μητέρα υγιή δηλ. στο φυλοσύνδετο επικριτές μητέρα Χ α Χ α και πατέρας Χ Α Υ κόρες μόνο Χ Α Χ α πάσχουσες και όχι Χ Α Χ Α όπως η Ιωάννα Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 7 από 7