Bιολογία προσανατολισμού

Transcript

1 Bιολογία προσανατολισμού Α. 1. γ 2. β 3. γ 4. γ 5. β ΘΕΜΑ Α ΘΕΜΑ B B1. Περιγραφή του πολυσώματος όπως αυτό περιγράφεται στις σελίδες B2. Σελίδες Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς... σχηματίζεται το ώριμο mrna B3. Η διαφορά μπορεί να εξηγηθεί με δύο από τους ακόλουθους λόγους: - Δεν εκφράζονται όλα τα γονίδια, ενώ υπάρχουν στο γενετικό υλικό, σε όλα τα σωματικά κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού λόγω κυτταρικής διαφοροποίησης - Κάποια γονίδια μπορεί να κωδικοποιούν μόρια trna, rrna ή snrna δηλαδή δεν μεταφράζονται σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες - Πολλές πρωτεΐνες αποτελούνται από 2 ή περισσότερες διαφορετικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες που είναι τα προϊόντα της έκφρασης διαφορετικών γονιδίων, π.χ. αιμοσφαιρίνη, αντίσωμα B4. Γονιδιωματική βιβλιοθήκη= είναι το σύνολο των βακτηριακών κλώνων που περιέχουν το συνολικό γονιδίωμα ενός οργανισμού δότη με τη μορφή ανασυνδυασμένων πλασμιδίων. Ανασυνδυασμένο πλασμίδιο= ένα τεχνητό μόριο DNA που περιέχει γονίδια ή γενικότερα DNA από δύο ή περισσότερους οργανισμούς. Το μόριο αυτό μπορεί να εισαχθεί σε προκαρυωτικά ή ευκαρυωτικά κύτταρα, τα οποία εμφανίζουν τις νέες ιδιότητες και τις μεταβιβάζουν στους απογόνους. B5. α. Λ β. Σ γ. Λ

2 δ. Λ ε. Σ στ. Σ ΘΕΜΑ Γ Γ1. Οπερόνιο σελ 45 Στο γονιδίωμα των προκαρυωτικών... έλεγχο της έκφρασής τους Δεδομένου ότι η μετάλλαξη καταστρέφει τη λειτουργία της αλληλουχίας στην οποία συμβαίνει, το αποτέλεσμα της μετάλλαξης του ρυθμιστικού γονιδίου μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι η αδυναμία σύνθεσης της πρωτεΐνης καταστολέα. Η απουσία της πρωτεΐνης καταστολέα θα έχει σαν αποτέλεσμα τη συνεχή παραγωγή των 3 ενζύμων που συμμετέχουν στον μεταβολισμό της λακτόζης αφού πλέον δεν θα προσδένεται η πρωτεΐνη καταστολέας στον χειριστή με συνέπεια να γίνεται ανεμπόδιστα η μεταγραφή των δομικών γονιδίων από την RNA πολυμεράση. Αντίθετα, το στέλεχος που φέρει τη μετάλλαξη στον υποκινητή των δομικών γονιδίων δεν θα παράγει ποτέ τα ένζυμα, άρα δεν θα μεταβολίζει τη λακτόζη, αφού η RNA πολυμεράση δεν θα μπορεί λόγω της μετάλλαξης να προσδεθεί στον υποκινητή. Με βάση τα παραπάνω σχόλια, αν τα δύο στελέχη καλλιεργηθούν σε θρεπτικό υλικό που περιέχει γλυκόζη και λακτόζη, το πρώτο στέλεχος επειδή παράγει διαρκώς τα ένζυμα θα μεταβολίσει και τη λακτόζη ενώ το δεύτερο στέλεχος θα σταματήσει να αναπτύσσεται μόλις εξαντληθεί η λακτόζη δεδομένου ότι δεν μπορεί να παράγει τα ένζυμα. Γ2. Ως ανιχνευτής θα χρησιμοποιηθεί η αλληλουχία του 3 αμεταφραστής περιοχής δεδομένου ότι μία cdna βιβλιοθήκη κατασκευάζεται μετά την απομόνωση του συνολικού ώριμου mrna από συγκεκριμένο κυτταρικό τύπο. Άρα δεν θα περιέχεται ούτε η αλληλουχία του 3ου εσωνίου ούτε του υποκινητή δεδομένου ότι αυτός δεν μεταγράφεται. Το ώριμο όμως περιέχει εκτός από τις αλληλουχίες που μεταφράζονται σε αμινοξέα και δύο περιοχές στα άκρα του που δεν μεταφράζονται και ονομάζονται αντίστοιχα 5 και 3 αμετάφραστες περιοχές. Γ3. α) Δεδομένου ότι το μόριο είναι γραμμικό και η αλληλουχία της περιοριστικής ενδονουκλεάσης υπάρχει 4 φορές θα προκύψουν 5 κομμάτια. Για να ενσωματωθεί ένα κομμάτι στο κομμένο, με την ίδια περιοριστική ενδονουκλεάση, πλασμίδιο θα πρέπει να διαθέτει τα ίδια μονόκλωνα άκρα και από τις 2 πλευρές. Από τα 5 κομμάτια που προκύπτουν, τα 2 ακραία έχουν μονόκλωνα άκρα μόνο από τη μία πλευρά, συνεπώς δεν μπορούν να ενσωματωθούν στο πλασμίδιο, άρα μόνο τα 3 έχουν την κατάλληλη διαμόρφωση για να

3 ενσωματωθούν σε πλασμίδια άρα απαιτούνται 3 μόρια πλασμιδίου για την κλωνοποίηση τους. β) Η μορφή του κομματιού που έχει προκύψει μετά την επώαση με την περιοριστική ενδονουκλεάση BamHI και το οποίο είναι κατάλληλο για ενσωμάτωση στο πλασμίδιο είναι η ακόλουθη. 5 GATCC G 3 3 G CCTAG 5' Το κομμάτι αποτελείται από 2 ίσες αλυσίδες, αν υπάρχουν συνολικά 478 ΦΔ, κάθε αλυσίδα θα έχει από 239 ΦΔ και δεδομένου ότι πρόκειται για γραμμικές, κάθε αλυσίδα θα έχει =240 νουκλεοτίδια, άρα συνολικά το κομμάτι θα έχει 480 νουκλεοτίδια (βάσεις). Όπως είναι εύκολα αντιληπτό το κομμάτι έχει μία δίκλωνη περιοχή, σε αυτή ισχύει η συμπληρωματικότητα, και 2 μονόκλωνα άκρα μήκους 4 βάσεων. Στα μονόκλωνα άκρα, όπως φαίνεται στο σχήμα παραπάνω, υπάρχει ίδιος αριθμός αδενινών και θυμινών καθώς και κυτοσινών και γουανινών, άρα αφού στην υπόλοιπη περιοχή, λόγω συμπληρωματικότητας Α=Τ και C=G, σημαίνει ότι συνολικά στο κομμάτι Α=Τ και C=G, συνεπώς v=2a + 2G 480 = 2Α + 2G και λαμβάνοντας υπόψη ότι C=3Α, βρίσκω Α= 60 =Τ και C=G= 180. Στη δίκλωνη περιοχή υπάρχουν 58Α και 58Τ και αντίστοιχα 178 C και G αφού υπάρχουν συνολικά 2 νουκλεοτίδια με κάθε βάση στα μονόκλωνα άκρα. Μεταξύ Α -Τ αναπτύσσονται 2 δεσμοί υδρογόνου και μεταξύ C-G 3 δεσμοί υδρογόνου σύμφωνα με το μοντέλο της διπλής έλικας άρα συνολικά οι δεσμοί υδρογόνου που περιέχονται στο κομμάτι είναι ΔΗ= 2x58 + 3x178 = 650 Γ4. Αριθμός ζευγών χρωμοσωμάτων στον καρυότυπο 18 Αυτοσωμικά χρωμοσώματα στο ωάριο 17 Αδελφές χρωματίδες στην πρόφαση 72 Ινίδια χρωματίνης στη μεσόφαση πριν την αντιγραφή 36 Καρυότυπος είναι η απεικόνιση των μεταφασικών χρωμοσωμάτων ταξινομημένων σε ζεύγη και κατά ελλατούμενο μέγεθος. Στους ανώτερους ευκαρυωτικούς για την κατασκευή του καρυοτύπου χρησιμοποιούνται μόνο σωματικά-διπλοειδή κύτταρα, συνεπώς αν σε έναν γαμέτη απλοειδές κύτταρο, υπάρχουν 18 μόρια DNA, στο σωματικό πριν την αντιγραφή θα υπάρχουν 36, ενώ στη μετάφαση της μίτωσης, έχει προηγηθεί η αντιγραφή του γενετικού υλικού, θα υπάρχουν 72 μόρια DNA. Δεδομένου ότι ως μεταφασικό χρωμόσωμα ορίζεται το ζεύγος των αδελφών χρωματίδων στη μέγιστη συσπείρωση, δηλαδή ένα μεταφασικό χρωμόσωμα δομείται από 2 πανομοιότυπα μόρια DNA, είναι προφανές ότι στον καρυότυπο απεικονίζονται 72/2= 36 μεταφασικά χρωμοσώματα άρα 18 ζεύγη χρωμοσωμάτων.

4 Δεδομένου ότι το φύλο δομείται όπως στον άνθρωπο, δηλαδή σε ένα σωματικό κύτταρο περιέχεται ένα ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων, είναι προφανές ότι ο γαμέτης περιέχει ένα φυλετικό χρωμόσωμα, άρα από τα 36/2= 18 χρωμοσώματα που περιέχει ο γαμέτης ως απλοειδές κύτταρο (μισό αριθμό από το απλοειδές) τα 18-1= 17 είναι αυτοσωμικά. Η πρόφαση από τη μετάφαση διαφέρει μόνο σε επίπεδο συσπείρωσης και διάταξης των χρωμοσωμάτων. Και οι δύο αποτελούν φάσεις, τις 2 πρώτες, της κυτταρικής διαίρεσης, δηλαδή έχει προηγηθεί αντιγραφή του γενετικού υλικού. Υπάρχουν 72 μόρια DNA, καθένα από τα οποία συγκροτεί μαζί με πρωτεΐνες μία αδελφή χρωματίδα, άρα συνολικά υπάρχουν 72 αδελφές χρωματίδες. ( ή διαφορετικά, τα 36 χρωμοσώματα που απεικονίζονται στον καρυότυπο, είναι 36 ζεύγη αδελφών χρωματίδων άρα συνολικά 72 αδελφές χρωματίδες). Τα κύτταρα που έχουν την ικανότητα να αντιγράφουν το γενετικό τους υλικό σε ένα ανώτερο ευκαρυωτικό οργανισμό είναι μόνο διπλοειδή. Όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, πριν την αντιγραφή, το διπλοειδές κύτταρο (σωματικό) περιέχει 36 μόρια DNA άρα και 36 ινίδια χρωματίνης ( 1 ινίδιο χρωματίνης είναι ένα μόριο DNA μαζί με πρωτεΐνες). ΘΕΜΑ Δ Δ1. α.η αλληλουχία του υποκινητή εντοπίζεται στα δεξιά της αλληλουχίας. Είναι γνωστό ότι η RNA πολυμεράση προσδένεται στον υποκινητή με τη βοήθεια ειδικών πρωτεϊνών, των μεταγραφικών παραγόντων και στη συνέχεια αφού ξετυλίξει τοπικά την διπλή έλικα χρησιμοποιεί ως καλούπι τη μία (μη κωδική) από τις δυο αλυσίδες του γονιδίου για να κατασκευάσει το mrna, τοποθετώντας, συμπληρωματικά προς τα δεοξυριβονουκλεοτίδια, ριβονουκλεοτίδια τα οποία συνδέει με 3-5 φωσφοδιεστερικό δεσμό. Η κατεύθυνση της μεταγραφής είναι 5 προς 3 και στην προκειμένη περίπτωση η RNA πολυμεράση θα κινηθεί προς τα αριστερά, και ο προσανατολισμός του παραγόμενου mrna θα είναι 5 (δεξιά) προς 3 (αριστερά), άρα η μη κωδική του γονιδίου ως αντιπαράλληλη στο mrna θα έχει το 3 άκρο δεξιά και το 5 αριστερά. Το mrna για να μεταφραστεί θα πρέπει να διαθέτει με προσανατολισμό 5 προς 3 κωδικόνιο έναρξης της μετάφρασης AUG και ένα από τα κωδικόνια λήξης UAA ή UGA ή UAG συνεπώς στη μη κωδική αλυσίδα με προσανατολισμό 3 προς 5 πρέπει να υπάρχουν οι συμπληρωματικές τριπλέτες των παραπάνω κωδικονίων, δηλαδή ΤΑC και ΑΤΤ ή ΑCT ή ΑTC αντίστοιχα (και αν αφαιρεθεί η αλληλουχία του εσωνίου, θα πρέπει το κωδικόνιο λήξης να συναντάται με το ίδιο βήμα τριπλέτας/πλαισιο ανάγνωσης που ξεκινά από το κωδικόνιο έναρξης). Επιπλέον, σύμφωνα με την αλληλουχία του εσωνίου που δίνεται για το πρόδρομο mrna, στη μη κωδική θα υπάρχει η αλληλουχία CGCGC (ως συμπληρωματική). Από την εξέταση των αλληλουχιών των δυο αλυσίδων, τις παραπάνω προϋποθέσεις πληροί η αλυσίδα Ι, συνεπώς η μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου είναι η αλυσίδα Ι με προσανατολισμό 5' αριστερά και 3' δεξιά και κωδική η αλυσίδα ΙΙ με αντιπαράλληλο προσανατολισμό (Εννοείται ότι η διερεύνηση μπορεί να γίνει για την κωδική, αναζητώντας το

5 ΚΕ ATG και κάποιο από τα κωδικόνια λήξης της μετάφρασης ΤΑG, TGA ή ΤΑΑ αντίστοιχα, με προσανατολισμό 5 προς 3 ) μη κωδική CAACTAGTTCAATGTCGAAGTGGCGCGCACACATACTAGTTAAGTGTT 3 κωδική 3 GTTGATCAAGTTACAGCTTCACCGCGCGTGTGTATGATCAATTCACΤΑΑ 5 Το mrna προκύπτει με καλούπι τη μη κωδική, είναι συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο, ενώ ο υποκινητής δεν μεταγράφεται και δεδομένου ότι πρόκειται για ασυνεχές γονίδιο το ΠΡΟΔΡΟΜΟ mrna έχει την ακόλουθη αλληλουχία: πρόδρομο mrna 3 GUUGAUCAAGUUACAGCUUCACCGCGCGUGUGUA UGAUCA 5 το mrna που προσδένεται στα ριβοσώματα για να μεταφραστεί είναι το ώριμο που προκύπτει μετά την αφαίρεση του εσωνίου ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια (snrna και πρωτεΐνες) ώριμο mrna 5 GCGCG από το πρόδρομο mrna από τα μικρά 3 GUUGAUCA AGU UAC AGC UUC ACC UGU GUA UGAUCA 5 ΚΛ ΚΕ-1 β. Η μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα διαθέτει 2 θέσεις εισδοχής μορίων trnas. Όταν κατά το στάδιο της επιμήκυνσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας το ριβόσωμα συναντήσει το κωδικόνιο λήξης, στη 2η θέση εισδοχής, στην πρώτη βρίσκεται το τελευταίο trna με το συμπληρωματικό και αντιπαράλληλο κωδικόνιο προς το τελευταίο κωδικόνιο του mrna που μεταφράζεται (το 6ο στο συγκεκριμένο mrna), στην προκειμένη περίπτωση είναι το 5 CAU 3, και συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου. Συνεπώς οι δεσμοί υδρογόνου που έχουν σπάσει μεταξύ κωδικονίων και αντικωδικονίων αναφέρονται στα προηγούμενα 5 ζεύγη κωδικονίων - αντικωδικονίων. Το ώριμο mrna, όπως φαίνεται και στο ερώτημα Δ1, σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα, κώδικας τριπλέτας, συνεχής, μη επικαλύπτομενος, με ΚΕ και KΛ που δεν μεταφράζεται έχει συνολικά 7 κωδικόνια. Μεταξύ αδενίνης ουρακίλης αναπτύσσονται 2 δεσμοί υδρογόνου και κυτοσίνης γουανίνης 3, άρα ο συνολικός αριθμός δεσμών υδρογόνου είναι 2x8 + 3x7 = 37. γ. H αντίστροφη μεταγραφάση συνθέτει με καλούπι το ώριμο mrna μια συμπληρωματική και αντιπαράλληλη αλυσίδα DNA, που ονομάζεται cdna, συνεπώς η αλληλουχία της είναι: ώριμο mrna 3 GUUGAUCA AGU UAC AGC UUC ACC UGU GUA UGAUCA 5 cdna 5 CAACTAGT TCA ATG TCG AAG TGG ACA CAT ACTAGT 3 δ. Στο φορέα κλωνοποίησης-πλασμίδιο, η αλληλουχία της περιοριστικής ενδονουκλεάσης που θα χρησιμοποιηθεί για την κλωνοποίηση του γονιδίου υπάρχει μία μόνο φορά. Στο ανοιγμένο πλασμίδιο δεν χάνεται κάποια αζωτούχα βάση, δηλαδή έχει 6250 αζωτούχες βάσεις συνολικά. Αφού προηγηθεί αποδιάταξη του δίκλωνου υβριδίου μορίου, ώριμο mrna

6 cdna, με τη βοήθεια της DNA πολυμεράσης συντίθεται μια αλυσίδα DNA συμπληρωματική με μήτρα/καλούπι τη cdna και προκύπτει ένα δίκλωνο DNA μόριο που είναι αντίγραφο του ώριμου mrna, ουσιαστικά πρόκειται για ένα αντίγραφο του γονιδίου χωρίς εσώνια. Το τμήμα του δίκλωνου cdna μορίου, μετά την επώαση με την περιοριστική ενδονουκλεάση Spe I (η οποία κόβει πριν το ΚΕ και μετά το ΚΛ, δηλαδή δεν καταστρέφει την αλληλουχία που κωδικοποιεί την πολυπεπτιδική αλυσίδα) που θα εισαχθεί στο πλασμίδιο είναι το ακόλουθο : 5 CTAGTTCAATGTCGAAGTGGACACATA 3 3 AAGTTACAGCTTCACCTGTGTATGATC 5 συνολικού μήκους 54 βάσεων. Το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο θα έχει μήκος = 6304 ή 3152 ζεύγη βάσεων. ε. Δεδομένου ότι το δίκλωνο DNA κομμάτι που θα εισαχθεί στο πλασμίδιο, έχει κατασκευαστεί με καλούπι το ώριμο mrna, είναι προφανές ότι δεν περιέχει αλληλουχία υποκινητή, αφού αυτός δεν μεταγράφεται, άρα για να υπάρξει μεταγραφή θα πρέπει στο πλασμίδιο να ενσωματωθεί υπό τον έλεγχο υποκινητή, δηλαδή η περιοριστική ενδονουκλέαση να κόβει το πλασμίδιο ακριβώς μετά την αλληλουχία του κατάλληλου υποκινητή. Τέτοια δομή διαθέτει μόνο το πλασμίδιο Α και το πλασμίδιο θα κοπεί με την Sty I προκειμένου να ενσωματωθεί το γονίδιο. Δεν αποτελεί πρόβλημα, το κόψιμο του πλασμιδίου με διαφορετική περιοριστική ενδονουκλεάση δεδομένου ότι και οι δύο περ. Ενδονουκλεάσες, Sty I και Spe I, δημιουργούν τα ίδια μονόκλωνα άκρα, συνεπώς τα μόρια που έχουν κοπεί με αυτές μπορούν να ενωθούν παρουσία DNA δεσμάσης. Το πλασμίδιο Β απορρίπτεται γιατί ο υποκινητής - μία αλληλουχία βάσεων στην οποία προσδένεται η RNA πολυμεράση για να ξεκινήσει η μεταγραφή, πρέπει να βρίσκεται ακριβώς ΠΡΙΝ το γονίδιο και στην περίπτωση του πλασμιδίου Β το γονίδιο θα ενσωματωθεί μακριά από τον υποκινητή.