Πανελλαδικές Εξετάσεις 2024 — biology, Θέμα B (4 μονάδες)

Να εξηγήσετε γιατί χρησιμοποιούνται στη διαδικασία κατασκευής καρυότυπου i) ουσίες με μιτογόνο δράση και ii) υποτονικό διάλυμα.

Απάντηση:
i) Ο καρυότυπος κατασκευάζεται από χρωμοσώματα μεταφασικών κυττάρων, άρα απαιτούνται κύτταρα που διαιρούνται. Οι ουσίες με μιτογόνο δράση επάγουν in vitro τη μίτωση στην κυτταροκαλλιέργεια, ώστε να υπάρχει επαρκής αριθμός διαιρούμενων κυττάρων που θα ακινητοποιηθούν στη μετάφαση, όπου τα χρωμοσώματα είναι μέγιστα συσπειρωμένα και ευδιάκριτα.
ii) Το υποτονικό διάλυμα προκαλεί είσοδο νερού και διόγκωση των κυττάρων, ώστε να σπάσει η πλασματική μεμβράνη και τα χρωμοσώματα να απλωθούν καλά διαχωρισμένα στην αντικειμενοφόρο πλάκα, επιτρέποντας την παρατήρηση και την κατάταξή τους.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (4 μ.). i) 2 μ.: επαγωγή κυτταρικών διαιρέσεων in vitro (1 μ.) επειδή ο καρυότυπος απαιτεί μεταφασικά χρωμοσώματα/διαιρούμενα κύτταρα (1 μ.). ii) 2 μ.: διόγκωση και ρήξη της μεμβράνης (1 μ.) ώστε να απλωθούν και να διαχωριστούν τα χρωμοσώματα στην πλάκα (1 μ.). Αναφορά χωρίς αιτιολόγηση σε κάθε σκέλος: 1 μ.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2024 — biology, Θέμα B (4 μονάδες)

Στα κύτταρα ενός διπλοειδούς οργανισμού του είδους Α στη μετάφαση της μίτωσης υπάρχουν 40 μόρια DNA συνολικού μήκους $8\cdot10^{9}$ ζευγών βάσεων. Στα κύτταρα ενός διπλοειδούς οργανισμού του είδους Β στην αρχή της μεσόφασης υπάρχουν 80 μόρια DNA συνολικού μήκους $2\cdot10^{8}$ ζευγών βάσεων. Να γράψετε τον αριθμό των χρωμοσωμάτων και των ζευγών βάσεων στον πυρήνα φυσιολογικού γαμέτη του κάθε είδους.

Απάντηση:
Είδος Α: στη μετάφαση της μίτωσης κάθε χρωμόσωμα έχει δύο αδελφές χρωματίδες, άρα 40 μόρια DNA αντιστοιχούν σε 2n = 20 χρωμοσώματα και το σύνολο $8\cdot10^{9}$ ζ.β. αφορά διπλασιασμένο γένωμα (2 × 2n). Ο γαμέτης είναι απλοειδής και μη διπλασιασμένος: n = 10 χρωμοσώματα και $2\cdot10^{9}$ ζεύγη βάσεων.
Είδος Β: στην αρχή της μεσόφασης (πριν την αντιγραφή, φάση G1) κάθε χρωμόσωμα έχει ένα μόριο DNA, άρα 2n = 80 χρωμοσώματα με $2\cdot10^{8}$ ζ.β. συνολικά. Ο γαμέτης έχει n = 40 χρωμοσώματα και $10^{8}$ ζεύγη βάσεων.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (4 μ.). Είδος Α (2 μ.): 10 χρωμοσώματα (1 μ.) και $2\cdot10^{9}$ ζ.β. (1 μ.). Είδος Β (2 μ.): 40 χρωμοσώματα (1 μ.) και $10^{8}$ ζ.β. (1 μ.). Δεν ζητείται αιτιολόγηση, όμως αν ο μαθητής δεν λάβει υπόψη ότι στη μετάφαση κάθε χρωμόσωμα έχει 2 μόρια DNA ή ότι στην αρχή της μεσόφασης έχει 1, χάνει και τις 2 μ. του αντίστοιχου είδους. Ορθή συλλογιστική με αριθμητικό λάθος: -0,5 μ. ανά τιμή.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2024 — biology, Θέμα C (6 μονάδες)

Στα ευκαρυωτικά γονίδια τα εσώνια φέρουν στα άκρα τους τα νουκλεοτίδια 5΄ – GU………AG – 3΄ (στο πρόδρομο mRNA). Η ύπαρξη αυτών των αλληλουχιών στα άκρα των εσωνίων είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την αποκοπή τους από τα μικρά ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια.
Εικόνα 1 — αλληλουχία του φυσιολογικού ασυνεχούς γονιδίου Α που κωδικοποιεί ένα ολιγοπεπτίδιο (οι δύο αλυσίδες γράφονται η μία κάτω από την άλλη, χωρίς να δίνονται προσανατολισμοί):
AGTAATGCATTTGTCCCAGTAAATGACATA
TCATTACGTAAACAGGGTCATTTACTGTAT
Εικόνα 2 — η αλληλουχία του φυσιολογικού βιολογικά λειτουργικού ολιγοπεπτιδίου: lys – phe – his
Δίνεται ο γενετικός κώδικας.
Γ1. Να εντοπίσετε την κωδική αλυσίδα του γονιδίου της Εικόνας 1 και να σημειώσετε τους προσανατολισμούς των αλυσίδων στο δίκλωνο μόριο DNA (μονάδες 2). Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας (μονάδες 4).

Απάντηση:
Κωδική είναι η επάνω αλυσίδα, με προσανατολισμό:
5΄ AGTAATGCATTTGTCCCAGTAAATGACATA 3΄ (κωδική)
3΄ TCATTACGTAAACAGGGTCATTTACTGTAT 5΄ (μη κωδική / μεταγραφόμενη)
Αιτιολόγηση: το mRNA έχει την ίδια αλληλουχία με την κωδική αλυσίδα (με U αντί T). Αν διαβάσουμε την επάνω αλυσίδα από αριστερά προς τα δεξιά ως 5΄→3΄, το εσώνιο ορίζεται από τα άκρα GT…AG (τμήμα GTCCCAG) και το ώριμο mRNA γίνεται 5΄ AGUAAUGCAUUUUAAAUGACAUA 3΄. Αυτό περιέχει κωδικόνιο έναρξης AUG και στη συνέχεια τα κωδικόνια CAU UUU AAA και το κωδικόνιο λήξης UGA, δηλαδή δίνει το πεπτίδιο met – his – phe – lys, που μετά την αποκοπή της μεθειονίνης αποδίδει το λειτουργικό ολιγοπεπτίδιο της Εικόνας 2. Με οποιαδήποτε άλλη επιλογή αλυσίδας/προσανατολισμού δεν προκύπτουν σωστά άκρα εσωνίου (GT…AG) μαζί με πλαίσιο ανάγνωσης AUG…κωδικόνιο λήξης που να δίνει το ζητούμενο πεπτίδιο.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (6 μ.). Επισήμανση της επάνω αλυσίδας ως κωδικής (1 μ.) και ορθοί προσανατολισμοί 5΄→3΄ / 3΄→5΄ και στις δύο αλυσίδες (1 μ.). Αιτιολόγηση (4 μ.): αναγνώριση του εσωνίου GTCCCAG με άκρα GT…AG (1,5 μ.), αναγωγή στο ώριμο mRNA (1 μ.), εύρεση πλαισίου ανάγνωσης AUG … UGA και αντιστοίχιση με το πεπτίδιο his – phe – lys μετά την απομάκρυνση της met (1,5 μ.). Σωστή επιλογή αλυσίδας χωρίς τεκμηρίωση: 2 μ. συνολικά. Λάθος προσανατολισμός σε μία μόνο αλυσίδα: -0,5 μ.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2024 — biology, Θέμα C (3 μονάδες)

Στα ευκαρυωτικά γονίδια τα εσώνια φέρουν στα άκρα τους τα νουκλεοτίδια 5΄ – GU………AG – 3΄ (στο πρόδρομο mRNA). Η ύπαρξη αυτών των αλληλουχιών στα άκρα των εσωνίων είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την αποκοπή τους από τα μικρά ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια.
Εικόνα 1 — αλληλουχία του φυσιολογικού ασυνεχούς γονιδίου Α που κωδικοποιεί ένα ολιγοπεπτίδιο (οι δύο αλυσίδες γράφονται η μία κάτω από την άλλη, χωρίς να δίνονται προσανατολισμοί):
AGTAATGCATTTGTCCCAGTAAATGACATA
TCATTACGTAAACAGGGTCATTTACTGTAT
Εικόνα 2 — η αλληλουχία του φυσιολογικού βιολογικά λειτουργικού ολιγοπεπτιδίου: lys – phe – his
Δίνεται ο γενετικός κώδικας.
Γ2. Να γράψετε την αλληλουχία του mRNA που μεταφέρεται στο κυτταρόπλασμα.

Απάντηση:
Στο κυτταρόπλασμα μεταφέρεται το ώριμο mRNA, δηλαδή το μετάγραφο μετά την αποκοπή του εσωνίου GUCCCAG:
5΄ AGUAAUGCAUUUUAAAUGACAUA 3΄

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (3 μ.). Ορθή αλληλουχία ώριμου mRNA: 2 μ. Ορθοί προσανατολισμοί 5΄→3΄: 1 μ. Αν δοθεί το πρόδρομο (μη ωριμασμένο) mRNA με το εσώνιο: 1 μ. κατ' ανώτατο όριο. Λάθος σε ένα ή δύο νουκλεοτίδια: -1 μ. Χρήση T αντί U: -1 μ.