ΘΕΜΑ Α

Α1. γ  Α2. β  Α3. α  Α4. γ  Α5. δ

ΘΕΜΑ Β

Β1. 1. στ, 2. ε, 3. α, 4.γ, 5.δ.

Β2. Το κύτταρο Α πραγματοποιεί μίτωση και το κύτταρο Β πραγματοποιεί μείωση.

Κατά τη μίτωση, μετά τον αυτοδιπλασιασμό του γενετικού υλικού γίνεται μια διαίρεση του πυρήνα και μια διαίρεση του κυτταροπλάσματος, με αποτέλεσμα να προκύπτουν δύο νέα κύτταρα, που το καθένα έχει την ίδια ποσότητα γενετικού υλικού σε σχέση με το αρχικό κύτταρο.

Κατά τη μείωση, μετά τον αυτοδιπλασιασμό του γενετικού υλικού γίνονται δύο διαδοχικές κυτταρικές διαιρέσεις. Καθεμιά από αυτές περιλαμβάνει μια διαίρεση του πυρήνα και μια διαίρεση του κυτταροπλάσματος, με αποτέλεσμα να προκύπτουν τέσσερις γαμέτες, που ο καθένας έχει τη μισή ποσότητα γενετικού υλικού σε σχέση με το αρχικό κύτταρο.

Ο τύπος της κυτταρικής διαίρεσης που εξασφαλίζει τη γενετική σταθερότητα είναι η μίτωση, ενώ ο τύπος της κυτταρικής διαίρεσης που συμβάλλει στη γενετική ποικιλομορφία είναι η μείωση.

Επιπλέον, γενετική σταθερότητα εξασφαλίζει και ο τρόπος διαίρεσης των προκαρυωτικών κυττάρων.

Β3. α)Κύτταρο –  αποτέλεσμα σύντηξης καρκινικού κυττάρου με Β – λεμφοκύτταρο  που παράγει αντισώματα για το επιλεγμένο αντιγόνο.

β) Απώλεια λειτουργικότητας της πρωτεινής από επίδραση ακραίων τιμών pH ή θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα την καταστροφή της  τριτοταγούς της δομής.

Β4. Οι δύο αλυσίδες ενός μορίου DNA είναι συμπληρωματικές, και αυτό υποδηλώνει ότι η αλληλουχία της μιας καθορίζει την αλληλουχία της άλλης. Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής η διπλή έλικα ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα λειτουργεί σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας νέας συμπληρωματικής αλυσίδας. Έτσι τα δύο θυγατρικά μόρια που προκύπτουν είναι πανομοιότυπα με το μητρικό και καθένα αποτελείται από μία παλιά και μία καινούρια αλυσίδα. Οι DNA πολυμεράσες επιδιορθώνουν λάθη που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της αντιγραφής. Μπορούν, δηλαδή, να «βλέπουν» και να απομακρύνουν νουκλεοτίδια που οι ίδιες τοποθετούν, κατά παράβαση του κανόνα της συμπληρωματικότητας, και να τοποθετούν τα σωστά.

Όπως τα προϊόντα ενός εργοστασίου ελέγχονται με αρκετούς τρόπους, για να εξακριβωθεί αν έχουν κατασκευαστεί σωστά, έτσι και το κύτταρο ελέγχει αν η αλληλουχία βάσεων του DNA είναι σωστή. Η αντιγραφή του DNA είναι απίστευτα ακριβής, μόνο ένα νουκλεοτίδιο στα 100.000 μπορεί να ενσωματωθεί λάθος. Τα λάθη που δεν επιδιορθώνονται από τις DNA πολυμεράσες, επιδιορθώνονται σε μεγάλο ποσοστό από ειδικά επιδιορθωτικά ένζυμα. Έτσι ο αριθμός των λαθών περιορίζεται στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς στο ένα στα 10¹⁰

Β5. Εκείνο το στοιχείο που διαφοροποιεί τις πρωτεΐνες μεταξύ τους είναι η διαφορετική αλληλουχία των αμινοξέων, δηλαδή η διαφορετική πρωτοταγής δομή σε συνδυασμό με τις διαφορετικές ομάδες R. Όταν η σειρά των αμινοξέων είναι διαφορετική, η δυνατότητα να σχηματιστούν δεσμοί ανάμεσα στις πλευρικές ομάδες αμινοξέων βρίσκεται σε διαφορετικά σημεία της πεπτιδικής αλυσίδας. Αυτό οδηγεί σε διαφορετική αναδίπλωση του μορίου, που συνεπάγεται διαφορετική δευτεροταγή και τριτοταγή δομή, επομένως σε διαφορετική διαμόρφωση στο χώρο. Η τρισδιάστατη δομή μιας πρωτεΐνης καθορίζει τη λειτουργία που αυτή εκτελεί.

ΘΕΜΑ Γ

Γ1. Η μεταφορά πλασμιδίων σε κύτταρα ξενιστές (βακτήρια) ονομάζεται μετασχηματισμός. Η επιλογή των βακτηρίων που δέχτηκαν πλασμίδιο στηρίζεται στην ικανότητα ανάπτυξής τους παρουσία αντιβιοτικού, επειδή το πλασμίδιο περιέχει γονίδιο/α που τους προσδίδει ανθεκτικότητα σε αντιβιοτικό/ά.

Το βακτήριο Α έχει στο κύριο μόριο DNA του γονίδια ανθεκτικότητας στην αμπικιλίνη και στη στρεπτομυκίνη. Επομένως, μπορεί για το μετασχηματισμό του να χρησιμοποιηθεί το πλασμίδιο 2, το οποίο φέρει ένα γονίδιο ανθεκτικότητας στην καναμυκίνη. Έτσι τα μετασχηματισμένα βακτήρια θα είναι ανθεκτικά στην καναμυκίνη, ενώ τα μη μετασχηματισμένα όχι.

Το βακτήριο Β έχει στο κύριο μόριο DNA του γονίδιο ανθεκτικότητας στην καναμυκίνη. Επομένως, μπορεί για το μετασχηματισμό του να χρησιμοποιηθουν τα πλασμίδια 1, 3 ή 4. Το πλασμίδιο 1 φέρει ένα γονίδιο ανθεκτικότητας στην αμπικιλίνη. Έτσι τα μετασχηματισμένα βακτήρια θα είναι ανθεκτικά στην αμπικιλίνη, ενώ τα μη μετασχηματισμένα όχι. Το πλασμίδιο 3 φέρει δύο γονίδια ανθεκτικότητας στην αμπικιλίνη και στη στρεπτομυκίνη. Έτσι τα μετασχηματισμένα βακτήρια θα είναι ανθεκτικά στην αμπικιλίνη και στη στρεπτομυκίνη, ενώ τα μη μετασχηματισμένα όχι. Το πλασμίδιο 4 φέρει ένα γονίδιο ανθεκτικότητας στην στρεπτομυκίνη. Έτσι τα μετασχηματισμένα βακτήρια θα είναι ανθεκτικά στην στρεπτομυκίνη, ενώ τα μη μετασχηματισμένα όχι.

Το βακτήριο Γ έχει στο κύριο μόριο DNA του γονίδια ανθεκτικότητας στην αμπικιλίνη και στην καναμυκίνη. Επομένως, μπορεί για το μετασχηματισμό του να χρησιμοποιηθούν τα πλασμίδια 3 ή 4. Το πλασμίδιο 3 φέρει δύο γονίδια ανθεκτικότητας στην αμπικιλίνη και στη στρεπτομυκίνη. Έτσι τα μετασχηματισμένα βακτήρια θα είναι ανθεκτικά στη στρεπτομυκίνη, ενώ τα μη μετασχηματισμένα όχι. Το πλασμίδιο 4 φέρει ένα γονίδιο ανθεκτικότητας στην στρεπτομυκίνη. Έτσι τα μετασχηματισμένα βακτήρια θα είναι ανθεκτικά στην στρεπτομυκίνη, ενώ τα μη μετασχηματισμένα όχι.

Παρατήρηση: Τα παραπάνω ισχύουν με την προϋπόθεση ότι οι  αλληλουχίες αναγνώρισης της περιοριστικής ενδονουκλεάσης που θα χρησιμοποιηθεί δεν εντοπίζεται σε κάποιο από τα γονίδια ανθεκτικότητας κάθε πλασμιδίου.

Γ2. Έστω:

β: φυσιολογικό αλληλόμορφο

β₁: μεταλλαγμένο αλληλόμορφο που κόβεται από την Ε₁

β₂: μεταλλαγμένο αλληλόμορφο που κόβεται από την Ε₂

Άτομο Ι₁:  ββ

Άτομο Ι₂: β₁β₁

Άτομο ΙΙ₄: β₂β₂

Άτομο ΙΙΙ₁: β₁β₂

Για τη δράση της Ε₁ ισχύει:

• όταν προκύπτει ένα κομμάτι μήκους 500 ζευγών βάσεων, υπάρχει το αλληλόμορφο β ή το β₂,
• όταν προκύπτουν δύο κομμάτια μήκους 100 και 400 ζευγών βάσεων, υπάρχει το αλληλόμορφο β₁.

Για τη δράση της Ε₂ ισχύει:

• όταν προκύπτει ένα κομμάτι μήκους 500 ζευγών βάσεων, υπάρχει το αλληλόμορφο β ή το β₁,
• όταν προκύπτουν δύο κομμάτια μήκους 200 και 300 ζευγών βάσεων, υπάρχει το αλληλόμορφο β₂.

Με βάση τα παραπάνω και με τα δεδομένα του πίνακα Γ ισχύει ότι:

το αλληλόμορφο β1 φέρεται από τους Ι2, ΙΙΙ1

το αλληλόμορφο β2 φέρεται από τους ΙΙ4, ΙΙΙ1

Γ3. Άτομο Ι₃: ββ₂, άτομο Ι₄: ββ₂, άτομο ΙΙ₁: ββ₁, άτομο ΙΙ₂: ββ₁, άτομο ΙΙ₃: ββ₂

Γ4. Αν στο άτομο ΙΙ₃ , το οποίο έχει γονότυπο ββ_2,, δράσει η Ε₁ θα προκύψει ένα είδος κομματιού DNA μήκους 500 ζευγών βάσεων, ενώ αν δράσει η Ε₂ θα προκύψουν τρία είδη κομματιών DNA μήκους 500, 300 και 200 ζευγών βάσεων.

Γ5.          Ρ γενιά:    ββ₁    x    ββ₂

Η πιθανότητα το δεύτερο παιδί του ζευγαριού να φέρει το β₂ αλληλόμορφο είναι 1/2 (50%).

ΘΕΜΑ Δ

Δ1. α) cDNA: αλυσίδα 2, γονίδιο: αλυσίδα 1

β) Στην υβριδοποίηση συμμετέχει η κωδική αλυσίδα του γονιδίου.

Το cDNA είναι το προϊόν της αντίστροφης μεταγραφής, από το ένζυμο αντίστροφη μεταγραφάση. Με καλούπι την αλυσίδα mRNA συντίθεται συμπληρωματική αλυσίδα DNA με βάση τους κανόνες της συμπληρωματικότητας.To mRNA είναι συμπληρωματικό με τη μη κωδική αλυσίδα του γονιδίου. Η κωδική αλυσίδα είναι η μη μεταγραφόμενη, συμπληρωματική της μη κωδικής αλυσίδας. Κατ’ επέκταση είναι συμπληρωματική και του cDNA. Για αυτό τον λόγο υβριδοποιούνται.

γ) Οι περιοχές α και β αντιστοιχούν στα εσώνια της κωδικής αλυσίδας του γονιδίου. Το mRNA που απομονώνεται από το κυτταρόπλασμα ευκαρυωτικού κυττάρου είναι το ώριμο mRNA το οποίο αποτελείται αποκλειστικά από εξώνια. Τα γονίδια των ευκαρυωτικών κυττάρων είναι ασυνεχή, δηλαδή περιέχουν εσώνια που ενώ μεταγράφονται, δεν μεταφράζονται, καθώς  απομακρύνονται κατά την ωρίμανση του πρόδρομου mRNA.

Δ2. Οι δυο γονείς είναι υγιείς. Η μητέρα είναι φορέας της φυλοσύνδετης υπολειπόμενης ασθένειας, με γονότυπο Χ^ΑΧ^α. Ο πατέρας έχει γονότυπο Χ^ΑΨ.

Μηχανισμός 1: μη διαχωρισμός χρωμοσωμάτων (1^η ή 2^η μειωτική διαίρεση) σε άωρο γεννητικό κύτταρο στον αρσενικό γονέα. Δημιουργία σπερματοζωαρίου χωρίς φυλετικό χρωμόσωμα (n-1). Γονιμοποίηση με μη φυσιολογικό ωάριο (n+1) που διαθέτει δυο χρωμοσώματα Χ^α με το υπολειπόμενο αλληλόμορφο, αποτέλεσμα μη διαχωρισμού στη 2^η μειωτική διαίρεση. Το ζυγωτό θα έχει γονότυπο Χ^αΧ^α και το άτομο που θα αναπτυχθεί από αυτό θα είναι θηλυκό με την ασθένεια.

Μηχανισμός 2: έλλειψη της συγκεκριμένης φυλοσύνδετης γενετικής θέσης ή μετατόπισή της σε μη ομόλογο χρωμόσωμα. Η μετάλλαξη θα συμβεί σε άωρο γεννητικό κύτταρο του αρσενικού γονέα. Θα δημιουργηθεί γαμέτης με το μεταλλαγμένο χρωμόσωμα Χ, που δεν φέρει το αλληλόμορφο Α. Τα αυτοσωμικά χρωμοσώματα του συγκεκριμένου γαμέτη θα είναι φυσιολογικά. Από την γονιμοποίηση του συγκεκριμένου γαμέτη με φυσιολογικό ωάριο που έχει το χρωμόσωμα Χ^α με το υπολειπόμενο αλληλόμορφο, προκύπτει ζυγωτό με δομική χρωμοσωμική έλλειψη τμήματος του χρωμοσώματος Χ πατρικής προέλευσης. Το χρωμόσωμα Χ μητρικής προέλευσης έχει το υπολειπόμενο αλληλόμορφο και το άτομο που θα αναπτυχθεί από αυτό θα είναι θηλυκό, με την ασθένεια. Ο γονότυπος του θα είναι Χ^αΧ.

Μηχανισμός 3: χρωμοσωμική αναστροφή στο τμήμα του χρωμοσώματος Χ του αρσενικού γονέα, σε άωρο γεννητικό κύτταρο. Η μετάλλαξη αδρανοποιεί το γονίδιο Χ^Α . Θα δημιουργηθεί γαμέτης  με το μεταλλαγμένο χρωμόσωμα Χ που φέρει όλα τα υπόλοιπα φυσιολογικά αυτοσωμικά χρωμοσώματα. Γονιμοποίηση του γαμέτη αυτού με φυσιολογικό ωάριο που έχει το χρωμόσωμα Χ^α με το υπολειπόμενο αλληλόμορφο, προκύπτει ζυγωτό με δομική χρωμοσωμική αναστροφή τμήματος του χρωμοσώματος Χ πατρικής προέλευσης.

Μηχανισμός 4: γονιδιακή μετάλλαξη (προσθήκη, έλλειψη, αντικατάσταση, αναστροφή) σε άωρο γεννητικό κύτταρο του αρσενικού γονέα, η οποία θα μετατρέψει το Α φυσιολογικό αλληλόμορφο σε α. Θα δημιουργηθεί γαμέτης με το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο Χ^α. Από την γονιμοποίηση του συγκεκριμένου γαμέτη με φυσιολογικό ωάριο που έχει το χρωμόσωμα Χ^α με το υπολειπόμενο αλληλόμορφο προκύπτει ζυγωτό με γονότυπο Χ^αΧ^α και το άτομο που θα αναπτυχθεί από αυτό θα έχει την ασθένεια.

Δ3. α) Μεταλλαγμένη πρωτεΐνη Α:  αντικατάσταση βάσης, στο 4^ο κωδικόνιο. Συγκεκριμένα το κωδικόνιο 5’TΤG3’ γίνεται 5’TGG3’, με αντικατάσταση του 2^ου Τ σε G.

Μεταλλαγμένη πρωτεΐνη Β: αντικατάσταση βάσης, στο 6^ο κωδικόνιο. Συγκεκριμένα το κωδικόνιο 5’GGA3’ γίνεται 5′ TGA 3′  με αντικατάσταση του 1^ου G από Τ, με αποτέλεσμα να δημιουργείται πρόωρο κωδικόνιο λήξης.

Μεταλλαγμένη πρωτεΐνη Γ: έλλειψη μιας βάσης στο 2^ο κωδικόνιο και μετατόπιση του τρόπου ανάγνωσης των βάσεων του mRNA με αποτέλεσμα να αλλάξει η αλληλουχία των κωδικονίων μετά το κωδικόνιο έναρξης. Έγινε αφαίρεση της 1^ης C από το κωδικόνιο 5’CAC3’ του φυσιολογικού γονιδίου.

Μεταλλαγμένη πρωτεΐνη Δ: προσθήκη τριών διαδοχικών βάσεων, στο 3^ο κωδικόνιο. Συγκεκριμένα, μετά την Α του κωδικονίου αυτού προστίθεται η τριάδα βάσεων 5’TGT3’, με αποτέλεσμα, την αλλαγή ενός αμινοξέος και την προσθήκη ακόμα ενός στην πολυπεπτιδική αλυσίδα.

β) Η αλληλουχία της κωδικής αλυσίδας του γονιδίου είναι:

5’ … ATG CAC AGG TTG TGG GGA GAC … 3’