1Τυπολόγιο

Όλες οι ασκήσεις του κεφαλαίου λύνονται με αυτές τις σχέσεις. Πριν ξεκινήσεις, ρώτα πάντα: είναι το μόριο δίκλωνο; Γραμμικό ή κυκλικό;

2Λυμένο παράδειγμα

1. Τι μόριο είναι; Βακτηριακό DNA, άρα δίκλωνο και κυκλικό. Ισχύει A = T και G = C.
2. Σύνολο: 4.500 ζεύγη = 9.000 νουκλεοτίδια, άρα 9.000 βάσεις.
3. α) Βάσεις: A = 0,22 · 9.000 = 1.980 = T. Τότε 2G = 9.000 − 3.960 = 5.040, άρα G = C = 2.520.
4. β) Φωσφοδιεστερικοί: κυκλικό μόριο, χωρίς ελεύθερα άκρα, άρα όσοι και τα νουκλεοτίδια: 9.000.
5. γ) Δεσμοί υδρογόνου: H = 2A + 3G = 2·1.980 + 3·2.520 = 3.960 + 7.560 = 11.520.
6. δ) Νερό: ένα μόριο για κάθε φωσφοδιεστερικό δεσμό: 9.000.

3Πολλαπλής επιλογής

Πάτα μια απάντηση για να δεις αν είναι σωστή και γιατί.

1. Στους διπλοειδείς οργανισμούς:

   α) το γονιδίωμα των σωματικών κυττάρων υπάρχει σε ένα αντίγραφοβ) το γονιδίωμα των γαμετών υπάρχει σε δύο αντίγραφαγ) τα σωματικά κύτταρα περιέχουν διπλάσια ποσότητα DNA από τους γαμέτεςδ) ισχύουν όλα τα παραπάνω

   Τα σωματικά κύτταρα είναι διπλοειδή (δύο αντίγραφα), οι γαμέτες απλοειδείς (ένα αντίγραφο).

2. Το RNA αποτελείται από:

   α) πεπτίδια που συνδέονται με πεπτιδικό δεσμόβ) αμινοξέα που συνδέονται με πεπτιδικό δεσμόγ) νουκλεοτίδια που συνδέονται με φωσφοδιεστερικό δεσμόδ) μόρια πεντοζών που συνδέονται με αζωτούχες βάσεις

   Όλα τα νουκλεϊκά οξέα είναι πολυμερή νουκλεοτιδίων, ενωμένων με 3΄-5΄ φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Αμινοξέα και πεπτιδικός δεσμός αφορούν τις πρωτεΐνες.

3. Οι αδελφές χρωματίδες:

   α) ενώνονται στο κεντρομερίδιοβ) δημιουργούνται κατά τη μεταγραφή του DNAγ) παραμένουν ενωμένες μετά τη διαίρεση του κυττάρουδ) συμπυκνώνονται στο τέλος της μίτωσης για να γίνουν ινίδια χρωματίνης

   Προκύπτουν από την αντιγραφή (όχι τη μεταγραφή), χωρίζονται στην ανάφαση και στο τέλος της μίτωσης αποσυμπυκνώνονται (όχι συμπυκνώνονται).

4. Τα ινίδια χρωματίνης:

   α) είναι ορατά με οπτικό μικροσκόπιο κατά τη μεσόφασηβ) αποτελούνται από DNA και πρωτεΐνεςγ) διπλασιάζονται κατά τη μετάφαση της μίτωσηςδ) αποτελούνται από δύο αδελφές χρωματίδες ενωμένες στο κεντρομερίδιο

   Είναι DNA πακεταρισμένο με ιστόνες. Φαίνονται μόνο με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και διπλασιάζονται στη φάση S. Οι αδελφές χρωματίδες αφορούν το χρωμόσωμα.

5. Στο δίκλωνο μόριο DNA:

   α) οι δύο αλυσίδες σχηματίζουν δεξιόστροφη διπλή έλικαβ) οι βάσεις της μιας αλυσίδας συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου με τις βάσεις της απέναντι, σύμφωνα με τη συμπληρωματικότηταγ) οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ συμπληρωματικών βάσεων σταθεροποιούν τη δευτεροταγή δομήδ) ισχύουν όλα τα παραπάνω

   Και οι τρεις προτάσεις περιγράφουν το μοντέλο της διπλής έλικας.

6. Ο όρος «αλληλουχία βάσεων»:

   α) εκφράζει τη σειρά των νουκλεοτιδίων σε ένα νουκλεϊκό οξύβ) εκφράζει τη σειρά των πεντοζών μιας αλυσίδαςγ) αναφέρεται στον αριθμό των φωσφοδιεστερικών δεσμώνδ) αναφέρεται στη σειρά των φωσφορικών ομάδων

   Πεντόζες και φωσφορικές ομάδες επαναλαμβάνονται ίδιες. Αυτό που αλλάζει, και φέρει την πληροφορία, είναι η σειρά των βάσεων.

7. Οι γαμέτες είναι απλοειδή κύτταρα γιατί:

   α) το γενετικό τους υλικό υπάρχει σε ένα μόνο αντίγραφοβ) το γονιδίωμά τους είναι μονόκλωνογ) η δομή τους μοιάζει με των προκαρυωτικώνδ) το γονιδίωμά τους υπάρχει σε δύο αντίγραφα

   Απλοειδές σημαίνει ένα αντίγραφο γονιδιώματος. Το DNA των γαμετών είναι κανονικά δίκλωνο.

4Σωστό ή λάθος

Πάτα μια απάντηση για να δεις αν είναι σωστή και γιατί.

1. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα η αντιγραφή του DNA γίνεται κατά τη μεσόφαση.

   ΣωστόΛάθος

   Συγκεκριμένα στη φάση S της μεσόφασης.

2. Το γονιδίωμα είναι μόνο το σύνολο των γονιδίων ενός κυττάρου.

   ΣωστόΛάθος

   Γονιδίωμα είναι όλο το γενετικό υλικό, όχι μόνο τα γονίδια.

3. Με τον καρυότυπο μπορούμε να μελετήσουμε τη μορφή και τον αριθμό των χρωμοσωμάτων.

   ΣωστόΛάθος

   Γι’ αυτό χρησιμοποιείται για διάγνωση χρωμοσωμικών ανωμαλιών.

4. Κατά τη μεσόφαση οι αδελφές χρωματίδες είναι ορατές με οπτικό μικροσκόπιο.

   ΣωστόΛάθος

   Στη μεσόφαση το DNA είναι σε μορφή χρωματίνης, ορατής μόνο με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

5. Κάθε μιτοχόνδριο περιέχει πάνω από 15 μόρια κυκλικού DNA.

   ΣωστόΛάθος

   Κάθε μιτοχόνδριο έχει λίγα αντίγραφα κυκλικού DNA.

6. Το DNA είναι μακρομόριο που αποτελείται από νουκλεοτίδια.

   ΣωστόΛάθος

   Τα νουκλεοτίδια είναι τα μονομερή του.

7. Το κεντρομερίδιο είναι οργανίδιο έξω από τον πυρήνα.

   ΣωστόΛάθος

   Το κεντρομερίδιο είναι περιοχή του χρωμοσώματος. Μην το μπερδεύεις με το κεντροσωμάτιο.

8. Το γενετικό υλικό των χλωροπλαστών είναι γραμμικό.

   ΣωστόΛάθος

   Είναι κυκλικό, όπως και των μιτοχονδρίων.

9. Το γενετικό υλικό ορισμένων βακτηρίων μπορεί να είναι RNA.

   ΣωστόΛάθος

   Όλα τα κύτταρα έχουν για γενετικό υλικό δίκλωνο DNA. RNA ως γενετικό υλικό υπάρχει μόνο σε ιούς.

10. Ένα ανθρώπινο σωματικό κύτταρο στην αρχή της μεσόφασης περιέχει 46 μόρια DNA στον πυρήνα.

    ΣωστόΛάθος

    Μετά την αντιγραφή γίνονται 92.

11. Η ποσότητα των πρωτεϊνών σε κάθε κύτταρο είναι σταθερή και δεν επηρεάζεται από το περιβάλλον.

    ΣωστόΛάθος

    Σταθερή είναι η ποσότητα του DNA. Οι πρωτεΐνες μεταβάλλονται ανάλογα με τις ανάγκες και τα ερεθίσματα.

12. Ένα καρδιακό κύτταρο περιέχει πάντα διπλάσια ποσότητα DNA από έναν γαμέτη.

    ΣωστόΛάθος

    Η λέξη «πάντα» κάνει την πρόταση λάθος: μετά την αντιγραφή ένα σωματικό κύτταρο έχει τετραπλάσια ποσότητα.

13. Η ποσότητα του DNA στα κύτταρα ενός οργανισμού μεταβάλλεται με την ηλικία.

    ΣωστόΛάθος

    Παραμένει σταθερή σε όλη τη ζωή του οργανισμού.

14. Ο δεσμός μεταξύ διαδοχικών νουκλεοτιδίων ονομάζεται 3΄-5΄ φωσφοδιεστερικός.

    ΣωστόΛάθος

15. Ο προσανατολισμός μιας πολυριβονουκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5΄→3΄.

    ΣωστόΛάθος

    Όπως και κάθε πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας.

5Συμπλήρωση κενών

Προσπάθησε πρώτα μόνος σου και μετά άνοιξε την απάντηση.

1. Η χημική σύσταση του γενετικού υλικού των ιών είναι ή .

   Δείξε την απάντηση

   DNA, RNA

2. Το DNA , δηλαδή κατασκευάζει αντίγραφο του εαυτού του.

   Δείξε την απάντηση

   αυτοδιπλασιάζεται

3. Το σύνολο του γενετικού υλικού ενός κυττάρου ονομάζεται .

   Δείξε την απάντηση

   γονιδίωμα

4. Στα φυτικά κύτταρα γενετικό υλικό υπάρχει, εκτός από τον πυρήνα, στα και στους .

   Δείξε την απάντηση

   μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες

5. Η βασική μονάδα οργάνωσης της χρωματίνης είναι το .

   Δείξε την απάντηση

   νουκλεόσωμα

6. Τα ινίδια χρωματίνης αναδιπλώνονται σε θηλιές, οι οποίες αναδιπλώνονται ξανά και σχηματίζουν τα .

   Δείξε την απάντηση

   χρωμοσώματα

7. Το νουκλεόσωμα αποτελείται από μήκους 146 ζευγών βάσεων και οκτώ πρωτεΐνες, τις . Τα νουκλεοσώματα πακετάρονται σχηματίζοντας τα .

   Δείξε την απάντηση

   DNA, ιστόνες, ινίδια χρωματίνης

8. Οι γαμέτες, που είναι απλοειδείς, έχουν τη μισή ποσότητα από τα σωματικά κύτταρα, που είναι .

   Δείξε την απάντηση

   DNA, διπλοειδή

9. Μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα σχηματίζεται με την ένωση πολλών με δεσμούς.

   Δείξε την απάντηση

   νουκλεοτιδίων, 3΄-5΄ φωσφοδιεστερικούς

10. Ο σκελετός του DNA σχηματίζεται από εναλλαγή και φωσφορικών ομάδων, που ενώνονται με δεσμούς.

    Δείξε την απάντηση

    πεντοζών (δεοξυριβόζης), φωσφοδιεστερικούς

6Ερωτήσεις θεωρίας

Τύπου Θέματος Β. Απάντησε με ακρίβεια και με τους όρους του βιβλίου. Προσπάθησε πρώτα μόνος σου και μετά άνοιξε την απάντηση.

Το DNA ως γενετικό υλικό

1. Τι έδειξε το πείραμα του Griffith;

   Δείξε την απάντηση

   Ο Griffith (1928) εργάστηκε με δύο στελέχη πνευμονιόκοκκου σε ποντικούς. Το στέλεχος S, με κάλυμμα, προκαλούσε θάνατο. Το στέλεχος R, χωρίς κάλυμμα, ήταν ακίνδυνο, όπως και τα θανατωμένα με θέρμανση S. Όταν όμως ένεσε θανατωμένα S μαζί με ζωντανά R, οι ποντικοί πέθαναν και απομονώθηκαν ζωντανά βακτήρια S. Συμπέρανε ότι κάποιος παράγοντας από τα νεκρά S μετέτρεψε τα R σε S (μετασχηματισμός).

2. Πώς φαίνεται πειραματικά ότι το κάλυμμα των βακτηρίων σχετίζεται με την παθογένεια;

   Δείξε την απάντηση

   Στο πείραμα του Griffith μόνο τα βακτήρια S, που έχουν κάλυμμα, σκότωναν τους ποντικούς. Τα R, χωρίς κάλυμμα, δεν προκαλούσαν ασθένεια.

3. Περίγραψε συνοπτικά τα πειράματα που έδειξαν ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό.

   Δείξε την απάντηση

   Griffith (1928): ανακάλυψε τον μετασχηματισμό, χωρίς να ξέρει ποιο μόριο τον προκαλεί. Avery, MacLeod, McCarty (1944): απομόνωσαν τα συστατικά των νεκρών S και βρήκαν ότι μόνο το DNA μετασχημάτιζε τα R σε S. Όταν διασπούσαν το DNA με ένζυμα, ο μετασχηματισμός δεν γινόταν. Hershey και Chase (1952): σήμαναν φάγους T₂ είτε με ραδιενεργό θείο (πρωτεΐνες) είτε με ραδιενεργό φώσφορο (DNA). Στα βακτήρια που μολύνθηκαν εισήλθε μόνο ο ραδιενεργός φώσφορος, άρα το DNA, και αυτό κατευθύνει τη σύνθεση νέων φάγων.

4. Ποια βιοχημικά δεδομένα συνηγορούν ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό;

   Δείξε την απάντηση

   Όλα τα σωματικά κύτταρα ενός οργανισμού έχουν την ίδια ποσότητα DNA, ενώ οι γαμέτες έχουν τη μισή. Η ποσότητα αυτή είναι σταθερή και δεν επηρεάζεται από το περιβάλλον ή την ηλικία, σε αντίθεση με την ποσότητα των πρωτεϊνών και του RNA.

5. Αν σε καλλιέργεια βακτηρίων προσθέσουμε ραδιενεργό θείο και ραδιενεργό φώσφορο, ποια μακρομόρια θα ιχνηθετηθούν;

   Δείξε την απάντηση

   Το θείο ενσωματώνεται στις πρωτεΐνες (υπάρχει σε αμινοξέα, όχι στα νουκλεϊκά οξέα). Ο φώσφορος ενσωματώνεται στα νουκλεϊκά οξέα, DNA και RNA, μέσω των φωσφορικών ομάδων.

6. Ποια είναι η σχέση ανάμεσα στην ποσότητα DNA ενός οργανισμού και στην εξελικτική του βαθμίδα;

   Δείξε την απάντηση

   Γενικά οι πιο πολύπλοκοι οργανισμοί έχουν περισσότερο DNA από τους απλούστερους (π.χ. θηλαστικά σε σχέση με βακτήρια). Η σχέση όμως δεν είναι αυστηρά αναλογική: ορισμένα αμφίβια και φυτά έχουν περισσότερο DNA από τον άνθρωπο.

Η χημική δομή του DNA

1. Τι είναι το νουκλεοτίδιο;

   Δείξε την απάντηση

   Η δομική μονάδα των νουκλεϊκών οξέων. Αποτελείται από μια πεντόζη (δεοξυριβόζη στο DNA, ριβόζη στο RNA), μια φωσφορική ομάδα και μια αζωτούχα βάση.

2. Πώς σχηματίζεται ο 3΄-5΄ φωσφοδιεστερικός δεσμός;

   Δείξε την απάντηση

   Ανάμεσα στο υδροξύλιο (–OH) του 3΄ άνθρακα της πεντόζης ενός νουκλεοτιδίου και στη φωσφορική ομάδα του 5΄ άνθρακα της πεντόζης του επόμενου. Με κάθε τέτοιο δεσμό απελευθερώνεται ένα μόριο νερού.

3. Ποιες είναι οι βασικές αρχές του μοντέλου της διπλής έλικας των Watson και Crick;

   Δείξε την απάντηση

   Το DNA αποτελείται από δύο αντιπαράλληλες πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες που σχηματίζουν δεξιόστροφη διπλή έλικα. Ο σκελετός πεντόζης-φωσφορικής ομάδας βρίσκεται έξω και οι βάσεις μέσα. Οι βάσεις απέναντι αλυσίδων ζευγαρώνουν συμπληρωματικά, A με T (δύο δεσμοί υδρογόνου) και G με C (τρεις δεσμοί υδρογόνου).

4. Πώς διατάσσονται στο χώρο οι υδρόφοβες και οι υδρόφιλες περιοχές του DNA;

   Δείξε την απάντηση

   Οι υδρόφιλοι σκελετοί πεντόζης-φωσφορικής ομάδας βρίσκονται στο εξωτερικό της έλικας, σε επαφή με το νερό. Οι υδρόφοβες βάσεις βρίσκονται στο εσωτερικό, η μία πάνω από την άλλη.

5. Ποια ιδιότητα των δύο αλυσίδων καθορίζει και τον αυτοδιπλασιασμό του DNA;

   Δείξε την απάντηση

   Η συμπληρωματικότητα: η αλληλουχία της μιας αλυσίδας καθορίζει την αλληλουχία της άλλης, οπότε κάθε αλυσίδα μπορεί να χρησιμεύσει ως καλούπι για νέα.

6. Ποια ήταν τα πρώτα συμπεράσματα από την ανάλυση της σύστασης βάσεων του DNA διαφόρων οργανισμών;

   Δείξε την απάντηση

   Σε κάθε μόριο DNA η ποσότητα της A ισούται με της T και της G με της C. Επομένως A + G = T + C. Η αναλογία (A + T)/(G + C) διαφέρει από είδος σε είδος.

7. Ποιοι δεσμοί ενώνουν νουκλεοτίδια με G και C στο DNA;

   Δείξε την απάντηση

   Αν βρίσκονται σε απέναντι αλυσίδες (ζεύγος G–C), τρεις δεσμοί υδρογόνου. Αν είναι διαδοχικά στην ίδια αλυσίδα, ένας 3΄-5΄ φωσφοδιεστερικός δεσμός.

8. Ποιο είναι το λάθος στην πρόταση: «Κάθε νουκλεϊκό οξύ αποτελείται από επαναλαμβανόμενες αζωτούχες βάσεις, που μπορεί να είναι αδενίνες, κυτοσίνες, θυμίνες ή γουανίνες»;

   Δείξε την απάντηση

   Δύο λάθη. Τα νουκλεϊκά οξέα αποτελούνται από επαναλαμβανόμενα νουκλεοτίδια, όχι σκέτες βάσεις. Και η πρόταση δεν ισχύει για κάθε νουκλεϊκό οξύ: το RNA έχει ουρακίλη αντί για θυμίνη.

9. Ποια είναι η σημασία του αυτοδιπλασιασμού του DNA;

   Δείξε την απάντηση

   Εξασφαλίζει τη διατήρηση και τη μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας αναλλοίωτης από κύτταρο σε κύτταρο και από γενιά σε γενιά.

Η οργάνωση του γενετικού υλικού

1. Τι είναι τα πλασμίδια; Ποια σημαντικά γονίδια φέρουν;

   Δείξε την απάντηση

   Μικρά, δίκλωνα, κυκλικά μόρια DNA που υπάρχουν σε πολλά βακτήρια, εκτός από το κύριο μόριο DNA, και αντιγράφονται ανεξάρτητα από αυτό. Φέρουν γονίδια ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά και γονίδια για τη μεταφορά γενετικού υλικού από ένα βακτήριο σε άλλο.

2. Μερικά βακτήρια δεν έχουν πλασμίδια. Σε τι μειονεκτούν;

   Δείξε την απάντηση

   Δεν έχουν τα γονίδια που φέρουν τα πλασμίδια, π.χ. για ανθεκτικότητα σε αντιβιοτικά, οπότε επιβιώνουν δυσκολότερα σε ανάλογες συνθήκες. Επίσης δεν μπορούν να μεταβιβάσουν γενετικό υλικό μέσω πλασμιδίων.

3. Γιατί ο αριθμός των πλασμιδίων σε ένα βακτήριο συνήθως δεν είναι σταθερός;

   Δείξε την απάντηση

   Τα πλασμίδια αντιγράφονται ανεξάρτητα από το κύριο μόριο DNA, οπότε ο αριθμός τους μπορεί να αυξηθεί. Επιπλέον, μπορούν να μεταφερθούν από ένα βακτήριο σε άλλο ή να χαθούν.

4. Πώς εξηγείται ότι σε ορισμένα πλασμίδια βρίσκονται γονίδια του κύριου μορίου DNA του βακτηρίου;

   Δείξε την απάντηση

   Ορισμένα πλασμίδια μπορούν να ενσωματώνονται στο κύριο μόριο DNA και αργότερα να αποκόπτονται από αυτό, παίρνοντας μαζί τους τμήματα με γονίδια του βακτηρίου.

5. Ποια μόρια DNA αντιγράφονται ανεξάρτητα από το κύριο μόριο DNA του κυττάρου και πού βρίσκονται;

   Δείξε την απάντηση

   Τα πλασμίδια, στο κυτταρόπλασμα των βακτηρίων, και το DNA των μιτοχονδρίων και των χλωροπλαστών στα ευκαρυωτικά κύτταρα.

6. Γιατί τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες χαρακτηρίζονται ημιαυτόνομα οργανίδια;

   Δείξε την απάντηση

   Έχουν δικό τους DNA, που αντιγράφεται ανεξάρτητα, και συνθέτουν μερικές από τις πρωτεΐνες τους. Οι περισσότερες πρωτεΐνες τους όμως κωδικοποιούνται από γονίδια του πυρήνα.

7. Τι είδους μιτοχόνδρια υπάρχουν στο ζυγωτό του ανθρώπου;

   Δείξε την απάντηση

   Μητρικής προέλευσης: προέρχονται από το κυτταρόπλασμα του ωαρίου, αφού το σπερματοζωάριο δεν συνεισφέρει μιτοχόνδρια στο ζυγωτό.

8. Ποιο μπορεί να είναι το γενετικό υλικό των ιών;

   Δείξε την απάντηση

   DNA ή RNA, μονόκλωνο ή δίκλωνο, γραμμικό ή κυκλικό, ανάλογα με τον ιό.

9. Πού συναντάμε κυκλικά και πού γραμμικά μόρια DNA;

   Δείξε την απάντηση

   Κυκλικά: προκαρυωτικά (κύριο μόριο και πλασμίδια), μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες ευκαρυωτικών, ορισμένοι ιοί. Γραμμικά: πυρήνας ευκαρυωτικών, μιτοχόνδρια ορισμένων πρωτοζώων, ορισμένοι ιοί.

10. Ποιες πρωτεΐνες συμβάλλουν στην οργάνωση του γενετικού υλικού;

    Δείξε την απάντηση

    Κυρίως οι ιστόνες, γύρω από τις οποίες τυλίγεται το DNA στα νουκλεοσώματα, και άλλες, μη ιστονικές πρωτεΐνες.

11. Ποια είναι τα επίπεδα πακεταρίσματος του DNA στο μεταφασικό χρωμόσωμα;

    Δείξε την απάντηση

    Διπλή έλικα DNA → νουκλεοσώματα (DNA γύρω από οκτώ ιστόνες) → ινίδιο χρωματίνης → θηλιές → περαιτέρω αναδίπλωση → μεταφασικό χρωμόσωμα με δύο αδελφές χρωματίδες.

12. Σε ποιες φάσεις το γενετικό υλικό είναι ορατό με οπτικό και σε ποιες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο;

    Δείξε την απάντηση

    Οπτικό: μόνο κατά την κυτταρική διαίρεση, όταν σχηματίζονται χρωμοσώματα (καλύτερα στη μετάφαση). Ηλεκτρονικό: σε οποιαδήποτε φάση, αφού φαίνονται και τα ινίδια χρωματίνης της μεσόφασης.

13. Ποια κύτταρα λέγονται απλοειδή και ποια διπλοειδή; Δώσε από ένα παράδειγμα.

    Δείξε την απάντηση

    Απλοειδή έχουν ένα αντίγραφο του γονιδιώματος, π.χ. ένα βακτήριο ή ένα σπερματοζωάριο. Διπλοειδή έχουν δύο αντίγραφα οργανωμένα σε ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων, π.χ. ένα ηπατικό κύτταρο.

14. Σε τι διαφέρει το γενετικό υλικό των σωματικών κυττάρων από των γαμετών;

    Δείξε την απάντηση

    Τα σωματικά κύτταρα είναι διπλοειδή: 46 χρωμοσώματα σε 23 ζεύγη (44 αυτοσωμικά και XX ή XY). Οι γαμέτες είναι απλοειδείς: 23 χρωμοσώματα (22 αυτοσωμικά και X ή Y) και η μισή ποσότητα DNA.

15. Πόσα αυτοσωμικά και πόσα φυλετικά χρωμοσώματα έχει ένας ανθρώπινος γαμέτης;

    Δείξε την απάντηση

    22 αυτοσωμικά και 1 φυλετικό.

16. Πώς καθορίζεται το φύλο στον άνθρωπο;

    Δείξε την απάντηση

    Από τα φυλετικά χρωμοσώματα: XX θηλυκό, XY αρσενικό. Τα ωάρια έχουν πάντα X, ενώ τα σπερματοζωάρια X ή Y, οπότε το φύλο καθορίζεται από το σπερματοζωάριο που θα γονιμοποιήσει το ωάριο.

17. Σε κάθε σωματικό κύτταρο ενός φυσιολογικού άνδρα, το DNA μητρικής προέλευσης είναι περισσότερο από το πατρικής. Πού οφείλεται;

    Δείξε την απάντηση

    Σε δύο λόγους. Το X, που προέρχεται από τη μητέρα, είναι μεγαλύτερο από το Y, που προέρχεται από τον πατέρα. Επίσης το DNA των μιτοχονδρίων είναι αποκλειστικά μητρικής προέλευσης.

18. Περίγραψε τη διαδικασία σχηματισμού του καρυότυπου. Ποιες ουσίες χρησιμοποιούνται;

    Δείξε την απάντηση

    Κύτταρα που μπορούν να διαιρεθούν (π.χ. λεμφοκύτταρα) καλλιεργούνται in vitro με μιτογόνο ουσία, που προκαλεί μίτωση. Η διαίρεση σταματά στη μετάφαση με κατάλληλη χημική ουσία, όταν τα χρωμοσώματα είναι πιο συμπυκνωμένα. Με υποτονικό διάλυμα τα κύτταρα διογκώνονται και τα χρωμοσώματα απλώνονται. Ακολουθεί χρώση, φωτογράφηση και ταξινόμηση των χρωμοσωμάτων σε ζεύγη κατά ελαττούμενο μέγεθος.

19. Ποια είναι η σημασία του καρυότυπου;

    Δείξε την απάντηση

    Επιτρέπει τη διάγνωση χρωμοσωμικών ανωμαλιών, αριθμητικών ή δομικών, και τον προσδιορισμό του φύλου.

20. Σε τι διαφέρουν δύο μη ομόλογα μεταφασικά χρωμοσώματα;

    Δείξε την απάντηση

    Στο μέγεθος, στη θέση του κεντρομεριδίου, στο πρότυπο των ζωνών τους μετά τη χρώση και στα γονίδια που φέρουν, τα οποία ελέγχουν διαφορετικές ιδιότητες.

21. Τοποθέτησε σε σειρά μεγέθους: καρυότυπος, θυμίνη, γονίδιο, κωδικόνιο, εξώνιο, χρωμόσωμα.

    Δείξε την απάντηση

    Θυμίνη < κωδικόνιο < εξώνιο < γονίδιο < χρωμόσωμα < καρυότυπος.

22. Ανάφερε δύο φάσεις του κυτταρικού κύκλου. Πού οφείλεται η ποσοτική μεταβολή του γενετικού υλικού κατά τη μεσόφαση;

    Δείξε την απάντηση

    Μεσόφαση και μίτωση (ή G₁, S, G₂, M). Η ποσότητα του DNA διπλασιάζεται στη φάση S λόγω της αντιγραφής του.

7Ερωτήσεις κρίσης και αριθμών

Εδώ δεν αρκεί η αποστήθιση: σκέψου σε ποια φάση βρίσκεται το κύτταρο. Προσπάθησε πρώτα μόνος σου και μετά άνοιξε την απάντηση.

1. Πόσα χρωμοσώματα, χρωματίδες και κεντρομερίδια έχει ένα ανθρώπινο σωματικό κύτταρο στη μετάφαση της μίτωσης; Πόσα στην αρχή της μεσόφασης;

   Δείξε την απάντηση

   Στη μετάφαση: 46 χρωμοσώματα, 92 χρωματίδες, 46 κεντρομερίδια. Στην αρχή της μεσόφασης: 46 χρωμοσώματα, 46 κεντρομερίδια, και κάθε χρωμόσωμα αντιστοιχεί σε ένα μόριο DNA (μία χρωματίδα). Τα κεντρομερίδια είναι πάντα όσα και τα χρωμοσώματα.

2. Ένα σωματικό κύτταρο στη φάση G₁ έχει ποσότητα DNA ίση με Κ. Πόση είναι στη μετάφαση της μίτωσης και πόση σε κάθε θυγατρικό κύτταρο; Εξήγησε.

   Δείξε την απάντηση

   2Κ στη μετάφαση, γιατί στη φάση S το DNA αντιγράφεται και η ποσότητά του διπλασιάζεται. Κάθε θυγατρικό κύτταρο παίρνει ξανά Κ, αφού οι αδελφές χρωματίδες μοιράζονται στα δύο κύτταρα.

3. Ένας γαμέτης έχει ποσότητα γενετικού υλικού x. Πόση έχει ένα σωματικό κύτταρο του ίδιου οργανισμού;

   Δείξε την απάντηση

   2x στην αρχή της μεσόφασης, 4x μετά την αντιγραφή και μέχρι το τέλος της μίτωσης, και ξανά 2x σε κάθε θυγατρικό κύτταρο.

4. Ποιες μορφές έχει το γενετικό υλικό ενός ανθρώπινου κυττάρου στα στάδια του κυτταρικού κύκλου, και πόσα μόρια DNA σε καθένα;

   Δείξε την απάντηση

   Στη μεσόφαση είναι ινίδια χρωματίνης: 46 μόρια DNA πριν την αντιγραφή και 92 μετά. Στη μίτωση σχηματίζονται χρωμοσώματα με δύο χρωματίδες: 92 μόρια. Στο τέλος κάθε θυγατρικό έχει 46.

5. Ένα είδος έχει σωματικά κύτταρα με 2n = 10. Πόσα δίκλωνα μόρια DNA έχει ένα κύτταρο στην αρχή της μεσόφασης, πόσα στη μετάφαση της μίτωσης και πόσα κάθε θυγατρικό στο τέλος της;

   Δείξε την απάντηση

   10 στην αρχή της μεσόφασης, 20 στη μετάφαση (μετά την αντιγραφή) και 10 σε κάθε θυγατρικό κύτταρο.

6. Ο καρυότυπος ενός θηλυκού ατόμου ενός είδους περιέχει 24 χρωματίδες. Πόσα χρωμοσώματα έχει ένα σωματικό κύτταρο στη μετάφαση; Πόσα έχει ο γαμέτης και πόσα από αυτά είναι φυλετικά; Πόσα μόρια DNA έχει το σωματικό κύτταρο στη μεσόφαση;

   Δείξε την απάντηση

   Ο καρυότυπος γίνεται στη μετάφαση, όπου κάθε χρωμόσωμα έχει 2 χρωματίδες: άρα 12 χρωμοσώματα. Ο γαμέτης έχει 6: 5 αυτοσωμικά και 1 φυλετικό. Στη μεσόφαση το κύτταρο έχει 12 μόρια DNA πριν την αντιγραφή και 24 μετά.

7. Δύο μόρια DNA έχουν 35% A. α) Έχουν αναγκαστικά το ίδιο μήκος; β) Τον ίδιο αριθμό δεσμών υδρογόνου;

   Δείξε την απάντηση

   α) Όχι. Το ποσοστό περιγράφει τη σύσταση, όχι το μέγεθος. β) Όχι αναγκαστικά. Και τα δύο έχουν A = T = 35% και G = C = 15%, οπότε οι δεσμοί είναι 2·0,35N + 3·0,15N = 1,15N, όπου N τα νουκλεοτίδια. Ίδιος αριθμός δεσμών μόνο αν έχουν το ίδιο μήκος.

8. Δύο δίκλωνα μόρια DNA έχουν από 3.400 νουκλεοτίδια, αλλά το ένα έχει δύο λιγότερους φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Πόσους έχει το καθένα και γιατί;

   Δείξε την απάντηση

   Το κυκλικό έχει 3.400 (όσοι και τα νουκλεοτίδια). Το γραμμικό έχει 3.398: κάθε αλυσίδα του έχει ελεύθερα 3΄ και 5΄ άκρα, άρα έναν δεσμό λιγότερο από τα νουκλεοτίδιά της.

9. Μπορεί ένα νουκλεϊκό οξύ με 53% G να είναι το γενετικό υλικό ενός κυττάρου;

   Δείξε την απάντηση

   Όχι. Το γενετικό υλικό κάθε κυττάρου είναι δίκλωνο DNA, όπου G = C, άρα G ≤ 50%. Με 53% G το μόριο είναι μονόκλωνο: μπορεί να είναι RNA ή το γενετικό υλικό κάποιου ιού, όχι κυττάρου.

10. Ένα βακτήριο και ένα ανθρώπινο κύτταρο έχουν μόρια DNA με τον ίδιο αριθμό νουκλεοτιδίων. Ποιο έχει περισσότερους φωσφοδιεστερικούς δεσμούς;

    Δείξε την απάντηση

    Το βακτηριακό, γιατί είναι κυκλικό (δεσμοί = N), ενώ το πυρηνικό DNA του ανθρώπου είναι γραμμικό (δεσμοί = N − 2).

8Ασκήσεις

Κατά σειρά αυξανόμενης δυσκολίας. Προσπάθησε πρώτα μόνος σου και μετά άνοιξε την απάντηση.

1. Μόριο DNA χλωροπλάστη έχει 2·10⁴ ζεύγη βάσεων και για αυτό ισχύει T/C = 1/4. Βρες: α) τον αριθμό των A, T, G, C, β) τα μόρια νερού που παράγονται κατά τη σύνθεσή του.

   Δείξε τη λύση

   Νουκλεοτίδια: 2 · 20.000 = 40.000. Ισχύει A = T, G = C και T + C = 20.000. Με C = 4T: 5T = 20.000, άρα A = T = 4.000 και G = C = 16.000.
   β) Το DNA του χλωροπλάστη είναι κυκλικό, άρα φωσφοδιεστερικοί δεσμοί = νουκλεοτίδια = 40.000 μόρια νερού.

2. Δίκλωνο μόριο DNA έχει μοριακό βάρος 72.000. Το μέσο μοριακό βάρος ενός νουκλεοτιδίου είναι 120 και το 15% των νουκλεοτιδίων έχει A. Πόσοι δεσμοί υδρογόνου υπάρχουν;

   Δείξε τη λύση

   Νουκλεοτίδια: 72.000 / 120 = 600. A = T = 0,15 · 600 = 90, οπότε G = C = (600 − 180)/2 = 210.
   Δεσμοί H = 2·90 + 3·210 = 810.

3. Μια αλυσίδα DNA έχει 18% A, 34% C και 26% T. Βρες τα ποσοστά των νουκλεοτιδίων στο δίκλωνο μόριο.

   Δείξε τη λύση

   Στην αλυσίδα 1: G = 100 − 18 − 34 − 26 = 22%. Στο δίκλωνο κάθε ποσοστό είναι ο μέσος όρος μιας βάσης και της συμπληρωματικής της στην ίδια αλυσίδα:
   A = T = (18 + 26)/2 = 22%, G = C = (34 + 22)/2 = 28%.

4. Σε βακτηριακό DNA 150 νουκλεοτίδια έχουν T και 250 έχουν C. Πόσα νουκλεοτίδια έχει το μόριο;

   Δείξε τη λύση

   A = T = 150 και G = C = 250. Σύνολο: 2·150 + 2·250 = 800.

5. Ένα μόριο DNA έχει 1.800 δεσμούς υδρογόνου και A + T = 600. Πόσες είναι οι G;

   Δείξε τη λύση

   A = T = 300. Από 2A + 3G = 1.800: 600 + 3G = 1.800, άρα G = 400.

6. Βακτηριακό DNA έχει 500 φωσφοδιεστερικούς δεσμούς και το 20% των νουκλεοτιδίων έχει G. Πόσοι είναι οι δεσμοί υδρογόνου;

   Δείξε τη λύση

   Το βακτηριακό DNA είναι κυκλικό, άρα νουκλεοτίδια = δεσμοί = 500. G = C = 100, A = T = (500 − 200)/2 = 150.
   Δεσμοί H = 2·150 + 3·100 = 600.

7. Σε ένα μόριο DNA ισχύει (A + T)/(C + G) = 1,5 και οι δεσμοί υδρογόνου είναι 6.000. Βρες πόσα νουκλεοτίδια έχουν A και πόσα G.

   Δείξε τη λύση

   Αφού A = T και G = C, ο λόγος γίνεται 2A/2G = 1,5, άρα A = 1,5G.
   2A + 3G = 6.000 ⇒ 3G + 3G = 6.000 ⇒ G = 1.000, A = 1.500.

8. Δύο μόρια DNA ίδιου μήκους έχουν μαζί 3.000 αδενίνες και 7.000 κυτοσίνες. Βρες το μήκος τους.

   Δείξε τη λύση

   Συνολικά: A = T = 3.000 και C = G = 7.000, δηλαδή 20.000 νουκλεοτίδια στα δύο μόρια. Κάθε μόριο έχει 10.000 νουκλεοτίδια, άρα μήκος 5.000 ζεύγη βάσεων.

9. Η μία αλυσίδα ενός γονιδίου έχει την αλληλουχία
   ATGCCGTTAGCATTGGCACGTAACGGTATC
   Βρες: α) πόσες T έχει όλο το γονίδιο, β) τους φωσφοδιεστερικούς δεσμούς του γονιδίου, γ) τους δεσμούς υδρογόνου.

   Δείξε τη λύση

   Η αλυσίδα έχει 30 νουκλεοτίδια: A = 7, T = 8, G = 8, C = 7.
   α) Οι T του γονιδίου είναι οι T αυτής της αλυσίδας συν οι T της συμπληρωματικής, που αντιστοιχούν στις A αυτής: 8 + 7 = 15.
   β) Δύο γραμμικές αλυσίδες των 30: 2·(30 − 1) = 58.
   γ) Ζεύγη A–T: 15, ζεύγη G–C: 15. Δεσμοί H = 2·15 + 3·15 = 75.

10. Σε ένα μόριο DNA οι αζωτούχες βάσεις είναι κατά 150 λιγότερες από τους δεσμούς υδρογόνου. Αν η C είναι το 20% των βάσεων, βρες το μήκος του μορίου.

    Δείξε τη λύση

    C = G = 20%, άρα A = T = 30%. Με N τις βάσεις: H = 2·0,3N + 3·0,2N = 1,2N.
    1,2N − N = 150 ⇒ N = 750 βάσεις, άρα μήκος 375 ζεύγη βάσεων.

11. Για τη μία αλυσίδα ενός DNA ισχύει (A + G)/(T + C) = 0,8. Βρες τον ίδιο λόγο για τη δεύτερη αλυσίδα και για όλο το μόριο.

    Δείξε τη λύση

    Στη δεύτερη αλυσίδα κάθε A αντιστοιχεί σε T της πρώτης και κάθε G σε C, άρα ο λόγος αντιστρέφεται: 1/0,8 = 1,25. Σε όλο το μόριο A = T και G = C, οπότε ο λόγος είναι 1.

12. Ένα γραμμικό τμήμα DNA χρειάζεται 22 μόρια νερού για πλήρη υδρόλυση και έχει 32 δεσμούς υδρογόνου. Βρες τον αριθμό κάθε βάσης.

    Δείξε τη λύση

    Η υδρόλυση σπάει τους φωσφοδιεστερικούς δεσμούς: 22. Σε γραμμικό δίκλωνο DNA δεσμοί = N − 2, άρα N = 24 νουκλεοτίδια (12 ζεύγη), δηλαδή A + G = 12.
    2A + 3G = 32 ⇒ 2(12 − G) + 3G = 32 ⇒ G = 8.
    A = T = 4, G = C = 8.

13. Ένα πλασμίδιο έχει 8.000 ζεύγη βάσεων. α) Πόσα μόρια νερού παράγονται κατά τη σύνθεσή του; β) Αν οι C είναι 5.000, πόσους δεσμούς υδρογόνου έχει;

    Δείξε τη λύση

    α) 16.000 νουκλεοτίδια. Το πλασμίδιο είναι κυκλικό, άρα 16.000 μόρια νερού.
    β) C = G = 5.000, A = T = (16.000 − 10.000)/2 = 3.000. Δεσμοί H = 2·3.000 + 3·5.000 = 21.000.

14. Ένα μόριο DNA έχει μήκος 60.000 ζεύγη βάσεων και ισχύει (A + C)/(C + G) = 0,5. Βρες τους δεσμούς υδρογόνου και τους φωσφοδιεστερικούς δεσμούς.

    Δείξε τη λύση

    Αφού G = C, ο παρονομαστής είναι 2C, άρα A + C = C, δηλαδή A = T = 0: το μόριο έχει μόνο ζεύγη G–C, 60.000 ζεύγη.
    Δεσμοί H = 3·60.000 = 180.000.
    Φωσφοδιεστερικοί: 120.000 νουκλεοτίδια, άρα 119.998 αν είναι γραμμικό ή 120.000 αν είναι κυκλικό.

15. Έχεις 800 νουκλεοτίδια. Πόσα διαφορετικά, ως προς την αλληλουχία, μόρια DNA και πόσα μόρια RNA μπορείς να φτιάξεις με όλα; Πόσα μόρια νερού θα παραχθούν σε κάθε περίπτωση;

    Δείξε τη λύση

    DNA (δίκλωνο, γραμμικό): 400 ζεύγη. Η μία αλυσίδα καθορίζει την άλλη, άρα 4⁴⁰⁰ αλληλουχίες. Νερό: 800 − 2 = 798.
    RNA (μονόκλωνο): 800 νουκλεοτίδια, 4⁸⁰⁰ αλληλουχίες. Νερό: 799.

16. Στο DNA ενός είδους το άθροισμα των μοριακών κλασμάτων της G και της C είναι 0,62. Βρες το μοριακό κλάσμα της A.

    Δείξε τη λύση

    A + T = 1 − 0,62 = 0,38 και A = T, άρα A = 0,19.

17. Σε δίκλωνο DNA η G είναι το 17% των βάσεων. α) Ποια είναι τα ποσοστά των άλλων βάσεων; β) Πόσα μόρια νερού χρειάζονται για την υδρόλυση ενός τέτοιου γραμμικού μορίου με 5.000 νουκλεοτίδια; γ) Πόσες διαφορετικές αλυσίδες μπορούν να υπάρξουν με 5.000 νουκλεοτίδια;

    Δείξε τη λύση

    α) C = 17%, A = T = 33%.
    β) Γραμμικό δίκλωνο: 5.000 − 2 = 4.998.
    γ) Μία πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα 5.000 νουκλεοτιδίων: 4^5.000 αλληλουχίες.

18. Ένα γραμμικό δίκλωνο μόριο DNA έχει 1.200 νουκλεοτίδια και 1.500 δεσμούς υδρογόνου. Βρες τον αριθμό κάθε βάσης και τους φωσφοδιεστερικούς δεσμούς.

    Δείξε τη λύση

    A + G = 600 και 2A + 3G = 1.500 ⇒ 1.200 + G = 1.500 ⇒ G = C = 300, A = T = 300. Φωσφοδιεστερικοί: 1.200 − 2 = 1.198.