Κεφάλαιο 6.1 – Το DNA είναι το γενετικό υλικό – Απαντήσεις – Λύσεις (σελ. 27)

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση 1 (σελ. 27)

Το DNA σε δύο διαφορετικά κύτταρα ανθρώπου βρέθηκε ότι αποτελείται στο ένα από 3x10^9 και στο άλλο από 6x10^9 ζεύγη βάσεων. Πώς μπορεί να εξηγηθεί αυτό;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Θυμόμαστε ότι η ποσότητα DNA είναι σταθερή ανά είδος κυττάρου, αλλά οι γαμέτες (απλοειδείς) έχουν τη μισή ποσότητα DNA από τα σωματικά κύτταρα (διπλοειδή).

Απάντηση: Το κύτταρο με 3x10^9 ζεύγη βάσεων είναι απλοειδές (π.χ. γαμέτης), ενώ το κύτταρο με 6x10^9 ζεύγη βάσεων είναι διπλοειδές (σωματικό κύτταρο). Το διπλοειδές κύτταρο έχει διπλάσια ποσότητα DNA, αφού περιέχει δύο αντίγραφα κάθε χρωμοσώματος (ένα πατρικό και ένα μητρικό), ενώ το απλοειδές γαμετικό κύτταρο περιέχει μόνο ένα αντίγραφο.

Άσκηση 2 (σελ. 27)

Με ποιον από τους τρόπους που αναφέρονται πιο κάτω συνδέεται κάθε νουκλεοτίδιο με το αμέσως επόμενό του στην πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα του DNA; α. Η φωσφορική ομάδα του ενός με την αζωτούχο βάση του επομένου. β. Η φωσφορική ομάδα του ενός με τη δεοξυριβόζη του επομένου. γ. Η αζωτούχος βάση του ενός με τη δεοξυριβόζη του επομένου. δ. Οι αζωτούχες βάσεις δύο συνεχόμενων νουκλεοτιδίων με δεσμούς υδρογόνου. ε. Η δεοξυριβόζη του ενός με τη φωσφορική ομάδα του επομένου. στ. Οι φωσφορικές ομάδες δύο συνεχόμενων νουκλεοτιδίων μεταξύ τους.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανακαλούμε τη δομή του φωσφοδιεστερικού δεσμού: η φωσφορική ομάδα ενός νουκλεοτιδίου συνδέεται ομοιοπολικά με τον 3'-άνθρακα της δεοξυριβόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου, σχηματίζοντας τον σκελετό σάκχαρο-φωσφορικού της αλυσίδας.

Απάντηση: Σωστή είναι η (β): η φωσφορική ομάδα του ενός νουκλεοτιδίου συνδέεται με τη δεοξυριβόζη του επόμενου, σχηματίζοντας τον φωσφοδιεστερικό σκελετό της αλυσίδας DNA. (Οι δεσμοί υδρογόνου, επιλογή δ, συνδέουν τις συμπληρωματικές βάσεις των δύο αντικριστών αλυσίδων, όχι διαδοχικά νουκλεοτίδια της ίδιας αλυσίδας.)

Άσκηση 3 (σελ. 27)

Σε ένα μόριο DNA ευκαρυωτικού κυττάρου η αδενίνη αποτελεί το 20% των αζωτούχων βάσεών του. Σε ποιες αναλογίες (%) θα βρίσκεται η κάθε μία από τις υπόλοιπες αζωτούχες βάσεις του;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Εφαρμόζουμε τον κανόνα του Chargaff: σε ένα δίκλωνο μόριο DNA, η ποσότητα αδενίνης ισούται με την ποσότητα θυμίνης, και η ποσότητα γουανίνης ισούται με την ποσότητα κυτοσίνης.

Λύση:

1. Αφού αδενίνη (Α) = 20%, τότε θυμίνη (Τ) = 20% (αφού Α = Τ).
2. Το άθροισμα Α+Τ = 40%, άρα το άθροισμα G+C = 100% - 40% = 60%.
3. Επειδή G = C, κάθε μία αποτελεί το 60% / 2 = 30%.

Απάντηση: Θυμίνη = 20%, γουανίνη = 30%, κυτοσίνη = 30%.

Άσκηση 4 (σελ. 27)

Να αναφέρετε, συνοπτικά, τις λειτουργίες του γενετικού υλικού.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανακαλούμε τους δύο βασικούς ρόλους του DNA: αποθήκευση/μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας μέσω αντιγραφής, και έκφρασή της μέσω μεταγραφής-μετάφρασης.

Απάντηση: Το γενετικό υλικό (DNA) αποθηκεύει τη γενετική πληροφορία ενός οργανισμού σε μονάδες που ονομάζονται γονίδια. Μέσω της αντιγραφής, διαιωνίζει (μεταβιβάζει πιστά) αυτή την πληροφορία από κύτταρο σε θυγατρικό κύτταρο και από γενιά σε γενιά. Μέσω της γονιδιακής έκφρασης (μεταγραφή και μετάφραση), χρησιμοποιεί την πληροφορία αυτή για την παραγωγή πρωτεϊνών, οι οποίες καθορίζουν τη δομή και τη λειτουργία του κυττάρου και του οργανισμού.

Άσκηση 5 (σελ. 27)

Οι επιστήμονες μπορούν να κατασκευάσουν ένα σύνθετο ιό που προσβάλλει βακτήρια (βακτηριοφάγος ή φάγος) και που έχει το πρωτεϊνικό κάλυμμα του φάγου T2 και το DNA του φάγου T4. Όταν ο σύνθετος αυτός φάγος μολύνει ένα βακτήριο, οι απόγονοι φάγοι που θα παραχθούν θα έχουν: α. τις πρωτεΐνες του φάγου T2 και το DNA του φάγου T4 β. τις πρωτεΐνες του φάγου T4 και το DNA του φάγου T2 γ. μείγμα του DNA και των πρωτεϊνών και των δύο φάγων δ. τις πρωτεΐνες και το DNA του φάγου T2 ε. τις πρωτεΐνες και το DNA του φάγου T4 Ποια από τις παραπάνω προτάσεις είναι σωστή; Να τεκμηριώσετε την απάντησή σας.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Όπως έδειξε το πείραμα Hershey-Chase, μόνο το DNA εισέρχεται στο βακτήριο και καθοδηγεί την παραγωγή των νέων φάγων — άρα οι απόγονοι θα φέρουν τα χαρακτηριστικά (DNA και τις πρωτεΐνες που αυτό κωδικοποιεί) του φάγου T4, από τον οποίο προέρχεται το DNA.

Απάντηση: Σωστή είναι η (ε): οι απόγονοι φάγοι θα έχουν τις πρωτεΐνες ΚΑΙ το DNA του φάγου T4. Αφού το γενετικό υλικό (DNA) του T4 είναι αυτό που εισέρχεται στο βακτήριο και καθοδηγεί την παραγωγή νέων φάγων, οι απόγονοι θα έχουν το DNA του T4 και, επειδή αυτό κωδικοποιεί τις δικές του πρωτεΐνες καλύμματος, και τις πρωτεΐνες του T4 — το αρχικό πρωτεϊνικό κάλυμμα του T2 δεν μεταβιβάζεται στους απογόνους.

Άσκηση 10 (σελ. 27)

Η Acetabularia είναι ένας μονοκύτταρος οργανισμός με διαφοροποιημένα τμήματα: βάση, μίσχο και καπέλο. Σε ένα πείραμα ο J. Hämmerling «εμφύτευσε» στη βάση του είδους Acetabularia crenulata το μίσχο από το είδος Acetabularia mediterranea και αντίστροφα. Και στις δύο περιπτώσεις το καπέλο που σχηματίστηκε καθορίστηκε από τη βάση του οργανισμού και όχι από το μίσχο, που συνδέεται άμεσα με το καπέλο. Ποια συμπεράσματα βγαίνουν;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο πυρήνας του κυττάρου της Acetabularia βρίσκεται στη βάση. Το γεγονός ότι το είδος του καπέλου καθορίζεται πάντα από τη βάση (όπου βρίσκεται ο πυρήνας) και όχι από τον μίσχο, δείχνει ότι η γενετική πληροφορία που καθορίζει τα χαρακτηριστικά του οργανισμού βρίσκεται στον πυρήνα.

Απάντηση: Το πείραμα δείχνει ότι ο πυρήνας, που βρίσκεται στη βάση του οργανισμού, περιέχει τη γενετική πληροφορία που καθορίζει τα μορφολογικά χαρακτηριστικά (όπως το είδος του καπέλου) — άρα το γενετικό υλικό εντοπίζεται στον πυρήνα και όχι στο κυτταρόπλασμα του μίσχου ή του καπέλου. Αυτό ενισχύει τον ρόλο του πυρηνικού DNA ως γενετικού υλικού που ελέγχει τα χαρακτηριστικά του κυττάρου/οργανισμού.