Author Archive for velis.fedon

Υπόδειγμα άσκησης στο κεφάλαιο 2 της βιολογίας κατεύθυνσης

by  • 

Δύο γειτονικές θέσεις έναρξης αντιγραφής ενός χρωμοσώματος απέχουν μεταξύ τους 1,2×104 ζεύγη βάσεων. Η ταχύτητα της αντιγραφής είναι 100 νουκλεοτίδια ανά δευτερόλεπτο, σε κάθε κλώνο που χρησιμεύει ως καλούπι. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να ολοκληρωθεί η αντιγραφή ανάμεσα σε αυτές τις θέσεις έναρξης;

Λύση…

Η αντιγραφή του DNA αρχίζει από καθορισμένα σημεία, που ονομάζονται θέσεις έναρξης της αντιγραφής. Για να αρχίσει η αντιγραφή του DNA, είναι απαραίτητο να ξετυλιχθούν στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής οι δύο αλυσίδες. Όταν “ανοίξει” η διπλή έλικα, δημιουργείται μια “θηλιά”, η οποία αυξάνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις. Άρα, δύο γειτονικές θηλιές που επεκτείνονται, κάποια στιγμή θα “συναντηθούν”.

Για να γίνει πιο κατανοητή η όλη διαδικασία, σχεδιάζουμε σχήμα που περιλαμβάνει τις δύο “θηλιές” αντιγραφής. Για την ακρίβεια, το σχήμα περιλαμβάνει τη μισή θηλιά α’ (διχάλα αντιγραφής) και τη μισή θηλιά β’.

θηλιές

Προφανώς, η “συνάντησή” τους θα γίνει στο μέσο της μεταξύ τους απόστασης, δηλαδή στο μέσο των 1,2×104 ζευγών βάσεων. Τα ένζυμα που καταλύουν την αντιγραφή στη θηλιά α’ θα χρειαστεί να καλύψουν μόνο το μισό της παραπάνω απόστασης, διότι το άλλο μισό θα καλύψουν τα ένζυμα της θηλιάς β’ και μάλιστα στον ίδιο χρόνο. Δηλαδή, την ώρα που τα ένζυμα της θηλιάς α’ θα αντιγράφουν τα 0,6×104 ζεύγη βάσεων, θα αντιγράφουν τα ένζυμα της θηλιάς β’ τα υπόλοιπα 0,6×104 ζεύγη βάσεων. Το μόνο, λοιπόν, που χρειάζεται να γίνει είναι ο υπολογισμός του χρόνου που απαιτείται για την αντιγραφή κάθε τμήματος DNA, μήκους 0,6×104 ζεύγη βάσεων. Ας μην ξεχνάμε πως την ίδια στιγμή που γίνεται η αντιγραφή των νουκλεοτιδίων του ενός κλώνου, γίνεται και η αντιγραφή των ισάριθμων νουκλεοτιδίων του συμπληρωματικού κλώνου. Έτσι:

1 sec → 100 νουκλεοτίδια

x sec → 0,6×104 νουκλεοτίδια

x = 60 sec.

Ένα φαγοκύτταρο σε δράση!

by  • 

Τα φαγοκύτταρα (ή αλλιώς μακροφάγα) είναι λευκά αιμοσφαίρια του οργανισμού μας. Αποτελούν μια σπουδαία γραμμή άμυνας, διότι «τρώνε» τα μικρόβια που εισέρχονται στο σώμα μας. Η διαδικασία με την οποία τα φαγοκύτταρα καταστρέφουν τα μικρόβια λέγεται φαγοκυττάρωση. Τα συγκεκριμένα λευκά αιμοσφαίρια έχουν αρκετά μεγάλο μέγεθος. Αυτό, φυσικά, είναι αναγκαίο, γιατί πώς αλλιώς θα μπορούσαν να φαγοκυτταρώσουν τα εχθρικά κύτταρα που εισβάλουν στον οργανισμό μας; Η διαδικασία ξεκινάει όταν το φαγοκύτταρο συναντάει το μικρόβιο. Τότε, προεκβολές του φαγοκυττάρου, που ονομάζονται ψευδοπόδια, αρχίζουν να περικυκλώνουν το μικρόβιο από κάθε πλευρά, ώσπου τελικά το εγκλωβίζουν πλήρως εντός του φαγοκυττάρου. Στη συνέχεια, ακολουθεί η αποδόμηση του μικροβίου. Είναι σαν το λευκό αιμοσφαίριο να «ρουφάει» το μικρόβιο. Στις παρακάτω εικόνες, φαίνονται δύο στιγμιότυπα της διαδικασίας. Η πρώτη εικόνα δείχνει την αρχή της, όταν το φαγοκύτταρο αρχίζει να αιχμαλωτίζει το μικρόβιο. Η δεύτερη εικόνα δείχνει τη στιγμή εκείνη που το φαγοκύτταρο έχει σχεδόν «καταπιεί» το μικρόβιο. Αξίζει να σημειωθεί ότι η φαγοκυττάρωση είναι μια ενέργεια που διευκολύνεται όταν στην επιφάνεια του μικροβίου έχουν προσκολληθεί αντισώματα ή αντιμικροβιακές ουσίες (πχ. πρωτεΐνες του συμπληρώματος) που έχει συνθέσει ο οργανισμός μας.

phagocytosis 1

phagocytosis 2

Υπόδειγμα άσκησης στο κεφάλαιο 1 της βιολογίας κατεύθυνσης

by  • 

Ένα ινίδιο χρωματίνης κάποιου ζώου έχει μήκος 1,241×107 ζεύγη βάσεων.

α. πόσα νουκλεοσώματα θα σχηματιστούν κατά την πλήρη συσπείρωση του χρωμοσώματος που θα προκύψει από την αντιγραφή του ινιδίου αυτού;

β. πόσα μόρια ιστονών θα χρειαστούν για να σχηματιστούν τα νουκλεοσώματα αυτά;

[δεχόμαστε πως ανάμεσα στα γειτονικά νουκλεοσώματα δε μεσολαβεί καθόλου DNA]

Λύση…

Κατά τη μεσόφαση, πριν πραγματοποιηθεί η αντιγραφή, το γενετικό υλικό έχει μικρό βαθμό συσπείρωσης και σχηματίζει δίκτυο ινιδίων χρωματίνης. Άρα, το ινίδιο χρωματίνης στο οποίο αναφέρεται η άσκηση, είναι ένα μεμονωμένο δίκλωνο μόριο DNA.

Με το τέλος της αντιγραφής, κάθε ινίδιο χρωματίνης έχει διπλασιαστεί. Τα δύο αντίγραφα κάθε ινιδίου συνδέονται μεταξύ τους με μια δομή που ονομάζεται κεντρομερίδιο. Ο όρος “αδελφές χρωματίδες” χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα διπλασιασμένα ινίδια χρωματίνης, κατά το χρονικό διάστημα που είναι συνδεδεμένα στο κεντρομερίδιο. Στην κυτταρική διαίρεση, οι αδελφές χρωματίδες συσπειρώνονται και, κατά το στάδιο της μετάφασης, αποκτούν το μέγιστο βαθμό συσπείρωσης. Δηλαδή, σχηματίζουν το μέγιστο δυνατό αριθμό νουκλεοσωμάτων, πράγμα που μας ενδιαφέρει στην άσκηση.

Είναι καίριο να σημειωθεί ότι πριν την αντιγραφή ο όρος “χρωμόσωμα” εννοεί το ινίδιο χρωματίνης, ενώ ο ίδιος όρος μετά την αντιγραφή εννοεί το ζεύγος όμοιων και ενωμένων αδελφών χρωματίδων. Αυτό σημαίνει πως άλλοτε το χρωμόσωμα είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA (περίπτωση ινιδίου) και άλλοτε είναι δύο δίκλωνα μόρια DNA (περίπτωση χρωματίδων). Εδώ, εφόσον μιλάμε για πλήρη συσπείρωση, είναι σίγουρο ότι το ινίδιο έχει υποστεί αντιγραφή και έχει τη μορφή δύο όμοιων (και συγκρατημένων στο κεντρομερίδιο) αδελφών χρωματίδων. Καθεμιά από αυτές τις χρωματίδες έχει μήκος 1,241×107 ζεύγη βάσεων, αφού τόσο είναι και το μήκος του ινιδίου που αυτοδιπλασιάστηκε.

Το νουκλεόσωμα αποτελεί τη βασική μονάδα οργάνωσης της χρωματίνης. Αποτελείται από DNA μήκους 146 ζευγών βάσεων και από 8 μόρια πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες.

Η μία χρωματίδα θα συσπειρωθεί σε:

1,241×107 / 146 = 0,0085×107 ή 8,5×104 νουκλεοσώματα

και εφόσον κάθε νουκλεόσωμα διαθέτει 8 μόρια ιστονών, θα χρειαστεί:

8,5×104 × 8 = 68×104 ιστόνες

Όμοια ισχύουν και για την άλλη χρωματίδα.

Συνολικά λοιπόν, το χρωμόσωμα θα συσπειρωθεί σε:

8,5×104 + 8,5×104 = 17×104 νουκλεοσώματα ή 1,7×105 νουκλεοσώματα,

ενώ οι ιστόνες που θα συμμετέχουν στο σχηματισμό αυτών των νουκλεοσωμάτων θα είναι:

68×104 + 68×104 = 136×104 ή 1,36×106.

…το μεγαλύτερο ποσό βλέννας που παράγεται στο αναπνευστικό σύστημα καταλήγει στο στομάχι;

by  • 

Όπως όλοι ξέρουμε, το εσωτερικό του λαιμού μας είναι το κοινό σημείο μεταξύ πεπτικού και αναπνευστικού συστήματος. Γι’ αυτό, άλλωστε, μπορούμε να ανασαίνουμε, όχι μόνο από τη μύτη, αλλά και από το στόμα. Στο βάθος όμως του λαιμού μας, πεπτικό και αναπνευστικό σύστημα χωρίζουν. Από τη μία, ένας σωλήνας που ονομάζεται οισοφάγος οδηγεί το φαγητό στο στομάχι και από την άλλη, ένας άλλος σωλήνας που ονομάζεται τραχεία οδηγεί τον αέρα στα πνευμόνια. Φυσικά, όταν καταπίνουμε το φαγητό μας, η είσοδος της τραχείας κλείνει αυτόματα, προκειμένου να μην οδηγηθεί από λάθος το φαγητό στα πνευμόνια. Τι γίνεται όμως με τα σωματίδια (σκόνη, μικρόβια, γύρη) που περιέχει ο αέρας που εισπνέουμε; Ούτε αυτά πρέπει να καταλήξουν εκεί. Για το λόγο αυτό, η τραχεία παράγει διαρκώς βλέννα, δηλαδή ένα παχύρευστο, κολλώδες υγρό, ικανό να παγιδεύσει πάνω του τα σωματίδια αυτά. Ταυτόχρονα, τα μικρά τριχίδια (βλεφαρίδες) που διαθέτει η τραχεία, ωθούν διαρκώς την αηδιαστική βλέννα, μαζί με τα σωματίδια που έχει καταφέρει να παγιδεύσει, προς την είσοδό της, δηλαδή προς το σημείο της διακλάδωσης με τον οισοφάγο. Τελικά, η βρώμικη βλέννα εισέρχεται στον οισοφάγο και καταλήγει στο στομάχι. Αυτό είναι θετικό, γιατί τα μικρόβια θανατώνονται από το υδροχλωρικό οξύ που παράγει το στομάχι, ενώ ταυτόχρονα η βλέννα προστατεύει το ίδιο το στομάχι από το ισχυρό αυτό οξύ. Εννοείται, πως εμείς δε μπορούμε να αντιληφθούμε τη συνεχή αυτή διαδικασία, αλλά απολαμβάνουμε σιωπηλά την προστατευτική του δράση.

Υπόδειγμα άσκησης στο κεφάλαιο 1 της βιολογίας κατεύθυνσης

by  • 

Ο βάτραχος ανήκει στους διπλοειδείς οργανισμούς και έχει 13 ζεύγη χρωμοσωμάτων σε κάθε σωματικό του κύτταρο. Δεδομένου ότι το φύλο του καθορίζεται όπως και στον άνθρωπο, να υπολογίσετε:

α. Πόσα αυτοσωμικά και πόσα φυλετικά χρωμοσώματα υπάρχουν σε ένα ωάριο ή σε ένα σπερματοζωάριό του;

β. Πόσα φυλετικά και πόσα αυτοσωμικά χρωμοσώματα υπάρχουν σε ένα σωματικό κύτταρό του;

γ. Πόσες χρωματίδες και πόσα κεντρομερίδια υπάρχουν σε ένα σωματικό κύτταρό του;

δ. Πόσα μόρια DNA υπάρχουν σε ένα σωματικό κύτταρο αυτού του οργανισμού στην αρχή της μεσόφασης και πόσα στην αρχή της μίτωσης;

ε. Πόσα μόρια DNA υπάρχουν σε ένα γαμέτη αυτού του οργανισμού;

Λύση…

α. Από τα 13 ζεύγη (ομόλογων) χρωμοσωμάτων, 1 ζεύγος αποτελεί τα φυλετικά χρωμοσώματα και τα υπόλοιπα 12 ζεύγη αποτελούν τα αυτοσωμικά. Δηλαδή, τα φυλετικά χρωμοσώματα ενός σωματικού κυττάρου είναι 2, ενώ τα αυτοσωμικά χρωμοσώματα είναι 24. Επειδή το ωάριο ή το σπερματοζωάριο είναι γεννητικά κύτταρα (δηλαδή απλοειδή κύτταρα με ένα αντίγραφο του γενετικού τους υλικού) θα έχουν τα μισά φυλετικά και τα μισά αυτοσωμικά χρωμοσώματα, συγκριτικά με το σωματικό κύτταρο. Δηλαδή, θα έχουν 1 φυλετικό και 12 αυτοσωμικά χρωμοσώματα.

β. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το σωματικό κύτταρο θα έχει 2 φυλετικά και 24 αυτοσωμικά χρωμοσώματα.

γ. Εφόσον χρησιμοποιείται ο όρος “χρωματίδες”, σημαίνει πως έχει προηγηθεί η αντιγραφή του DNA. Κάθε χρωμόσωμα έχει πλέον τη μορφή ενός ζεύγους αδελφών χρωματίδων. Δηλαδή, τα 26 χρωμοσώματα είναι, στην ουσία, 26 ζεύγη αδελφών χρωματίδων. Κάθε ζεύγος όμοιων χρωματίδων συγκρατείται με ένα κεντρομερίδιο. Συνολικά, λοιπόν, οι χρωματίδες είναι 52 και 26 είναι τα κεντρομερίδια που τις συγκρατούν.

δ. Στην αρχή της μεσόφασης, δεν έχει γίνει η αντιγραφή του DNA. Κάθε χρωμόσωμα (που ονομάζεται και ινίδιο χρωματίνης) είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA. Έτσι, τα 26 χρωμοσώματα είναι 26 μόρια DNA. Στην αρχή της μίτωσης όμως, έχει γίνει η αντιγραφή του DNA. Κάθε χρωμόσωμα (το οποίο από ινίδιο χρωματίνης έχει μετατραπεί σε ζεύγος αδελφών χρωματίδων) είναι δύο δίκλωνα μόρια DNA. Έτσι, τα 26 χρωμοσώματα είναι 52 μόρια DNA.

ε. Ο γαμέτης (ωάριο ή σπερματοζωάριο) είναι απλοειδές κύτταρο. Κάθε χρωμόσωμά του είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA. Άρα, ο αριθμός μορίων DNA του γαμέτη είναι 13.

…οι μέλισσες επισκέπτονται μόνο ένα είδος άνθους κάθε φορά;

by  • 

Οι μέλισσες είναι το οικονομικά σπουδαιότερο έντομο. Ευθύνεται για την παραγωγή μελιού, αυτής της κορυφαίας τροφής, που αν καταναλώναμε σε πιο σταθερή βάση κατά τη διάρκεια της ζωής μας, η υγεία μας θα βρισκόταν σε καλύτερο δρόμο. Όπως όλοι ξέρουμε, πρώτη ύλη για την παραγωγή μελιού είναι το νέκταρ των ανθέων, δηλαδή ο γλυκός χυμός που περιέχουν τα λουλούδια. Χρησιμοποιείται και η γύρη των ανθέων, αλλά σε μικρότερο βαθμό. Για να συλλέξουν οι μέλισσες το νέκταρ, πρέπει να επισκεφθούν τα άνθη. Μάλιστα, υπολογίζεται ότι μία μόνο μέλισσα, κατά την ημερήσια δραστηριότητά της, μπορεί να επισκεφθεί ακόμα και τρεις χιλιάδες άνθη (όχι φυσικά, σε μία μόνο βόλτα), προκειμένου να αποκτήσει το πολύτιμο φορτίο νέκταρος. Ποια άνθη όμως επισκέπτεται, τη στιγμή που ένα λιβάδι ή ένα δάσος έχει κάθε λογής άνθος; Η ποικιλία σχημάτων και χρωμάτων των λουλουδιών που συναντάμε σε ένα ανθισμένο τοπίο είναι μεγάλη. Ωστόσο, η μέλισσες μπορούν να διακρίνουν ποιο είδος άνθους είναι το πληθυσμιακά επικρατές, τη δεδομένη χρονική περίοδο. Αυτό το είδος επιλέγουν να επισκέπτονται, αγνοώντας τα υπόλοιπα είδη, μέχρι τη στιγμή που κάποιο από τα υπόλοιπα θα γίνει με τη σειρά του επικρατές. Κάθε χρονική στιγμή δηλαδή, η ταυτότητα του νέκταρος και της γύρης που κουβαλούν οι μέλισσες είναι συγκεκριμένη. Γι’ αυτό, πολλές φορές, μπορούμε να μιλάμε και για συγκεκριμένη ταυτότητα στο μέλι που παράγεται. Έχουμε, πχ. το θυμαρίσιο μέλι, που προφανώς παρασκευάστηκε με πρώτες ύλες προερχόμενες μόνο από άνθη θυμαριού. Άλλες πάλι φορές, τα πράγματα είναι πιο συγκεχυμένα, οπότε μιλάμε για ανθόμελο, εννοώντας ότι μέσα σε ένα σεβαστό χρονικό διάστημα οι μέλισσες άντλησαν νέκταρ από πολλά διαφορετικά είδη ανθέων, τα οποία διαδέχονταν το ένα το άλλο στον αγώνα της επικράτειας. Το φαινόμενο αυτό στη συμπεριφορά των μελισσών λέγεται ανθική σταθερότητα και έχει μεγάλη σπουδαιότητα στην παραγωγή μελιού, αλλά και σε άλλους τομείς, που όμως ξεφεύγουν από το παρόν θέμα.