1ο κριτήριο 2ου κεφαλαίου κατεύθυνσης
Υπόδειγμα άσκησης στο κεφάλαιο 2 της βιολογίας κατεύθυνσης
by velis.fedon •
Εντοπίστε το συνεχές γονίδιο που υπάρχει στο παρακάτω τμήμα DNA και βρείτε τα αμινοξέα που κωδικοποιεί.
T T G C C G C T A G C A A T G G G A T C T A G A C A T C C T A
A A C G G C G A T C G T T A C C C T A G A T C T G T A G G A T
Λύση…
Εφόσον πρόκειται για γονίδιο που κωδικοποιεί αμινοξέα (δηλαδή γονίδιο πεπτιδίου), θα πρέπει υποχρεωτικά να υπάρχει στον κωδικό του κλώνο κωδικόνιο έναρξης (5′ ATG 3′), κωδικόνιo λήξης (5′ TAG 3′ ή 5′ TAA 3′ ή 5′ TGA 3)’ και αριθμός ενδιάμεσων νουκλεοτιδίων πολλαπλάσιος του 3, μια και ο γενετικός κώδικας είναι συνεχής και μη επικαλυπτόμενος κώδικας τριπλέτας. Η απουσία εσωνίων (το γονίδιο είναι συνεχές) διευκολύνει την επίλυση της άσκησης.
Μην ξέροντας τον προσανατολισμό των δύο συμπληρωματικών αλυσίδων, είμαστε υποχρεωμένοι να προχωρήσουμε σε διερεύνηση. Θα προσπαθήσουμε, δηλαδή, να βρούμε ποιος από τους δύο κλώνους θα μπορούσε να ικανοποιήσει τις παραπάνω προϋποθέσεις, με τον κατάλληλο, φυσικά, προσανατολισμό.
Θεωρώντας ότι ο πάνω κλώνος είναι κωδικός, με το 5′ άκρο στην αριστερή πλευρά και το 3′ άκρο στη δεξιά, οι προϋποθέσεις δεν ικανοποιούνται. Μπορεί, βέβαια, να βρίσκεται ένα κωδικόνιο ATG σε απόσταση 12 νουκλεοτιδίων από την αρχή του συγκεκριμένου κλώνου, αλλά αν ύστερα “προχωρήσουμε” προς το 3′ άκρο με βήμα τριπλέτας, δε βρίσκουμε το απαραίτητο κωδικόνιο λήξης.
Εξακολουθώντας να θεωρούμε ότι ο πάνω κλώνος είναι ο κωδικός, αλλά αυτή τη φορά με το 3′ άκρο αριστερά και το 5′ άκρο δεξιά, οι προϋποθέσεις και πάλι δεν πληρούνται. Με το συγκεκριμένο προσανατολισμό, δε βρίσκουμε καν κωδικόνιο έναρξης.
Συμπεραίνουμε, λοιπόν, ότι ο πάνω κλώνος αποκλείεται να είναι ο κωδικός. Κωδικός είναι σίγουρα ο κάτω κλώνος, του οποίου όμως τον κατάλληλο προσανατολισμό δεν γνωρίζουμε. Θα πάρουμε, λοιπόν, περιπτώσεις, για μια ακόμα φορά.
Θεωρώντας ότι το 5′ άκρο βρίσκεται στην αριστερή πλευρά και το 3′ άκρο στη δεξιά, θα ψάξουμε αρχικά για κωδικόνιο έναρξης. Πουθενά όμως δεν εντοπίζουμε το ATG. Η μόνη περίπτωση που απομένει ως πιθανή είναι να βρίσκεται το 5′ άκρο στη δεξιά πλευρά του κάτω κλώνου και το 3′ άκρο στην αριστερή. Αν και αυτή τη φορά οι προϋποθέσεις δεν ικανοποιηθούν, τότε είτε έχουμε πραγματοποιήσει κάποιο σφάλμα κατά τη διερεύνηση, είτε δεν υπάρχει γονίδιο…
Μόλις 4 νουκλεοτίδια από την αρχή του κάτω κλώνου (πάντα από τα δεξιά προς τα αριστερά) υπάρχει η τριπλέτα ATG. Μετά από 5 τριπλέτες (κωδικόνια) συναντάμε και το κωδικόνιο λήξης ΤAG.
Κωδικός, λοιπόν, κλώνος είναι ο κάτω και μη κωδικός ο πάνω.
Γράφοντας πάλι την αλληλουχία βάσεων του κωδικού κλώνου με τρόπο που να μας βολεύει περισσότερο (δηλαδή “ανάποδα” σε σχέση με την εκφώνηση), έχουμε:
5′ A T G T C T G A G T C C C A T T G C T A G 3′
Για να ανακαλύψουμε ποια αμινοξέα κωδικοποιούνται από το συγκεκριμένο κωδικό κλώνο, καλό είναι να βρούμε την αλληλουχία βάσων του mRNA που προκύπτει με καλούπι το συμπληρωματικό του (μη κωδικό) κλώνο. Λογικό είναι το mRNA αυτό να έχει ίδια αλληλουχία βάσεων με τον κωδικό κλώνο, με ουρακίλη αντί θυμίνης. Άλλωστε, αν δεν είχε ίδια αλληλουχία, πώς θα μπορούσαμε να ισχυριστούμε ότι φέρει την ίδια γενετική πληροφορία;
Έτσι, το mRNA είναι:
5′ A U G U C U A G A U C C C A U U G C U A G 3′
Συμβουλευόμενοι τον πίνακα του γενετικού κώδικα, βρίσκουμε ότι το κωδικόνιο AUG κωδικοποιεί τη μεθειονίνη, το UCU τη σερίνη, το AGA την αργινίνη, το UCC τη σερίνη (συνώνυμο κωδικόνιο με το UCU), το CAU την ιστιδίνη, το UGC την κυστεΐνη, ενώ το UAG, ως κωδικόνιο λήξης, δεν αντιστοιχεί σε κανένα αμινοξύ.
Συμπερασματικά, η αλληλουχία αμινοξέων του πεπτιδίου που κωδικοποιείται από το παραπάνω γονίδιο είναι η:
μεθειονίνη – σερίνη – αργινίνη – σερίνη – ιστιδίνη – κυστεΐνη
…οι φλέβες μας φαίνονται μπλε εξαιτίας του δέρματος;
by velis.fedon •
Υπάρχουν διάφορες παρεξηγημένες αντιλήψεις σχετικά με τις φλέβες και τις αρτηρίες μας. Η πιο διάσημη παρεξήγηση σχετίζεται με την ποιότητα αίματος που ρέει σε καθεμιά από αυτές τις κατηγορίες αιμοφόρων αγγείων. Κυκλοφορεί η αντίληψη πως οι φλέβες μεταφέρουν “βρώμικο” αίμα και οι αρτηρίες “καθαρό”. Ας ορίσουμε όμως, τι σημαίνει αυτό, για να μην παρεξηγηθούμε περαιτέρω. Λέγοντας “βρώμικο” αίμα, εννοούμε το αίμα που έχει προσφέρει το οξυγόνο του στα κύτταρα, άρα είναι φορτωμένο με διοξείδιο του άνθρακα που έλαβε από τα κύτταρα αυτά. Λέγοντας “καθαρό” αίμα, εννοούμε το αίμα που έχει απαλλαγεί από το διοξείδιο του άνθρακα, αντικαθιστώντας το με φρέσκο οξυγόνο που έχει παραλάβει από τους πνεύμονες. Αν, λοιπόν, θέλουμε να είμαστε σωστοί στις εκφράσεις μας, οφείλουμε να εγκαταλείψουμε τις λέξεις “βρώμικο” και “καθαρό” αίμα και να τις αντικαταστήσουμε με τους όρους “μη οξυγονομένο” και “οξυγονομένο” αίμα, αντίστοιχα. Είναι όμως πράγματι σωστή η αντίληψη που θέλει τις φλέβες να μεταφέρουν μη οξυγονομένο αίμα και τις αρτηρίες να μεταφέρουν οξυγονομένο; με την τρανταχτή εξαίρεση των πνευμονικών αρτηριών (που μεταφέρουν το πλέον μη οξυγονομένο αίμα του οργανισμού) και των πνευμονικών φλεβών (που μεταφέρουν το πλέον οξυγονομένο αίμα του οργανισμού), η αντίληψη είναι σωστή. Πράγμα που μας φέρνει σε ένα άλλο θέμα. Στο θέμα του χρώματος. Τι χρώμα έχει το αίμα; Όλοι γνωρίζουμε πως είναι κόκκινο, αλλά γιατί φαίνεται μπλε στις φλέβες μας; Μήπως εξαρτάται από το ποσό του οξυγόνου που φέρει; Μήπως, δηλαδή, το οξυγονομένο αίμα είναι κόκκινο και το μη οξυγονομένο είναι μπλέ; Η απάντηση είναι όχι. Το οξυγονομένο αίμα έχει λαμπρό κόκκινο χρώμα, ενώ το μη οξυγονομένο έχει σκούρο κόκκινο χρώμα. Άρα, η απορία παραμένει. Γιατί φαίνεται μπλε; Το δέρμα ευθύνεται στο μεγαλύτερο βαθμό για αυτή την οπτική “αλλοίωση”. Αν δε μεσολαβούσε αυτό, το αίμα πράγματι θα φαινόταν κόκκινο. Η μεσολάβηση του δέρματος, όμως, έχει ως αποτέλεσμα να απορροφώνται και να ανακλώνται οι χρωματιστές ακτινοβολίες με τέτοιο τρόπο, ώστε στο μάτι μας να φτάνει μονάχα η μπλε ακτινοβολία. Έτσι, μας δημιουργεί την εντύπωση ότι το αίμα είναι μπλε, παρά το γεγονός ότι ξέρουμε περίτρανα πως είναι κόκκινο.
Υπόδειγμα άσκησης στο κεφάλαιο 2 της βιολογίας κατεύθυνσης
by velis.fedon •
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’.
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 velis.fedon •
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.
Υπόδειγμα άσκησης στο κεφάλαιο 1 της βιολογίας κατεύθυνσης
by velis.fedon •
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 velis.fedon •
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.