Αρχείο μηνός Νοέμβριος 2011

Βιολογία Θετικής κατεύθυνσης Γ’ Λυκείου-Θέματα επαναληπτικών εξετάσεων ημερησίων λυκείων έτος 2005

ΘΕΜΑ 1ο

Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ημιτελείς προτάσεις 1 έως 5 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη λέξη ή τη φράση, η οποία συμπληρώνει σωστά την ημιτελή πρόταση.

1. Στα πειράματά τους οι Avery, Mac-Leod και McCarty διαπίστωσαν ότι o μετασχηματισμός των αδρών βακτηρίων σε λεία οφείλεται…

α. στο DNA.

β. στο RNA.

γ. στους υδατάνθρακες.

δ. στις πρωτεΐνες.

Μονάδες 5

2. Η αιμορροφιλία Α είναι μια ασθένεια που εμφανίζεται…

α. συχνότερα στα θηλυκά άτομα.

β. μόνο στα θηλυκά άτομα.

γ. συχνότερα στα αρσενικά άτομα.

δ. μόνο στα αρσενικά άτομα.

Μονάδες 5

3. Ο χαρακτήρας προσκολλημένοι λοβοί των αυτιών στον άνθρωπο καθορίζεται από…

α. αυτοσωμικό επικρατές γονίδιο.

β. φυλοσύνδετο επικρατές γονίδιο.

γ. αυτοσωμικό υπολειπόμενο γονίδιο.

δ. φυλοσύνδετο υπολειπόμενο γονίδιο.

Μονάδες 5

4. Η χρωμοσωμική ανωμαλία που αλλάζει την ποσότητα του γενετικού υλικού ενός κυττάρου είναι…

α. η αναστροφή.

β. ο διπλασιασμός.

γ. η μετατόπιση.

δ. η αμοιβαία μετατόπιση.

Μονάδες 5

5. Οι μικροοργανισμοί παράγουν συνήθως χρήσιμα προϊόντα κατά τη διάρκεια…

α. μόνο της στατικής φάσης ανάπτυξής τους.

β. της εκθετικής και στατικής φάσης ανάπτυξής τους.

γ. μόνο της εκθετικής φάσης ανάπτυξής τους.

δ. της λανθάνουσας και εκθετικής φάσης ανάπτυξής τους.

Μονάδες 5

ΘΕΜΑ 2ο

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Τι δυνατότητες δίνουν στους αγρότες τα γενετικά τροποποιημένα φυτά (Μονάδες 4) και

ποια είναι τα κυριότερα φυτά που έχουν τροποποιηθεί γενετικά (Μονάδες 5);

Μονάδες 9

2. Τι μπορούμε να πετύχουμε με τη μέθοδο της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (PCR) και ποιες είναι οι πρακτικές εφαρμογές της;

Μονάδες 8

3. Ποιες ομάδες ατόμων είναι απαραίτητο να ζητήσουν γενετική καθοδήγηση, πριν προχωρήσουν στην απόκτηση απογόνων;

Μονάδες 8

ΘΕΜΑ 3ο

Η Βιοτεχνολογία με την παραγωγή μονοκλωνικών αντισωμάτων και τη γονιδιακή θεραπεία έχει συμβάλει αποτελεσματικά στην υλοποίηση των βασικών στόχων της Ιατρικής, μεταξύ των οποίων είναι και η αποτελεσματική θεραπεία ασθενειών.

1. Γιατί τα μονοκλωνικά αντισώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θεραπεία του καρκίνου (Μονάδες 6)

και ποια είναι τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει η χρήση τους έναντι άλλων μεθόδων θεραπείας του (Μονάδες 2);

Μονάδες 8

2. Ποια διαδικασία ακολουθείται στη γονιδιακή θεραπεία της ανεπάρκειας του ανοσοποιητικού συστήματος, η οποία οφείλεται στην έλλειψη του ενζύμου απαμινάση της αδενοσίνης (Μονάδες 8) και τι πιθανά προβλήματα αντιμετωπίζουν τα άτομα που πάσχουν από τη συγκεκριμένη ασθένεια (Μονάδες 3);

Μονάδες 11

3. Γιατί η χρήση της γονιδιακής θεραπείας θα είναι περιορισμένη στο άμεσο μέλλον;

Μονάδες 6

ΘΕΜΑ 4ο

Δίνονται τρία κωδικόνια ενός τμήματος γονιδίου από ένα μόριο DNA ευκαρυωτικού κυττάρου που κωδικοποιούν τη σύνθεση ενός πεπτιδικού τμήματος μιας πρωτεΐνης, και η διεύθυνση της μεταγραφής.

Να ορίσετε τα άκρα 3΄ και 5΄ των παραπάνω αλυσίδων DNA και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας (Μονάδες 5).

Να γράψετε την αλληλουχία των βάσεων του τμήματος του mRNA που προκύπτει από τη μεταγραφή, σημειώνοντας τα άκρα 3΄ και 5΄ και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας (Μονάδες 7).

Ποιο ένζυμο καταλύει το μηχανισμό της μεταγραφής και ποια είναι η δράση του μετά την πρόσδεσή του στον υποκινητή (Μονάδες 7); Τι επιπτώσεις μπορεί να έχει στη λειτουργικότητα της πρωτεΐνης, η οποία δεν τροποποιείται, η προσθήκη τριών διαδοχικών βάσεων που δεν κωδικοποιούν κωδικόνιο λήξης ή μιας βάσης, μεταξύ των παραπάνω κωδικονίων

(Μονάδες 6);

Μονάδες 25

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΩΝ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2005

ΘΕΜΑ 1o

Οι σωστές απαντήσεις είναι:

1. α

2. γ

3. γ

4. β

5. β

ΘΕΜΑ 2o

1. Τα φυτά που έχουν υποστεί γενετική αλλαγή με τη χρήση των τεχνικών της Γενετικής Μηχανικής ονομάζονται διαγονιδιακά ή γενετικώς τροποποιημένα. Τα διαγονιδιακά φυτά προκύπτουν μετά από προσθήκη νέων γονιδίων απευθείας στον οργανισμό, οπότε καθίσταται δυνατή σε σύντομο χρονικό διάστημα η δημιουργία φυτών που έχουν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά και μπορούν να τα μεταβιβάζουν στους απογόνους τους. Οι προσπάθειες των ερευνητών επικεντρώνονται στη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων φυτών τα οποία θα δίνουν τη δυνατότητα στους αγρότες:

• Να προφυλάσσουν αποτελεσματικά τις καλλιέργειες από τις ασθένειες, τα έντομα και τα ζιζάνια.

• Να παράγουν προϊόντα τα οποία έχουν μεγαλύτερη «διάρκεια ζωής» από το χωράφι έως τον καταναλωτή.

Τα κυριότερα φυτά τα οποία έχουν τροποποιηθεί για τις παραπάνω ιδιότητες είναι η σόγια, το καλαμπόκι (για τροφή των ζώων), το βαμβάκι, ο καπνός και η ελαιοκράμβη.

Τα έντομα μπορεί να δημιουργήσουν μεγάλα προβλήματα στη γεωργία και να οδηγήσουν σε σημαντική μείωση της παραγωγής. Μετά το Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο χρησιμοποιήθηκαν πολλά εντομοκτόνα. Με την πάροδο των χρόνων όμως έγινε κατανοητό ότι ήταν επικίνδυνα για την υγεία του ανθρώπου και προκαλούσαν μεγάλη οικολογική καταστροφή. Ήταν λοιπόν αναγκαίο να βρεθούν εναλλακτικοί τρόποι αντιμετώπισης του προβλήματος. Το βακτήριο Bacillus thuringiensis, που ζει στο έδαφος παράγει μια ισχυρή τοξίνη, η οποία μπορεί να καταστρέψει πολλά είδη εντόμων και σκωλήκων και είναι 80.000 φορές πιο ισχυρή από πολλά εντομοκτόνα. Έγιναν προσπάθειες απομόνωσης του γονιδίου του βακτηρίου που παράγει την τοξίνη, και μεταφοράς του στα φυτά. Η μεταφορά στα φυτά έγινε με τη βοήθεια του πλασμιδίου Ti του Agrobacterium tumefaciens. Τα γενετικά τροποποιημένα φυτά θα είναι έτσι ανθεκτικά στα διάφορα έντομα. Το πρώτο φυτό στο οποίο ενσωματώθηκε το γονίδιο της ανθεκτικότητας στα έντομα του Bacillus thuringiensis ήταν το καλαμπόκι. (Τα γενετικά τροποποιημένα φυτά αυτού του τύπου αποτελούν τις ποικιλίες Βt).

2. Η μέθοδος αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (PCR: Polymerase Chain Reaction) μας επιτρέπει να αντιγράψουμε επιλεκτικά, εκατομμύρια φορές, ειδικές αλληλουχίες DNA από ένα σύνθετο μείγμα μορίων DNA, χωρίς τη μεσολάβηση ζωντανού κυττάρου. Η τεχνική αυτή που άρχισε να εφαρμόζεται ευρέως από το 1985, έχει αυξήσει την ευαισθησία των γενετικών αναλύσεων και έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές. Για παράδειγμα χρησιμοποιείται στην Ιατρική για τη διάγνωση ασθενειών όπως του AIDS, στην εγκληματολογία για τη διαλεύκανση υποθέσεων και στη μελέτη DNA από απολιθώματα.

3. Η γενετική καθοδήγηση είναι μία διαδικασία κατά την οποία ειδικοί επιστήμονες δίνουν πληροφορίες σε μεμονωμένα άτομα, ζευγάρια και οικογένειες που πάσχουν από κάποια γενετική ασθένεια ή έχουν αυξημένες πιθανότητες να την εμφανίσουν. Οι πληροφορίες αυτές είναι απαραίτητες για τους ενδιαφερόμενους, γιατί τους βοηθούν στη λήψη αποφάσεων, κυρίως σχετικά με την απόκτηση υγιών απογόνων.

Παρ’ ότι η γενετική καθοδήγηση μπορεί να ζητήσουν όλοι οι υποψήφιοι γονείς, υπάρχουν ομάδες ατόμων οι οποίες είναι απαραίτητο να απευθυνθούν σε ειδικούς πριν προχωρήσουν στην απόκτηση απογόνων. Σε αυτές περιλαμβάνονται:

• Άτομα-φορείς γενετικών ασθενειών.

• Άτομα με οικογενειακό ιστορικό γενετικών ασθενειών.

• Γυναίκες ηλικίας 35 ετών και άνω.

• Γυναίκες με πολλαπλές αποβολές.

ΘΕΜΑ 3o

1. Τα αντισώματα είναι πρωτεϊνικά μόρια, που παράγονται από τα Β-λεμφοκύτταρα του ανοσοποιητικού μας συστήματος, όταν ένα αντιγόνο (παθογόνος μικροοργανισμός, ιός ή ξένο υλικό) προσβάλλει τον οργανισμό. Τα αντισώματα αντιδρούν με το αντιγόνο και το εξουδετερώνουν.

Ο οργανισμός μας είναι ικανός να παράγει αντισώματα εναντίον κάθε ξένου αντιγόνου. Στην πραγματικότητα, ένα αντίσωμα αναγνωρίζει μόνο μία περιοχή του αντιγόνου, η οποία ονομάζεται αντιγονικός καθοριστής.

Κάθε είδος αντισώματος που αναγνωρίζει έναν αντιγονικό καθοριστή παράγεται από μία ομάδα όμοιων Β-λεμφοκυττάρων, που αποτελούν έναν κλώνο. Τα αντισώματα που παράγονται από ένα κλώνο Β-λεμφοκυττάρων ονομάζονται μονοκλωνικά.

Τα αντισώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως θεραπευτικά. Η πιο ενδιαφέρουσα εφαρμογή τους αφορά τη θεραπεία του καρκίνου. Τα καρκινικά κύτταρα έχουν στην εξωτερική επιφάνειά τους μεγάλη ποικιλία αντιγόνων που δεν υπάρχουν στα φυσιολογικά κύτταρα του οργανισμού, και ονομάζονται καρκινικά αντιγόνα. Έτσι μπορούν να κατασκευαστούν μονοκλωνικά αντισώματα εναντίον αυτών των αντιγόνων. Τα μονοκλωνικά αντισώματα είναι πολύ ειδικά μόνο για τα καρκινικά κύτταρα και μπορούν να «γίνουν μεταφορείς» ισχυρών αντικαρκινικών φαρμάκων. Όταν εισαχθούν στον οργανισμό, βρίσκουν και προσβάλλουν τους καρκινικούς στόχους. Τα αντικαρκινικά φάρμακα, που είναι συνδεδεμένα με τα αντισώματα, δρουν κατευθείαν στα καρκινικά κύτταρα και τα καταστρέφουν. Επιτρέπουν έτσι τη θεραπεία με αποφυγή της χειρουργικής επέμβασης και των δυσάρεστων επιπτώσεων της χημειοθεραπείας.

2. Η τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA σε συνδυασμό με τις μεθόδους της παραδοσιακής Γενετικής (γενεαλογικά δένδρα) οδήγησε στον εντοπισμό της θέσης στα χρωμοσώματα (χαρτογράφηση) πολλών μεταλλαγμένων γονιδίων, που προκαλούν τις αντίστοιχες ασθένειες. Επιπλέον ορισμένα μεταλλαγμένα γονίδια κλωνοποιήθηκαν και συγκρίθηκαν με τα φυσιολογικά αλληλόμορφά τους, για να εξακριβωθεί το είδος των μεταλλάξεων. Οι γνώσεις αυτές έδωσαν τη δυνατότητα ανάπτυξης θεραπείας που στηρίζεται στην τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA και ονομάζεται γονιδιακή θεραπεία. Αυτή έχει ως στόχο να «διορθώσει» τη γενετική βλάβη εισάγοντας στους ασθενείς φυσιολογικά αλληλόμορφα του μεταλλαγμένου γονιδίου. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εφαρμογή της γονιδιακής θεραπείας είναι, εκτός από την κλωνοποίηση του υπεύθυνου γονιδίου, και ο προσδιορισμός των κυττάρων που εμφανίζουν τη βλάβη από την ασθένεια.

Η γονιδιακή θεραπεία εφαρμόστηκε για πρώτη φορά το Σεπτέμβριο του 1990 σε ένα τετράχρονο κορίτσι που έπασχε από ανεπάρκεια του ανοσοποιητικού συστήματος. Η ασθένεια αυτή οφείλεται στην έλλειψη του ενζύμου απαμινάση της αδενοσίνης (ADA), που παίρνει μέρος στο μεταβολισμό των πουρινών στα κύτταρα του μυελού των οστών. Η έλλειψη οφείλεται σε μετάλλαξη του γονιδίου που παράγει το ένζυμο αυτό.

Η διαδικασία που ακολουθείται στη γονιδιακή θεραπεία της παραπάνω ασθένειας είναι η εξής:

• Λεμφοκύτταρα του παιδιού παραλαμβάνονται και πολλαπλασιάζονται σε κυτταροκαλλιέργειες.

• Το φυσιολογικό γονίδιο της απαμινάσης της αδενοσίνης ενσωματώνεται σε έναν ιό-φορέα (ο οποίος έχει καταστεί αβλαβής) με τις τεχνικές του ανασυνδυασμένου DNA.

• O γενετικά τροποποιημένος ιός εισάγεται στα λεμφοκύτταρα.

• Τα γενετικά τροποποιημένα λεμφοκύτταρα εισάγονται με ενδοφλέβια ένεση στο παιδί και παράγουν το ένζυμο ADA.

Βέβαια, τα τροποποιημένα λεμφοκύτταρα δεν ζουν για πάντα μέσα στον οργανισμό – δηλαδή η θεραπεία δεν είναι μόνιμη – και χρειάζεται συνεχής έκχυση τέτοιων κυττάρων. Όμως τα άτομα μπορούν να ζουν φυσιολογικά, κάνοντας σε τακτά χρονικά διαστήματα αυτή τη θεραπεία. Ο τύπος αυτός της γονιδιακής θεραπείας ονομάζεται ex vivo, γιατί τα κύτταρα τροποποιούνται έξω από τον οργανισμό και εισάγονται πάλι σε αυτόν.

Η παραπάνω ασθένεια εμφανίζει αυτοσωμικό υπολειπόμενο τύπο κληρονομικότητας. Οι ασθενείς πάσχουν από χρόνιες μολύνσεις, έχουν προδιάθεση για ανάπτυξη καρκίνου σε πολύ μικρή ηλικία και πολλοί πεθαίνουν ύστερα από λίγους μήνες ζωής. Είναι γνωστή η περίπτωση ενός παιδιού που έζησε εννέα χρόνια σε έναν πλαστικό θάλαμο, για να εμποδιστεί η επαφή του με ιούς, επειδή το ανοσοποιητικό του σύστημα δεν μπορούσε να τους καταπολεμήσει.

3. Έως πρόσφατα η πιθανότητα επιτυχούς γονιδιακής θεραπείας ανήκε στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας. Με τον προσδιορισμό γονιδίων που είναι υπεύθυνα για γενετικές ασθένειες και την εύρεση της αλληλουχίας τους δημιουργούνται νέες προοπτικές για τη γονιδιακή θεραπεία πολλών ασθενειών. Είναι βασικό να τονιστεί ότι παρόλο που η γονιδιακή θεραπεία παρουσιάζεται ως πανάκεια στην Ιατρική, η εφαρμογή της, τουλάχιστον στο άμεσο μέλλον, θα είναι περιορισμένη επειδή δεν έχουν ακόμα ξεπεραστεί προβλήματα όπως αυτά που αφορούν τη χρήση φορέων. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, στις περισσότερες περιπτώσεις ως φορείς χρησιμοποιούνται ιοί οι οποίοι αν και καθίστανται αβλαβείς, έχουν μικρή πιθανότητα να προκαλέσουν παρενέργειες και σε ορισμένες περιπτώσεις καρκίνο. Έτσι λοιπόν η ανάπτυξη πιο κατάλληλων φορέων είναι ο επόμενος στόχος για τη βελτίωση των μεθόδων της γονιδιακής θεραπείας.

ΘΕΜΑ 4o

Το DNA είναι ένα μακρομόριο που αποτελείται από νουκλεοτίδια. Μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα σχηματίζεται από την ένωση πολλών νουκλεοτιδίων με 3΄→ 5΄ φωσφοδιεστερικό δεσμό, που είναι ένας ομοιοπολικός δεσμός. Ο δεσμός αυτός δημιουργείται μεταξύ του υδροξυλίου του 3΄ άνθρακα της πεντόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που βρίσκεται συνδεδεμένη στον 5΄ άνθρακα της πεντόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου. Ανεξάρτητα από τον αριθμό των νουκλεοτιδίων από τα οποία αποτελείται η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα το πρώτο της νουκλεοτίδιο έχει πάντα μια ελεύθερη φωσφορική ομάδα συνδεδεμένη στον 5΄ άνθρακα της πεντόζης του και το τελευταίο νουκλεοτίδιο έχει ελεύθερο το υδροξύλιο του 3΄ άνθρακα της πεντόζης του. Γι’ αυτό ο προσανατολισμός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας είναι 5΄→ 3΄. Επίσης σύμφωνα με το μοντέλο της διπλής έλικας του DNA, σε κάθε δίκλωνο μόριο DNA, oι δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες που το συνιστούν είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή το 3΄ άκρο της μίας είναι απέναντι από το 5΄ άκρο της άλλης. Όπως παρατηρούμε στο δοθέν τμήμα του μορίου του DNA, το 3΄ άκρο της αλυσίδας 1 βρίσκεται στα δεξιά της, αφού εκεί βρίσκεται το ελεύθερο υδροξύλιο. Επομένως είναι:

(1) 5΄… ACA AAG ATA …3΄

(2) 3΄… ΤGT TTC TAT …5΄

Γνωρίζουμε ότι οι υποκινητές βρίσκονται πάντοτε πριν από την αρχή κάθε γονιδίου και η μεταγραφή έχει προσανατολισμό 5΄→3΄ ως προς τον υποκινητή του γονιδίου που προσδιορίζει και τη διεύθυνση της μεταγραφής.

Το μόριο RNA που συντίθεται κατά τη μεταγραφή είναι συμπληρωματικό προς τη μία αλυσίδα της διπλής έλικας του DNA του γονιδίου. Η αλυσίδα αυτή είναι η μεταγραφόμενη και ονομάζεται μη κωδική. Η συμπληρωματική αλυσίδα του DNA του γονιδίου ονομάζεται κωδική. Το RNA είναι το κινητό αντίγραφο της πληροφορίας ενός γονιδίου.

Επομένως από το δοθέν τμήμα DNA η μεταγραφόμενη αλυσίδα είναι η πρώτη αφού αυτή έχει προσανατολισμό 3΄→5΄ ως προς τον υποκινητή που βρίσκεται δεξιά του γονιδίου – όπως προσδιορίζεται η θέση του από τη δοθήσα διεύθυνση μεταγραφής. Συνεπώς, τo mRNA που προκύπτει θα είναι συμπληρωματικό της μεταγραφόμενης αλυσίδας και με προσανατολισμό 5΄→3΄ ως προς τον υποκινητή. Αυτό είναι το:

5΄… UAU CUU UGU …3΄

Η μεταγραφή καταλύεται από ένα ένζυμο, την RNA πολυμεράση (υπάρχουν τρία είδη RNA πολυμερασών στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς).

Η RNA πολυμεράση προσδένεται στον υποκινητή, με τη βοήθεια πρωτεϊνών, που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες.

Κατά την έναρξη της μεταγραφής του γονιδίου η RNA πολυμεράση προσδένεται στον υποκινητή και προκαλεί τοπικό ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA. Στη συνέχεια τοποθετεί απέναντι από τα δεοξυριβονουκλεοτίδια του DNA τα αντίστοιχα ριβονουκλεοτίδια με βάση τον κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων, όπως και στην αντιγραφή, με τη διαφορά ότι εδώ απέναντι από την αδενίνη τοποθετείται το ριβονουκλεοτίδιο που περιέχει ουρακίλη. Η RNA πολυμεράση ενώνει τα ριβονουκλεοτίδια που προστίθενται το ένα μετά το άλλο με 3΄→ 5΄ φωσφοδιεστερικό δεσμό και συνεπώς η μεταγραφή, όπως και η αντιγραφή, γίνεται με προσανατολισμό 5΄→ 3΄. Η σύνθεση του RNA σταματά στο τέλος του γονιδίου, όπου ειδικές αλληλουχίες που ονομάζονται αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής, επιτρέπουν την απελευθέρωσή του.

Οι αλλαγές στην αλληλουχία του DNA, που ονομάζονται μεταλλάξεις, δημιουργούν συνήθως ένα διαφορετικό φαινότυπο χωρίς όμως αυτό να είναι πάντοτε απαραίτητο. Αυτό εξαρτάται από τον τρόπο με τον οποίο η αλλαγή επιδρά στο γονιδιακό προϊόν, δηλαδή στην πρωτεΐνη. Μια από τις δύο κατηγορίες των μεταλλάξεων είναι οι γονιδιακές μεταλλάξεις. Αυτές αφορούν μικρό αριθμό βάσεων στις οποίες συμβαίνει αντικατάσταση, προσθήκη ή έλλειψη. Αλλαγές στον αριθμό των βάσεων έχουν συνήθως ως αποτέλεσμα την εμφάνιση μεταλλαγμένων φαινοτύπων. Η προσθήκη ή η έλλειψη διαδοχικών βάσεων, μεταξύ των κωδικονίων, σε οποιοδήποτε αριθμό πολλαπλάσιο του τρία δημιουργεί, αντίστοιχα, προσθήκη ή έλλειψη ενός ή περισσότερων αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα, που μπορεί να αλλάζει τη λειτουργικότητά της. Αν όμως ο αριθμός των βάσεων είναι διαφορετικός του τρία ή πολλαπλασίων του, τότε η αλληλουχία των αμινοξέων δεν εμφανίζει πλέον πολλές ομοιότητες με την αρχική.

Συνεπώς, εφόσον η μετάλλαξη συνιστάται στην προσθήκη τριών διαδοχικών βάσεων, που δεν κωδικοποιούν κωδικόνιο λήξης, μεταξύ των δοθέντων κωδικονίων του γονιδίου, το γονιδιακό προϊόν που θα κωδικοποιείται από το μεταλλαγμένο γονίδιο θα φέρει ένα επιπλέον αμινοξύ. Οι επιπτώσεις της παρουσίας ενός επιπλέον αμινοξέος στην λειτουργικότητα της πεπτιδικής αλυσίδας εξαρτώνται από το είδος και τη θέση του αμινοξέος, κατά πόσο δηλαδή τροποποιείται η στερεοδιάταξη του πρωτεϊνικού μορίου και σε πιο σημείο του. Εάν το επιπλέον αμινοξύ έχει ως επίδραση την τροποποίηση του ενεργού κέντρου, εφόσον η πρωτεΐνη είναι ένζυμο, ή την περιοχή κοντά σε αυτό, τότε η ενεργότητα του ενζύμου, δηλαδή η ικανότητα κατάλυσης αντιδράσεων μπορεί να ελαττωθεί ή και να μηδενισθεί. Δεν αποκλείεται ωστόσο να αυξηθεί κιόλας, με θετικές ή αρνητικές επιπτώσεις για το κύτταρο. Επίσης, αν η πρωτεΐνη δεν είναι ένζυμο, η μετάλλαξη μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγή της δομής της και συνεπώς της λειτουργικότητάς της, με απρόσμενες επιπτώσεις για τη ζωή του κυττάρου.

Στην περίπτωση τώρα που η μετάλλαξη συνιστάται στην προσθήκη μίας βάσης μεταξύ των δοθέντων κωδικονίων τότε δεδομένου ότι ο γενετικός κώδικας είναι κώδικας τριπλέτας, συνεχής και μη – επικαλυπτόμενος, θα προκληθεί αλλαγή αναγνωστικού πλαισίου (δηλαδή των τριπλετών που κωδικοποιούν αμινοξέα) από το σημείο της προσθήκης και μετά (προς το 3΄ άκρο της κωδικής αλυσίδας) με αποτέλεσμα την πλήρη τροποποίηση της ακολουθίας των αμινοξέων της παραγομενης πεπτιδικής αλυσίδας ή /και την δημιουργία πρόωρου τερματισμού της πρωτεϊνοσύνθεσης στην περίπτωση δημιουργίας πρόωρου κωδικονίου λήξεως. Επίσης, είναι δυνατή η κατάργηση του φυσιολογικού κωδικονίου λήξεως και συνέχιση της πρωτεϊνοσύνθεσης με αποτέλεσμα ένα επιμηκυμένο πεπτίδιο. Ένα τέτοιο γονιδιακό προϊόν δεν εμφανίζει πλεόν πολλές ομοιότητες με το αρχικό και είτε εμφανίζει παντελή έλλειψη λειτουργικότητας ή εμφανίζει εντελώς διαφορετική λειτουργία με το αρχικό, με απρόσμενα αποτελέσματα για την ζωή του κυττάρου.

Τόσο στην πρώτη όσο και στη δεύτερη περίπτωση μετάλλαξης, τις περισσότερες φορές καταστρέφεται η λειτουργικότητα της πρωτεΐνης.

Σχόλιο: Η αναφορά στα δεδομένα του 4ου θέματος στο τελευταίο ερώτημα, ότι η πρωτεΐνη δεν τροποποιείται, προφανώς εννοεί μετά-μεταφραστικά ώστε να απομακρυνθεί πιθανόν το διαφοροποιημένο τμήμα της, που θα έχει προκύψει λόγω της μετάλλαξης. Διαφορετικά το ερώτημα δεν θα έχει νόημα, αφού μετά τη μετάλλαξη η πρωτεΐνη δεν τροποποιείται, δηλαδή εννοεί ότι το μεταλλαγμένο γονίδιο κωδικοποιεί για την ίδια ακριβώς πρωτεΐνη όπως και το φυσιολογικό γονίδιο;

Διαγώνισμα βιογεωχημικών κύκλων-Βιολογία Γενικής Παιδείας Γ’ Λυκείου

§ 2.3 Bιογεωχημικοί Κύκλοι

ΖΗΤΗΜΑ 1o

Μονάδες 25

Α. Σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε τη σωστή απάντηση:

Μόρια 15

1. Τα συμβιωτικά αζωτοδεσμευτικά βακτήρια:

  1. παρασιτούν επί των ψυχανθών φυτών.

ii. είναι αποικοδομητές.

  1. μετατρέπουν το ανόργανο αέριο μοριακό άζωτο σε ανόργανη χημική ένωση αζώτου.

iv. είναι υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά μικρόβια που για να επιβιώσουν εξασφαλίζουν από τα ψυχανθή φυτά τους μηχανισμούς αντιγραφής, μεταγραφής και μετάφρασης.

2. Το απαραίτητα χημικά στοιχειά που απαιτούνται σε μεγάλες ποσότητες από τους οργανισμούς για την σύνθεση των χημικών ενώσεων τους, είναι:

  1. C, H, O3, N, S, Ni.

ii. C, H, O, H2O, S .

  1. C, H, NH3, S, P.

iv. P, S, N, O, H, C.

3. Η αμειψισπορά αποτελεί έναν οικολογικό τρόπο εμπλουτισμού του εδάφους με άζωτο, διότι:

  1. τα ψυχανθή φυτά εμπλουτίζουν το έδαφος με νιτρικά ιόντα καθώς τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια μετατρέπουν το μοριακό άζωτο σε νιτρικά ιόντα στο έδαφος.

ii. τα ψυχανθή φυτά δεν καταναλώνουν τα αποθέματα νιτρικών ιόντων του εδάφους, αφού τροφοδοτούνται απ’ ευθείας από τα συμβιωτικά αζωτοδεσμευτικά βακτήρια και παράλληλα τα ψυχανθή που είναι πλούσια σε αζωτούχα βιομόρια (π.χ. πρωτεΐνες) με την αποικοδόμηση των νεκρών τμημάτων τους, προμηθεύουν το έδαφος με αμμωνία.

  1. τα σιτηρά και τα ψυχανθή φυτά είναι, αμφότερα, πλούσια σε αζωτούχα βιομόρια (π.χ. πρωτεΐνες) που με την αποικοδόμηση τους εμπλουτίζουν το έδαφος με άζωτο.

iv. Η αμειψισπορά, όπως και η αγρανάπαυση, είναι η περιοδική καλλιέργεια του εδάφους με ένα μονό φυτικό είδος.

4. Ο υδρολογικός κύκλος πάνω από τα υδάτινα οικοσυστήματα, περιλαμβάνει:

  1. εξάτμιση και κατακρημνίσεις.

ii. επιδερμική εξάτμιση, διαπνοή και κατακρημνίσεις.

  1. διαπνοή, εξάτμιση, επιφανειακή απορροή, κατακρημνίσεις.

iv. υπόγεια ύδατα, διαπνοή, εξάτμιση, επιφανειακή απορροή, κατακρημνίσεις.

5. Η τροφοδότηση των οικοσυστημάτων με ενέργεια και ύλη πραγματοποιείται μέσω:

  1. των βιογεωχημικών κύκλων.

ii. του διαστήματος από τον ήλιο και τους μετεωρίτες.

  1. της ηλιακής ακτινοβολίας και των βιογεωχημικων κύκλων.

iv. του ήλιου, καθώς τόσο η ενέργεια όσο και η ύλη συνεχώς μετατρέπεται σε μη αξιοποιήσιμες μορφές από τους οργανισμούς.

Β. Σημειώστε ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή και ποια είναι λανθασμένη:

Μόρια 10

1.    Τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια απαντώνται και ελεύθερα στο έδαφος.

2.    Τα χημικά λιπάσματα χρησιμοποιούνται στη γεωργία για την προστασία της παράγωγης από τα έντομα.                                                                                                                                3.    Η απορρόφηση του νερού από τα φυτά γίνεται από τα στομάτια των φύλλων τους.

4.    Πριν από την βιομηχανική επανάσταση, ο άνθρωπος αδυνατούσε να παρέμβει στον κύκλο του άνθρακα.                                                                                                                5.    Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα οφείλεται σε δύο συνιστώσες, στην καταστροφή των δασών και στην καύση ορυκτών καυσίμων.

6.    Τα βακτήρια που μετέχουν στον κύκλο του αζώτου είναι όλα αποικοδομητές.

7.    Τα ορυκτά καύσιμα προέρχονται από μετασχηματισμό οργανικής ύλης μέσω βιογεωχημικών φαινομένων.                                                                                                          8.    Το πετρέλαιο στα έγκατα της γης αποτελεί μια αποθήκη άνθρακα για την βιόσφαιρα.

9.    Οι βιογεωχημικοι κύκλοι αλληλεπιδρούν και αλληλοεπηρεάζονται.

10.  Η ατμοσφαιρική αζωτοδέσμευση δεν δρα, όταν δρα η βιολογική αζωτοδέσμευση σε ένα οικοσύστημα.

ΖΗΤΗΜΑ 2ο

Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Ποιοι είναι οι ρόλοι του νερού για τα οικοσυστήματα και τους βιοτικούς τους παράγοντες; Μόρια 9

2. Με ποιο τρόπο το άζωτο ρέει διάμεσου των τροφικών επίπεδων των οικοσυστημάτων; Μόρια 8

3. Ποιες είναι οι πιθανές πορείες του άνθρακα που απομένει μετά την κυτταρική αναπνοή των φυτών;                                                                                                                                                  Μόρια 8

ΖΗΤΗΜΑ 3ο

Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Δώστε μια ερμηνεία για το γεγονός ότι ένα άτομο αζώτου βρέθηκε εντός μερικών εβδομάδων από την Λατινική Αμερική στην Ευρώπη.

Μόρια 8

2. Με ποιο τρόπο πιστεύετε ότι οι αποικοδομητές συνδέουν όλα τα τροφικά επίπεδα στα οικοσυστήματα;                                                                                                                                                  Μόρια 8

3. Στις περισσότερες βιοκοινότητες, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης καταλήγει στους αποικοδομητές από ότι στους καταναλωτές. Γιατί συμβαίνει αυτό;

Μόρια 9

ΖΗΤΗΜΑ 4ο

Μονάδες 25

Το παρακάτω σχήμα, παρουσιάζει τον βιογεωχημικό κύκλο ενός στοιχείου σε χερσαίο και υδάτινο περιβάλλον.

i. Ποιο είναι το στοιχείο αυτό;

Μόρια 5

ii.  Τι παριστάνει η διαδικασία που παρουσιάζεται με το βέλος α και η διαδικασία που παρουσιάζεται με το βέλος β;                                                                                                                            Μόρια 7

iii. Σε ποια κατηγορία οργανισμών, ως προς τον τρόπο που εξασφαλίζουν την τροφή τους κατατάσσονται οι οργανισμοί I, II, III, IV, V και VI;

Μόρια 5

iv. Ποια θα ήταν η επίπτωση στον βιογεωχημικό αυτό κύκλο, εάν εξαφανίζονταν οι οργανισμοί VI;

Μόρια 8

Απαντήσεις

ΖΗΤΗΜΑ 1o

 

A.   Οι σωστές απαντήσεις είναι:

  1.          iii
  2.          iv
  3.          ii
  4.          i
  5.          iii

B.

  1.           Σ
  2.           Λ
  3.           Λ
  4.           Λ
  5.           Σ
  6.           Λ
  7.           Σ
  8.           Σ
  9.           Σ
  10.           Λ

ΖΗΤΗΜΑ 2o

 

1. Το νερό καλύπτει το μεγαλύτερο τμήμα της Γης, οριοθετεί τα υδάτινα οικοσυστήματα και καθορίζει τις ιδιότητές τους. Είναι το μέσο με το οποίο τα θρεπτικά συστατικά εισέρχονται και κυκλοφορούν στο εσωτερικό των αυτότροφων οργανισμών. Το νερό αποτελεί σημαντικό τμήμα των ζωντανών ιστών (το 75% του νωπού βάρους τους) και συμβάλλει στη θερμορρύθμιση τόσο των φυτικών όσο και των ζωικών οργανισμών. Χρησιμοποιείται επίσης στη φωτοσύνθεση των φυτικών οργανισμών.

2. Τα φυτά χρησιμοποιούν τα νιτρικά ιόντα που προσλαμβάνουν από το έδαφος (είτε με τη διαδικασία της ατμοσφαιρικής είτε με αυτήν της βιολογικής αζωτοδέσμευσης) προκειμένου να συνθέσουν τις αζωτούχες ενώσεις τους όπως τις πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα. Το άζωτο που περιέχεται στις ουσίες αυτές διακινείται μέσω των τροφικών αλυσίδων στις διάφορες τάξεις των καταναλωτών προκειμένου να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πρωτεϊνών.

3. Ένα μέρος της γλυκόζης, αλλά και άλλων ενώσεων που συντίθενται από τους παραγωγούς, χρησιμοποιείται κατά την κυτταρική αναπνοή προκειμένου να απελευθερωθεί ενέργεια για την κάλυψη των αναγκών των παραγωγών.Από το υπόλοιπο μέρος της οργανικής ύλης που έχει παραχθεί από τους παραγωγούς ένα μέρος μεταβιβάζεται, ως τροφή, στους καταναλωτές, ενώ ένα άλλο καταλήγει ως νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρποί, κλαδιά κ.ά.) στο έδαφος και γίνεται τροφή για τους αποικοδομητές (βακτήρια και μύκητες) μαζί με τη νεκρή οργανική ύλη ζωικής προέλευσης (σώματα νεκρών οργανισμών, απεκκρίσεις, περιττώματα κ.ά.). Και στην περίπτωση των καταναλωτών και στην περίπτωση των αποικοδομητών η οργανική ύλη οξειδώνεται, με αποτέλεσμα αφ’ ενός την απελευθέρωση ενέργειας που χρησιμοποιείται για την κάλυψη των ενεργειακών τους αναγκών και αφ’ ετέρου την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα που επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.

 

ΖΗΤΗΜΑ 3o

 

1. Μία από τις παρεμβάσεις του ανθρώπου στους βιογεωχημικούς κύκλους που λαμβάνουν χώρα στα οικοσυστήματα, είναι και η απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών από ένα μέρος της βιόσφαιρας και η μεταφορά τους σε ένα άλλο μέρος της. Ο σύγχρονος άνθρωπος μπορεί να μεταφέρει θρεπτικά υλικά από τη μία πλευρά της γης στην άλλη, είτε με τη μορφή ανόργανων υλικών, είτε με τη μορφή οργανικών ενώσεων, μεταφέροντας ζωντανούς οργανισμούς ή τμήματά τους οικονομικού ενδιαφέροντος.

Έτσι μπορεί να ερμηνευθεί και το γεγονός, ότι ένα άτομο αζώτου μεταφέρθηκε σε λίγες μόνο εβδομάδες, από τη Λατινική Αμερική στην Ευρώπη. Το άτομο αυτό του αζώτου, πριν λίγο καιρό μπορεί να βρισκόταν στην ατμόσφαιρα ενός οικοσυστήματος στη Λατινική Αμερική, εκεί μέσω της αζωτοδέσμευσης βρέθηκε για λίγο στο έδαφος και στη συνέχεια, μπορεί να ενσωματώθηκε σε ένα βιολογικό μακρομόριο ενός φυτού (όπως οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα), το οποίο το απορρόφησε από το έδαφος. Αν το φυτό αυτό (ολόκληρο ή οι καρποί του), εξάγεται από την Λατινική Αμερική προς τη Ευρώπη, είναι δυνατόν το άτομο αυτό του αζώτου, βρισκόμενο δεσμευμένο στην οργανική ύλη αυτού του φυτού, που κόπηκε και εξήχθει προς την Ευρώπη, να ταξίδεψε με το φορτηγό πλοίο για μερικές εβδομάδες, ώστε να φτάσει στον προορισμό του (Ευρώπη).

 

2. Στους αποικοδομητές ανήκουν τα βακτήρια του εδάφους και οι μύκητες που τρέφονται με τη νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρπούς, απεκκρίσεις, τρίχες, σώματα νεκρών οργανισμών). Οι αποικοδομητές

παίζουν σπουδαίο ρόλο στη λειτουργία του οικοσυστήματος, καθώς μετατρέπουν την οργανική ύλη σε ανόργανη, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκ νέου από τους φυτικούς οργανισμούς.

Οι αποικοδομητές είναι αυτοί οι οργανισμοί, που συνδέουν όλα τα τροφικά επίπεδα στα οικοσυστήματα, καθώς καθιστούν τα απαραίτητα χημικά στοιχεία για τη ζωή, διαθέσιμα στους παραγωγούς. Είναι γνωστό ότι η οργανική ύλη των οργανισμών ενός οικοσυστήματος ανακυκλώνεται. Οι αποικοδομητές διασπούν (αποικοδομούν) τα οργανικά υλικά που βρίσκονται και παράγονται από τους βιοτικούς παράγοντες και ανακυκλώνουν τα χημικά στοιχεία υπό μορφή ανόργανων ενώσεων, εμπλουτίζοντας με αυτόν τον τρόπο τους αβιοτικούς παράγοντες, οι οποίοι αποτελούν τις αποθήκες των ανόργανων υλικών των οικοσυστημάτων όπως είναι π.χ. το έδαφος, ο αέρας και το νερό.

Οι αυτότροφοι οργανισμοί, μπορούν έτσι να προσλάβουν εκ νέου αυτά τα ανόργανα στοιχεία και να δημιουργήσουν μέσω του μεταβολισμού τους (αναβολισμός) νέα οργανικά υλικά, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν κατ’ αρχήν από τους ίδιους τους αυτότροφους οργανισμούς και στη συνέχεια θα είναι διαθέσιμα στους καταναλωτές του οικοσυστήματος.

Φυσικά, όλοι οι οργανισμοί του οικοσυστήματος διασπούν οργανικές ενώσεις κατά τη διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής (καταβολισμός), αλλά σε ένα οικοσύστημα οι αποικοδομητές είναι εκείνοι οι οργανισμοί (τα βακτήρια και οι μύκητες), οι οποίοι εκκρίνουν ένζυμα που διασπούν την οργανική ύλη και στη συνέχεια τα ίδια αυτά μικρόβια τρέφονται από τα προϊόντα αυτής της διάσπασης.

Λαμβάνοντας υπόψη, ότι το μεγαλύτερο τμήμα της οργανικής ύλης που μετατρέπεται από όλα τα τροφικά επίπεδα σε ανόργανα υλικά αξιοποιήσιμα από τους παραγωγούς, πραγματοποιείται από τους αποικοδομητές (βακτήρια και μύκητες του εδάφους) με αυτόν τον τρόπο ερμηνεύεται ο τρόπος με τον οποίο, οι αποικοδομητές συνδέουν μεταξύ τους όλα τα τροφικά επίπεδα. Σημειώνεται δε, ότι η νεκρή οργανική ύλη που παράγεται από τους αποικοδομητές επίσης αποικοδομείται από τους ίδιους.

Επειδή όμως τα βακτήρια και οι μύκητες του εδάφους, που αποτελούν τους αποικοδομητές, δεν είναι ορατά με γυμνό μάτι, οι διεργασίες της αποικοδόμησης είναι οι λιγότερο εκτιμημένες οικολογικές διεργασίες. Ωστόσο, σε μία υποθετική περίπτωση που η αποικοδόμηση σταματήσει, θα εξαφανιστεί η ζωή στον πλανήτη, καθώς δεν θα μπορούν να ανακυκλωθούν τα χημικά στοιχεία που απαρτίζουν τα βιολογικά μακρομόρια (νουκλεϊκά οξέα, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια κ.α.) εντός των οικοσυστημάτων.

3. Οι οργανισμοί που ζουν σε ένα οικοσύστημα διακρίνονται, ανάλογα με τον τρόπο που εξασφαλίζουν την τροφή τους, σε παραγωγούς, καταναλωτές και αποικοδομητές. Οι ετερότροφοι οργανισμοί διακρίνονται σε καταναλωτές και αποικοδομητές. Στους καταναλωτές, τους οργανισμούς δηλαδή που τρέφονται με φυτικούς ή άλλους ζωικούς οργανισμούς, ανήκουν οι μονοκύτταροι και οι πολυκύτταροι ζωικοί  οργανισμοί. Οι καταναλωτές, ανάλογα με «τον αριθμό των βημάτων» που τους χωρίζουν από τους παραγωγούς, διακρίνονται σε:

• Καταναλωτές πρώτης τάξης, που είναι τα φυτοφάγα ζώα.

• Καταναλωτές δεύτερης τάξης, που είναι τα σαρκοφάγα ζώα τα οποία τρέφονται με φυτοφάγα.

• Καταναλωτές τρίτης τάξης, που είναι τα σαρκοφάγα τα οποία τρέφονται με άλλα σαρκοφάγα.

Στους αποικοδομητές ανήκουν τα βακτήρια του εδάφους και οι μύκητες που τρέφονται με τη νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρπούς, απεκκρίσεις, τρίχες, σώματα νεκρών οργανισμών). Οι αποικοδομητές παίζουν σπουδαίο ρόλο στη λειτουργία του οικοσυστήματος, καθώς μετατρέπουν την οργανική ύλη σε ανόργανη, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκ νέου από τους φυτικούς οργανισμούς.

Η ενέργεια, με τη μορφή της χημικής ενέργειας που εμπεριέχεται στην τροφή των οργανισμών, περνάει από το κατώτερο τροφικό επίπεδο (των παραγωγών) στο ανώτερο. Έχει υπολογιστεί ότι μόνο το 10% περίπου της ενέργειας ενός τροφικού επιπέδου περνάει στο επόμενο, καθώς το  90% της ενέργειας χάνεται. Αυτό οφείλεται στο ότι:

• Ένα μέρος της χημικής ενέργειας μετατρέπεται με την κυτταρική αναπνοή σε μη αξιοποιήσιμες μορφές ενέργειας (π.χ. θερμότητα).

• Δεν τρώγονται όλοι οι οργανισμοί.

• Ορισμένοι οργανισμοί πεθαίνουν.

• Ένα μέρος της οργανικής ύλης αποβάλλεται με τα κόπρανα, τα οποία αποικοδομούνται.

Σε γενικές γραμμές, η ίδια πτωτική τάση (της τάξης του 90%) που παρουσιάζεται στις τροφικές πυραμίδες ενέργειας εμφανίζεται και στις τροφικές πυραμίδες βιομάζας, καθώς, όταν μειώνεται η ενέργεια που προσλαμβάνει κάθε τροφικό επίπεδο από το προηγούμενό του, είναι λογικό να μειώνεται και η ποσότητα της οργανικής ύλης που μπορούν να συνθέσουν οι οργανισμοί του και συνεπώς μειώνεται η βιομάζα του.

Οποιοδήποτε τμήμα της οργανικής ύλης αποβάλλεται από τους ζωντανούς οργανισμούς, καθώς και οι οργανισμοί που πεθαίνουν, καταλήγουν τελικά στους αποικοδομητές, επιπλέον το μέρος της ζωντανής βιομάζας που είναι διαθέσιμη προς κατανάλωση από τους οργανισμούς του αμέσως επόμενου τροφικού επίπεδου σε ένα οικοσύστημα, αποτελεί μικρό μόνο τμήμα, το 10%, της συνολικής ζωντανής βιομάζας του αμέσως  προηγούμενου τροφικού επιπέδου.

 

ΖΗΤΗΜΑ 4o

 

Η ύλη που υπάρχει διαθέσιμη στη βιόσφαιρα είναι περιορισμένη, καθώς ο πλανήτης δέχεται ελάχιστα ποσά ύλης από το Διάστημα (μετεωρίτες κτλ.). Για το λόγο αυτό τα χημικά στοιχεία (C, H, O, N, S, P κ.ά.) που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των χημικών ενώσεων, από τις οποίες εξαρτώνται οι δομές και οι λειτουργίες των οργανισμών, πρέπει να κυκλοφορούν, ώστε να γίνονται εκ νέου διαθέσιμα. Οι επαναλαμβανόμενες κυκλικές πορείες των χημικών στοιχείων στα οικοσυστήματα χαρακτηρίζονται ως βιογεωχημικοί κύκλοι, διότι διεκπεραιώνονται με τη συμμετοχή βιολογικών, γεωλογικών και χημικών διαδικασιών.

i. Το δοθέν σχήμα παρουσιάζει τον βιογεωχημικό κύκλο του άνθρακα τόσο σε χερσαίο όσο και σε υδάτινο οικοσύστημα.

Ο άνθρακας είναι το χημικό στοιχείο με βάση το οποίο δομούνται όλες οι οργανικές ενώσεις και συνεπώς όλα τα βιολογικά μακρομόρια. Η πορεία του άνθρακα στα οικοσυστήματα ακολουθεί τη ροή της ενέργειας σ’ αυτά, για τον απλό λόγο ότι η χημική ενέργεια που μεταβιβάζεται από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο είναι δεσμευμένη στις οργανικές ενώσεις. O άνθρακας εισέρχεται στα οικοσυστήματα

με τη μορφή του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα παραλαμβάνεται από τους παραγωγούς προκειμένου να μετατραπεί, με τη διαδικασία της  φωτοσύνθεσης, σε γλυκόζη. Ένα μέρος της γλυκόζης, αλλά και άλλων ενώσεων που συντίθενται από τους παραγωγούς, χρησιμοποιείται κατά την κυτταρική αναπνοή προκειμένου να απελευθερωθεί ενέργεια για την κάλυψη των αναγκών των παραγωγών. Επειδή όμως κατά την κυτταρική αναπνοή παράγεται και διοξείδιο του άνθρακα, το αέριο αυτό επιστρέφει στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα να ολοκληρώνεται ένας κύκλος πρόσληψης και επαναφοράς από και προς την ατμόσφαιρα.

ii. O άνθρακας εισέρχεται στα οικοσυστήματα με τη μορφή του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα παραλαμβάνεται από τους παραγωγούς προκειμένου να μετατραπεί, με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, σε γλυκόζη.

Η διαδικασία α λοιπόν που παριστάνεται στο σχήμα, αναφέρεται στην φωτοσύνθεση που πραγματοποιείται από τους παραγωγούς των χερσαίων και των υδάτινων οικοσυστημάτων.

Επειδή όμως κατά την κυτταρική αναπνοή παράγεται και διοξείδιο του άνθρακα, το αέριο αυτό επιστρέφει στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα να ολοκληρώνεται ένας κύκλος πρόσληψης και επαναφοράς από και προς την ατμόσφαιρα. Από το υπόλοιπο μέρος της οργανικής ύλης που έχει παραχθεί από τους παραγωγούς ένα μέρος μεταβιβάζεται, ως τροφή, στους καταναλωτές, ενώ ένα άλλο καταλήγει ως νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρποί, κλαδιά κ.ά.) στο έδαφος και γίνεται τροφή για τους αποικοδομητές (βακτήρια και μύκητες) μαζί με τη νεκρή οργανική ύλη ζωικής προέλευσης (σώματα νεκρών οργανισμών, απεκκρίσεις, περιττώματα κ.ά.).

Και στην περίπτωση των καταναλωτών και στην περίπτωση των αποικοδομητών η οργανική ύλη οξειδώνεται, με αποτέλεσμα αφ’ ενός την απελευθέρωση ενέργειας που χρησιμοποιείται για την κάλυψη των ενεργειακών τους αναγκών και αφ’ ετέρου την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα που επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.

Η διαδικασία β λοιπόν που παριστάνεται στο σχήμα αναφέρεται στην κυτταρική αναπνοή των οργανισμών των οικοσυστημάτων.

iii. Με βάση τα παραπάνω, οι οργανισμοί Ι και V είναι οι παραγωγοί των δύο οικοσυστημάτων, χερσαίου και υδάτινου αντίστοιχα.

Οι οργανισμοί ΙΙ και IV είναι οι καταναλωτές 1ης τάξης του χερσαίου και υδάτινου οικοσυστήματος αντιστοίχως, αφού αμφότεροι τρέφονται με τους παραγωγούς των οικοσυστημάτων όπου διαβιούν.

Ο οργανισμός ΙΙΙ  είναι ο κορυφαίος καταναλωτής και για τα δύο οικοσυστήματα αφού τρέφεται από τους καταναλωτές 1ης τάξης και των δύο οικοσυστημάτων και δεν αποτελεί θήραμα κανενός άλλου οργανισμού, σε κανένα από τα δύο οικοσυστήματα.

Τέλος, οι οργανισμοί VΙ συνιστούν τους αποικοδομητές των δύο οικοσυστημάτων καθώς σε αυτούς καταλήγει βιομάζα από όλους τους άλλους οργανισμούς που υπάρχουν και στα δύο οικοσυστήματα.

iv. Στην υποθετική εκείνη περίπτωση που θα εξαφανίζονταν οι αποικοδομητές των χερσαίων και υδάτινων οικοσυστημάτων, ο κύκλος του άνθρακα θα κατέρρεε καθώς θα εξαντλούνταν κάποια στιγμή τα αποθέματα CO2 της ατμόσφαιρας και ολόκληρη η διαθέσιμη ποσότητα άνθρακα των οικοσυστημάτων θα βρισκόταν εντέλει δεσμευμένη εντός των οργανικών ενώσεων των οργανισμών των οικοσυστημάτων. Εξαιτίας της απουσίας των αποικοδομητών, οι οργανικές αυτές ενώσεις της νεκρής οργανικής ύλης των οργανισμών (κάποια στιγμή θα είχαν πεθάνει όλοι οι οργανισμοί) δεν θα ήταν δυνατό να επιστραφεί μέσω της ανόργανης μορφής της (CO2) πίσω στην ατμόσφαιρα για να γίνει εκ νέου διαθέσιμη στους παραγωγούς.

Διαγώνισμα μικροοργανισμών – γενικής παιδείας

1. §1.1 Παράγοντες που επηρεάζουν την υγεία μας

§1.2 Μικροοργανισμοί

ΖΗΤΗΜΑ 1o

Mονάδες 25

Α. Σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε τη σωστή απάντηση:

Μόρια 15

1. Aιτία για τη διαταραχή της ομοιόστασης είναι δυνατόν να μην είναι:

i. oι ακραίες μεταβολές του περιβάλλοντος.

ii. το κάπνισμα.

iii. οι ιοί.

iv. οι δυνητικά παθογόνοι μικροοργανισμοί.

2.  Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι 2οC, στο σώμα μας συμβαίνει:

i. ανόρθωση τριχών.

ii. διαστολή των αιμοφόρων αγγείων.

iii. εφίδρωση.

iv. δε λειτουργεί το κέντρο ελέγχου της θερμοκρασίας μας.

3. H αμοιβαδοειδής δυσεντερία μεταδίδεται:

i. με τα κουνούπια.

ii. με τα κατοικίδια ζώα.

iii. με το μολυσμένο νερό.

iv. με τις μύγες.

4. Τα προκαρυωτικά κύτταρα μπορεί να φέρουν:

i.  καψίδιο.

ii. έλυτρο.

iii. βλεφαρίδες.

iv. ψευδοπόδια.

5. Η πολιομυελίτιδα είναι μια ασθένεια:

i.  των επιθυλιακών κυττάρων της αναπνευστικής οδού.

ii. των γεννητικών οργάνων.

iii. των μεσοδακτύλιων περιοχών.

iv. των νευρικών κυττάρων του νωτιαίου μυελού.

Β. Σημειώστε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες είναι λανθασμένες:

Μόρια 10

1. Μαστίγιο διαθέτουν τόσο τα πρωτόζωα όσο και τα βακτήρια.

2. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλή, συμβαίνει ανόρθωση τριχών και αύξηση της διατομής των αιμοφόρων αγγείων.

3. Η συστηματική κατανάλωση μεγάλης ποσότητας οινοπνευματωδών ποτών, αποτελεί αιτία διαταραχής της ομοιόστασής μας.

4. Οι υφές των μυκήτων συνιστούν νηματοειδείς δομές που τους επιτρέπουν να κινούνται όπως τα ψευδοπόδια των αμοιβάδων.

5. Οι ιοί συνιστούν ακυτταρικές μη αυτοτελείς μορφές ζωής.

6. Υπάρχουν μύκητες που είναι πολυκύτταροι και ζουν στα τρόφιμα.

7. Όταν τα συμπτώματα είναι πτώση του pH του αίματος και πυρετός τότε, υπεύθυνες είναι οι ενδοτοξίνες των βακτηρίων.

8. Στους Λ. Παστέρ, Ρ. Κοχ και Α. Φλέμινγκ, οφείλουμε πάρα πολλά σχετικά με την κατανόηση, την πρόληψη και τη θεραπεία των λοιμωδών νοσημάτων.

9. Η γονόρροια, ο έρπητας, η τριχομονάδα και τα δερματόφυτα είναι όλα σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα, και αντιμετωπίζονται με αντιβιοτικά.

10. Η παστερίωση του γάλακτος επιτυγχάνεται όταν το γάλα θερμανθεί στους 62ο C για 10΄

 

ΖΗΤΗΜΑ 2ο     

 Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Τι ορίζουμε ως ομοιόσταση και ποιούς ομοιοστατικούς μηχανισμούς διαθέτουμε;

2. Ποιούς μικροοργανισμούς ονομάζουμε δυνητικά παθογόνους; Είναι επωφελείς ή          επιβλαβείς και με ποιο τρόπο για τον οργανισμό μας;

3. Ποιούς τρόπους πολλαπλασιασμού των μικρόβιων γνωρίζετε;

4. Με ποιούς τρόπους μπορούν να μεταδοθούν τα σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα;

5.  Ποιούς παθογόνους μικροοργανισμούς γνωρίζετε από το σχολικό βιβλίο; Για όποιους από αυτούς γνωρίζετε, απαντήστε σε ποια κατηγορία ανήκουν, πώς μεταδίδονται, ποια ασθένεια προκαλούν και ποια κύτταρα ή ιστούς ή όργανα προσβάλλουν.

ΖΗΤΗΜΑ 3ο                                                                                                                                                           

Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Υποθέτουμε ότι ενώ βρίσκεστε εντός ενός καλά θερμαινόμενου χώρου αποφασίζετε να βγείτε στο δρόμο όπου η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι 8οC. Με ποιο τρόπο αναμένεται να αντιδράσει ο οργανισμός σας;                                                                                                                                                Μόρια 12

2. Το φάρμακο αντιμυκίνη (αντιβιοτικό) δρα παρεμποδίζοντας την λειτουργία των μιτοχονδρίων, που είναι μεμβρανώδη οργανίδια των κυττάρων. Το φάρμακο αυτό, πιστεύετε ότι θα έχει αποτέλεσμα εναντίων της γονόρροιας; Της τοξοπλάσμωσης; Της γρίπης; Αιτιολογήστε την απάντηση σας.

Μόρια 13

ΖΗΤΗΜΑ 4o

Μονάδες 25

Η Ελένη και ο Σταυρός εισήχθησαν στο νοσοκομείο την ίδια ημέρα, ο ένας με ίωση και ο άλλος με βακτηριακή λοίμωξη. Ο ένας από τους δύο, υποβλήθηκε σε θεραπευτική αγωγή με πενικιλίνη, ενώ ο άλλος όχι. Στις εξετάσεις των δύο ασθενών μετρήθηκε και η συγκέντρωση της βιταμίνης Κ, οι τιμές της στους δύο ασθενείς, φαίνονται στο παρακάτω γράφημα.

i. Ποιός από τους δύο ασθενείς εισήχθη στο νοσοκομείο με ίωση και ποιός με βακτηριακή λοίμωξη; Αιτιολογήστε την απάντησή σας.

Μόρια 15

ii. Σε ποιόν από τους δύο ασθενείς χορηγήθηκε το αντιβιοτικό; Γιατί δεν χορηγήθηκε και στους δύο ασθενείς αντιβίωση;

Μόρια 5

iii. Το άτομο που ακολουθεί την φαρμακευτική αγωγή με πενικιλίνη παρουσίαζε όταν πήγε στο νοσοκομείο, συμπτώματα όπως χαμηλή αρτηριακή πίεση και υψηλό πυρετό. Με ποιό τρόπο τα παθογόνα μικρόβια έπλητταν τον οργανισμό του; Πώς η πενικιλίνη θα τα καταπολεμήσει;

Μόρια 5

Σημείωση: H χρονική στιγμή 0, αφόρα την στιγμή της μόλυνσης των δύο ατόμων από τον παθογόνο παράγοντα που τους προσέβαλε, θεωρώντας ότι οι μολύνσεις έλαβαν χώρα ταυτόχρονα και στα δύο άτομα.

Απαντήσεις

ΖΗΤΗΜΑ 1o

 

Οι σωστές απαντήσεις είναι:

Α.

  1. 1.    iv
  2. 2.    i
  3. 3.    iii
  4. 4.    iii
  5. 5.    iv

 

Β.

  1. 1.    Σ
  2. 2.    Λ
  3. 3.    Σ
  4. 4.    Λ
  5. 5.    Σ
  6. 6.    Σ
  7. 7.    Λ
  8. 8.    Σ
  9. 9.    Λ
  10. 10.  Λ

 

ΖΗΤΗΜΑ 2o

 

  1. 1.    Ο άνθρωπος, αν και ζει σε ένα περιβάλλον που συνεχώς μεταβάλλεται, διαθέτει μηχανισμούς που διατηρούν σταθερό το εσωτερικό του περιβάλλον, εξασφαλίζοντας έτσι την εύρυθμη λειτουργία του οργανισμού και επομένως την επιβίωσή του. Η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερές τις συνθήκες του εσωτερικού του περιβάλλοντος (θερμοκρασία, συγκεντρώσεις διάφορων συστατικών κτλ.), παρά τις εξωτερικές μεταβολές, ονομάζεται ομοιόσταση. Στον ανθρώπινο οργανισμό υπάρχουν ομοιοστατικοί μηχανισμοί που ρυθμίζουν:

• τη θερμοκρασία του σώματος (δέρμα),

• τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα,

• τη συγκέντρωση του νερού,

• το pH του αίματος, που πρέπει να είναι σταθερό στο 7,4,

• τα επίπεδα του CO2 στο αίμα.

Επιπλέον ένας ακόμη ομοιοστατικός μηχανισμός του ανθρώπου είναι το ανοσοβιολογικό σύστημα, με το οποίο, γίνεται η αναγνώριση και η εξουδετέρωση των παθογόνων μικροοργανισμών.

2. Ως μικροοργανισμοί ή μικρόβια, χαρακτηρίζονται εκείνοι οι οργανισμοί τους οποίους δεν μπορούμε να διακρίνουμε με γυμνό μάτι, γιατί έχουν μέγεθος μικρότερο από 0,1mm.

Πολλοί από τους μικροοργανισμούς περνούν όλη τη ζωή τους στο φυσικό περιβάλλον, άλλοι ζουν ως παράσιτα, περνώντας ένα μέρος ή ολόκληρη τη ζωή τους πάνω ή μέσα σε κάποιο άλλο οργανισμό.

Άλλοι μικροοργανισμοί, όπως το βακτήριο Escherichia coli που ζει στο έντερο, όταν βρίσκονται σε μικρό αριθμό και δε μεταναστεύουν σε άλλους ιστούς και όργανα, αποτελούν φυσιολογική μικροχλωρίδα για τον άνθρωπο, είτε διότι παράγουν χρήσιμες χημικές ουσίες τις οποίες ο άνθρωπος δεν μπορεί να συνθέσει μόνος του (π.χ. βιταμίνη Κ από την E.coli) είτε διότι συμβάλλουν στην άμυνα του οργανισμού. Αν όμως, για κάποιο λόγο, αυξηθούν (π.χ. επειδή ο ξενιστής παρουσιάζει μειωμένη αντίσταση) ή βρεθούν σε άλλους ιστούς, τότε προκαλούν την εκδήλωση ασθενειών. Οι μικροοργανισμοί αυτοί χαρακτηρίζονται ως δυνητικά παθογόνοι.

3. Οι μικροοργανισμοί μπορεί να είναι ευκαρυωτικοί (πρωτόζωα, μύκητες), προκαρυωτικοί (βακτήρια) ή ιοί. Οι ιοί αποτελούν ακυτταρικές μη αυτοτελείς μορφές ζωές.

Ευκαρυτωτικοί

α. Πρωτόζωα: Τα περισσότερα αναπαράγονται μονογονικά και με διχοτόμιση.

β. Μύκητες: Πολλοί από αυτούς αναπαράγονται μονογονικά με διχοτόμιση, ενώ άλλοι αναπαράγονται με εκβλάστηση. Σ’ αυτούς τους τελευταίους, σχηματίζεται σε κάποιο σημείο του αρχικού κυττάρου ένα εξόγκωμα, το εκβλάστημα, το οποίο όταν αναπτυχθεί αρκετά, είτε παραμένει ενωμένο με τον γονικό οργανισμό, είτε αποκόβεται από αυτόν και ζει πλέον ως αυτοτελής οργανισμός.

Προκαρυωτικοί

Βακτήρια: Αναραπάγονται κυρίως μονογονικά με απλή διχοτόμηση. Η αναπαραγωγή τους διαρκεί μικρό χρονικό διάστημα.

Ιοί

Οι ιοί χαρακτηρίζονται ως υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα καθώς δεν διαθέτουν δικό τους μεταβολισμό και εξασφαλίζουν από τον ξενιστή τους (κύτταρα του οργανισμού που έχουν προσβάλλει) μηχανισμούς αντιγραφής, μεταγραφής και μετάφρασης καθώς και τα περισσότερα ένζυμα και υλικά που τους είναι απαραίτητα για τις λειτουργίες αυτές, οι οποίες είναι απαραίτητες προκειμένου αυτοί να αναπαραχθούν.

4. Τα σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα, αυτά δηλαδή που μεταδίδονται κατά κύριο λόγο με τη σεξουαλική επαφή, είναι ευρέως διαδεδομένα σε όλες τις χώρες του κόσμου και αποτελούν ένα σημαντικό πρόβλημα υγείας. Εκτός από τη σεξουαλική επαφή, τα περισσότερα από αυτά μπορούν να μεταδοθούν μέσω του αίματος ή των παραγώγων του (π.χ. σε περιπτώσεις μετάγγισης ή χρήσης μολυσμένης σύριγγας), καθώς και από τη μολυσμένη μητέρα στο έμβρυο.

 

5. Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί μπορεί να είναι ευκαρυωτικοί, προκαρυωτικοί ή ιοί. Στους ευκαρυωτικούς ανήκουν τα πρωτόζωα και οι μύκητες, ενώ στους προκαρυωτικούς τα βακτήρια. Οι ιοί αποτελούν ακυτταρικές, μη αυτοτελείς μορφές ζωής.

Ευκαρυτωτικοί

α. Πρωτόζωα: Από τα παθογόνα πρωτόζωα είναι σκόπιμο να αναφερθούν το πλασμώδιο (μεταδίδεται από τα κουνούπια και προκαλεί ελονοσία), το τρυπανόσωμα (μεταδίδεται από τη μύγα τσετσέ και προκαλεί την ασθένεια του ύπνου), η ιστολυτική αμοιβάδα (προκαλεί αμοιβαδοειδή δυσεντερία), το τοξόπλασμα (μεταδίδεται από τα κατοικίδια ζώα, προσβάλλει βασικά όργανα όπως τους πνεύμονες, το ήπαρ και το σπλήνα και προκαλεί αποβολές στις εγκύους). Τέλος, η τριχομονάδα που αποτελεί σεξουαλικώς μεταδιδόμενο νόσημα και προκαλεί λοίμωξη από τριχομονάδα.

β. Μύκητες: Τα νοσήματα που προκαλούνται στον άνθρωπο από παθογόνους μύκητες ονομάζονται μυκητιάσεις. Η Candida albicans (κάντιντα η λευκάζουσα), ανάλογα με το όργανο που προσβάλλει, μπορεί να προκαλέσει πνευμονική καντιντίαση, κολπίτιδα, στοματίτιδα. Τα δερματόφυτα αποτελούν μια ειδική κατηγορία μυκήτων που προσβάλλουν το δέρμα, ιδιαίτερα το τριχωτό μέρος της κεφαλής, αλλά και τις μεσοδακτύλιες περιοχές των ποδιών προκαλώντας ερυθρότητα και έντονο κνησμό.

Προκαρυωτικοί

Βακτήρια: Μερικά παθογόνα βακτήρια είναι υπεύθυνα για σοβαρές ασθένειες του ανθρώπου. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν το Vibrio cholerae, που προκαλεί τη χολέρα, και το Treponema pallidum, που προκαλεί τη σύφιλη, που μεταδίδεται με τη σεξουαλική επαφή. Επιπλέον, βακτηριακής αιτιολογίας αποτελούν και τα σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα, όπως είναι η γονοκοκκική ουρηθρίτιδα (ή γονόρροια) και η λοίμωξη από χλαμύδια.

Ιοί

Στις ιώσεις, τα νοσήματα δηλαδή που προκαλούνται από ιούς, περιλαμβάνονται απλές διαταραχές της υγείας, όπως είναι το κρυολόγημα ή η γρίπη που μεταδίδεται με τα σταγονίδια του βήχα ασθενούς ατόμου και προσβάλλει τα επιθυλιακά κύτταρα της αναπνευστικής οδού, αλλά και σοβαρότερες, όπως είναι το AIDS, το οποίο αποτελεί σεξουαλικώς μεταδιδόμενο νόσημα. Ο ιός της πολυομυελίτιδας στον άνθρωπο προσβάλλει τα νευρικά κύτταρα του νωτιαίου μυελού. Επίσης σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα οφειλόμενα σε ιούς είναι ο απλός έρπητας, η λοίμωξη από τους ιούς των ανθρώπινων θηλωμάτων, η ηπατίτιδα Β και η ηπατίτιδα C.

Ζήτημα 3ο

  1. 1.    Η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερή την εσωτερική θερμοκρασία του στους 36,6οC, παρά τις εξωτερικές μεταβολές, αποτελεί ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα ομοιοστατικού μηχανισμού στον άνθρωπο. Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση που βρεθούμε σε ένα χώρο με θερμοκρασία μικρότερη από τους 36,6ο C, η θερμότητα που φθάνει συνεχώς από το περιβάλλον στο σώμα μας τείνει να προκαλέσει μείωση της θερμοκρασίας του. Ωστόσο η μείωση αυτή δε συμβαίνει εξαιτίας μίας σειράς διαδοχικών αντιδράσεων στις οποίες κύριο ρόλο παίζει ο εγκέφαλος. Αρχικά, οι θερμοϋποδοχείς του δέρματος μας, δηλαδή τα ειδικά νευρικά σώματα που ανιχνεύουν τις μεταβολές της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος ¨ειδοποιούν¨ τον εγκέφαλο για τη μείωση της θερμοκρασίας με μηνύματα που αποστέλλουν στο κέντρο των γενικών αισθήσεων του εγκεφάλου. Στη συνέχεια, το ειδικό κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας, με μηνύματα που αποστέλλει στους μύες του σώματος και στα αγγεία της επιφάνειας του δέρματος, προκαλεί ανόρθωση τριχών ή/και ρίγος και συστολή των αιμοφόρων αγγείων αντίστοιχα. Ο συνδυασμός αυτών των αντιδράσεων συμβάλλει στη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος μας με τον εξής τρόπο: Τα αγγεία που έχουν συσταλεί φέρουν μικρές ποσότητες αίματος προς την επιφάνεια του δέρματος, η οποία εξαιτίας της ανόρθωσης των τριχών ή/και του ρίγους έχει θερμανθεί. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα αίμα που φθάνει στα αιμοφόρα αγγεία του δέρματος να θερμαίνεται και επιστρέφοντας με την κυκλοφορία στο εσωτερικό του οργανισμού μας να αποτρέπει τη μείωση της θερμοκρασίας του.
  1. 2.    Η αντιμετώπιση των λοιμώξεων στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στα αντιβιοτικά, που είναι χημικές ουσίες με αντιμικροβιακή δράση.

Τα αντιβιοτικά δρουν αναστέλλοντας ή παρεμποδίζοντας κάποια ειδική βιοχημική αντίδραση του μικροοργανισμού, αναστέλλοντας γενικά την παραγωγή ουσιών στα βακτήρια, τους μύκητες και τα πρωτόζωα. Τα αντιβιοτικά όμως δεν είναι αποτελεσματικά έναντι των ιών, καθώς δρουν επιλεκτικά, με την έννοια ότι βλάπτουν μόνο τους μικροοργανισμούς και όχι τα κύτταρα του ανθρώπου, έτσι δεν μπορούν να δράσουν κατά των ιών, επειδή οι ιοί είναι υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα, αφού δε διαθέτουν δικό τους μεταβολικό μηχανισμό.

Συνεπώς, η αντιμυκίνη ως αντιβιοτικό, δεν μπορεί να έχει αποτέλεσμα εναντίον της γρίπης που προκαλείται από ιό. Επιπρόσθετα, δεδομένου ότι τα βακτήρια δεν έχουν μεμβρανώδη οργανίδια, όπως είναι τα μιτοχόνδρια, η αντιμυκίνη δεν μπορεί να δράσει εναντίον της γονόρροιας που είναι νόσημα βακτηριακής αιτιολογίας. Από την άλλη πλευρά, η αντιμυκίνη μπορεί να δράσει κατά της τοξοπλάσμωσης, που προκαλείται από το παθογόνο πρωτόζωο, τοξόπλασμα. Τα πρωτόζωα είναι ευκαρυωτικοί μικροοργανισμοί και διαθέτουν μιτοχόνδρια, συνεπώς η αντιμυκίνη παρεμποδίζοντας τη λειτουργία των μιτοχονδρίων του τοξοπλάσματος, δρα αποτελεσματικά εναντίον της τοξοπλάσμωσης.

Ζήτημα 4ο

Στο ανθρώπινο σώμα διαβιούν μικροοργανισμοί, όπως για παράδειγμα το βακτήριο E.coli, οι οποίοι συνιστούν τη φυσιολογική μας μικροχλωρίδα. Οι μικροοργανισμοί αυτοί, όταν βρίσκονται σε μικρό πλήθος και δε μεταναστεύουν σε διαφορετικούς ιστούς ή όργανά μας από αυτά που απαντούν φυσιολογικά, συμβάλλουν στην άμυνα του οργανισμού μας ή/και παραμένουν χρήσιμες χημικές ουσίες, τις οποίες ο άνθρωπος αδυνατεί να συνθέτει. Μια τέτοια ουσία είναι η βιταμίνη Κ, η οποία παράγεται από το βακτήριο E.coli,  το οποίο φυσιολογικά απαντάται στο έντερό μας.

Ωστόσο η φυσική μας μικροχλωρίδα είναι δυνατό κάτω από ορισμένες συνθήκες να γίνει παθογόνος για τον ξενιστή. Αυτό μπορεί να συμβεί όταν για κάποιο λόγο αυξηθεί ο πληθυσμός των μικροοργανισμών π.χ. όταν ο άνθρωπος παρουσιάζει μειωμένη αντίσταση ή όταν οι μικροοργανισμοί αυτοί βρεθούν σε άλλους ιστούς ή όργανα διαφορετικά από αυτά στα οποία αναπτύσσονται φυσιολογικά.

i.   Με βάση τα παραπάνω και σε συνδυασμό με τη μεταβολή της συγκέντρωσης της βιταμίνης Κ στους δύο ασθενείς, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο ασθενής με ίωση που εισήχθη στο νοσοκομείο ήταν η Ελένη και ο ασθενής με βακτηριακή λοίμωξη ήταν ο Σταύρος.

Το παραπάνω συμπέρασμα αιτιολογείται από το γεγονός ότι ένας ασθενής με ίωση εμφανίζει μειωμένη αντίσταση στον οργανισμό του, οπότε είναι δυνατόν να παρατηρηθεί αύξηση του πληθυσμού των μικροοργανισμών της φυσικής μικροχλωρίδας μας, όπως είναι το βακτήριο E.coli , το οποίο παράγει τη βιταμίνη Κ.

Επιπλέον, δεδομένου ότι οι ιοί δεν καταπολεμούνται από τα αντιβιοτικά, οι ιατροί δεν χορήγησαν κάποια αντιβίωση στην Ελένη προκειμένου να αντιμετωπιστεί η ίωση από την οποία νοσεί, οπότε και ο πληθυσμός των βακτηρίων  E.coli που έχει αυξηθεί δεν είναι δυνατόν να ελεγχθεί με τη θεραπεία που ακολουθεί η Ελένη.

Ο Σταύρος από την άλλη, εμφανίζει στις εξετάσεις του, χαμηλότερη της φυσιολογικής τιμής, συγκέντρωση βιταμίνης Κ. Το αποτέλεσμα αυτό, ερμηνεύεται από τη χρήση αντιβιοτικού που του χορηγήθηκε για την αντιμετώπιση της βακτηριακής λοίμωξης, από την οποία νοσούσε, όταν εισήχθη στο νοσοκομείο. Το αντιβιοτικό που χορηγήθηκε στο Σταύρο δεν θανατώνει μόνο το παθογόνο βακτήριο που τον έχει προσβάλλει αλλά και τα βακτήρια E.coli της φυσιολογικής μικροχλωρίδας του, οπότε και μειώνεται η παραγωγή της βιταμίνης Κ στο σώμα του.

ii. Εφόσον ο Σταύρος νοσούσε όταν εισήχθη στο νοσοκομείο από βακτηριακή λοίμωξη, ενώ η Ελένη νοσούσε από ίωση, οι ιατροί χορήγησαν στο Σταύρο αντιβιοτικό, προκειμένου να αντιμετωπίσει την ασθένειά του.

Τα αντιβιοτικά είναι χημικές ουσίες που παράγονται από βακτήρια, μύκητες και φυτά και έχουν αντιμικροβιακή δράση καθώς δρουν γενικά αναστέλλοντας την παραγωγή ουσιών στα βακτήρια, στους μύκητες και τα πρωτόζωα. Τα αντιβιοτικά δρουν επιλεκτικά, με την έννοια ότι βλάπτουν μόνο τους μικροοργανισμούς και όχι τα κύτταρά του ανθρώπου.

Η χορήγηση αντιβιοτικού για την αντιμετώπιση της ίωσης από την οποία νοσούσε η Ελένη, δεν θα είχε κανένα αποτέλεσμα, αφού τα αντιβιοτικά δεν είναι αποτελεσματικά έναντι των ιών, καθώς αυτά δε διαθέτουν δικό τους μεταβολικό μηχανισμό, αφού αποτελούν υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα.

iii. Πολλά βακτήρια απειλούν την υγεία μας μέσω ουσιών που παράγουν. Οι ουσίες αυτές ονομάζονται τοξίνες και διακρίνονται σε ενδοτοξίνες και εξωτοξίνες. Οι ενδοτοξίνες βρίσκονται στο κυτταρικό τοίχωμα ορισμένων βακτηρίων που μας προκαλούν ασθένειες και είναι υπεύθυνες για συμπτώματα όπως ο πυρετός, η πτώση της πίεσης του αίματος κ.α.

Τα αντιβιοτικά, όπως αναφέρθηκε, είναι χημικές ουσίες με αντιμικροβιακή δράση. Ένας από τους μηχανισμούς δράσης των αντιβιοτικών είναι η παρεμπόδιση της σύνθεσης του κυτταρικού τοιχώματος των μικροοργανισμών.

Ο Σταύρος εισήχθη στο νοσοκομείο με συμπτώματα όπως η χαμηλή αρτηριακή πίεση και ο υψηλός πυρετός, που αμφότερα είναι συμπτώματα προκαλούμενα από παθογόνα βακτήρια που παράγουν ενδοτοξίνες.

Οι ιατροί στο νοσοκομείο αφού διέγνωσαν την αιτία της ασθένειας του Σταύρου, του συνέστησαν φαρμακευτική αγωγή με το αντιβιοτικό πενικιλίνη. Η πενικιλίνη είναι ένα αντιβιοτικό που δρα παρεμποδίζοντας τη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος των βακτηρίων, στο οποίο εδράζονται οι ενδοτοξίνες που αποτελούν και την αιτία εμφάνισης των συμπτωμάτων στο Σταύρο.