από την Δήμητρα Σπανού χημικό, καθηγήτρια Δευτεροβάθμιας Εκ/σης 1ου Γυμνασίου Δάφνης
υπό κατασκευή
Χωρίς να είμαι καθηγήτρια της Βιολογίας, αλλά της Χημείας, έχοντας όμως ασχοληθεί αρκετά με αυτήν
και για λόγους γενικότερους αλλά και προσωπικούς,
θα ξεκινήσω μια προσπάθεια να δώσω με απλό και περιληπτικό τρόπο την ύλη του βιβλίου αυτού ,
τονίζοντας τα βασικά σημεία της αλλά και τις ουσιαστικές γνώσεις
που περνάν μέσα από το μάθημα,
ώστε να μπορεί ο υποψήφιος αλλά και όποιος ενδιαφέρεται να βοηθηθεί στο να πάρει μια πρ΄τη ιδέα για τα θέματα που αναφέρονται στο βιβλίο αυτό.
Ίσως και πριν ακόμα ξεκινήσει τον αγώνα των Πανελληνίων
Ξεκινώντας με την υλη...
ΒΙΟΛΟΓΙΑ
Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών
Από το βιβλίο ‘’Βιολογία’’ της Γ΄ τάξης του Γενικού Λυκείου Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών των Αλεπόρου-Μαρίνου Β., Αργυροκαστρίτη Α., Κομητοπούλου Α., Πιαλόγλου Π., Σγουρίτσα Β.
Κεφάλαιο 1 «Το γενετικό υλικό».
Κεφάλαιο 2 «Αντιγραφή, έκφραση και ρύθμιση της γενετικής πληροφορίας».
Κεφάλαιο 4 «Τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA».
Κεφάλαιο 5 «Μενδελική κληρονομικότητα».
Κεφάλαιο 6 «Μεταλλάξεις».
Κεφάλαιο 7 «Αρχές και μεθοδολογία της Βιοτεχνολογίας» εκτός από την ενότητα ‘‘Η παραγωγή της πενικιλίνης αποτελεί σημαντικό σταθμό στην πορεία της Βιοτεχνολογίας’’
Κεφάλαιο 8 «Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στην Ιατρική» εκτός από τις ενότητες ‘‘Εμβόλια’’ και ‘‘Αντιβιοτικά’’.
Κεφάλαιο 9 «Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στη γεωργία και την κτηνοτροφία».
και προχωρόντας σε διευκρινήσεις και σχολιασμούς
Κεφάλαιο 1
Πριν από κάποιες δεκαετίες δεν ήταν ακόμα γνωστό ότι το γενετικό υλικό ήταν το DNA. Πίστευαν πως οι πρωτείνες ήταν υπεύθυνες για την δημιουργία νέων οργανισμών και την μετάδοση των ιδιοτήτων των οργανισμών στους απογόνους τους.
(σελ 17 )Τογεγονός ότι το Dna αλλά και το RNA για ορισμένους οργανισμούς (όπως οι RNA ιοι), αποτελεί το γενετικό υλικό τους, ανακαλύφθηκε το 1952 από τον Τζέιμς Γουάτσον (James D. Watson) και Φράνσις Κρικ (Francis Crick)
Το DNA και σε ορισμένες περιπτώσεις το RNA
-
Έχει αποθηκευμένη την γενετική πληροφορία του οργανισμού, οργανωμένη σε μονάδες ενός αριθμού νουκλεοτιδίων (γονίδιο)
-
Εξασφαλίζει τηνδιατήρηση και μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας από κύτταρο σε κύτταρο (πολλαπλασιασμός κυττάρων με διχοτόμηση κυττάρου και διπλασιασμό του DNA)
- Ρυθμίζονται οι λειτουργίες του οργανισμού γιατί εκφράζονται οι γενετικές πληροφορίες που είναι καταγραμένες κωδικοποιημένα σε αυτό και μέσω της κατασκευής συγκεκριμένων πρωτεινών που με την μορφή ενζύμων ή ορμονών ή νευροδιαβιβαστών ή δομικών συστατικών, ελέγχουν τα πάντα μέσα στον οργανισμό.
,και ακόμη είναι δυνατόν να τροποποιηθεί με φυσιολογικές μεταλλάξεις πράγμα που συντελεί στην εξέλιξη των ειδών.
Το γνωστό μας DNA στον πυρήνα των σωματκών κυττάρων των ανώτερων ευκαριωτικών οργανισμών υπάρχει σε δυο αντίγραφα που τοποθετούνται αντικριστά και αποτελούν με την διπλή έλικα (διπλοειδείς οργανισμοί)
Υπάρχουν όμως και άλλοι κατώτεροι προκαρυωτικοί οργανισμοί που η καταγραφή της πληροφορίας έγινε μια φορά και έχουν μονόκλωνο DNA .
Μονόκλωνο DNA συνανντούμε επίσης και στα γεννετικά κύτταρα (γαμέτες) των ανώτερων ευκαριωτικών οργανισμών ώστε από δυο γαμέτες (αρσενικό και θηλυκό) να σχηματιστεί το πρώτο σωματικό κύτταρο με το δίκλωνο DNA
(σελ 21) Κάποιους τύπους του DNA συναντάμε παράλληλα και σε ορισμένα οργανίδια, όπως τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες, κατάλοιπα μιας αρχαίας εποχής όπου η φύση προσπαθούσε να κατασκευάσει το πλήρες κύτταρο όπως το ξέρουμε σήμερα στα ευκαρυωτικά, ενώνοντας τις διάφορες μικρότερες και ατελέστερες κατασκευές που προυπήρχαν τότε, σαν τα ελεύθερα σωματίδια σε μια πληρέστερη όπως είναι το κύτταρο. Αυτά είναι ημιαυτόνομα και οι πρωτείνες που κωδικοποιούν είναι ορισμένες όσες χρειάζεται το οργανίδιο για την λειτουργία του (οξειδωτική φωσφορυλίωση για το μιτοχόνδριο, φωτοσύνθεση για τους χλωροπλάστες. Οι υπόλοιπες κωδικοποιούνται από τον πυρήνα του κυττάρου
(σελ 18) Το γενετικό DNA πολλών προκαρυωτικών οργανισμών παίρνει μορφή κυκλική και στην συνέχεια διπλώνεται και "πακετάρεται" με την βοήθεια πρωτεινών και το μήκος του υποχιλιαπλασιάζεται.
Σε πολλά βακτήρια εκτός από το κύριο κυκλικό DNA συναντάμε και άλλα μικρότερα κυκλικά μόρια DNA που τα ονομάζουμε πλασμίδια. Τα πλασμίδια έχουν μεγάλη ευελξία στην ανταλλαγή στοιχείων από το γενετικό υλικό του ενός βακτηρίου σε ένα άλλο . Λογικό βέβαια γιατί στα αρχικά βήματα της εξέλιξης της ζωής όλα έπρεπε να επικοινωνήσουν με στόχο την ανταλλαγή πληροφορίας και την εξέλιξη.
Σήμερα τα πλασμίδια αυτά έχουν πολύ μεγάλη σημασία για τους σημερινούς βιοτεχνολόγους, γιατί τα χρησιμοποιούν για να "περνούν" ξένα γονίδια μέσα στα βακτήρια με διάφορα οφέλη. Παράδειγμα "περνούν" με τεχνικές ένα ανθρώπινο γονίδιο για την κατασκευή μιας ανθρώπινης πρωτείνης μέσα σε ένα βακτηριο και αυτό αρχίζει να παράγει την πρωτείνη αυτή για δικό μας όφελος! Αυτό έγινε πρώτη φορά για παρασκευή της ορμόνης ινσουλίνης
Πόσο μεγάλο είναι το μόριο του DNA
(σελ 18) Το μόριο του DNA είναι εκπληκτικά μεγάλο για τον κόσμο των μορίων όπου οι διαστάσεις είναι εκατομυριοστά και δισεκατομυριοστά του μέτρου. Το μήκος του εάν ξεδιπλωθεί φτάνει τα 2 μέτρα δηλαδή περνάει από τις διαστάσεις του μικρόκοσμου σε αυτές του μακρόκοσμου. Στην πραγματικότητα όμως δεν είναι ενιαίο αλλά αποτελείται άπό πολλά γραμμικά μόρια που ο αριθμός τους είναι ένα χαρακτηριστικός του είδους του οργανισμού και λέγονται χρωμοσώματα. Ο αριθμός τους δείχνει το είδος του οργανισμού. Αν μετρήσουμε 46 χρωμοσώματα (23 ζευγάρια) πρόκειται για ανθρώπινο κύτταρο.
Είναι ενωμένα μεταξύ τους με πρωτείνες (ιστόνες)και σχηματίζουν ινίδια που λέγονται χρωματίδες. Όλο το DNA είναι πακεταρισμένο και διπλωμένο πολλές φορές ώστε οι διαστάσεις του γίνονται ελάχιστες. Όταν ξεδιπλωθουν οι χρωματίδες φαίνονται τα ινίδια που μοιάζουν με χάντρες λέγονται νουκλεοσώματα, και αποτελούν μονάδες οργάνωσης με 146 βάσεις (αδενίνη κ.λ.π.) και οκτώ μόρια πρωτείνες ιστόνες που συνδέουν
Ποια είναι η μορφή του γενετικού υλικού
(σελ20) Στην ζωή του κυττάρου, το DNA φαίνεται να έχει την ίδια εικόνα και μορφή. Όταν όμως το κύτταρο αναπτυχθεί πολύ και πρέπει να διαιρεθεί η εικόνα του, όπως φαίνεται στο μικροσκόπιο, αρχίζει να μεταβάλλεται. Αρχικά ξεδιπλώνεται όλο και πιο πολύ ώστε εμφανίζονται δίκτυα ινίδιων που ήταν τυλιγμένα. Το DNA ξετυλίγεται και διπλασιάζεται διπλασιάζονται και τα ινίδια αλλά δεν χωρίζουν και συνδέονται σε κάποιο σημείο το κεντρομερίδιο. Κάθε χρωμόσωμα έχει πια το αντίγραφό του, τα δυο αντίγραφα χρωμοσώματα λέγονται αδερφές χρωματίδες που και αυτές είναι κοντά αφού κατά διαστήματα τα διαδοχικά διπλασιασμένα ινίδια από τα οποία αποτελούνται, συνδέονται στα κεντρομερίδιά τους. Στο τέλος κάθε κυτταρικής διαίρεσης χωρίζονται, αποσυσπειρώνονται και συσπειρώνονται και οργανώνονται ξανά, στους νέους πυρήνες
Ομοιότητες και διαφορές γενετικού υλικού (DNA, RNA) και πρωτεϊνων
Είναι και τα δυο μακρομόρια που προκύπτουν από τον πολυμερισμό μικρότερων μορίων - μονάδων
Στις πρωτείνες οι μονάδες είναι τα α αμινοξέα (που έχουν την αμινομάδα (ΝΗ3) στον πρώτο άνθρακα μετά το καρβοξύλιο
(-COOH) και ενώνονται και το καρβοξύλιο του επόμενου μορίου α αμινοξέος με την αποβολή νερού σε έναν δεσμό που λέγεται πεπτιδικός
(σελ 14, 15, 16)
Στο DNA όπως και το RNA οι μονάδες τους είναι τα νουκλεοτίδια. To Το κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από 3 μέρη.
1.
Στην μέση βρίσκεται ένας υδατάνθρακας από τους μικρότερους (μονοσακχαρίτης ) κυκλικός με 5 άνθρακες, Οι υδατάνθρακες μπορεί να βρεθούν σε ευθεία αλυσίδα ή σε κυκλική. Εδώ έχουμε την κυκλική. Για το DNA o υδατάνθρακας που βρίσκεται στην μέση είναι η δεοξυριβόζη. Για το RNA που η αλυσύδα του είναι αντίστοιχη του DNA αλλά μονόκλωνη, ο υδατάνθρακας είναι η ριβόζη
(άλλοι υδατάνθρακες μονοσακχαρίτες είναι η γλυκόζη, η φρουκτόζη κ.α.) που δεν αφορούν εδώ.
2. προς το εσωτερικό της έλικας, βρίσκεται η δεύτερη από τις τρεις ενώσεις του νουκλεοτιδιου, μια ένωση (που ανήκει στις πουρίνες ή πυριμιδίνες), που αποτελείται από έναν (πυρίμιδίνες) ή δυο δακτυλίους (πουρίνες) Ο δακτύλιος είναι ετεροκυκλικός (υπάρχουν άζωτα) και θεωρείται βάση με την γενική έννοια (αζωτούχες βάσεις) Σχηματίζουν εύκολα μεταξύ τους δεσμούς υδρογόνου αν βρεθούν κοντά με τις αντοίστοιχες που ταιριάζουν χημικά
Η αδενίνη με την θυμίνη (ουρακίλη για το RNA) ενώνονται σε δυο σημεία με δυο δεσμούς υδρογόνου και η κυτοσίνη με την γουανίνη σε τρία σημεία με τρεις δεσμούς υδρογόνου
Οι δεσμοί υδρογόνου σχηματίζονται αλλά και διασπώνται εύκολα και αυτό θα βοηθήση στην συνέχεια να ένωθούν οι δυο έλικες του DNA
Στο έξω μέρος υπάρχει φωσφορικό οξύ που έχει χάσει το 1 υδρογόνο και έχει μετατραπεί σε φωσφορική ρίζα. Τα άλλα δυο υδρογόνα του φωσφορικού οξέος, χρησιμοποιούνται για να δώσουν δεσμούς με την πάνω και κάτω δεοξυριβόζη της έλικας. (φωσφοδιεστερικός δεσμός)
Αυτή η ένωση υποχρεώνει το μόριο να στρίψει και αυτό στο σύνολο δίνει την ένοια της έλικας του DNA και στο εξωτερικό μέρος με το φωσφωρικό οξύ έχουμε την υδρόφιλη περιοχή του μορίου ενώ στο εσωτερικό την υδρόφοβη
Η ευκολία με την οποία ανοίγει και κλείνει η διπλή έλικα λόγω των δεσμών υδρογόνου, την κάνει να γίνεται ¨καλούπι" για να σχηματιστούν είτε ένα άλλο μόριο DNA (διπλασιασμός) ή για να χρησιμοποιηθεί για να κατασκευαστεί συμπληρωματικό RNA
Παρατήρηση των χρωμοσωμάτων Καρυότυπος
(σελ 20)Επειδή τα χρωμοσώματα είναι χαρακτηριστικά για κάθε είδος οργανισμού και η μορφή τους μπορεί να δώσει πολλές πληροφορίες, όμως δεν φαίνονται στην διάρκεια της ζωής του κυττάρου, παρά μόνο όταν το κύτταρο διαιρείται, γίνονται στην φάση αυτή της διαίρεσης, παρατηρήσεις και φωτογραφήσεις των χρωμοσωμάτων και παίρνουμε την εικόνα όλων, ταξινομημένη κατά μέγεθος, όπως απλωνεται στην αντικειμενοφόρο πλάκα του μικροσκοπίου. Η απεικόνιση αυτή αποτελεί τον καρυότυπο.
Ένας γαμέτης (απλοειδές) αποτελείται από 6. 109 ζεύγη βάσεων. Είναι οργανωμένα σε 23 χρωμοσώματα. ¨ενα σωματικό κύτταρα αποτελείται από 23 ζευγάρια χρωμοσωμάτων και 2. 6. 109 ζεύγη βάσεων. Στα ζεύγη χρωμοσωμάτων των σωματικών κυττάρων το ένα χρωμόσωμα προέρχεται από τον πατέρα και το άλλο από την μητέρα. Τα 22 ζευγη είναι ίδια στην μορφή τους και κωδικοποιούν όλες τις πληροφορίες εκτός από τις πληροφορίες για το φύλο που βρίσκονται στο 23 χρωμόσωμα όπου τα δυο μέλη του ζεύγους είναι διαφορετικά στην μορφή μεταξύ τους. Συμβολίζεται με ΧΨ όπου το Χ είναι για το θηλυκό και το Ψ για το αρσενικό
ΠΗΓΕΣ