Βιολογία Θετικής κατεύθυνσης Γ τάξης Ενιαίου Λυκείου Κεφ. 1 κεφ. 2 .Το γενετικό υλικό. Αντιγραφή, έκφραση και ρύθμιση της γενετικής πληροφορίας
Τι θα πρέπει να καταλάβουμε από το βιβλίο της Βιολογίας θετικής Κατεύθυνσης Γ τάξης Ενιαίου Λυκείου. Μια προσπάθεια να τονίστουν τα βασικά σημεία του μαθήματος με στόχο την κατανόησή του
από την Δήμητρα Σπανού χημικό, καθηγήτρια Δευτεροβάθμιας Εκ/σης 1ου Γυμνασίου Δάφνης
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 ιδέα για τα θέματα που αναφέρονται στο βιβλίο αυτό.
Ίσως και πριν ακόμα ξεκινήσει τον αγώνα των Πανελληνίων για να καταλάβει γενικά την ύλη που πρέπει να διαβάσει.
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 «Το γενετικό υλικό»
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). Πρότειναν το μοντέλο της τρισδιάστατης δομής του DNA
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). Έχουν επίσης και RNA που μεταφέρει τις πληροφορίες κωδικοποιημένα τις πληροφορίες και συντελεί στην κατασκευή πρωτεινών
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 22) Γενετικό υλικό των ιών
Υπάρχουν όμως και άλλοι κατώτεροι προκαρυωτικοί οργανισμοί που η καταγραφή της πληροφορίας έγινε μια φορά και έχουν μονόκλωνο DNA . Οι ιοί έχουν είτε μονόκλωνο DNA ήδίκλωνο κυκλικό ή γραμμικά. Το RNA τους είναι συνήθως γραμμικό. Αλλά δεν έχουν ποτέ και από τα δυο και για αυτό παρασιτούν.
(σελ 21)Μιτοχονδριακό DNA και χλωροπλαστων
Κάποιους τύπους του DNA συναντάμε παράλληλα και σε ορισμένα οργανίδια, όπως τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες, που θεωρούνται διάφορες μικρότερες και ατελέστερες κατασκευές που προυπήρχαν σε μια αρχαία εποχή , σαν τα ελεύθερα σωματίδια
Θεωρείται πως πολύ παλιά, η φύση προσπαθούσε να κατασκευάσει το πλήρες κύτταρο όπως το ξέρουμε σήμερα στα ευκαρυωτικά, ενώνοντας τα ελεύθερα σωματίδια σε μια πληρέστερη μονάδα, όπως είναι το κύτταρο. Το DNA των μιτοχονδρίων και των χλωροπλαστών, είναι ημιαυτόνομα και οι πρωτείνες που κωδικοποιούν είναι ορισμένες, μόνο 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. Το μιτoχονδριακό DNA είναι κυκλικό αλλά σε ορισμένα κατώτερα πρωτοζωα γραμμικό.
(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
(σελ 18)
Πόσο μεγάλο είναι το μόριο του DNA
Το μόριο του DNA είναι εκπληκτικά μεγάλο για τον κόσμο των μορίων όπου οι διαστάσεις εκεί, 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
(σελ20)Ποια είναι η μορφή του γενετικού υλικού
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 (από τα οποία αποτελούνται τα χρωμοσώματα ), αλλά δεν χωρίζουν αμέσως 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
κάποιες σκέψεις
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 τους 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. Από την To Το κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από 3 μέρη. Ενώνονται με δυο τρόπους. από την μεριά των βάσεων με δεσμούς υδρογόνου και από την έξω υδρόφιλη πλευρά οι φωσφορικές ομάδες κάνουν δεσμούς εστερικούς, με τους κυκλικούς υδατάνθρακες (ριβόζη ή δεοξυριβόζη)
Πως είναι νουκλεοτίδια
Στην μέση βρίσκεται ένας υδατάνθρακας από τους μικρότερους (μονοσακχαρίτης ) κυκλικός με 5 άνθρακες,
(σημειώνουμε ότι 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 αλυσίδα του είναι αντίστοιχη του DNA αλλά μονόκλωνη, ο υδατάνθρακας είναι η ριβόζη
(υπάρχουν πολλοί 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
θα βοηθήσει να ξέρουμε ...
Οι δεσμοί υδρογόνου σχηματίζονται αλλά και διασπώνται εύκολα και αυτό θα βοηθήση στην συνέχεια να ένωνονται οι δυο έλικες του DNA αλλά και να διαχωρίζονται
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 στραβή συνένωση υποχρεώνει το μόριο να στρίβει και αυτό στο σύνολο δίνει την ένοια της έλικας του DNA.
Στο εξωτερικό μέρος με το φωσφορικό οξύ έχουμε την υδρόφιλη περιοχή του μορίου ενώ στο εσωτερικό με τις αζωτουχες βάσεις (αδενίνη κ.λ.π.) 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 γιατί είναι διπλωμένα, φαίνονται όμως , όταν το κύτταρο διαιρείται. Γίνονται στην φάση αυτή της διαίρεσης, παρατηρήσεις και φωτογραφήσεις των χρωμοσωμάτων και παίρνουμε την εικόνα όλων τους, ταξινομημένα κατά μέγεθος, όπως απλωνονται στην αντικειμενοφόρο πλάκα του μικροσκοπίου. Η απεικόνιση αυτή των χρωμοσωμάτων αποτελεί τον καρυότυπο.
Ένας γαμέτης (απλοειδές κύτταρο ευκαριωτικών οργανισμών) αποτελείται από 6. 109 ζεύγη βάσεων. Είναι οργανωμένα σε 23 χρωμοσώματα. Ένα 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
Κεφάλαιο 2 «Αντιγραφή, έκφραση και ρύθμιση της γενετικής πληροφορίας».
Αντιγραφή του DNA
Η αντιγραφή της γενετικής πληροφορίας στο σύνολό της συμβαίνει όταν το DNA διπλασιάζεται που συμβαίνει, όταν το κύτταρο πρόκειται να διαιρεθεί και να δώσει δυο νέα κύτταρα.
Οι δυο πλευρές της έλικας του DNA δεν είναι ίδιες αλλά συμπληρωματικές δηλαδή η κάθε βάση στην μια έλικα συνδέεται στην απέναντι με την συμπληρωματική της ( η αδενίνη με την θυμίνη, και η κυτοσίνη με την γουανίνη). Έτσι όταν ξέρουμε την μια έλικα ξέρουμε ταυτόχρονα τι μορφή έχει η άλλη. Ο διπλασιασμός και η αντιγραφή του γενετικού υλικού βασίζεται ακριβώς πάνω σε αυτό . Αν αντιγράψεις την κάθε μια από τις δυο έλικες θα πάρεις δυο πλήρη δίκλωνα μόρια DNA.
(σελ 27-28)
H αντιγραφή του DNA γίνεται μέσα στον πυρήνα αφού αυτό πρώτα ξετυλιχτεί και στην συνέχεια αρχίσει να ανοίγει σε συγκεκριμένα σημεία, στα οποία σπάνε οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών βάσεων που είναι αντικρυστά, με την βοήθεια ειδικών ενζύμων που ονομάζονται DNA ελικάσες
Τα σημεία που ξεκινάει η αντιγραφή, είναι συγκεκριμένα και ονομάζονται σημεία έναρξης. Ενώ στο κυκλικό DNA των βακτηρίων έχουμς ένα σημείο έναρξης και στο DNA των ευκαριωτικών, η διαδικασία της αντιγραφής ξεκινά ταυτόχρονα σε πολλά σημεία άρα δημιουργούνται πολλά κομμάτια από το αντίγραφο, που ενώνονται στην συνέχεια.
Στα σημεία που ανοίγει το DNA και αντιγράφεται δημιουργούνται σχηματισμοί που μοιάζουν με θηλιές
Η αντιγραφή δεν γίνεται με τον ίδιο τρόπο στα δυο σκέλη της έλικας
(σελ 30)α. Ξεκινά από αντίθετες πλευρές της θηλιάς με αντίθετη φορά (υποθέση δική μου:Μήπως αυτό βοηθάει να μην συνοστίζονται τα νουκλεοτίδια και των δυο ελίκων στο σημείο αντιγραφής;)
β. Στην μία έλικα έχουμε συνεχόμενη αντιγραφή, στην άλλη κομματιαστή αντιγραφή
Στα σημεία έναρξης της αντιγραφής το κύτταρο τοποθετεί ειδικά σύμπλοκα που αποτελούνται από πολλά ένζυμα και λέγονται πριμοσώματα
Ο λόγος είναι , γιατί τα άλλα ένζυμα που συμετέχουν και δημιουργούν το αντίγραφο απέναντι στις ανοιγμένες έλικες και λέγονται DNA πολυμεράσες δεν μπορούν να ξεκινήσουν την αντιγραφή χωρίς τα πριμοσώματα.
Αυτό που κάνουν τα πριμοσώματα είναι να τοποθετούν μικρά κομμάτια RNA στα σημεία έναρξης
συμπληρωματικά. Aπό εκεί και μετά οι DNA πολυμεράσες κάνουν την δουλειά τους, μεταφέροντας δεοξυριβονουκλεοτίδια , τοποθετώντας τα απέναντι από την μητρική αλυσίδα ταιριάζοντας τις συμπληρωματικές βάσεις και δημιουργώντας την συμπληρωματική αλυσίδα.
Αν έχουν τοποθετηθεί λάθος δεοξυριβονουκλεοτίδια, οι ίδιες πολυμεράσες διορθώνουν τα εντοπίζουν και τα αφαιρούν και αντικαταστούν με τα σωστά. Ακόμα αφαιρούν στο τέλος του πολυμερισμού το αρχικό κομμάτι του RNA που τοποθετήθηκε για να ξεκινήσει η αντιγραφή και το αντικαθιστούν με αντίστοιχο DNA
Εκφραση της γενετικής πληροφορίας
Η έξοδος ενός μέρους από τις πληροφορίας που είναι κωδικοποιημένες στο πυρηνικό DNA γίνεται με την κατασκευή ενός άλλου νουκλεινικού μορίου του μονόκλωνου RNA
Αυτές οι πληροφορίες αντιγράφονται με την γλώσσα της βιολογικής χημείας αρχικά δημιουργώντας ένα μόριο του άλλου νουκλεινικού οξέος το RNA.
Αυτό και θα επιτελέσει τον ρόλο του ανάλογα με το είδος του
(sel 31)Είδη του RNA
Από τα γονίδια του DNA δεν κατασκευάζεται μόνο το mRNA που θα φύγει από τον πυρήνα και αποτελέσει την "πατέντα" πάνω στην οποία θα στηριχθεί το κύτταρο για να δημιουργήσει τις πρωτείνες του στο κυτταρόπλασμα και τα ριβοσώματα.
θα μεταφέρει την πληροφορία κατασκευής πεπτιδικής αλυσίδας των πρωτεινών αλλά και άλλα είδη του RNA: το μεταφορικό RNA (tRNA) που θα φύγει από τον πυρήνα, και θα μεταφέρει συγκεκριμένα αμινοξέα στην θέση της δημιουργίας πρωτείνων, το ριβοσωματικό RNA (rRNA) που θα φύγει από τον πυρήνα, για να κατασκευάσει τα ριβοσώματα χρησιμοποιόντας πρωτείνες
και το μικρό πυρηνικό RNA (snRNA) που μέσα στον πυρήνα βοηθούν στην τελειοποίηση του mRNA
Η αντιγραφή και δημιουργία mRNA γίνεται κατά αντίστοιχο τρόπο με τον διπλασιασμό DNA,
συγκεκριμένα
(σελ 31-32) Ροή της πληροφορίας, Μεταγραφή του DNA
Ο μηχανισμός είναι ίδιος για προκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς οργανισμούς
Eδώ αντιγράφεται ένα κομμάτι της μιας από τις δυο έλικες του DNA που ονομάζεται μη κωδική. Το συμπληρωματικό του που δεν αντιγράφεται ονομάζεται κωδικό
Το τμήμα της μη κωδικής που αντιγράφεται λέγεται γονίδιο
Η αντιγραφή γίνεται με την βοήθεια του ενζύμου RNA πολυμεράσης.με συγκεκριμένη ακολουθεία.
H RNA πολυμεράσηςΙΙ προσδένεται σε ειδικές περιοχές του DNA που ονομάζονται υποκινητές με την βοήθεια πρωτεινών που βρίσκονται στην αρχή κάθε γονιδίου , ρυθμίζουν την μεταγραφή και επιτρέπουν στην RNA πολυμεράσηΙΙ να αρχίσει σωστά την μεταγραφή. Η RNA πολυμεράσηΙΙ προσδένεται στον υποκινητή και προκαλεί τοπικό ξετύλιγμα της έλικας 
Τοποθετεί τα νουκλεοτίδια απέναντι στα αντίστοιχα δεοξυριβονουκλεοτίδια με αντιστοίχιση (απέναντι στην αδενίνη έρχεται η θυμίνη για το RNA και απέναντι στην κυτοσίνη έρχεται η ουρακίλη)
Συνδέει τα νουκλεοτίδια που τοποθετούνται το ένα κοντά στο άλλο με φωσφοδιεστερικούς δεσμούς μεταξύ φωσφορικού οξέος και ριβόζης και έτσι κατασκευάζεται το mRNA
Στην λήξη του γονιδίου υπάρχουν αλληλουχίες βάσεων λήξης της μεταγραφής
Το mRNA πάνω στο οποίο μεταγράφεται το γονίδιο με την μέθοδο της αντιστοίχισης των βάσεων διαχωρίζεται από το τμήμα της
έλικας DNA του μόλις ολοκληρωθεί η αντιγραφή
Όλες οι αλληλουχίες των βάσεων του DNA δεν αποτελούν γονίδια Αυτές που αποτελούν γονίδια και μεταγράφονται έξω από τον πυρήνα ονομάζονται εξώνια. Άλλες περιοχές δεν μεταγράφονται και ονομάζονται εσώνια
Στους ευκαρυωτικούς όμως πάνω στο mRNA υπάρχουν περιοχές βάσεων που δεν κωδικοποιούν αμινιξέα και δεν συμπεριλαμβάνονται στο γονίδιο που θα χρησιμοποιηθεί για σύνθεση πρωτεινης. Τότε έχουμε αρχικά το πρόδρομο mRNA
Πρέπει να απομακρυνθούν και αυτή η απομάκρυνσή τους ώστε να μείνει καθαρό το γονίδιο λέγεται ωρίμανση του γονίδιου
και απαιτεί κάποιο χρόνο και δίνει το mRNA
Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς το mRNA είναι εντάξει ώστε να ξεκινήσει η κατασκευή πρωτεινών (με εφαρμογή του γενετικού κώδικα ) άμεσα
Το mRNA, μετάΠερνά την πυρηνική μεμβράνη και βγαίνει στο κυτταρόπλασμα και κατευθύνεται προς τα ριβοσώματα
για να ξεκινήσει την πρωτεινοσύνθεση
4. Τα δυο χωρισμένα τμήματα από την έλικα του DNA που πάνω στο ένα βρίσκοταν το γονίδιο που αντιγράφηκε ενώνονται πάλι μέσα στον πυρήνα.
Έτσι τα τμήματα του DNA που αποτελούν γονίδια θα εκφραστούν με την μορφή των πρωτεινών.
Οι πορείες αυτές της μεταγραφής και της μετάφρασης των γονιδίων αποτελούν την γονιδιακή έκφραση
Η κατασκευή των πρωτεινών στα ριβοσώματα είναι μετάφραση του mRNA
(που έρχεται από τον πυρήνα) και γίνεται μέσω του γενετικού κώδικα
( σελ 34-35)Τι είναι γενετικός κώδικας;
Ο τρόπος που η πληροφορία που είναι δοσμένη στο mRNA , με την συγκεκριμένη αλληλουχία πυρηνικών βάσεων, πρέπει να δώσει μια συγκεκριμένη πρωτείνη. Έτσι η φύση έδωσε τον θαυμαστό γενετικό κώδικα κατά τον οποίο οι βάσεις του mRNA αντιστοιχούν με τα αμινοξέα από τα οποία φτιάχνονται οι πρωτείνες. Εδώ όμως έχουμε και τους αριθμούς που πρέπει να ταιριάζουν. 4 είναι οι βάσεις (Α, T, C, G) και 20 τα αμινοξέα που χρησιμοποιεί ο ανθρώπινος οργανισμός. Για να δώσουν οι βάσεις συνδυασμούς που να επαρκούν για την αντιστοίχιση με τα αμινοξέα πρέπει να συνδυαστούν ανά τρεις. (Ανα δύο έχουμε 16 συνδυασμούς που δεν φτάνουν ) Ανά τρεις βάσεις άρα τρία νουκλεοτίδια (τριπλέτα)στη όμως έχουμε 64 συνδυασμούς (τριπλέτες) δηλαδή περισσότερους Έτσι σε 18 από τις 20 περιπτώσεις αμινοξέων, περισσότερες από μια τριπλέτες κωδικοποιούν ένα αμινοξύ και γι αυτό ο κώδικας χαρακτηρίζεται εκφυλισμένος.
Αυτή η αντιστοίχιση αποτελεί τον γενετικό κώδικα
Ο γενετικός κώδικας είναι συνεχής (δεν παραλείπεται κανένα νουκλεοτίδιο), είναι σχεδόν καθολικός γιατί όλοι οι οργανισμοί φυτά, ζώα, βακτήρια, τον ακολουθούν και ίδιο mRNA φτιάχνει ίδια πρωτείνη, (εφαρμογές στην βιοτεχνολογία όπου βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν εργοστάσια παραγωγής ανθρώπινων πρωτεινών).
Μετάφραση του mRNA πρωτεινοσύνθεση
Κάθε ριβόσωμα έχει δυο υπομονάδες, μια μικρή που έχει μια θέση για το mRNA και μια μεγάλη που έχει 2 θέσεις πρόσδεσης για το tRNA . Ο ρόλος του tRNA είναι να μεταφέρει τα σωστά αμινοξέα από το κυτταρόπλασμα στα μιτοχόνδρια , στο σημείο της σύνθεσης που πολυπεπτίδιου και να φροντίζει να συνδεθούν στην συνέχεια.
Tα tRNA δημιουργούνται στον πυρήνα με μεταγραφή του DNA με την βοήθεια της πολυμεράσης ΙΙΙ.
Κάθε μόριο tRNA , από την μια πλευρά του έχει τριπλέτες νουκλεοτιδίων και από την άλλη αυτές καταλήγουνσε περιοχές που μπορούν να συνδεθούν με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ (ουρά του tRNA)
Στα μιτοχόνδρια, η μετάφραση αρχίζει αφού
το mRNA προσδεθεί στο ριβόσωμα σε σημείο του ριβοσωματιακού rRNA, Tηρείται με σειρά ανά τριπλέτα, χωρίς να παραλείπονται βάσεις ή τριπλέτες. Ένα μόριο tRNA που έχει τριπλέτα βάσεων συμπληρωματική (αντικωδικόνιο) με την τριπλέτα του mRNA που μεταφράζεται εκείνη την στιγμή, (κωδικόνιο) πλησιάζει και προσδένεται στο αντίστοιχο κωδικόνιο. Στην ουρά του έχει το αμινοξύ που συνδέεται το οποίο εγκαταλείπεται εκεί και αυτό συνδέεται στη σειρά με τα άλλα όπως τοποθετούνται με την μεταγραφή. Το πρώτο όμως αμινοξύ που θα ξεκινίσει η πολυπεπτιδική αλυσίδα είναι πάντα η μεθειονίνη και δημιουργείται μια πρόσδεση στην μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος και του tRNA που μεταφέρει που λέγεται σύμπλοκο έναρξης.
Το επόμενο αμινοξύ που θα μεταφέρει το tRNA που αντιστοιχεί στην επόμενη τριπλέτα τοποθετείται δίπλα στην μεθειονίνη και συνδέεται με αυτήν με πεπτιδικό δεσμό. Κατόπιν απομακρύνεται στο κυτταρόπλασμα για να βρει και να αναπληρώσει το αμινοξύ που άφησε . Θα συνεχίσει ένα επόμενοtRNA στην επόμενη τριπλέτα (κωδικώνιο) κ.ο.κ έως ότου φτάσει η μεταγραφή σε ένα κωδικόνιο λήξης (UGA, UAG, UAA. Για αυτά δεν υπάρχει αντίστοιχο tRNA και έτσι, η πολυπεπτιδική αλυσίδα σταματά εκεί.
Δήμητρα Σπανού
ΠΗΓΕΣ
Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης Γ τάξης Ενιαίου Λυκείου
neverlickthespoongr.wordpress.com600 × 331
https://www.physicsforums.com/threads/how-is-trna-synthesised.522252/