Κ.2 :Αντιγραφη Flashcards
(15 cards)
Πως χαρακτηρίζεται ο μηχανισμός της αντιγραφής και γιατί ;
Η συμπληρωματικότητα των βάσεων του DNA ώθησε τους Watson και Crick , όταν περιέγραφαν το μοντέλο τους για τη δομή του γενετικού υλικού το 1953 να γράψουν : είναι φανερό ότι το ειδικό ζευγάρωμα που έχουμε υποθέσει ότι δημιουργείται μεταξύ των βάσεων του DNA προτείνει ένα απλό μηχανισμό αντιγραφής του γενετικού υλικού . Οι Watson και Crick φαντάστηκαν μια διπλή έλικα η οποία ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα λειτουργεί σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας νέας συμπληρωματικής αλυσίδας . Έτσι τα δυο θυγατρικά μόρια που προκύπτουν είναι πανομοιότυπα με το μητρικό και καθένα αποτελείται από μια παλιά και μια καινούρια αλυσίδα . Ο μηχανισμός αυτός ονομάστηκε ημισυντηρητικός .
Που μελετήθηκε ο μηχανισμός της αντιγραφής Και γιατί ;
Ο μηχανισμός της αντιγραφής έχει μελετηθεί πολύ περισσότερο στα προκαρυωτικά κύτταρα και κυρίως στο βακτήριο Escherichia coli ,γιατί το DNA τους είναι μικρότερο και απλούστερα οργανωμένο από το DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων . Όμως τα βασικά στάδια του μηχανισμού της αντιγραφής παρουσιάζουν σημαντικές ομοιότητες και στα δυο είδη κυττάρων .
Ποιες είναι οι διάφορες προκαρυωτικων και ευκαρυωτικών κυττάρων στο μηχανισμό της αντιγραφής ;
Η αντιγραφή του DNA αρχίζει από καθορισμένα σημεία , που ονομάζονται θέσεις έναρξης της αντιγραφής . Το βακτηριακο DNA ,που είναι κυκλικό , έχει μία μόνο θέση έναρξης της αντιγραφής και αντιγράφεται κάτω από ευνοϊκές συνθήκες σε λιγότερο από 30 λεπτά . Στα ευκαρυωτικα κύτταρα , πριν την αντιγραφή το DNA κάθε χρωμοσώματος είναι ένα μακρύ , γραμμικό μόριο , το οποίο έχει πολυάριθμες θέσεις έναρξης της αντιγραφής . Έτσι το DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων αντιγράφεται ταυτόχρονα από εκατοντάδες σημεία σε όλο το μήκος του και στη συνέχεια τα τμήματα που δημιουργούνται ενώνονται μεταξύ τους . Με τον τρόπο αυτό το DNA των ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών , παρότι είναι περίπου 1000 φορές μεγαλύτερο από των προκαρυωτικων , αντιγράφεται πολύ γρήγορα .
Διαδικασία αντιγραφής
Για να αρχίσει η αντιγραφή του DNA ,είναι απαραίτητο να ξετυλιχτούν στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής οι δυο αλυσίδες . Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων ,που σπάζουν τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των δυο αλυσίδων . Τα ένζυμα αυτά ονομάζονται DNA ελικάσες . Όταν ανοίξει η διπλή έλικα δημιουργείται μια θηλιά ,η οποία αυξάνεται και προς τις δυο κατευθύνσεις . Οι θηλιές που δημιουργούνται κατά την έναρξη της αντιγραφής σε ένα μόριο DNA είναι ορατές με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο .Τα κυρία ένζυμα που συμμετέχουν στην αντιγραφή του DNA ονομάζονται DNA πολυμερασες . Επειδή τα ένζυμα αυτά δεν έχουν την ικανότητα να αρχίσουν την αντιγραφή , διότι χρειάζονται ελεύθερο το 3’άκρο ώστε να μεταφέρουν νουκλεοτίδια με κατεύθυνση 5’-3’ και να τα συνδέσουν με 3’5’φωσφοδιεστερικο δεσμό , το κύτταρο έχει ένα ειδικό σύμπλοκο που αποτελείται από πολλά ένζυμα ,το πριμόσωμα ,το οποίο συνθέτει στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής μικρά τμήματα RNA ,τα οποία ονομάζονται πρωταρχικά τμήματα .
DNA πολυμεράσες επιμηκύνουν τα πρωταρχικά τμήματα ,τοποθετώντας συμπληρωματικά δεοξυριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις μητρικές αλυσίδες του DNA . Τα νέα μόρια DNA αρχίζουν να σχηματίζονται ,καθώς δημιουργούνται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών αζωτούχων βάσεων των δεοξυριβονουκλεοτιδίων .DNA πολυμεράσες επιδιορθώνουν επίσης λάθη που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της αντιγραφής . Μπορούν δηλαδή να βλέπουν και να απομακρύνουν Νουκλεοτίδια που οι ίδιες τοποθετούν κατά παράβαση του κανόνα της συμπληρωματικότητας και να τοποθετούν τα σωστά .Ταυτόχρονα DNA πολυμεράσες απομακρύνουν τα πρωταρχικά τμήματα RNA και τα αντικαθιστούν με τμήματα DNA . Οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3’ άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας . Έτσι ,λέμε ότι η αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5’προς 3’ . Κάθε νεοσυντιθέμενη αλυσίδα θα έχει προσανατολισμό 5’-3’ .Έτσι σε κάθε διπλή έλικα που παράγεται οι δυο αλυσίδες θα είναι αντιπαράλληλες . Για να ακολουθηθεί αυτός ο κανόνας σε κάθε τμήμα DNA που γίνεται η αντιγραφή , η σύνθεση του DNA είναι συνεχής στη μια αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη . Τα κομμάτια της συνεχούς αλυσίδας συνδέονται μεταξύ τους με τη βοήθεια ενος ενζύμου ονομάζεται DNA δεσμάση . Το ίδιο ένζυμο συνδέει όλα τα κομμάτια που προκύπτουν από τις διάφορες θέσεις έναρξης της αντιγραφής ( αυτό γίνεται μόνο στους ευκαρυωτικους ) Το κύτταρο ελέγχει αν η αλληλουχία βάσεων του DNA είναι σωστή . Η αντιγραφή του DNA είναι απίστευτα ακριβής , μόνο ένα νουκλεοτιδιο στα 100.000 μπορεί να ενσωματωθεί λάθος . Τα λάθη που δεν επιδιορθώνονται από τις DNA πολυμεράσες, επιδιορθώνονται σε μεγάλο ποσοστό από ειδικά επιδιορθωτικά ένζυμα . Έτσι ο αριθμός των λαθών περιορίζεται στους ευκαρυωτικους οργανισμός στο ένα στα 10^10
Κεντρικό δόγμα βιολογίας κατά Crick
Το DNA ενός οργανισμού είναι ο μοριακός σκληρος δισκος που περιέχει αποθηκευμένες ακριβείς οδηγίες ,οι οποίες καθορίζουν τη δομή και τη λειτουργία του οργανισμού . Ταυτόχρονα περιέχει την πληροφορία για τον αυτοδιπλασιασμό του ,εξασφαλίζοντας έτσι τη μεταβίβαση των γενετικών πληροφοριών από ένα κύτταρο στα θυγατρικά του και απο έναν οργανισμό στους απογόνους του .
Το πρώτο βήμα για την έκφραση της πληροφορίας που υπάρχει στο DNA είναι η μεταφορά της στο RNA με τη διαδικασία της μεταγραφής . Στη συνέχεια το RNA ,με μια διαδικασία που ονομάζεται μετάφραση , μεταφέρει τη πληροφορία στις πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για τη δομή και τη λειτουργία των κυττάρων και κατ’επεκταση των οργανισμών . Η σχέση αυτή φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα όπου τα βέλη δείχνουν την κατεύθυνση της μεταφοράς της γενετικής πληροφορίας
Το σχήμα αυτό αποτελεί το κεντρικό δόγμα της μοριακής Βιολογίας όπως ονομάστηκε από τον F.Crick (1958)
Γονιδια
Είναι τα τμήματα του DNA στα οποία υπάρχει η πληροφορία ,με συγκεκριμένη ακολουθία .Αυτά δια μέσου της μεταγραφής και της μετάφρασης καθορίζουν την σειρά των αμινοξέων στην πρωτεΐνη .
Γονιδιακή έκφραση
Οι πορείες της μεταγραφής και της μετάφρασης των γονιδίων
Πως διαμορφώθηκε το σύγχρονο δόγμα της βιολογίας ;
Για αρκετό καιρό οι ερευνητές πίστευαν ότι όλη η ροή της γενετικής πληροφορίας γινόταν προς τη μία μόνο κατεύθυνση δηλαδή ότι το DNA μεταγραφόταν σε RNA . Σήμερα είναι γνωστό ότι μερικοί ιοί έχουν RNA ως γενετικό υλικό .Ένα ένζυμο που υπάρχει στους ίδιους τους ιούς , η αντίστροφη μεταγραφάση ,χρησιμοποιεί ως καλούπι το RNA για να συνθέσει DNA .Επιπλέον σε ορισμένους ιούς το RNA έχει την ικανότητα να αυτοδιπλασιαζεται .
Το κεντρικό δόγμα σήμερα
Συνοψίζοντας ,διαπιστώνουμε ότι η αντιγραφή του DNA διαιωνίζει τη γενετική πληροφορία , ενώ η μετάφραση χρησιμοποιεί αυτή την πληροφορία ,για να κατασκευάσει ένα πολυπεπτίδιο . Η μετάφραση καθορίζει ποια γονίδια θα εκφραστούν ,σε ποιους ιστούς( στους πολυκύτταρους ευκαρυωτικούς οργανισμούς) και σε ποια στάδια της ανάπτυξης.
Ποια είναι τα είδη των γονιδίων
Όλα τα Κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού έχουν το ίδιο DNA . Σε κάθε ομάδα κυττάρων εκφράζονται διαφορετικά γονίδια .Για παράδειγμα στα πρόδρομα Ερυθροκύτταρα εκφράζονται κυρίως τα γονίδια των αιμοσφαιρινών, ενώ στα Β λεμφοκύτταρα τα γονίδια των αντισωμάτων τα γονίδια διακρίνονται σε δύο κατηγορίες :
-Στα γονίδια που μεταγράφονται σε mRNA και μεταφράζονται στη συνέχεια σε πρωτείνες και
- Στα γονίδια που μετά γράφονται και παράγουν tRNA ,rRNA και snRNA
Το απλοειδες γονιδίωμα έχει μήκος 3χ10^9 ζεύγη βάσεων . Από αυτό μικρο ποσοστό μεταγράφεται σε RNA ,δηλαδή αποτελεί τα γονίδια .
Ποια είδη RNA υπάρχουν ;
1) RNA που παράγεται με μεταγραφή (rRNA ,tRNA ,mRNA ,SnRNA
2) RNA πρωταρχικών τμημάτων
3) RNA γενετικό υλικό ιών
Ποια είναι τα είδη RNA που παράγονται με τη μεταγραφή ;
Υπάρχουν τέσσερα είδη μορίων RNA που παράγονται με την μεταγραφή το αγγελιοφόρο RNA (mRNA) το μεταφορικό RNA (tRNA ) , το ριβοσωμικό RNA ( rRNA ) το μικρό πυρηνικό RNA ( snRNA)
Τα τρία πρώτα είδη υπάρχουν τόσο στους ευκαρυωτικους όσο και στους προκαρυωτικους , αλλά το τέταρτο υπάρχει μόνο στους ευκαρυωτικους .
mRNA
Είναι το αγγελιοφόρο RNA . Τα μόρια αυτά μεταφέρουν την πληροφορία του DNA για την παραγωγή μια πολυπεπτιδικης αλυσίδας .
rRNA
Ριβοσωμικο RNA (rRNA ) .Τα μόρια αυτά συνδέονται συνδέονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν το ριβοσωμα ,ένα <> απαραιτητο για την πραγματοποίηση της πρωτεινοσυνθεσης .
tRNA
Μεταφορικό RNA .Κάθε μεταφορικό RNA συνδέεται με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ και το μεταφέρει στη θέση της πρωτεινοσυνθεσης .
snRNA
Μικρο πυρηνικό RNA . Είναι μικρά μόρια RNA τα οποία συνδέονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν μικρά ριβονουκλεοπρωτεινικα σωματίδια . Τα σωματίδια αυτά καταλύουν την <> του mRNA μια διαδικασία που γίνεται μόνο στους ευκαρυωτικους οργανισμούς .
