ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Περιβαλλοντική Βιολογία Βιομόρια – Noυκλεϊκά οξέα & Υδατάνθρακες Περιβαλλοντική Βιολογία Βιομόρια – Noυκλεϊκά οξέα & Υδατάνθρακες Εισηγητής: Γ. Καρρής (Καθηγητής Εφαρμογών) Εξάμηνο: Εαρινό (2015/16)

Δομή και λειτουργία των μεγάλων βιολογικών μορίων Υδατάνθρακες - Σάκχαρα Πρωτεΐνες Νουκλεϊκά οξέαΛι π ίδια ΜΕΓΑΛΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΜΟΡΙΑ Τα μεγάλα βιολογικά μόρια στη φύση εντάσσονται σε τέσσερις κατηγορίες Η αρχιτεκτονική ενός μακρομορίου στο χώρο μπορεί να ερμηνεύσει τον τρόπο λειτουργίας του Τα μακρομόρια είναι πολυμερή που συντίθενται από μονομερή

Νουκλεϊκά Οξέα - Δομή του DNA στο χώρο Μοντέλο διπλής έλικας του DNA ( εικόνα 1.6) Διατυπώθηκε το 1953: Αποτελέσματα ερευνητικής ομάδας δύο επιστημονικών ομάδων (Wilkins & Franklin και Watson & Crick). Τα κυριότερα σημεία του μοντέλου : Το DNA αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες που σχηματίζουν στο χώρο μία δεξιόστροφη διπλή έλικα Η διπλή έλικα έχει ένα σταθερό σκελετό που είναι υδρόφιλος, βρίσκεται στο εξωτερικό του μορίου και αποτελείται από επαναλαμβανόμενα μόρια φωσφορικής ομάδας - δεοξυριβόζης ενωμένων με φωσφοδιεστερικό δεσμό. Στο εσωτερικό του σκελετού βρίσκονται οι αζωτούχες βάσεις που είναι υδρόφοβες. Οι αζωτούχες βάσεις της μιας αλυσίδας συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου με τις βάσεις της απέναντι αλυσίδας με βάση τον κανόνα της συμπληρωματικότητας, όπου η αδενίνη συνδέεται μόνο με θυμίνη και η γουανίνη μόνο με κυτοσίνη. Οι δεσμοί αυτοί σταθεροποιούν τη δευτεροταγή δομή του μορίου του DNA Ανάμεσα σε αδενίνη και θυμίνη σχηματίζονται δύο δεσμοί υδρογόνου, ενώ ανάμεσα στη γουανίνη και τη κυτοσίνη τρεις. Οι δύο αλυσίδες του DNA είναι συμπληρωματικές γεγονός που έχει μεγάλη σημασία για τον αυτοδιπλασιασμό του, μια ιδιότητα που καθιστά το DNA το ιδανικό μόριο για τη διατήρηση και μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας. Οι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες δηλαδή το 3 ΄άκρο της μιας είναι απέναντι από το 5 ΄άκρο της άλλης.

Λειτουργίες του γενετικού υλικού Όλοι οι οργανισμοί στο ζωικό και φυτικό βασίλειο έχουν ως γενετικό τους υλικό DNA εκτός από τους ιούς όπου το γενετικό τους υλικό μπορεί να είναι είτε DNA (DNA ιοί ) είτε RNA (RNA ιοί ). Συνοπτικά οι λειτουργίες του γενετικού υλικού είναι : Αποθήκευση της γενετικής πληροφορίας. Στο DNA ή στο RNA των RNA ιών, περιέχονται όλες οι πληροφορίες που καθορίζουν τα κληρονομικά χαρακτηριστικά ενός οργανισμού. Οι πληροφορίες αυτές οργανώνονται σε λειτουργικές μονάδες, τα γονίδια. Μεταβίβαση της γενετική πληροφορίας από ένα κύτταρο στα θυγατρικά του και από έναν οργανισμό στους απογόνους του, χάρης την ιδιότητα του να αυτοδιπλασιάζεται. Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται η διατήρηση της γενετικής πληροφορίας από γενιά σε γενιά. Έκφραση της γενετική πληροφορίας με την έννοια ότι καθοδηγεί τη διαμόρφωση των κληρονομικών χαρακτηριστικών κάθε οργανισμού. Αυτό επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας τη σύνθεση των πρωτεϊνών που συνιστούν τα μοριακά εργαλεία του κυττάρου. Μέσω αυτών ελέγχει τα χαρακτηριστικά του κυττάρου και κατ ’ επέκταση του οργανισμού.

Ορισμοί Γονιδίωμα : Το γενετικό υλικό ενός κυττάρου. Ο όρος αυτός αναφέρεται στο γενετικό υλικό που βρίσκεται στον πυρήνα και όχι σε αυτό που στα ευκαρυωτικά κύτταρα κατανέμεται σε μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες Απλοειδή κύτταρα : Τα κύτταρα στα οποία το γονιδίωμα υπάρχει σε ένα μόνο αντίγραφο, όπως είναι τα προκαρυωτκά κύτταρα και οι γαμέτες των διπλοειδών οργανισμών. Διπλοειδή κύτταρα : Τα κύτταρα στα οποία το γονιδίωμα υπάρχει σε δύο αντίγραφα, όπως είναι τα σωματικά κύτταρα των ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών Μήκος ή αλληλουχία νουκλεϊκού οξέος : Εννοούμε τον αριθμό και την αλληλουχία βάσεων των νουκλεοτιδίων αντίστοιχα αφού το μόνο τμήμα του νουκλεοτιδίου που αλλάζει είναι η αζωτούχος βάση.

Το γενετικό υλικό των προκαρυωτικών κυττάρων Το γενετικό υλικό των προκαρυωτικών κυττάρων : Αποτελείται από ένα δίκλωνο, κυκλικό μόριο DNA μήκους περίπου 1 mm. Αναδιπλώνεται και πακετάρεται με τη βοήθεια πρωτεϊνών με αποτέλεσμα το τελικό μήκος του στο κύτταρο να φτάνει το 1 μ m. Σε κάποια βακτήρια υπάρχει και επιπλέον γενετικό υλικό με τη μορφή των πλασμιδίων. Τα πλασμίδια είναι δίκλωνα κυκλικά μόρια DNA με διάφορα μεγέθη, τα οποία περιέχουν μικρό ποσοστό της γενετικής πληροφορίας και αποτελούν το 1-2% του βακτηριακού DNA. Στα πλασμίδια ( τα οποία μπορούν να μεταφέρονται από ένα βακτηριακό κύτταρο σε κάποιο άλλο ) εντοπίζονται γονίδια ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά καθώς και γονίδια που σχετίζονται με τη μεταφορά γενετικού υλικού από ένα βακτήριο σε άλλο. Οι ιδιότητες αυτές των πλασμιδίων τα κάνουν πολύ χρήσιμα εργαλεία στις τεχνικές της Γενετικής Μηχανικής αφού μπορούν παράλληλα να μετασχηματίσουν ένα βακτήριο στο οποίο θα εισέλθουν προσδίδοντας του νέες ιδιότητες

Το γενετικό υλικό των ευκαρυωτικών κυττάρων και η πολύπλοκη οργάνωση του Στα ευκαρυωτικά κύτταρα η συντριπτικά μεγαλύτερη ποσότητα του γενετικού τους υλικού εντοπίζεται στον πυρήνα, συνίσταται δε από πολλά δίκλωνα γραμμικά μόρια DNA, των οποίων ο αριθμός και το μήκος ποικίλλει και είναι χαρακτηριστικός για το κάθε είδος οργανισμού. Γενικά πάντως, τα ευκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν σαφώς πολύ περισσότερο DNA από τα προκαρυωτικά. Πιο ειδικά : Τα μόρια του DNA πακετάρονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν τα ινίδια χρωματίνης. Το συνολικό DNA σε κάθε διπλοειδές κύτταρο του ανθρώπου έχει μήκος περίπου 2m αλλά συσπειρώνεται σε πολύ μεγάλο βαθμό έτσι ώστε να χωρά τελικά στον πυρήνα ο οποίος έχει διάμετρο γύρω στα δέκα εκατομμυριοστά του μέτρου Τα μόρια χρωματίνης μοιάζουν με κομπολόγια από χάντρες, με κάθε χάντρα να αποτελεί ένα νουκλεόσωμα. Το νουκλεόσωμα αποτελεί τη βασική μονάδα οργάνωσης της χρωματίνης. Αποτελείται από DNA μήκους 146 ζευγών βάσεων και από οκτώ μόρια πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες. Στα νουκλεοσώματα το DNA είναι τυλιγμένο γύρω από το οκταμερές των ιστονών. Η αναδίπλωση των νουκλεοσωμάτων ( στην οποία συμμετέχουν διάφορα είδη πρωτεϊνών ) έχει ως αποτέλεσμα το DNA να πακετάρεται σε μεγαλύτερο βαθμό σχηματίζοντας τελικά τα ινίδια της χρωματίνης.

Υδατάνθρακες - Πολυσακχαρίτες

Μονοσακχαρίτες

Γλυκόζη & Δισακχαρίτες

Πολυσκχαρίτες

Αποθηκευτικοί πολυσακχαρίτες

Είδη πολυσακχαριτών

Δομικοί πολυσακχαρίτες Ι

Δομικοί πολυσακχαρίτες ΙΙ