Αντικείμενο και σημασία της Γενετικής: ΚΕΦ. 4

Αντικείμενο και σημασία της Γενετικής: Οι κληρονομικές ή γενετικές πληροφορίες είναι καταγεγραμμένες στο DNA. Η Γενετική μελετά τον τρόπο καταγραφής, έκφρασης και κληροδότησής τους.

Κύκλος ζωής του κυττάρου Κυτταρικός κύκλος ή κύκλος ζωής του κυττάρου ονομάζεται το χρονικό διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών διαιρέσεών του δηλαδή το χρονικό διάστημα από τη στιγμή της γέννησης του κυττάρου μέχρι να δώσει δικούς του απογόνους

Ο κυτταρικός κύκλος είναι συνεχής και χωρίζεται σε δύο φάσεις: Μεσόφαση Μιτωτική διαίρεση ή μίτωση

Η μεσόφαση αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του κυτταρικού κύκλου, περίπου το 90 – 95% του κυτταρικού κύκλου. Η μεσόφαση παρεμβάλλεται μεταξύ δύο διαδοχικών μιτωτικών διαιρέσεων. Κατά τη διάρκεια της μεσόφασης το κύτταρο φαίνεται να αδρανεί και ο πυρήνας του δεν εμφανίζει ηρεμία. Όμως το κύτταρο αυξάνει σε μέγεθος και προετοιμάζεται για τη διαίρεσή του. Για το λόγο αυτό αυξάνει ο ρυθμός του μεταβολισμού. Ειδικότερα το DNA διπλασιάζεται, παράγονται πρωτεΐνες συντίθενται RNA.

Η μεσόφαση διαιρείται σε τρία στάδια: Στάδιο G1 Στάδιο S Στάδιο G2

Μοριακή Γενετική

Το κεντρικό δόγμα της Βιολογίας: Το DNA λειτουργεί ως γενετικό υλικό, διότι μπορεί: Να παράγει ακριβή αντίγραφα του μεταβιβάζοντας τις γενετικές πληροφορίες από τη μια γενιά κυττάρων και οργανισμών στην άλλη Να καθορίζει τη σύνθεση των διαφόρων RNA και έτσι των πρωτεϊνών που εξυπηρετούν δομικά και λειτουργικά το κύτταρο και συνεπώς τον οργανισμό

Κεντρικό δόγμα της βιολογίας: Το DNA αντιγράφεται και φτιάχνει δύο θυγατρικά μόρια πανομοιότυπα με το αρχικό Το DNA μεταγράφεται και φτιάχνει RNA Το RNA μεταφράζεται και φτιάχνει πρωτεΐνες ΕΞΑΙΡΕΣΗ: κάποιοι ιοί οι οποίοι έχουν σαν γενετικό υλικό RNA φτιάχνουν από RNA DNA. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται αντίστροφη μεταγραφή

Αντιγραφή του DNA Ο αυτοδιπλασιασμός του DNA εξελίσσεται ως εξής : Σπάζουν οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών βάσεων Η δίκλωνη έλικα ξετυλίγεται καθώς σπάζουν οι δεσμοί Οι κλώνοι αντιγράφονται ταυτόχρονα χάρη στο ένζυμο DNA-πολυμεράση III σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Έτσι ανάλογα με τη βάση που περιέχει κάθε νουκλεοτίδιο του μητρικού κώνου απέναντί του στοιχίζεται ένα νέο νουκλεοτίδιο. Τα νέα νουκλεοτίδια συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς. Σταδιακά οι δύο μητρικοί κλώνοι χωρίζονται τελείως καθώς σχηματίζονται οι νέοι. Κάθε νέος είναι συμπληρωματικός με το μητρικό τον οποίο είχε ως πρότυπο. Στα προκαρυωτικά κύτταρα ο αυτοδιπλασιασμός αρχίζει από ένα σημείο, ενώ στα ευκαρυωτικά από πολλά και έτσι έχει πιο υψηλό ρυθμό.

Ο τρόπος αυτός αυτοδιπλασιασμού του DNA ονομάζεται ημισυντηρητικός, γιατί κάθε θυγατρικό μόριο αποτελείται από έναν παλιό κλώνο και από έναν νέο.

Μεταγραφή Το γενετικό υλικό DNA βρίσκεται στον πυρήνα ενώ τα ριβοσώματα όπου γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών βρίσκονται έξω από αυτόν, άρα εκεί πρέπει να φτάσουν οι γενετικές πληροφορίες. Το DNA δεν μετακινείται εκτός πυρήνα για τους εξής λόγους: Η πυρηνική μεμβράνη είναι αδιαπέραστη από το DNA Συχνά το κύτταρο παράγει πολλαπλά μόρια μιας πρωτεΐνης και τότε θα αδυνατούσε το ίδιο μόριο DNA να βρίσκεται ταυτόχρονα σε διαφορετικά ριβοσώματα

Τα προβλήματα μεταφοράς των γενετικών πληροφοριών λύνεται με ένα ενδιάμεσο μόριο το mRΝΑ. Το αγγελιοφόρο RΝΑ παράγεται στον πυρήνα με τη διαδικασία της μεταγραφής με πρότυπο το DNA και μεταφέρει πληροφορία από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα.

Η μεταγραφή RNA από DNA εξελίσσεται ως εξής: Το ένζυμο RNA-πολυμεράση συνδέει διαδοχικά τα ριβονουκλεοτίδια με ομοιοπολικό δεσμό, οπότε συντίθεται ένα μονόκλωνο μόριο RNA.

Γονίδιο ονομάζεται μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων τμήματος του DNA, η οποία αποτελεί πρότυπο για τη σύνθεση ενός RNA. Η διαδικασία οναμάζεται μεταγραφή γιατί η γενετική πληροφορία που ήταν γραμμένη στη γλώσσα του DNA μεταγράφεται στη γλώσσα του RNA στην οποία αντί της θυμίνης χρησιμοποιείται η αζωτούχος βάση ουρακίλη.

Η μεταγραφή είναι διαδικασία υψηλής ακρίβειας Η μεταγραφή είναι διαδικασία υψηλής ακρίβειας. Όμως η RNA-πολυμεράση δεν αντικαθιστά τα μη σωστά νουκλεοτίδια. έτσι τα λάθη διατηρούνται. Όμως από αυτά επηρεάζονται μόνο οι πρωτεΐνες που συντίθονται από συγκεκριμένο ανακριβές mRNA. Με τη διαδικασία της μεταγραφής παράγονται όλα τα είδη RNA.

Μετάφραση Η μετάφραση είναι η τρίτη και τελική φάση στην έκφραση της γενετικής πληροφορίας κατά την οποία συντίθεται το πρωτεϊνικό μόριο στα ριβοσώματα. Κατά τη μετάφραση η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων ενός mRNA καθορίζει την αλληλουχία των αμινοξέων μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας.

Μεταξύ δεσοξυριβονουκλεοτιδίων και ριβονουκλεοτιδίων η αντιστοίχιση είναι ένα προς ένα. Όμως η αντιστοίχιση μεταξύ των βάσεων των ριβονουκλεοτιδίων και των αμινοξέων είναι πιο περίπλοκη. Δεν είναι ένα προς ένα διότι δε θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν περισσότερα από τέσσερα διαφορετικά αμινοξέα. Ούτε δύο προς ένα γιατί οι διαφορετικές δυάδες βάσεων είναι 42=16 άρα θα κωδικοποιούνταν το πολύ 16 ανιμοξέα. Μπορεί όμως μια τριάδα βάσεων να αντιστοιχεί σε ένα αμινοξύ. Οι διαφορετικές τριάδες είναι 43=64, άρα επαρκούν για να καλύψουν όλα τα αμινοξέα.

Κωδικόνιο ονομάζεται κάθε τριάδα διαδοχικών νουκλεοτιδίων που κωδικοποιεί ένα αμινοξύ. Γενετικός κώδικας ονομάζεται το σύνολο των αντιστοιχιών των κωδικονίων σε συγκεκριμένα αμινοξέα κατά τη μετάφραση.

Ο γενετικός κώδικας έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Είναι τριαδικός, μια τριάδα δηλαδή νουκλεοτιδίων κωδικοποιεί ένα αμινοξύ Τρία (UAG, UAA, UGA) κωδικοποιούν για τη λήξη της μετάφρασης Ένα (AUG) κωδικοποιεί για την έναρξη της μετάφρασης και για το αμινοξύ μεθειονίνη Είναι εκφυλισμένος, με την έννοια ότι κάθε αμινοξύ εκτός από δύο το κωδικοποιούν περισσότερα από ένα κωδικόνια τα λεγόμενα συνώνυμα Είναι μη επικαλυπτόμενος. Η μετάφραση ξεκινώντας από καθορισμένα σημεία στο mRNA (AUG) προχωρεί κατά ένα κωδικόνιο σε κάθε βήμα. Έτσι κάθε νουκλεοτίδιο δρα σα μέλος μιας μόνο τριάδας Είναι παγκόσμιος. Οποιοδήποτε κωδικόνιο έχει το ίδιο νόημα σε όλους τους οργανισμούς. Το γεγονός αυτό αποτελεί ισχυρό επιχείρημα υπέρ της κοινής καταγωγής των οργανισμών

Οι παράγοντες οι οποίοι μετέχουν στην πρωτεϊνοσύνθεση είναι MRNA (φορέας της πληροφορίας) Τα ριβοσώματα (τόπος σύνθεσης πρωτεΐνης) Τα αμινοξέα (συστατικά πρωτεΐνης) Ποικίλα ένζυμα ATP (ενέργεια) tRNA (μεταφορά αμινοξέων)

Τα χαρακτηριστικά του tRNA είναι: Το αντικωδικώνιο. Είναι συμπληρωματικό με ένα κωδικόνιο και όταν το αναγνωρίσει σχηματίζει δεσμούς υδρογόνου που συνδέουν το tRNA με το mRNA

Η πρωτεϊνοσύνθεση εξελίσσεται σε τρία στάδια: Έναρξη: το mRNA συνδέεται σε ειδική θέση κάποιου ριβοσώματος. Η πρωτεϊνοσύνθεση αρχίζει αφού το ριβόσωμα εντοπίσει πρώτα το κωδικόνιο έναρξης (AUG). Τότε το tRNA συνδέεται με αντικωδικόνιο συμπληρωματικό στο AUG, που φέρει το αμινοξύ μεθειονίνη

Επιμήκυνση: Δίπλα στο πρώτο tRNA έρχεται δεύτερο με αντικωδικόνιο συμπληρωματικό στο δεύτερο κωδικόνιο. Το αμινοξύ του αναπτύσσσει πεπτιδικό δεσμό με τη μεθειονίνη. Το πρώτο tRNA αποαπάται από τη μεθειονίνη και απομακρύνεται προς το κυτταρόπλασμα ενώ το ριβόσωμα μετατίθεται στο τρίτο κωδικόνιοοπότε τη θέση του πρώτου κωδικονίου παίρνει το δεύτεροπου φέρει το δοπεπτίδιο.

Λήξη: όταν το ριβόσωμα εντοπίσει ένα κωδικόνιο λήξης σταματά η πρωτείνοσύνθεση και η πολυπεπτιδική αλυσίδα αποσπάται από το ριβόσωμα

Η χρωματίνη και το χρωμόσωμα Το DNA συνίσταται από δύο περιελισσόμενους κλώνους, δηλαδή, από μία διπλή έλικα. Το μόριο μπορεί να είναι κυκλικό όπως στα βακτήρια, τα μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες ή γραμμικό όπως στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων. Το DNA του πυρήνα μαζί με μικρή ποσότητα RNA και με πάνω από 50% του βάρους πρωτεΐνες συγκροτούν τη νουκλεοπρωτεΐνη χρωματίνη. Στη μεσόφαση η χρωματίνη σχηματίζει ένα πλέγμα, το δίκτυο χρωματίνης που συνίσταται από μεμονωμένες ίνες και κοκκία. Κάθε ίνα προκύπτει από πολύπλοκη περιέλιξη του γύρω από τις πρωτεΐνες Κατά την κυτταρική διαίρεση ηχρωματίνη είναι συμπυκνωμένη σε χρωμοσώματα

Ομόλογα χρωμοσώματα: στα σωματικά κύτταρα των ανώτερων οργανισμών τα χρωμοσώματα απαρτίζουν ζεύγη. Τα μέλη ενός ζεύγους είναι τα ομόλογα χρωμοσώματα. Καθένα από τα χρωμοσώματα αυτά: Έχει όμοια μορφή με το ομόλογό του, δηλαδή το ίδιο σχήμα και μέγεθος Περιέχει γονίδια που ελέγχουν με τον ίδιο ή διαφορετικό τρόπο τις ίδιες ιδιότητες Έχει κάθε γονίδιο του σε ίδια θέση (γονιδιακός τόπος) με το ομόλογό του

Διπλοειδή ονομάζονται τα κύτταρα που έχουν ζεύγη χρωμοσωμάτων, συνεπώς και γονιδίων Απλοειδή ονομάζονται τα κύτταρα που έχουν μόνα χρωμοσώμτα και γονίδια Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων είναι αυστηρά καθορισμένος για κάθε είδος οργανισμού