Το γενετικό υλικό

Ιστορική αναδρομή (οι σημαντικότεροι σταθμοί ανακαλύψεων γύρω από το DNA) 1928: πείραμα Griffith: φαινόμενο μετασχηματισμού 1944: πείραμα Avery κλπ: 1η απόδειξη ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό 1952: πείραμα Hershey - Chase: οριστική επιβεβαίωση ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό 1953: μοντέλο διπλής έλικας Watson – Crick κ.ά

Ποια μόρια μεταφέρουν την γενετική πληροφορία; Ποια μόρια μεταφέρουν την γενετική πληροφορία; Μάλλον πρωτεΐνες! DNA ή πρωτεΐνες;

Τα τρία πειράματα Griffith (1928) Avery, Mac – Leod, McCarty (1944) Τα τρία πειράματα Griffith (1928) Avery, Mac – Leod, McCarty (1944) Hershey - Chase (1952)

Λίγη ορολογία αποικία in vivo in vitro ιχνηθέτηση Βιοχημικά δεδομένα που την εποχή του πειράματος των Avery κλπ συνέκλιναν με το ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό. ποσότητα DNA κάθε οργανισμού = σταθερή (όλα τα σωματικά κύτταρα έχουν την ίδια ποσότητα DNA) Σωματικά κύτταρα (= διπλοειδή) έχουν διπλάσια ποσότητα DNA από γαμετικά ( = απλοειδή) Ποσότητα DNA κατά κανόνα ανάλογη πολυπλοκότητας οργανισμού (ενν. είδους) Λίγη ορολογία αποικία in vivo in vitro ιχνηθέτηση

Ένα νουκλεοτίδιο δεοξυριβονουκλεοτίδιο ριβονουκλεοτίδιο P CH2 O Ένα νουκλεοτίδιο P H CH C O CH2 5’ 1’ δεοξυριβονουκλεοτίδιο 4’ A,T,C,G N-βάση 3’ 2; OH P 5’ ΟH CH C O CH2 H 1’ 4’ ριβονουκλεοτίδιο A,U,C,G N-βάση 3’ 2’ OH

πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα 5΄ 3΄-5΄ φωσφοδιεστερικός δεσμός 3΄

Ποια είναι η δομή του DNA; A=T και C=G η αναλογία Α+Τ/ C+G είναι χαρακτηριστική για κάθε είδος. Μελέτες με ακτίνες Χ βοήθησαν στην ανακάλυψη της δομής του DNA. To 1953 οι Watson, Crick διατύπωσαν το μοντέλο της διπλής έλικας του DNA Watson + Crick Μοντέλο διπλής έλικας Wilkins + Franklin

Το μοντέλο της διπλής έλικας Το μοντέλο της διπλής έλικας Δυο αλυσίδες- δεξιόστροφη έλικα. σταθερός εξωσκελετός υδρόφιλος- μεταβλητός ενδοσκελετός υδρόφοβος. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ Α,Τ και C,G. A=T και G≡C. Οι δυο αλυσίδες είναι συμπληρωματικές. Οι δυο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες. 3΄ 5΄ animation 5΄ 3΄

Οι λειτουργίες του γενετικού υλικού. Οι λειτουργίες του γενετικού υλικού. αποθήκευση της γενετικής πληροφορίας - γονίδια διατήρηση και μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας- αυτοδιπλασιασμός του DNA. έκφραση των γενετικών πληροφοριών- έλεγχος σύνθεσης πρωτεϊνών. Λίγη ορολογία ακόμα γονιδίωμα απλοειδή / διπλοειδή κύτταρα αριθμός και αλληλουχία βάσεων. Ένα δίκλωνο μόριο DNA έχει μήκος 1500 ζεύγη βάσεων. Ένα μονόκλωνο μόριο RNA έχει μήκος 1500 βάσεις. Το ανθρώπινο DNA σ’ ένα σωματικό κύτταρο αποτελείται από 6.109 ζεύγη βάσεων. Πόσα νουκλεοτίδια εμπεριέχει;

i. στα προκαρυωτικά κύτταρα ii. στα ευκαρυωτικά κύτταρα Πως οργανώνεται το γενετικό υλικό; i. στα προκαρυωτικά κύτταρα ii. στα ευκαρυωτικά κύτταρα

Γενετικό υλικό προκαρυωτικών κυττάρων Κύριο μόριο DNA Δίκλωνο, κυκλικό Απλοειδές Βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα (απουσία πυρήνα) Συνδέεται σε εσωτερικό σημείο της πλασματικής μεμβράνης μήκος: 1 mm (χωρίς συσπείρωση), 1μm (με συσπείρωση) πλασμίδια Κύριο μόριο DNA Η συσπείρωση επιτυγχάνεται κυρίως με πρωτεΐνες …

Αριθμός νουκλεοτιδίων – φωσφοδιεστερικών δεσμών – μορίων νερού που αποσπάστηκαν (για ασκήσεις) Έστω ν νουκλεοτίδια συνολικά Δίκλωνο κυκλικό: ν φ.δ. ν μόρια νερού Μονόκλωνο κυκλικό: ν φ.δ. ν μόρια νερού Δίκλωνο γραμμικό: ν-2 φ.δ. ν-2 μόρια νερού Μονόκλωνο γραμμικό: ν-1 φ.δ. ν-1 μόρια νερού

Γενετικό υλικό προκαρυωτικών κυττάρων. Γενετικό υλικό προκαρυωτικών κυττάρων. Πυρηνική περιοχή πλασμίδιο δίκλωνα κυκλικά 0, 1 ή περισσότερα 1-2% βακτηριακού DNA μικρό μέγεθος ανεξάρτητη αντιγραφή Γονίδια που υπάρχουν συχνά στα πλασμίδια που προσδίδουν ανθεκτικότητα σε αντιβιοτικά που σχετίζονται με τη μεταφορά γεν. υλικού από βακτήριο σε βακτήριο Τα πλασμίδια έχουν την δυνατότητα: να ανταλλάσσουν γενετικό υλικό μεταξύ τους. να ανταλλάσσουν γενετικό υλικό με το κύριο μόριο DNA. να μεταφέρονται από ένα βακτήριο σε άλλο. Έτσι μετασχηματίζουν το βακτήριο, στο οποίο εισέρχονται….

animation

Οργάνωση του γενετικού υλικού στα ευκαρυωτικά κύτταρα Οργάνωση του γενετικού υλικού στα ευκαρυωτικά κύτταρα Στην πραγματικότητα το DNA δεν είναι ποτέ μόνο του στον πυρήνα. Είτε λίγο είτε πολύ είναι «πακεταρισμένο» με την βοήθεια πρωτεϊνών.

Κυτταρικός κύκλος Μεσόφαση Μίτωση Πρόφαση Μετάφαση Ανάφαση Τελόφαση G1 Κυτταρικός κύκλος Μεσόφαση Μίτωση Πρόφαση Μετάφαση Ανάφαση Τελόφαση G1 S G2 G = gap S = synthesis

Πυρήνας ανθρώπινου σωματικού κυττάρου Φάση G1 Δίχτυ ινιδίων χρωματίνης Πυρήνας ανθρώπινου σωματικού κυττάρου … 46 ινίδια συνολικά ή 23 ζεύγη

Δομή ινιδίου χρωματίνης «χάντρες σε κομπολόι» νουκλεοσώματα Ειδική κατεργασία στο Η.Μ. animation

Πακετάρισμα DNA Μέγεθος μορίων DNA και των 46 ινιδίων, χωρίς πακετάρισμα 2ο στάδιο πακεταρίσματος: αναδίπλωση νουκλεοσωμάτων 1ο στάδιο πακεταρίσματος: νουκλεοσώματα Μήκος:2 μέτρα Πάχος: 2 nm Πάχος: 11 nm Χωράνε στον πυρήνα που έχει διάμετρο 10 μm Ινίδια χρωματίνης Πάχος: 30 nm

Φάση S γίνονται 92 ! μερική αντιγραφή αποσυσπείρωση Άρα τα 46 ινίδια … συσπείρωση - πακετάρισμα … πολύ φασαρία να τα μοιράσεις σωστά! γίνονται 92 ! … η λύση: κεντρομερίδιο – αδελφές χρωματίδες

χαρακτηριστικές μορφές του DNA ανάλογα με το στάδιο του κυτταρικού κύκλου κεντρομερίδιο αρχή μεσόφασης- ινίδια χρωματίνης τέλος μεσόφασης-διπλασιασμένα ινίδια-αδελφές χρωματίδες αρχή μίτωσης(πρόφαση) - τα διπλασιασμένα ινίδια συσπειρώνονται προκύπτουν δυο κύτταρα όμοια με το αρχικό. Κάθε θυγατρικό κύτταρο θα αρχίσει ένα νέο κύκλο. animation μετάφαση μίτωσης- μέγιστος βαθμός συσπείρωσης

Μέγεθος γονιδιώματος ανθρώπινων κυττάρων Σωματικό κύτταρο, φάση G1 : 6 x 109 ζεύγη βάσεων συνολικά σε 46 μόρια DNA (ινίδια χρωματίνης) Σωματικό κύτταρο, μετά την αντιγραφή : 12 x 109 ζεύγη βάσεων συνολικά σε 92 μόρια DNA (46 διπλασιασμένα ινίδια χρωματίνης) Γαμετικό κύτταρο: 3 x 109 ζεύγη βάσεων συνολικά σε 23 μόρια DNA

Τεχνική κατασκευής καρυότυπου Τεχνική κατασκευής καρυότυπου λαμβάνονται κύτταρα τα οποία διαιρούνται. προστίθεται ουσία, η οποία σταματά την μίτωση στο στάδιο της μετάφασης. τα κύτταρα επωάζονται σε υποτονικό διάλυμα. η κυτταρική μεμβράνη σπάει- τα χρωμοσώματα απλώνονται σε αντικειμενοφόρο πλάκα. χρωματίζονται με ειδικές χρωστικές, παρατηρούνται στο μικροσκόπιο, φωτογραφίζονται Καρυότυπος είναι η απεικόνιση των χρωμοσωμάτων κατά ζεύγη και κατά ελαττούμενο μεγέθους. Ποια είναι τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των χρωμοσωμάτων; Ο αριθμός και η μορφολογία των χρωμοσωμάτων είναι ιδιαίτερο χαρακτηριστικό για κάθε είδος.

Ένα μεταφασικό χρωμόσωμα =δυο αδελφές χρωματίδες Κάθε χρωματίδα = ένα μόριο DNA. Κάθε μόριο DNA = δυο κλώνοι.

Πληροφορίες που μας δίνει ο καρυότυπος Αριθμός χρωμοσωμάτων του ατόμου (χαρακτηριστικός για κάθε είδος) Ανίχνευση πιθανών αριθμητικών χρωμοσωμικών ανωμαλιών Μορφολογία χρωμοσωμάτων Ανίχνευση πιθανών δομικών χρωμοσωμικών ανωμαλιών Απλοειδής ή διπλοειδής κατάσταση του οργανισμού Φύλο ατόμου

Αριθμός χρωμοσωμάτων διαφόρων ειδών Αριθμός χρωμοσωμάτων διαφόρων ειδών κοινό όνομα είδος 2n Άνθρωπος Homo sapiens 46 Μοσχάρι Bos taurus 60 Γουρούνι Sus scrofa 38 Άλογο Equus caballus 64 Γάιδαρος Equus asinus 62 Γάτα Felis domesticus Σκύλος Canis familiaris 78 Ποντίκι Mus musculus 40 Κοτόπουλο Gallus domesticus Μύγα Musca domestica 12 Πατάτα Solanum tuberosum 48

Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες έχουν DNA μιτοχόνδρια: οξειδωτική φωσφορυλίωση , 2-10 αντίγραφα κυκλικού DNA. Έχουν μητρική προέλευση. χλωροπλάστες: φωτοσύνθεση κυκλικό μόριο , μεγαλύτερο από το μιτοχονδριακό. Το γενετικό υλικό των ιών μπορεί να είναι DNA ή RNA, μονόκλωνο ή δίκλωνο, γραμμικό ή κυκλικό..

Μια άσκηση Δίκλωνο γραμμικό μόριο DNA αποτελείται από η νουκλεοτίδια. Να βρείτε: α. Πόσοι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί υπάρχουν στο μόριο. β. Πόσοι δεσμοί υδρογόνου υπάρχουν, αν είναι γνωστό ότι το 20% των βάσεων είναι γουανίνη. γ. Πόσες διαφορετικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων είναι δυνατό να προκύψουν από το συνδυασμό των νουκλεοτιδίων της μιας αλυσίδας του αλλά και το συνδυασμό των νουκλεοτιδίων στις δύο αλυσίδες του μορίου αυτού.