ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ Βιοχημικές διεργασίες κυττάρων Διαδικασία αντιγραφής του DNA Διαδικασία μεταγραφής του DNA Διαδικασία μετάφρασης του αγγελιοφόρου RNA - Πρωτεϊνοσύνθεση Γενετικός Κώδικας

ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

Στις βιοχηµικές διεργασίες του κυττάρου ανήκουν: οι επεξεργασίες των µηνυµάτων που είναι υπεύθυνα για την αύξηση του οργανισµού και τη διαιώνιση του είδους, οι χηµικές µεταβολές της ενέργειας που προσλαµβάνεται από το περιβάλλον. Η επεξεργασία της ενέργειας αυτής, µε οποιαδήποτε µορφή και αν παίρνεται, γίνεται στα διάφορα κυτταροπλασµατικά οργανίδια και µέσα στο κυτταρόπλασµα στηριζόµενη σε µηνύµατα που προέρχονται από το γενετικό υλικό.

Η επεξεργασία των µηνυµάτων που είναι υπεύθυνα για την αύξηση του οργανισµού και τη διαιώνιση του είδους γίνεται: στους προκαρυωτικούς οργανισµούς στο κυτταρόπλασµα, στους ευκαρυωτικούς κατανέµεται µεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσµατος. Η επεξεργασία αυτή περιλαµβάνει τρία στάδια.

Πρώτο στάδιο Αντιγραφή του συνόλου των πληροφοριών ενός οργανισµού που είναι καταχωρηµένες στο µόριο του DNA κατά τρόπο ώστε να έχουµε επακριβή αναπαραγωγή τους. Δεύτερο στάδιο Πιστή µεταγραφή των πληροφοριών σε ένα άλλο µόριο, το RNA, που αναλαµβάνει τη µεταβίβαση των πληροφοριών από τον πυρήνα του κυττάρου στο κυτταρόπλασµα. Τρίτο στάδιο Μετάφραση της πληροφορίας που ήρθε στο κυτταρόπλασµα, µε τη µορφή του µορίου του RNA, σε πρωτεϊνικά µόρια για τη συγκρότηση και λειτουργία του κυττάρου.

Και στα τρία αυτά στάδια υπάρχει άµεσος έλεγχος της µεταβίβασης της πληροφορίας, έτσι ώστε πάντοτε να είναι πιστή η αντιγραφή, η µεταγραφή και η µετάφραση. Παρ’ όλο τον έλεγχο που γίνεται παρατηρούνται σφάλµατα και στα τρία στάδια. Τα σφάλµατα που οφείλονται αποκλειστικά στις διεργασίες του δεύτερου και τρίτου σταδίου τις περισσότερες φορές δεν είναι επικίνδυνα για τους οργανισμούς, καθώς οι διεργασίες των σταδίων αυτών επενεργούν για μικρό χρονικό διάστημα. Δηλαδή, στα δύο αυτά στάδια έχουμε συνεχή παραγωγή και αποικοδόμηση των μορίων RNA και των πρωτεϊνών. Αποτέλεσμα: τα πιθανά σφάλματα στα δύο αυτά στάδια δρουν για πολύ λίγο χρονικό διάστημα.

Τα σφάλματα της αντιγραφής έχουν πάντοτε διαχρονικές συνέπειες. Οι συνέπειες αυτές πολλές φορές επιφέρουν καταστροφή και θάνατο του οργανισμού, ενώ άλλες φορές καθιστούν τον οργανισμό καλύτερα προσαρμοσμένο στο περιβάλλον του και αποτελούν παράγοντες εξέλιξής του.

DNA

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΤΟΥ DNA

1. Δοµή µορίου DNA Η πιστότητα της αναπαραγωγής των οργανισμών στηρίζεται στην ακριβή αντιγραφή του μορίου του DNA. Το μόριο αυτό αποτελείται από δύο αντιπαράλληλες συμπληρωματικές πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες που σχηματίζουν δεξιόστροφη έλικα. Το σκελετό της έλικας αποτελούν το σάκχαρο δεοξυριβόζη και μια φωσφορική ρίζα που είναι συνδεδεμένη στη 5‘ θέση του σακχάρου. Η φωσφορική ρίζα του ενός σακχάρου συνδέεται με το 3' -ΟΗ του επόμενου σακχάρου κατά τον πολυμερισμό των υπομονάδων για το σχηματισμό κάθε μιας αλυσίδας

Διαμόρφωση του σκελετού της α-έλικας του DΝΑ.

Οι αζωτούχες βάσεις των υπομονάδων, μονονουκλεοτίδια, είναι συνδεδεμένες στη θέση 1' του σακχάρου. Οι αζωτούχες αυτές βάσεις στο μόριο του DNA είναι οι πουρίνες: αδενίνη (Α) και γουανίνη (G) και οι πυριμιδίνες: θυμίνη (Τ) και κυτοσίνη (C) Κατά το σχηματισμό της διπλής έλικας του DNA πάντοτε μία πουρίνη βρίσκεται απέναντι από μία πυριμιδίνη και συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου. Η θέση των αζωτούχων βάσεων στο όλο μόριο του DNA είναι σχεδόν κάθετη ως προς τον άξονα της διπλής έλικας. Η όλη διαμόρφωση της έλικας είναι τέτοια ώστε να έχει μια διάμετρο περίπου 20 Α και η απόσταση που καταλαμβάνει μία πλήρης περιστροφή να είναι 34 Α. Κάθε περιστροφή της έλικας έχει 10 νουκλεοτίδια που το καθένα απέχει από το άλλο κατά 3,4 Α.

Απεικόνιση των τεσσάρων νουκλεοτιδίων του DΝΑ

Η διευθέτηση αυτή του μορίου του DNA ικανοποιείται μόνο εφόσον μια αδενίνη βρίσκεται απέναντι από μια θυμίνη και μια κυτοσίνη απέναντι από μια γουανίνη. στο μόριο του DNA οι λόγοι Α/Τ και G/C ισούνται πάντοτε με τη μονάδα. Κατά το ζευγάρωμα αυτό των βάσεων η αδενίνη συγκρατείται με τη θυμίνη με δύο υδρογονικούς δεσμούς, ενώ η κυτοσίνη με τη γουανίνη με τρεις υδρογονικούς δεσμούς

Ζευγάρωµα των βάσεων του DΝΑ και διαµόρφωση των υδρογονικών δεσµών µεταξύ των βάσεων.

Συνέπεια το μόριο του DNA, θερμοδυναμικά, παρουσιάζει διαφορετική συμπεριφορά. Περιοχές που στο μόριο του DNA παρουσιάζουν μεγάλη περιεκτικότητα σε ζεύγη αδενίνης-θυμίνης απαιτούν χαμηλότερη θερμοκρασία για να ανοίξει η διπλή έλικα από ό, τι περιοχές όπου εμφανίζεται μεγάλη περιεκτικότητα σε ζεύγη κυτοσίνης-γουανίνης. Η συνθήκη αυτή προσδιορίζει ότι στο μόριο του DNA υπάρχουν σημεία όπου είναι ευκολότερο να ανοίξει η διπλή έλικα για να ακολουθήσουν οι διαδικασίες αντιγραφής ή μεταγραφής

Παρότι το μόριο του DNA έχει την ίδια δομή σε όλους τους οργανισμούς, οι διάφοροι οργανισμοί διαφέρουν μεταξύ τους καθώς η αλληλοδιαδοχή των νουκλεοτιδίων στην πολυνουκλοετιδική αλυσίδα είναι διαφορετική σε κάθε οργανισμό. Γι' αυτόν το λόγο, το πηλίκο (Α + T)/(G + C) παρουσιάζει μεγάλη ποικιλΙα. οι ανώτεροι φυτικοί και ζωικοί οργανισμοί παρουσιάζουν μεγαλύτερο ποσοστό Α + Τ απ' ό,τι G + C, ενώ στους ιούς και τα βακτήρια παρατηρείται μεγάλη ποικιλία στο λόγο αυτόν. οι διαφορές στα πηλίκα αυτά δεν είναι τυχαίες: oι οργανισµοί που µοιάζουν µεταξύ τους κατά την ταξινόµηση έχουν και παραπλήσια πηλίκα (Α + T)/(G + C). το µόριο του DNA σε κάθε οργανισµό έχει τέτοιο µέγεθος, ώστε να καλύπτει το σύνολο των πληροφοριών του οργανισµού.

πολυπλοκότεροι οργανισµοί έχουν µεγαλύτερο µέγεθος DNA απ' ό,τι απλούστεροι. η µορφή του µορίου στους απλούστερους διαφέρει απ' ό,τι στους πολυπλοκότερους. απλοί οργανισµοί, όπως οι ιοί, µπορεί να έχουν γραµµικά ή και κυκλικά µόρια DNA, είτε µε µορφή διπλής κυκλικής έλικας είτε µε µορφή υπερέλικας. Ένα κυκλικό ελικοειδές µόριο έχει την τάση να συστρέφεται από µόνο του σχηµατίζοντας υπερέλικα, εφόσον το µόριο του DNA στη διπλη έλικα δεν είναι σπασµένο. Στην περίπτωση που στη µία από τις δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες υπάρχει ένα και µόνο σπάσιµο, τότε παρατηρείται αποσυσπείρωση της υπερέλικας.

Στους πολυπλοκότερους οργανισµούς όπου το µόριο του DNA είναι πάρα πολύ µεγάλο, εµφανίζεται µεγάλος αριθµός από υπερέλικες ανώτερων βαθµών. Στην όλη δοµή του µορίου για τη συγκράτησή του, καθώς και στις διεργασίες αντιγραφής και µεταγραφής συµµετέχει και µεγάλος αριθµός πρωτεϊνικών µορίων.

2. Μηχανισµός αντιγραφής του DNA Πειραµατικά βρέθηκε ότι η αντιγραφή του DNA ακολουθεί τον ηµισυντηρητικό τρόπο. Κατά τη διαδικασία αυτή η διπλή έλικα του DNA ανοίγει και κάθε ένας κλώνος της χρησιµεύει ως µήτρα για τη σύνθεση του συµπληρωµατικού του. Όπως ανοίγει η διπλή έλικα του DNA, εµφανιζονται ένα 5' άκρο ελεύθερο στον έναν κλώνο και ένα 3' άκρο στον άλλον, επειδή οι δύο κλώνοι είναι αντιπαράλληλοι. Η φορά της σύνθεσης της συµπληρωµατικής αλυσίδας είναι πάντοτε από το 5' άκρο προς το 3' άκρο της.

Η κατά τον ηµισυντηρητικό τρόπο αντιγραφή του DΝΑ

Στον όλο µηχανισµό της αντιγραφής του DNA µετέχουν αρκετά πρωτεϊνικά µόρια. Από τα µόρια αυτά τα σηµαντικότερα είναι: Αρχικά, µια οµάδα πρωτεϊνών έχει αναλάβει το ξετύλιγµα της διπλής έλικας. Οι πρωτεΐνες ξετυλίγµατος είναι περίπου 200 µόρια σε κάθε κλώνο DNA που ξετυλίγεται. Κάθε ένα από τα µόρια αυτά συνδέεται µε 10 νουκλεοτίδια. Κατ' αυτόν τον τρόπο κάθε φορά εµφανίζονται 2000 νουκλεοτίδια για τη σύνθεση της συµπληρωµατικής αλυσΙδας. Αυτό επίσης σηµαίνει ότι η σύνθεση του DNA γίνεται κατά τµήµατα (τμήματα Okazaki).

Η κατά τµήµατα αντιγραφή του DΝΑ.

Στη συνέχεια, για να σχηµατιστεί το νέο µόριο DNA, τα τµήµατα Okazaki συνδέονται µεταξύ τους από τη DNA δεσµάση. Το καθ' εαυτό ένζυµο της σύνθεσης του DNA είναι η DNA πολυµεράση. Πειραµατικά βρέθηκε ότι υπάρχουν τρία ένζυµα για τον πολυµερισµό του DNA στο Ε. coli (DNA πολυµεράσες Ι, ΙΙ, ΙΙΙ) και τέσσερα ένζυμα (πολυµεράσες α, β, γ, δ) στα κύτταρα των θηλαστικών. Από τα ένζυµα αυτά οι πολυµεράσες ΙΙΙ και δ είναι τα καθ' εαυτά ένζυµα της αντιγραφής του DNA, τα οποία παρουσιάζουν ικανότητα σύνθεσης κατά τη φορά 5‘ προς 3' άκρο, ενώ συγχρόνως µπορούν να καταστρέφουν τµήµατα DNA κατά τη φορά 3' προς 5' άκρο για να επιδιορθώνουν τυχόν λάθος τοποθετηµένα νουκλεοτίδια.

Οι DNA πολυµεράσες δεν µπορούν να αρχίσουν τη σύνθεση πάνω σε μονόκλωνο DNA και χρειάζονται την ύπαρξη ενός ελεύθερου 3'-ΟΗ, επάνω στο οποίο τοποθετούν τα δεοξυριβονουκλεοτίδια. Ακόμη, στην αρχή κάθε νεοσυντιθέμενου τμήματος DNA βρέθηκαν μικρά τμήματα RNA. Τα τμήματα αυτά παρέχουν το ελεύθερο 3' -ΟΗ που χρειάζεται η DNA πολυμεράση για την έναρξη της σύνθεσης του DNA και προστίθενται από μία ειδική RNA πολυμεράση (RNA πριμοδοτάση).

Ιδιότητες DΝΑ πολυµερασών.

Διαδικασία αvτιyραφής του DΝΑ και τα διάφορα βασικά ένζυµα που συµµετέχουν

Στη συνέχεια καταστρέφονται από τις DNA πολυμεράσες Ι και α που έχουν 5' προς 3' εξωνουκλεασική δράση και μπορεί να αφαιρούν τόσο ρίβο- όσο και δεοξυρίβονουκλεοτίδια. Κατόπιν, αρχίζουν να συμπληρώνουν τα χάσματα με την 5' προς 3' πολυμερασική δράση τους. Όταν όμως τα τμήματα αυτά του RNA είναι συνδεδεμένα με DNA και στο 5' και στο 3' άκρο τους τότε η DNA πολυμεράση Ι δεν μπορεί να τα αφαιρέσει. Την αφαίρεση αυτού του RNA την αναλαμβάνει η ριβονουκλεάση που μπορεί να αφαιρεί τμήματα RNA από υβρίδια RNA/DNA. Η φύση των αλληλοδιαδοχών του DNA που σημαίνει την έναρξη της αντιγραφής του δεν είναι ακόμη γνωστή. Εκτός από τους οργανισμούς που διαθέτουν γραμμικό μόριο υπάρχουν και οργανισμοί που έχουν κυκλικό μόριο DNA.

3. Αντιγραφή κuκλικών µορίων DNA το DNA όσων ιών έχουν µονόκλωνο DNA µέσα στον ξενιστή τους και µε βάση τη µονή αλυσίδα µετατρέπεται αρχικά σε δίκλωνο DΝΑ.

Στη συνέχεια κάθε δίκλωνο µόριο DNA αντιγράφεται είτε µε τη µέθοδο του περιστρεφόµενου κύκλου είτε µε τη µέθοδο της συστροφής. Κατά τη διαδικασία του περιστρεφόµενου κύκλου, σε ένα σηµείο της µιας έλικας δηµιουργείται ένα σπάσιµο από ειδικό ένζυµο που στη συνέχεια τραβα έξω από τον κύκλο το 5' άκρο της έλικας. Έτσι, αρχικά δηµιουργείται ένα 3' -ΟΗ που χρησιµεύει για την έναρξη της αντιγραφής, ενώ το προεξέχον 5‘ άκρο χρησιµεύει και αυτό ως µήτρα για την αντιγραφή του. Η όλη διεργασία γινεται µε σύγχρονη περιστροφή του κυκλικού µορίου DNA.

Διαδικασία περιστρεφόµενου κύκλου

Κατά τη διαδικασία της συστροφής, σε ένα σηµείο της µιας έλικας δηµιουργείται ένα σπάσιµο και στη συνέχεια το DNA αντιγράφεται και προς τις δυο κατευθύνσεις του κύκλου ανοίγοντας σταδιακά. Με τον τρόπο αυτόν δηµιουργούνται υπερέλικες στο κυκλικό µόριο του DNA οι οποίες διαρκώς σπάνε και στη συνέχεια τα σπασίµατα αυτά διορθώνονται από τα ένζυµα που καλούνται στροφιδάσες. Αυτά είναι επίσης υπεύθυνα και για την όλη συστροφή του DNA για να αντιγράφεται απρόσκοπτα

Διαδικασία συστροφής

4. Περιοριστικές ενδονοuκλεάσες Εχουν αναφερθεί αρκετά ένζυμα που είναι υπεύθυνα για την απρόσκοπτη διαδικασία της αντιγραφής του DNA. Μεταξύ αυτών και ένζυμα που προκαλούν σπασίματα της διπλής έλικας. Τα ένζυμα αυτά δεν σπάνε το DNA σε τυχαία σημεία, αλλά σε προκαθορισμένα από όπου και στη συνέχεια θα αρχίσει η αντιγραφή του DNA. Συνεπώς τα ενζυµα αυτά πρέπει να αναγνωρίζουν ειδικές αλληλοδιαδοχές νουκλεοτιδίων και να σπάνε σε ορισµένα σηµεία τους φωσφοδιεστερικούς δεσµούς.

Η μελέτη των ενζύµων αυτών έδειξε ότι υπάρχει µεγάλος αριθµός τέτοιων ενζύμων. Το καθένα αναγνωρίζει εξειδικευµένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων και στις δυο έλικες του DNA και το κόβει σε καθορισµένα σηµεία. Έτσι, άλλοτε οι δυο αλυσίδες κόβονται σε διαφορετικά σηµεία µε αποτέλεσµα να σχηµατίζονται προεξοχές στις δύο αλυσίδες που καλούνται κολλώµενα ακρα, και άλλοτε οι δύο αλυσίδες κόβονται στο ίδιο σηµείο µε αποτέλεσµα να δηµουργούνται τυφλά άκρα. Τα ένζυµα που κόβουν το DNA σε προκαθορισµένα σηµεία στο εσωτερικό της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας ονοµάζονται περιοριστικές ενδονουκλεάσες Τα ένζυµα που κόβουν τα ακραία σηµεία του DNA καλούνται εξωνουκλεάσες.

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ ΤΟΥ DNA µόριο του RNA. Το µόριο αυτό είναι ένα πολυνουκλεοτίδιο. Αρχίζει να συντίθεται ως πιστό αντίγραφο του DNA στους ευκαρυωτικούς οργανισµούς υφίσταται σταδιακά επεξεργασία µέσα στον πυρήνα πριν βγει στο κυτταρόπλασµα για αποκωδικοποίηση, στους προκαρυωτικούς οργανισµούς η αποκωδικοποίηση αρχίζει αµέσως µε την ολοκλήρωση της σύνθεσής του.

Σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο ουσιαστικά υπάρχει ένα µόνο µόριο DNA και αυτό µέσα στον πυρήνα του κυττάρου, ενώ υπάρχουν περισσότερα µόρια RNA που συντίθενται µέσα στον πυρήνα και εξέρχονται στο κυτταρόπλασµα. Από τα µόρια αυτά του DNA και του RNA εξαιρούνται εκείνα που βρίσκονται µέσα στα µιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες των ευκαρυωτικών κυττάρων. Και στους προκαρυωτικούς οργανισµούς υπάρχει ένα µόριο DNA, αλλά περισσότερα µόρια RNA.

Το καθένα από τα διαφορετικά αυτά µόρια RNA έχει διαφορετική λειτουργικότητα και είναι : Το ετερογενές πυρηνικό RNA (hnRNA) που είναι το πιστό αντίγραφο του DNA προτού αυτό υποστεί την ωρίµανση µέσα στον πυρήνα. Τα µικρά πυρηνικά RNA (snRNA) που χρησιµεύουν για την ωρίµανση των υπόλοιπων RNA. Τα µεταφορικά RNA (tRNA) που µεταφέρουν τα αµινοξέα µε τα οποία θα σχηµατιστούν τα πρωτεϊνικά µόρια. Τα ριβοσωµικά RNA (rRNA) που χρησιµεύουν για τη συγκρότηση των ριβοσωµατίων πάνω στα οποία γίνεται η ποωτεϊνοσύνθεση. Τα αγγελιοφόρα RNA (mRNA) που µεταφέρουν τις γενετικές πληροφορίες για την ποωτεϊνοούνθεση.

RNA Δοµή Σύνθεση Ωρίµανση Τα 5 διαφορετικά μόρια RNA

ΔΟΜΗ ΜΟΡΙΟΥ RNA

Από χηµική σκοπιά το µόριο του RNA είναι αρκετά όµοιο µε το µόριο του DNA. Αποτελεί πολυνουκλεοτίδιο που τα µονονουκλεοτίδιά του είναι συνδεδεµένα µεταξύ τους µε 3' - 5' φωσφοδιεστερικούς δεσµούς. Και στο µόριο του RNA παρατηρούµε την τυχαία αλληλοδιαδοχή τεσσάρων νουκλεοτιδίων που παρατηρείται στο µόριο του DNA. Παρ' όλες τις οµοιότητες των δυο αυτών μορίων (DNA και RNA) παρουσιάζονται τρεις διαφορές.

Πρώτη διαφορά ενώ το μόριο του DNA είναι δίκλωνο δημιουργώντας δεξιόστροφη α-έλικα, το μόριο του RNA είναι κυρίως μονόκλωνο και μόνο σε ορισμένα τμήματά του στα οποία παρατηρείται αντιπαράλληλη συμμετρία δημιουργούνται έλικες Αποτέλεσμα οι λόγοι των συμπληρωματικών νουκλεοτιδίων του, δηλαδή A/U και G/C, δεν ισούνται με τη μονάδα όπως γίνεται στο μόριο του DNA. αδενίνη (Α) γουανίνη (G) oυρακίλη (U) κυτοσίνη (C) θυμίνη (Τ)

Δοµή µορίου RNA (Α). Αλληλοδιαδοχή νουκλεοτιδίων στην αλυσίδα του RNA (Β). Διαµόρφωση ελικοειδών σηµείων του RNA

Δεύτερη διαφορά Ενώ στο μόριο του DNA απαντάται το σάκχαρο δεοξυριβόζη, στο μόριο του RNA έχουµε το σάκχαρο ριβόζη. Η διαφορά µεταξύ ριβόζης και δεοξυριβόζης οφείλεται στην έλλειψη ενός (-ΟΗ) στη θέση 2' της ριβόζης Τρίτη διαφορά Ενώ στο µόριο του DNA απαντάµε τη βάση θυµίνη (Τ), στο µόριο του RNA απαντάµε τη βάση ουρακίλη (U). Η διαφορά µεταξύ των δύο αυτών βάσεων οφείλεται στην έλλειψη µιας µεθυλοµάδας στη θέση 5' της θυµίνης. Η διαµόρφωση που λαµβάνει στο χώρο το µόριο του RNA εξαρτάται από το τι είδος RNA είναι, δηλαδή αν είναι hn-, sn-, t-, r- ή m-RNA.

Διαφορές µορίων DΝΑ και RNA. (Α) στα σάκχαρα. (Β) στις βάσεις

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ DNA ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ ΣΥΝΘΕΣΗ RΝΑ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ DNA ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ

Κατά τη διαδικασία της αντιγραφής του DNA η διπλή έλικα ανοίγει και οι δύο κλώνοι χρησιµεύουν ως µήτρα για την αντιγραφή τους. Επειδή ολόκληρο το µόριο του DNA πρέπει να αντιγραφεί, παρατηρείται ότι η διπλή έλικα ανοίγει µόνο σε ένα µέρος. Αυτό, όµως, δεν ισχύει και κατά τη διαδικασία της µεταγραφής. Κάθε δεδοµένη στιγµή της ανάπτυξης του κυττάρου χρειάζονται ποικίλες και διαφορετικές πληροφορίες. Το µόριο του DNA φέρει πολλά σηµεία στα οποία ανοίγει κατά τη µεταγραφή. Κάθε στιγµή όµως το DNA ανοίγει µόνο στο σηµείο εκείνο όπου υπάρχει η πληροφορία που χρειάζεται

Επειδή όλα τα µόρια του RNA έχουν την ίδια βασική δοµή, συνεπάγεται ότι ένα και το αυτό ένζυµο θα είναι υπεύθυνο για τη µεταγραφή όλων των πληροφοριών. Το ένζυµο αυτό είναι η RNA πολυµεράση. Αυτή αναγνωρίζει ως µήτρα την αλληλοδιαδοχή των δεοξυριβονουκλεοτιδίων και έχει την ικανότητα να ενώνει µεταξύ τους τα διάφορα ριβονουκλεοτίδια καταλύοντας το σχηµατισµό των 3' - 5' φωσφοδιεστερικών δεσµών. Η σειρά µε την οποία συνδέει τα διάφορα ριβονουκλεοτίδια, καθορίζεται από την αλληλοδιαδοχή των νουκλεοτιδίων του DNA.

Η σύνθεση του RNA, όπως και η αντιγραφή του DNA, είναι πιστή διαδικασία πολυµερισµού. Στους προκαρυωτικούς οργανισµούς αποτελείται από τέσσερις υποµονάδες, β', β, σ, και α, χαλαρά συνδεδεµένες µεταξύ τους.

Σχηµατική απεικόνιση της RNA πολυµεράσης

Το βασικό ένζυµο µε σύσταση σε υποµονάδες β'βα2 καταλύει τους φωσφοδιεστερικούς δεσµούς παρουσία ή απουσία της υποµονάδας σ. Η υποµονάδα σ είναι η πλέον χαλαρά συνδεδεµένη ο παράγοντας σ δεν µετέχει στη διαδικασία του πολυµερισµού των ριβονουκλεοτιδίων. Ο ρόλος του είναι πολύ σηµαντικός για τη διαδικασία της ορθής έναρξης της µεταγοαφής. Απουσία του παράγοντα σ η RNA πολυµεράση µεταγράφει το DNA από τυχαία σηµεία. Μόνο παρουσία του παράγοντα σ η RNA πολυµεράση αρχίζει τη µεταγραφή του DNA από τα σωστά σηµεία έναρξης των πληροφοριών.

Άρα: στο µόριο του DNA υπάρχουν ειδικές αλληλοδιαδοχές νουκλεοτιδίων, τις οποίες αναγνωρίζει η RNA πολυµεράση. Βρέθηκε ότι κατά τη διαδικασία της µεταγραφής, ο παράγοντας σ αναγνωρίζει µια αλληλοδιαδοχή νουκλεοτιδίων στο DNA πλούσια σε Α-Τ που αποτελεί το σηµείο αναγνώρισης στο οποίο και συνδέεται χαλαρά. Η βασική αλληλοδιαδοχή του σηµείου αναγνώρισης είναι TATPuATG/ATAPyTAC. Υπάρχουν παραλλαγές σε αυτή την αλληλοδιαδοχή, που ίσως να σηµαίνουν και διαφορετικούς ρυθµούς σύνδεσης της RNA πολυµεράσης.

Προχωρώντας η πολυµεράση από το σηµείο αναγνώρισης δεν αρχίζει να µεταγράφει το DNA, αλλά συναντά, έπειτα από ορισµένο αριθµό νουκλεοτιδίων, µια άλλη αλληλοδιαδοχή του DNA στην οποία και συνδέεται ισχυρά. Το σηµείο αυτό είναι το σηµείο σύνδεσης. Η καθ' εαυτήν έναρξη της µεταγραφής γίνεται 6-7 νουκλεοτίδια µετά το σηµείο σύνδεσης και αρχίζει πάντα µε µια τριφωσφορική πουρίνη (pppΑ ή pppG). Μετά την έναρξη της µεταγραφής ο παράγοντας σ αποσπάται από το ένζυµο γιατί η παρουσία του παρεµποδίζει την ταχεία αύξηση της RNA αλυσίδας. Η ολοκλήρωση της διαδικασίας της µεταγραφής είναι ταχύτατη και ακριβέστατη.

Διαγραμματική απεικόνιση σημείων που αναγνωρίζει η RNA πολυμεράση πάνω στο μόριο του DΝΑ.

Στους ευκαρυωτικούς οργανισµούς η RNA πολυµεράση είναι πιο πολύπλοκο ένζυµο. Κάθε µία από αυτές µεταγράφει διαφορετικά γονίδια. πολυµεράση Ι βρίσκεται µέσα στον πυρηνίσκο και µεταγράφει τα γονίδια για τα rRNA, πολυµεράση ΙΙΙ µεταγράφει τα γονίδια για τα tRNA, rRNA και µια οµάδα από µικρά πυρηνικά RNA, πολυµεράση ΙΙ είναι υπεύθυνη για τη µεταγραφή των γονιδίων που θα δώσουν τα mRNA για τη σύνθεση των διαφόρων πρωτεϊνικών µορίων, καθώς και τα γονίδια για ορισµένα snRNA που χρησιµεύουν στην ωρίµανση των αγγελιοφόρων RNA.

Σύγκριση της προκαρυωτικής RNA πολυμεράσης με τις ευκαρυωτικές πολυμεράσες.

Δύο είναι οι βασικοί παράγοντες για τον τερματισμό της μεταγραφής: Ο πρώτος παράγοντας πρέπει να είναι ειδικές διαμοοφώσεις στην οργάνωση του DNA, καθώς και η εκτενής αλληλοδιαδοχή αδενινών. Ο δεύτερος παράγοντας είναι ένα ειδικό πρωτεϊνικό μόριο, ο παράγοντας ρ. Δρα με πολυμερή μορφή και ίσως να αναγνωρίζει μια ειδική DNA διαμόρφωση. Δεν είναι όμως γνωστό αν ο παράγοντας ρ δρα απευθείας στο DNA μόνος του, είτε συνδεδεμένος με την RNA πολυμεράση.

Διαδικασίες και παράγοντες που μετέχουν στην RNA σύνθεση

ΩΡΙΜΑΝΣΗ ΤΟΥ RNA

Κατά τη διαδικασία της μεταγραφής στα ευκαρυωτικά κύτταρα, η RNA πολυμεράση αναγνωρίζοντας μόνο την αλληλοδιαδοχή των δεοξυριβονουκλεοτιδίων παράγει ένα πιστό αντίγραφο του DNA. Σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις τα µόρια RNA που εξέρχονται στο κυτταρόπλασµα δεν είναι του ίδιου µεγέθους µε τα αντίστοιχα γονίδιά τους Η RNA πολυµεράση παράγει πιστό αντίγραφο του DNA, άρα το µόριο του RNA, από τη στιγµή που συντίθεται στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων µέχρι τη στιγµή κατά την οποία θα εξέλθει στο κυτταρόπλασµα, υφίσταται µια επεξεργασία.

Κατά την επεξεργασία αυτή το µέγεθος του µορίου του RNA µικραίνει και παίρνει το τελικό του µέγεθος µε το οποίο και το βρίσκουµε στο κυτταρόπλασµα. Στα περισσότερα ευκαρυωτικά γονίδια υπάρχουν αλληλοδιαδοχές νουκλεοτιδίων στο DNA οι οποίες δεν υπάρχουν στο µόριο του RNA που αποµονώνουµε από το κυτταρόπλασµα Οι αλληλοδιαδοχές αυτές µε έναν µηχανισµό ωρίµανσης του RNA αφαιρούνται από το RNA πριν αυτό βγει στο κυτταρόπλασµα.

Παρ' όλα αυτά οι αλληλοδιαδοχές αυτές βρέθηκαν στο µόριο του RNA αµέσως µόλις είχε παραχθεί στον πυρήνα. Τα τµήµατα του RNA που δεν εξέρχονται στο κυτταρόπλασµα και τα οποία, καθώς φαίνεται, καταστρέφονται µέσα στον πυρήνα, ονοµάζονται εσώνια Αντίστοιχα, τα τµήµατα που βγαίνουν στο κυτταρόπλασµα ως ώριµο πλέον µόριο RNA ονοµάζονται εξώνια Το µηχανισµό της ωρίµανσης του RNA έχουν αναλάβει µόρια RNA που συντίθενται και παραµένουν µέσα τον πυρήνα των κυττάρων

Τα µόρια αυτά του RNA επειδή έχουν µικρό µέγεθος και παραµένουν µέσα στον πυρήνα ονοµάζονται µικρά πυρηνικά RNA (snRNA). Τα RNA αυτά µαζί µε ορισµένο αριθµό ποωτεϊνιπών µορίων σχηµατίζουν τα καλούµενα σπλαϊσοσωµάτια που είναι υπεύθυνα για την ορθή διαδικασία της ωρίµανσης του RNA. Κατ' αυτόν τον τρόπο αναγνωρίζουν πάνω στο µόριο του RNA καθορισµένες αλληλοδιαδοχές οι οποίες αποτελούν τα όρια µεταξύ των εσωνίων, και των εξωνίων.

Στις αλληλοδιαδοχές αυτές κόβουν το RNA αφαιρώντας τα τµήµατα των εσωνίων, ενώ ξανασυνδέουν µεταξύ τους τα τµήµατα των εξωνίων έτσι ώστε στο κυτταρόπλασµα να βγει πλέον το ώριµο RNA. Κατά τη διαδικασία της ωρίµανσής του το RNA συνδέεται και µε διάφορα πρωτεϊνικά µόρια, τα οποία ίσως να είναι και υπεύθυνα για την τύχη του µέσα στο κυτταρόπλασµα.

ΕΙΔΗ ΜΟΡΙΩΝ RNA

Ετερογενές πυρηνικό RΝΑ (hnRNA) Ετερογενές πυρηνικό RNA ονοµάζεται το σύνολο των RNA όπως αυτά συντίθενται στον πυρήνα ως πιστά αντίγραφα του DNA. Βρίσκεται παντοτε µέσα στον πυρήνα και πολύ σύντοµα χάνεται, επειδή αµέσως µε την ολοκλήρωση της σύνθεσής του αρχίζει η διαδικασία της ωρίµανσης. Το RNA αυτό συνήθως έχει µεγάλο µέγεθος, καθώς το µέγεθος των διαφόρων γονιδίων ποικίλλει από λίγες εκατοντάδες µέχρι και αρκετές δεκάδες χιλιάδες δεοξυ-ριβο-νουκλεοτίδια

Αμέσως με την έναρξη της RNA σύνθεσης και πριν αρχίσει ο καθ' εαυτό πολυμερισμός στο 5' άκρο της ριβο-πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας, προστίθεται μια 7-μεθυλογουανοσίνη με μια τριφωσφορική ρίζα.

Δομή και σταδιακή βιοσύνθεση του 5‘ άκρου των εuκαρυωτικών hnRNA και mRNA που φέρει μια 7-μεθυλογουανοσίνη. (Α) Δομή του 5' άκρου (Β) Σταδιακή βιοσύνθεση

Η προστιθέμενη αυτή βάση θα βοηθήσει αργότερα κατά την ποωτεϊνοσύνθεση τη δέσμευση του RNA πάνω στα ριβοσωμάτια. Μόλις η RNA πολυμεράση συναντήσει τα σημεία της λήξης της μεταγραφής, τότε σταματά τον πολυμερισμό και μια ξεχωριστή poly-A πολυμεράση προσθέτει 100 έως 200 αδενίνες (ως poly-A) στο 3' άκρο της RNA αλυσίδας

Διαδικασία βιοσύνθεσης του RNA και προσθήκη του poly-Α στο 3' άκρο από την ειδική poly-Α πολυµεράση.

Μικρά πυρηνικά RΝΑ (snRNA) Tα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν έναν σηµαντικό αριθµό από µικρού µεγέθους RNA. Έχουν µέγεθος µικρότερο από 300 νουκλεοτίδια και είναι σαφώς διαφορετικά από τα tRNA ή τα rRNA. Τα περισσότερα από αυτά εντοπίζονται µέσα στον πυρήνα των κυττάρων, αλλά έξω από τον πυρηνίσκο. Η µεταγραφή τους γίνεται από την RNA πολυµεράση Π. Έχει βρεθεί µεγάλος αριθµός γονιδίων που κωδικοποιούν τα RNA αυτά.

Τα γονίδια αυτά είναι διαδοχικά διατεταγµένα πάνω στο DNA δηµιουργώντας γονιδιακά συγκροτήµατα. Λίγα από αυτά καταγράφουν για ενεργά snRNA, ενώ το µεγαλύτερο µέρος δεν είναι ενεργά. Τα περισσότερα από αυτά τα RNA έχουν βρεθεί συγκροτηµένα στα ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωµατίδια (snRNPs) που χρησιµεύουν στην ωρίµανση του hnRNA. Τα σηµαντικότερα είναι τα U1, U2, U3, U4, U5 και U6 και τα οποία συνδέονται µε 6 έως 10 διαφορετικές ποωτεϊνες για να οργανώσουν τα καλούµενα snRNPs.

Δοµική αναπαράσταση των4snRΝΡ σωµατιδίων και η θέση που καταλαµβάνουν σ' αυτά τα πέντε βασικά snRNAs που χρησιµεύουν για την ωρίµανση του hnRNA.

Μεταφορικά RΝΑ (tRΝΑ) Τα μεταφορικά RNA έχουν σκοπό να φέρουν τα διάφορα αμινοξέα προς τα ριβοσωμάτια όπου θα γίνει η μετάφραση της γενετικής πληροφορίας. Κάθε μεταφορικό RNA έχει μέγεθος περίπου 80 νουκλεοτίδια και μοριακό βάρος περίπου 25.000. Στο 3' άκρο του τελειώνει πάντα με την αλληλοδιαδοχή CCA. Η τελική βάση στο 5' άκρο είναι σχεδόν πάντα γουανίνη. Παρότι όλα τα μόρια RNA αποτελούνται από μονή αλυσίδα, στα μεταφορικά RNA ο μεγαλύτερος αριθμός από τις βάσεις τους σχηματίζουν μεταξύ τους υδρογονικούς δεσμούς. Αποτέλεσμα είναι ότι στο μεγαλύτερο μέρος τους παρουσιάζουν διαμόρφωση διπλής έλικας

Αλληλοδιαδοχή νοuκλεοτιδίων και σημεία όπου διαμορφώνεται διπλή έλικα στο μόριο του tRNA της αλανίνης,

Συγχρόνως, όμως, στα μόρια των μεταφορικών RNA υπάρχουν περιοχές που δεν σχηματίζεται διπλή έλικα, αλλά σχηματίζουν διαμορφώσεις με τη μορφή θηλιάς. Οι περιοχές αυτές παίζουν σημαντικό ρόλο στην αναγνώριση των πληροφοριών που είναι καταγεγραμμένες πάνω σε άλλα μόρια RNA ή των κατάλληλων ενζύμων και αμινοξέων για την ορθή διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης. Ένα βασικό στοιχείο που συμβάλλει κατά πολύ στη δημιουργία μη ελικοειδών περιοχών είναι και η ύπαρξη σημαντικού αριθμού από ασυνήθεις βάσεις, όπως είναι οι: ψευδοουριδίνη (Ψ), διυδροουριδίνη (UH2), ινοσινη (Ι), µεθυλινοσίνη (IMe), ριβοθυµίνη (Τ), µεθυλογουανοσίνη (GMe) και διµεθυλγουανοσίνη (GMe2),

Στη διαµόρφωση κάθε µεταφορικού RNA µπορούµε να προσδιορίσουµε διαδοχικά τα ακόλουθα τµήµατα µονής αλυσίδας, αλλά και θηλιών σύµφωνα µε την πρωτοταγή δοµή τους: 1. Το 3' άκρο φέρει την αλληλοδιαδοχή CCA και ακολουθείται από τέσσερα άλλα νουκλεοτίδια που διαφέρουν σε κάθε tRNA. Στο άκρο αυτό και µάλιστα στο τελευταίο ελεύθερο νουκλεοτίδιο συνδέεται το κατάλληλο κάθε φορά αµινοξύ. 2. Στη συνέχεια και µε φορά 3’ 5' υπάρχει η πρώτη θηλιά που έχει 7 βάσεις και περιέχει πάντα την αλληλοδιαδοχή 5' - TΨCG - 3'. Η θηλιά αυτη χρησιµεύει για τη σύνδεση µε το rRNA.

3. Ακολουθεί μια δεύτερη μικρή θηλιά που έχει πάντοτε διαφορετικό μέγεθος.   4. Η τρίτη θηλιά έχει και αυτή 7 νουκλεοτίδια. Εδώ βρίσκεται εκείνη η τριπλέτα των βάσεων που καθορίζει το αμινοξύ που φέρει το κάθε tRNA. Η τριπλέτα αυτή καλείται αντικωδικόνιο και περιβάλλεται από μια ουριδίνη και μια πουρίνη που έχει μεταβληθεί σε ασυνήθιστη βάση. Η θηλιά αυτή χρησιμεύει για την αναγνώριση της γενετικής πληροφορίας που είναι καταγεγραμμένη στο mRNA. 5. Η τελευταία θηλιά έχει 8 έως 10 νουκλεοτίδια και φέρει συνήθως αρκετές διυδροουριδίνες. Χρησιμεύει για την αναγνώριση του tRNA και του ενζύμου που θα φέρει για να συνδέσει το κατάλληλο αμινοξύ για το κάθε tRNA.

Η τέταρτη θηλιά των tRNA είναι υπεύθυνη για την αναγνώριση του ενζύμου που θα φέρει για να συνδεθεί το κατάλληλο αμινοξύ στο 3' άκρο. Η ένωση της 3' αδενοσίνης και του αμινοξέος γίνεται με ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ του καοβοξυλίου του αμινοξέος και της τελευταίας ριβόζης του RNA. Ο δεσμός αυτός είναι υψηλής ενέργειας. Η διάσπαση του κατά τη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια για τη δημιουργία του πεπτιδικού δεσμού.

Για να γίνει ο ομοιοπολικός αυτός δεσμός μεταξύ αμινοξέος και tRNA παρέχεται ενέργεια από το ΑΤΡ. Σε πρώτο στάδιο το ΑΤΡ διασπάται σε ΑΜΡ και πυροφωσφορικό με τη σύγχρονη σύνδεση του αμινοξέος με το ΑΜΡ. Η διαδικασία αυτή γίνεται από το ένζυμο αμινοακυλοσυνθετάση. Έτσι, το ενεργοποιημένο αμινοξύ μπορεί πλέον να συνδεθεί με το κατάλληλο tRNA στο 3' άκρο του. Τη σύνδεση αυτή και πάλι εκτελεί η αμινοακυλοσυνθετάση.

Ενώ τα αμινοξέα που συναντάμε στα διάφορα πρωτεϊνικά μόρια είναι μόνο 20 μέσα σε ένα κύτταρο συναντάμε περισσότερα από 20 tRNA. Δηλαδή, έχουμε περισσότερα από ένα tRNA για κάθε αμινοξύ. Αυτό γίνεται επειδή ο γενετικός κώδικας είναι εκφυλισμένος. Δηλαδή για καθένα αμινοξύ υπάρχουν και περισσότερες από μία τριπλέτες προσδιορισμού. Έχοντας λοιπόν μόνο 20 αμινοξέα λογικά θα χρειαζόμαστε και 20 διαφορετικές αμινοακυλοσυνθετάσες. Επειδή η αλληλοδιαδοχή που αναγνωρίζει το ένζυμο πάνω στο tRNA βρίσκεται σε άλλη θηλιά από αυτήν που βρίσκεται το αντικωδικόνιο και εφόσον τα tRNA που αναγνωρίζουν ένα και το αυτό αμινοξύ έχουν την ίδια τέταρτη θηλιά, συνεπάγεται ότι ένα και το αυτό ένζυμο αναγνωρίζει τα διαφορετικά tRNA του ίδιου αμινοξέος.

Ο αριθμός των γονιδίων που κωδικοποιούν για τα διάφορα tRNA ποικίλλει. Το σύνολο των αντιγράφων αυτών βρίσκεται διαδοχικά διατεταγμένο στο DNA των κυττάρων δημιουργώντας γονιδιακά συγκροτήματα. Η μεταγραφή των tDNA (δηλαδή των γονιδίων που κωδικοποιούν για τα tRNA) γίνεται από την RNA πολυμεράση ΙΙΙ. Και τα RNA αυτά μεταγράφονται ως πρόδρομα μόρια που σταδιακά πριν εξέλθουν στο κυτταρόπλασμα υφίστανται ωρίμανση.

Ριβοσωµικά RΝΑ (rRNA) Τα ριβοσωμικά RNA έχουν σκοπό να συγκροτήσουν μαζί με ορισμένο αριθμό ποωτεϊνών τα συμπλέγματα εκείνα πάνω στα οποία θα γίνει η ποωτεϊνοσύνθεση. Τα συμπλέγματα αυτά καλούνται ριβοσωμάτια και βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα είτε ελεύθερα είτε δεσμευμένα πάνω σε με μεβρανώδη δίκτυα.

Τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά ριβοσωμάτια είναι παραπλήσια στην οργάνωσή τους. Το καθένα αποτελείται από μια μεγάλη και μια μικρή υπομονάδα. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα η μικρή υπομονάδα αποτελείται από ένα μόριο RNA (rRNA) και 33 διαφορετικές πρωτεΐνες. Η μεγάλη υπομονάδα αποτελείται από 3 διαφορετικά μόρια rRNA και 45 περίπου διαφορετικές πρωτεϊνες συνδεδεμένες με αυτά. Οι υπομονάδες των προκαρυωτικών ριβοσωματίων είναι λίγο μικρότερες από τις αντίστοιχες των ευκαρυωτικών.

Σύγκριση της οργάνωσης των: (α) προκαρυωτικών (β) ευκαρυωτικών ριβοσωµατίων.

Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς ο τόπος οργάνωσης των ριβοσωματίων είναι το μόρφωμα που ονομάζεται πυρηνίσκος ή πυρήνιο ή νουκλεόλιο. Αυτό βρίσκεται μέσα στον πυρήνα των κυττάρων και προέρχεται από τη συγκρότηση ορισμένων περιοχών των χρωμοσωμάτων. Οι περιοχές αυτές των χρωμοσωμάτων καλούνται νουκλεολικοί οργανωτές. Στις περιοχές αυτές των χρωμοσωμάτων είναι συγκεντρωμένα τα γονίδια που φέρουν τις πληροφορίες για τα rRNA.

Περιοχές νουκλεολικών οργανωτών στα ανθρώπινα χρωµοσώµατα όπου είναι συγκεντρωµένα τα ριβοσωµικά γονιδιακά συγκροτήµατα.

Τα γονίδια αυτά δηµιουργούν γονιδιακά συγκροτήµατα που κατά τη διάρκεια της µεταγραφής παρουσιάζουν την απεικόνιση φτερού Ριβοσωμικά γονιδιακά συγκροτήματα όπως φαίνονται στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο κατά τη διάρκεια της μεταγραφής τους.

Η ωρίµανση του 45S pre-rRNA γίνεται µέσα στον πυρηνίσκο. Συγχρόνως, αποµακρύνονται διάφορες αλληλοδιαδοχές νουκλεοτιδίων και αποκόπτονται τα 18S, 5.8S και 28S ώριµα rRNA. Επίσης κατά τη διαδικασία αυτή εισέρχεται στον πυρηνίσκο και το 5S rRNA που συντίθεται από την RNA πολυµεράση ΠΙ έξω από τον πυρηνίσκο .

Στάδια της διαδοχικής οργάνωσης των ριβοσωματίων και η πορεία της ωρίμανσης και εξόδου τους στο κυτταρόπλασμα.

Οι ώριµες πλέον ριβοσωµικές υποµονάδες εξέρχονται από τον πυρήνα διαµέσου των πυρηνικών πόρων στο κυτταρόπλασµα όπου αφού πρώτα ενωθούν µε τα mRNA θα αρχίσουν τη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης. Επειδή το µέγεθος, ιδιαίτερα της µεγάλης υποµονάδας, είναι σχεδόν όσο και το άνοιγα των πόρων της πυρηνικής µεµβράνης, συνεπάγεται ότι κάποιες µεταβολές στη διαµόρφωση των υποµονάδων θα πρέπει να γίνονται κατά την έξοδό τους από τον πυρήνα.

Αγγελιοφόρα RΝΑ (mRNA) Έτσι, στα προκαρυωτικά κύτταρα τα µόρια RNA αµέσως µόλις συντίθενται από το DNA αρχίζουν να οργανώνονται στις διάφορες δοµές που συµµετέχουν. Αυτό συνεπάγεται ότι και τα μόρια του mRNA που είναι επιφορτισμένα με τη μεταβίβαση των γενετικών πληροφοριών στα ριβοσωμάτια για την πρωτεϊνοσύνθεση, αμέσως μετά τη σύνθεσή τους ή ακόμη και κατά τη διάρκεια της μεταγραφής του DNA συνδέονται με τα οιβοσωμάτια

Στα ευκαρυωτικα κύτταρα που έχουμε διαμερισματοποίηση παρατηρούμε και πολυπλοκότερη διαδικασία στη μεταγραφή των διαφόρων γονιδίων. Το πρωτογενές μεταγράφημα μέσα στον πυρήνα των κυττάρων υφίσταται σταδιακή επεξεργασία πριν βγει στο κυτταρόπλασμα. Τα μόρια RNA μόλις βγουν στο κυτταρόπλασμα έχουν προκαθορισμένη τη μετέπειτα πορεία τους ανάλογα με το είδος τους. Έτσι, τα αγγελιοφόρα RNA κατευθύνονται στα ριβοσωματια για να αρχίσει η διαδικασία της ποωτεϊνοσύνθεοης.

Υπάρχει σημαντική διαφορά στην οργάνωση των αγγελιοφόρων RNA μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών οργανισμών Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς τα mRNA μπορεί να είναι και πολυσιστρωνικά. Αυτό σημαίνει ότι ένα μόριο mRNA μπορεί να καταγράφει πληροφορίες για περισσότερες από μία ποωτεϊνες Οι πληροφορίες που καταγράφονται στα πολυσιστρωνικά προκαρυωτικα mRNA αφορούν ένζυμα που μετέχουν σε μια βιοσυνθετική διαδικασία. Πχ. το mRNA που καταγοάφει τις πρωτεΐνες που επενεργούν για την είσοδο στον οργανισμό της γαλακτόζης και για το μεταβολισμό της. Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς τα mRNA είναι πάντοτε μονοσιστρωνικά, δηλαδή καταγράφουν για την πληροφορία μιας μόνο πρωτεΐνης.

Συγκριτική αναπαράσταση: 1. προκαρυωτικών και 2. ευκαρυωτικών αγγελιοφόρων RΝΑ

Σημαντικό στοιχείο στην οργάνωση των mRNA, είτε αυτά είναι προκαρυωτικά είτε ευκαρυωτικά, είναι ότι στην αρχή και στο τέλος κάθε πληροφορίας υπάρχουν αλληλοδιαδοχές που δεν καταγράφουν για κανένα αμινοξύ, αλλά παίζουν σημαντικό ρόλο στη μετάφραση της πληροφορίας από τα ριβοσωμάτια. Στην αρχή κάθε αγγελιοφόρου RNA υπάρχει μια οδηγός αλληλοδιαδοχή νουκλεοτιδίων όπου στην αρχή της βρίσκεται η 7 –μεθυλογουανοσίνη. Αυτή, μεταξύ των άλλων, παίζει και ρόλο στην αναγνώριση του RNA από τη μικρή υπομονάδα των ριβοσωματίων. Με την αλληλοδιαδοχή αυτή, γίνεται ένα υβρίδιο μεταξύ του rRNA και του mRNA που παίζει ρόλο στη συγκοάτηση του mRNA πάνω στο ριβοσωματιο.

Στα διάφορα mRNA η αλληλοδιαδοχή αυτή έχει και διαφορετικό μέγεθος. Στις διάφορες αυτές αλληλοδιαδοχές υπάρχουν αλληλουχίες νουκλεοτιδίων κοινές στα διάφοοα προκαρυωτικά ή στα διάφοοα ευκαρυωτικά mRNA αφού όλα τα προκαρυωτικα ή όλα τα ευκαρυωτικα mRNA μεταφράζονται από τα ίδια πάντοτε ριβοσωμάτια μέσα στα κύτταρα. Όπως στην αρχή έτσι και στο τέλος κάθε αγγελιοφόρου RNA υπάρχει μια αλληλοδιαδοχή νουκλεοτιδίων που δεν μεταφράζεται από τα ριβοσωμάτια. Και αυτή η αλληλοδιαδοχή παίζει σημαντικό ρόλο στη μετάφραση των mRNA.

Στα κύτταρα τα αγγελιοφόρα RNA συντίθενται με πολύ γρήγορο ρυθμό. Με εξίσου γρήγορο ρυθμό καταστρέφονται αμέσως μετά τη μετάφραση τους. Ο μέσος χρόνος ζωής των ευκαρυωτικών και των προκαρυωτικών mRNA διαφέρει. Η διαφορά αυτή έγκειται στο ότι ο χρόνος ζωής των προκαρυωτικών κυττάρων είναι κατά πολύ μικρότερος από αυτόν των ευκαρυωτικών.

Μέσος χρόνος ζωής του αγγελιοφόρου RNA

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΑΦΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΑΓΓΕΛΙΟΦΟΡΟΥ RNA ΠΡΩΤΕΪΝΟΣΥΝΘΕΣΗ Έναρξη της πρωτεϊνικής σύνθεσης Επιµήκυνση της πρωτεϊνικής αλυσίδας Περάτωση της πρωτεϊνοσύνθεσης Περιοχές πρωτεϊνοσύνθεσης

Η φυσιολογική ανάπτυξη ενός κυττάρου εξαρτάται άµεσα από την απρόσκοπτη µεταβίβαση µηνυµάτων από το µόριο του DNA στα µέρη της αποκωδικοποίησής τους, τα ριβοσωµάτια, µέσω του µορίου του αγγελιοφόρου RNA. Τα ριβοσωµάτια στα ευκαρυωτικά κύτταρα βρίσκονται είτε ελεύθερα στο κυτταρόπλασµα είτε συνδεδεµένα πάνω σε µεµβρανώδεις διατάξεις του ενδοπλασµατικού δικτύου που αποτελούν το αδρό ενδοπλασµατικό δίκτυο. Στα προκαρυωτικά κύτταρα, τα ριβοσωµάτια βρίσκονται ελεύθερα στο κυτταρόπλασµα.

Για την αποκωδικοποίηση των µηνυµάτων που µεταφέρονται µέσω του αγγελιοφόρου RNA γίνεται συνδυασµός αυτού του RNA πάνω στη δοµή του ριβοσωµατίου µε τα rRNA, καθώς και µε τα διάφορα tRNA. Η διαδικασία της αποκωδικοποίησης αποτελεί την ποωτεϊνοσύνθεση. Η διαδικασία της ποωτεϊνοσύνθεσης µπορεί να διακριθεί σε τρία βασικά στάδια. έναρξη, επιµήκυνση περάτωση. Σε καθένα από αυτά, είτε πρόκειται για ευκαρυωτικά είτε για προκαρυωτικά κύτταρα, συµβάλλουν και διαφορετικοί παράγοντες.

Έναρξη της πρωτεϊνικής σύνθεσης Απαραίτητη προϋπόθεση για να αρχίσει η διαδικασία της ποωτεϊνοσύνθεσης είναι η παρουσία στο ίδιο σηµείο του κυτταροπλάσµατος, της µικρής υποµονάδας του ριβοσωµατίου, του αγγελιοφόρου RNA, του tRNA και διαφόρων ποωτεϊνικών παραγόντων έναρξης (ΙΡ και eIF).

Οι παράγοντες αυτοί έχουν σκοπό να διευκολύνουν τη διαδικασία της σύνδεσης του αγγελιοφόρου RNA µε τη µικρη υποµονάδα του ριβοσωµατίου και στη συνέχεια στο σύµπλεγµα αυτό να επικαθίσει το πρώτο µεταφορικό RNA. Στα προκαρυωτικά κύτταρα, αυτό είναι το µεταφορικό RNA της φορµυλοµεθιονίνης, ενώ στα ευκαρυωτικά της µεθιονίνης. Τα δύο αυτά µεταφορικα RNA, ενώ έχουν το ίδιο αντικωδικόνιο, έχουν µικρές διαφορές στις βάσεις τους που, όπως φαίνεται, παίζουν ρόλο στη διαδικασία της φορµυλίωσης της µεθιονίνης

Διαφορές μεταξύ των fmet-tRNA και των met-tRNA.

Το tRNA της μεθιονίνης που χρησιμεύει για την έναρξη της ποωτεϊνοσύνθεσης δεν μπορεί να χρησιμεύσει για τη μεταφορά μεθιονίνης που πρόκειται να προστεθεί στο μέσο μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Η αναγνώριση μεταξύ αυτών των tRNA γίνεται από μικρές διαφορές στις βάσεις τους. Η φορμυλίωση της μεθιονίνης στους προκαρυωτικούς οργανισμούς γίνεται αφού πρώτα συνδεθεί η μεθιονίνη με το αντίστοιχο tRNA

Στάδια φορµυλίωσης της µεθιονίνης και συµµετοχή της στη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης

Αφού γίνουν στη μικρή υπομονάδα των ριβοσωματίων τα συμπλέγματα των rRNA/mRNA και mRNA/tRNA, τότε έρχεται και συνδέεται με τα συμπλέγματα αυτά και η μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα Διαδικασία έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης στα προκαρuωτικά και τα εuκαρuωτικά κύτταρα.

Η μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα διαθέτει δύο θέσεις στην επιφάνειά της. Αυτές είναι η θέση Ρ (πεπτιδική) στην οποία συνδέεται το met-tRNA για την έναρξη της πρωτεϊνοσύνθεσης αλλά και στην οποία βρίσκεται πάντοτε το σχηματιζόμενο πολυπεπτίδιο που είναι πάντοτε συνδεδεμένο με το τελευταίο tRNA (peptidyl-tRNA), καθώς και η θέση Α (αμινοακυλική) στην οποία έρχεται το νέο κάθε φορά tRNA με το ελεύθερο αμινοξύ (amino acyl-tRNA) πριν αυτό συνδεθεί με το ήδη σχηματισμένο πολυπεπτίδιο.

Η σύνδεση του 5' άκρoυ του mRNA µε το 3' άκοο του 16S rRNA επιτυγχάνεται καθώς παρατηρείται συµπληοωµατικότητα βάσεων µεταξύ τους. Η συµπληρωµατικότητα αυτή παρουσιάζεται µεταξύ 4 - 6 βάσεων στην 5‘ οδηγό αλληλοδιαδοχή του mRNA. Η έναρξη της πρωτεϊνοσύνθεσης µε την προσθήκη του met-tRNA γίνεται στο πρώτο κωδικόνιο έναρξης αµέσως µετα το υβρίδιο mRNA/rRNA

Η ενέργεια που απαιτείται για αυτή τη διαδικασία παρέχεται στα προκαρυωτικά κύτταρα από το GTP, ενώ στα ευκαρυωτικά από το GTP και το ΑΤΡ. Η ενέργεια που παρέχεται από το GTP χρησιµευει για να γίνει διαµόρφωση της επιφάνειας των ριβοσωµικών υποµονάδων έτσι ώστε να διευκολυνθούν οι διαδικασίες. Παρατηρούµε ότι κατα την έναρξη της ποωτεϊνοσύνθεσης, οι ριβοσωµικές υποµονάδες είναι αποδεσµευµένες η µία από την άλλη και σε ένα δεύτερο στάδιο γίνεται η σύνδεσή τους. Αυτό συνεπάγεται ότι µετά το πέρας της πρωτεϊνοσύνθεσης οι δύο ριβοσωµικές υποµονάδες αποδεσµεύονται και παραµένουν έτσι µέχρι να ξαναχρησιµοποιηθούν.

2. Επιµήκυνση της πρωτεϊνικής αλυσίδας Με την οργάνωση του συμπλέγματος των mRNA, tRNA και του οργανωμένου πλέον ριβοσωματίου, περατώνεται η έναρξη της πρωτεϊνοσύνθεσης και αρχίζει η διαδικασία της επιμήκυνσης. Το mRNA συνδέεται με το 5' άκρο του και η μετατόπισή του πάνω στο ριβοσωμάτιο γίνεται προς το 3' άκρο του. Στα προκαρυωτικά κύτταρα που δεν υπάρχει διαμερισματοποίηση, αυτό σημαίνει ότι το mRNA που συντίθεται με φορά 5‘ 3' άκρο, είναι άμεσα διαθέσιμο στα ριβοσωμάτια ακόμη και κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού του. Η κατεύθυνση του πολυμερισμού του πολυπεπτιδίου είναι από το αμινικό προς το καρβοξυλικό άκρο του. Ένα στοιχείο που προσδιορίζει την κατεύθυνση του συντιθέμενου πολυπεπτιδίου είναι και το ότι η αμινομάδα της φορμυλομεθιονίνης φέρει τη φορμυλομάδα. Έτσι, διαθέσιμη για αντίδραση στην ένωση με το επόμενο αμινοξύ είναι μόνο η καρβοξυλομάδα.

Κατά τη διάρκεια της επιμήκυνσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας η αλληλοδιαδοχή των νουκλεοτιδίων του mRNA καθορίζει και ποιο tRNA θα καταλάβει κάθε φορά τη θέση Α στο ριβοσωμάτιο. Η όλη διαδικασία της επιμήκυνσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας προϋποθέτει την παρουσία διαφόρων ποωτεϊνιπών παραγόντων και δαπάνη ενέργειας. Οι παράγοντες αυτοί είναι υπεύθυνοι για την ακρίβεια της τοποθέτησης των tRNA στη θέση Α των ριβοσωματίων, την επίτευξη του πεπτιδικού δεσμού μεταξύ του νέου αμινοξέος και του ήδη σχηματισμένου πεπτιδίου, καθώς και τη μετατόπιση του νέου πεπτιδίου από τη θέση Α στη θέση Ρ. Η ενέργεια που απαιτείται για αυτές τις διαδικασίες παρέχεται από το GTP

Διαδικασία και παράyoντες που συµµετέχουν στην επιµήκυνση της νεoσυντιθέµενης πολυπεπτιδικής αλυσίδας

Η τοποθέτηση του σωστού αμινοάκυλο-tRΝΑ στη θέση Α του ριβοσωματίου είναι αποτέλεσμα της δράσης των παραγόντων επιμήκυνσης Τυ και Ts στους προκαρυωτικούς, ενώ των EF1 και ΕF1β στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς.. Οι παράγοντες αυτοί, ενεργοποιούμενοι από το GTP, συνδέονται στην TΨCG θηλιά του tRNA και τοποθετούν σωστά το tRNA στην Α θέση των ριβοσωματίων. Αφού έχει τοποθετηθεί σωστά το αμινοάκυλο-tRΝΑ στην Α θέση, τότε το προϋπάρχον πεπτίδιο συνδέεται με πεπτιδικό δεσμό με το αμινοάκυλο-tRΝΑ. Η κατάλυση του πεπτιδικού δεσμού γίνεται από την πεπτιδυλοτρανσφεράση στην επιφάνεια της μεγάλης υπομονάδας του ριβοσωματίου.

Το ένζυμο αυτό αποτελεί συστατικό της μεγάλης υπομονάδας των ριβοσωματίων. Με το σχηματισμό του πεπτιδικού δεσμού, το πεπτίδιο βρίσκεται πλέον στην Α θέση. Το αποδεσμευμένο πλέον tRNA στη θέση Ρ είναι ασταθές στη θέση αυτή και απομακρύνεται. Το νέο πεπτιδύλο-tRΝΑ μετατοπίζεται από τη θέση Α στη θέση Ρ του ριβοσωματίου παρασύροντας και το mRNA με τη βοήθεια του παράγοντα G στους προκαρυωτικούς ή του EF2 στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Και εδώ, η απαιτούμενη ενέργεια παρέχεται από το GTP. Κατ' αυτόν τον τρόπο, η θέση Α του ριβοσωματίου είναι διαθέσιμη για να προσέλθει ένα νέο αμινοάκυλοtRNA.

3. Περάτωση της πρωτεϊνοσύνθεσης Κατά τη διαδοχική μετατόπιση του πεπτιδύλο-tRΝΑ από τη θέση Α στη θέση Ρ του ριβοσωματίου και τη σύγχρονη αύξηση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, κάποια στιγμή στη θέση Α βρίσκεται το κωδικόνιο UAG ή τα κωδικόνια UΑΑ και UGA. Για τα κωδικόνια αυτά δεν υπάρχουν tRNA που να τα αναγνωρίζουν για να φέρουν κάποιο αμινοξύ. Αναγνωρίζονται όμως από πρωτεϊνικούς παράγοντες, παράγοντες λήξης (TF). Οι παράγοντες αυτοί στα προκαρυωτικά κύτταρα είναι τρεις, ενώ στα ευκαρυωτικα είναι ένας.

Η αναγνώριση των κωδικονίων από τους παράγοντες λήξης έχει αποτέλεσμα, αφού πρώτα δοθεί ενέργεια από το GTP, να αποκοπεί το πολυπεπτίδιο από το τελευταίο αμινοάκυλο-tRΝΑ, να απελευθερωθούν από το ριβοσωμάτιο τα mRNA, tRNA και το πολυπεπτίδιο και να αποδεσμευτούν οι δύο υπομονάδες των ριβοσωματίων έτσι ώστε να είναι σε θέση να λάβουν μέρος σε νέα διαδικασία ποωτεϊνοσύνθεσης

Διαδικασία περάτωσης πρωτεϊνοσύνθεσης

4. Περιοχές πρωτεϊνοσύνθεσης Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, τα ριβοσωμάτια βρίσκονται είτε ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα είτε είναι πάνω σε μεμβρανώδεις σχηματισμούς. Αυτό έχει αποτέλεσμα από τα ριβοσωμάτια αυτά να συντίθενται διαφορετικές πρωτεΐνες.

Στα ελεύθερα ριβοσωμάτια συντίθενται πρωτεΐνες που είναι διαλυτές στο κυτταρόπλασμα, που βρίσκονται στην εσωτερική πλευρά της κυτταροπλασματικής μεμβράνης, πρωτεΐνες των μικροσωματίων, των χλωροπλαστών και των μιτοχονδρίων που κωδικοποιούνται από το DNA του πυρήνα, πυρηνικές πρωτεΐνες όπως οι ιστόνες και οι λαμίνες.

Στα ριβοσωμάτια του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου συντίθενται πρωτεΐνες που πρόκειται να απεκκριθούν από τα κύτταρα, γλυκοπρωτεϊνες της κυτταροπλασματικης και της πυρηνικής μεμβράνης, του αδρού και του λείου ενδοπλασματικού δικτύου, του συστήματος Golgi, πρωτεΐνες της εξωτερικης πλευράς της κυτταροπλασματικής μεμβράνης, ένζυμα των λυοσωματίων, του συστήματος Golgi και του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου.

Διαφορετικές πρωτεΐνες συντίθενται στα ελεύθερα και στα δεσμευμένα στις μεμβράνες του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου ριβοσωμάτια Τι είναι αυτό που κατευθύνει τα αγγελιοφόρα RNA προς τις δύο αυτές ομάδες των ριβοσωματίων; Πειραµατικα βρέθηκε ότι η κατευθυντήρια δύναµη δεν είναι το mRNA, αλλά η συντιθέµενη πρωτεΐνη.

Στο αµινοτελικό ακρο της πρωτείνης αρχικά συντίθεται ένα πεπτίδιο (πεπτίδιο αναγνώρισης) που είναι υπεύθυνο για την καθοδήγηση του όλου συµπλέγµατος mRNA, αµινοακυλο-tRΝΑ, ριβοσωµατίου και νεοσυντιθέµενου πεπτιδίου προς τις µεµβοάνες του ενδοπλασµατικού δικτύου όπου και ποοσκολλάται. Από εκεί, στη συνέχεια ολοκληρώνεται η σύνθεση του πρωτεϊνικού µορίου του οποίου η τύχη πλέον είναι προσδιορισµένη µε βάση ορισµένα πεπτιδικά σηµεία στο αµινοτελικό ακρο του

Το αρχικό πεπτίδιο αναγνώρισης αναγνωρίζεται από ένα ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σωµατίδιο (σωµατίδι αναγνώρισης, SRP) που ενώνεται µε το πεπτίδια και το ριβοσωµατια. Το σωµατίδιο αυτό αποτελείται από ένα µόριο RNA µεγέθους 300 νουκλεοτιδίων και από έξι πρωτεϊνες που η κάθε µία παίζει διαφορετικό ρόλο στην αναγνώριση και µετακίνηση των πρωτεϊνών που προβλέπεται να απεκκριθούν στα πρώτα στάδια της σύνθεσης τους

Δομή του σωματιδίου αναγνώρισης με· τις θέσεις των διαφόρων πρωτεϊνικών μορίων πάνω στο μόριο του RNA.

Για το σωµατίδιο αυτό υπάρχει υποδοχέας στις µεµβράνες του ενδοπλασµατικού δικτύου που είναι υπεύθυνος για να φέρει το πεπτίδιο του αµινοτελικού άκρου σε επαφή µε άλλον υποδοχέα που το αναγνωρίζει. Μετά την αναγνώριση του πεπτιδίου από τον πεπτιδικό υποδοχέα, αποδεσµεύονται η πρωτεΐνη αναγνώρισης και ο υποδοχέας της και συνεχίζει η σύνθεση της πρωτεΐνης, ενώ συγχρόνως αποκόπτεται το αρχικό πεπτίδιο αναγνώρισης.

Διαδικασία σύνθεσης πρωτείνης που πρόκειται να απεκκριθεί από το κύτταρο

Διαµέσου του αυλού του αδρού ενδοπλασµατικού δικτύου οι συντιθέµενες πρωτεΐνες κατευθύνονται προς το σύστηµα Golgi και από εκεί προς τον προορισµό τους.

Διαδικασία ωρίμανσης πρωτεϊνών που πρόκειται να απεκκριθούν.

Στην πορεία αυτή των πρωτεϊνών διαµέσου του ενδοπλασµατικού δικτύου και των οργανιδίων του, υφίστανται µετά-µεταφραστικές επεξεργασίες. Οι σηµαντικότερες από τις επεξεργασίες αυτές είναι η προσθήκη δισουλφιδικών δεσµών, η σωστή τριτοταγής διαµόρφωση, εξειδικευµένες πρωτεολυτικές δράσεις και η προσθήκη των σακχαρικών υποµονάδων. Κάθε µία από αυτές τις επεξεργασίες γίνεται σε ξεχωριστό οργανίδιο διαµέσου του οποίου διέρχεται η πρωτείνη και σκοπό έχουν να λάβει η πρωτείνη την τελική λειτουργική της διαµόρφωση, καθώς και το σωστό προορισµό της. Ποωτεϊνοσύνθεση επίσης γίνεται και στους χλωροπλάστες, καθώς και στα µιτοχόνδρια από τα δικά τους ριβοσωµάτια, mRNA και tRNA για πρωτείνες που καταγράφονται στο δικό τους DNA.

ΓΕΝΕΤΙΚΟΣ ΚΩΔΙΚΑΣ

Κατά τη διαδικασία της ποωτεϊνοσύνθεσης, το mRNA προσδιορίζει ποιο αμινοάκυλο-tRΝΑ θα βρεθεί στη θέση Α των ριβοσωματίων. Επειδή η πληροφορία που φέρει το mRNA είναι καταγεγραμμένη στην αλληλοδιαδοχή των ριβονουκλεοτιδίων, συνεπάγεται ότι και η αλληλοδιαδοχή ριβονουκλεοτιδίων θα καθορίζει και καθένα αμινοάκυλο-tRΝΑ. Κατά συνέπεια, κάθε αμινοξύ προσδιορίζεται και από μια καθορισμένη αλληλοδιαδοχή νουκλεοτιδίων. Πειραματικά βρέθηκε ότι ο συνδυασμός τριών νουκλεοτιδίων καθορίζει και ένα αμινοξύ. Οι συνδυασμοί αυτοί των νουκλεοτιδίων αποτελούν το γενετικό κώδικα

Γενετικός Κώδικας

Παρατηρούμε από τον Πίνακα ότι οι συνδυασμοί των τεσσάρων νουκλεοτιδίων ανά τρεις (κωδικόνια) είναι συνολικά 64. Παρ' όλα αυτά τα γνωστά αμινοξέα που μετέχουν στη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης είναι μόνο 20. Αυτό έχει αποτέλεσμα για κάθε αμινοξύ να χρησιμοποιούνται περισσότερες από μία τριάδες του γενετικού κώδικα. αδενίνη (Α) γουανίνη (G) oυρακίλη (U) κυτοσίνη (C)

Υπάρχουν 6 τριάδες για τα αµινοξέα λευκίνη, σερίνη και αργινίνη, 4 τριάδες για τα αµινοξέα γλυκίνη, προλίνη, αλανίνη, βαλίνη και θρεονίνη, 3 τριάδες για την ισολευκίνη, 2 τριάδες για τα αµινοξέα φενυλαλανίνη, τυροσίνη, κυστεινη, ιστιδίνη, γλουταµίνη, γλουταµικό οξύ, ασπαραγίνη, ασπαρτικό οξύ και λυσίνη 1 τριάδα για τα αµινοξέα µεθιονίνη και τρυπτοφάνη.

Τα διάφορα κωδικόνια που αντιστοιχούν στο ίδιο αµινοξύ καλούνται συνώνυµα. Για τα 20 αµινοξέα χρησιµοποιούνται 61 κωδικόνια. Τα υπόλοιπα τρία κωδικόνια µέχρι τα 64 καλούνται κωδικόνια ληξης γιατί σ' αυτά σταµατά η ποωτεϊνοσύνθεση.

Οι συνδυασµοί του γενετικού κώδικα που χρησιµοποιούνται στους ευκαρυωτικούς οργανισµούς χρησιµοποιούνται και στους προκαρυωτικούς, Επίσης έχει παρατηρηθεί ότι µέσα στα δισεκατοµµύρια έτη της εξέλιξης των διαφόρων οργανισµών δεν έχουν επέλθει µεταβολές στο γενετικό κώδικα. Κατά συνέπεια, µπορούµε να αναφέρουµε ότι ο γενετικός κώδικας έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Είναι γενικευµένος. Είναι σταθερός.

ο γενετικός κώδικας ισχύει για όλους τους οργανισµούς, έχει παραµείνει αναλλοίωτος κατά τη διάρκεια της εξέλιξης για κάθε αµινοξύ υπάρχουν περισσότεροι του ενός συνδυασµοί.