Κεφάλαιο 1 Βιολογία Κατεύθυνσης Γενετικό υλικό Κεφάλαιο 1 Βιολογία Κατεύθυνσης

Πως ανακαλύφθηκε το DNA ως γενετικό υλικό 1928 : Πείραμα Griffith με 2 στελέχη βακτηρίου πνευμονιόκοκκου. Μετασχηματισμός 1944 : Avery, Mac-Leod και McCarty: Ιn vitro επανάληψη πειραμάτων Griffith. Το DNA προκαλεί τον μετασχηματισμό των αδρών σε λεία βακτήρια. 1952 : Hersey και Chase οριστική επιβεβαίωση DNA: γενετικό υλικό . 1953 : Watson & Crick ανακάλυψαν τη διπλή έλικα του DNA.

Πείραμα Griffith Χρησιμοποίησε 2 στελέχη του βακτηρίου πνευμονιόκοκκου. Τα λεία βακτήρια περιβάλλονται από προστατευτικό κάλυμμα παθογόνα για τα ποντίκια. Τα αδρά βακτήρια δεν έχουν προστατευτικό κάλυμμα επιβίωση. Αποικία: Σύνολο μικροοργανισμών που προέρχονται από διαδοχικές διαιρέσεις ενός κυττάρου. Στελέχη: Ένα είδος βακτηρίου αποτελείται από πολλά στελέχη. Κάθε στέλεχος προέρχεται από 1 αποικία ενός είδους. Διαφέρουν μόνο στα δευτερεύονται χαρακτηριστικά του είδους.

Φαινόμενο ανταλλαγής γενετικού υλικού στα βακτήρια Σύζευξη γαμετών; ΌΧΙ αφυλετική αναπαραγωγή- μονογονικά (διχοτόμηση) Τρόποι ανταλλαγής γενετικού υλικού: Μετασχηματισμός Βακτηριοφάγοι Σύζευξη κυττάρων διαφορετικών τύπων http://www.poukamisas.gr/ethnos/08_04_2009BIOLOGIA.pdf

1928 Πείραμα Griffith

1944 Πείραμα Avery,Mac-Leod & McCarty Διαχώρισε τα συστατικά των λείων βακτηρίων. Το DNA ευθύνεται για τον μετασχηματισμό των αδρών σε λεία στελέχη βακτηρίου. Συστατικά λείων βακτηρίων DNA RNA Λιπίδια Πρωτεΐνες Υδατάνθρακες

Οριστική επιβεβαίωση DNA ως το γενετικό υλικό . 1952 Hersey και Chase Οριστική επιβεβαίωση DNA ως το γενετικό υλικό . Ιχνηθέτηση βακτηριοφάγου: με ραδιενεργό 35S που ενσωματώνονται μόνο στις πρωτεΐνες 32P που ενσωματώνονται μόνο στο DNA και όχι στις πρωτεΐνες Μόλυναν βακτήρια με τους φάγους αυτούς. Μόνο το DNA των φάγων εισέρχεται στα βακτήρια. Και το DNA είναι εκείνο που δίνει εντολές να πολλαπλασιαστούν και να παραχθούν νέοι φάγοι .

1952 Hersey και Chase

Βασικοί ορισμοί In vivo: "εν ζωή", πείραμα ή βιολογική διεργασία μέσα σε έναν έμβιο οργανισμό. (απόδειξη ημισυντηρητικού μηχανισμού αντιγραφής). In vitro: βιολογική διαδικασία ή πείραμα "σε δοκιμαστικό σωλήνα". (ανάλυση ενζύμων αντιγραφής) Ιχνηθέτηση: Σήμανση χημικών μορίων με ραδιενεργά ισότοπα, φθορίζουσες ουσίες (32P) κ.α. γευστικές νευρώνες γλώσσας ποντικιού

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ DNA Λειτουργίες Ποσότητα Δομή Μοντέλο διπλής έλικας : 2 αλυσίδες αντιπαράλληλες έλικες, με 5΄ 3΄ προσανατολισμό η καθεμία Πολικότητα μορίου 3-5 φωσφοδιεστερικός δεσμός Συμπληρωματικότητα

Λειτουργίες γενετικού υλικού Το γενετικό υλικό ελέγχει τις λειτουργίες του κυττάρου Αποθήκευση γενετικής πληροφορίας. Στο DNA (RNA στους RNA-ιούς) περιέχονται οι πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά του οργανισμού και οργανώνονται σε μονάδες, τα γονίδια. Διατήρηση και μεταβίβαση γενετικής πληροφορίας από κύτταρο σε κύτταρο και από οργανισμό σε οργανισμό: Διπλασιασμό. Έκφραση γενετικής πληροφορίας. Γίνεται με τον έλεγχο της πρωτεϊνοσύνθεσης.

Ποσότητα DNA Βιοχημικά δεδομένα που αποδεικνύουν πως το DNA είναι το γενετικό υλικό (1944): Η ποσότητα DNA σε κάθε οργανισμό είναι σταθερή ανεξάρτητα από το περιβάλλον. Η ποσότητα DNA είναι ίδια σε όλα τα κύτταρα ενός οργανισμού (σπλήνα, ήπαρ κ.ά.). Οι γαμέτες (απλοειδείς) των ανώτερων οργανισμών περιέχουν μισή ποσότητα DNA από αυτή των σωματικών κυττάρων (διπλοειδή). Η ποσότητα DNA είναι ανάλογη με την πολυπλοκότητα του οργανισμού. Όσο πιο ανώτερος εξελικτικά οργανισμός, τόσο περισσότερο DNA περιέχει κάθε κύτταρό του. Κάθε είδος οργανισμού έχει διαφορετική αναλογία βάσεων  

Δομή DNA Νουκλεοτίδιο Φωσφορική ομάδα Πεντόζη Δεοξυριβόζη Αζωτούχος βάση DNA μακρομόριο από νουκλεοτίδια.

3-5 φωσφοδιεστερικός δεσμός 3΄ - 5΄ φωσφοδιεστερικός δεσμός είναι ομοιοπολικός δεσμός μεταξύ του 3΄άνθρακα της πεντόζης του 1ου νουκλεοτιδίου με τη φωσφορική ομάδα που είναι συνδεδεμένη στον 5΄άνθρακα της πεντόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου. Ένωση πολλών νουκλεοτιδίων με ομοιοπολικό δεσμό σχηματίζει πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Oι φωσφορικές ομάδες και οι ριβόζες βρίσκονται στην εξωτερική πλευρά του μορίου (DNA) και αποτελούν τον σκελετό. Είναι υδρόφιλος, λόγω του αρνητικού φορτίου των φωσφορικών ομάδων . Στο εσωτερικό : βάσεις (υδρόφοβες) Άρα και το DNA πολικό μόριο (υδρόφιλο σκελετό & υδρόφοβο εσωτερικό).

Συμπληρωματικότητα Δεσμοί Υδρογόνου Οι δεσμοί Η υδρογόνου σταθεροποιούν τη δομή του DNA , ενώνοντας τις 2 έλικες DNA. Συμπληρωματικότητα αλυσίδων υποδηλώνει ότι η αλληλουχία της μίας καθορίζει και αυτή της άλλης, σημαντική ιδιότητα για τη διατήρηση και μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας μέσω της σύνθεσης πανομοιότυπων μόριων DNA. Επομένως, αριθμός A= αριθμός T & αριθμός C = αριθμός G Η γουανίνη G συνδέεται με τρεις δεσμούς υδρογόνου με την κυτοσίνη C C G Τ Α Η θυμίνη T συνδέεται με δύο δεσμούς υδρογόνου με την αδενίνη A

Μοντέλο διπλής έλικας του DNA 1953 Σταθερός υδρόφιλος (- αρνητικό φορτίο) σκελετός έλικας από επαναλαμβανόμενα μόρια φωσφορικής ομάδας-δεοξυριβόζης ενωμένα με φωσφοδιεστερικό δεσμό προς το εξωτερικό του μορίου και υδρόφοβες βάσεις προς το εσωτερικό της έλικας. Κανόνας συμπληρωματικότητας (A T , C G). Οι δεσμοί υδρογόνου Η σταθεροποιούν τη δομή του DNA. Συμπληρωματικότητα αλυσίδων υποδηλώνει ότι η αλληλουχία της μίας καθορίζει και αυτή της άλλης, ιδιότητα σημαντική για τη διατήρηση και μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας μέσω της σύνθεσης συμπληρωματικής αλυσίδας με καλούπι καθεμιά αρχική αλυσίδα ώστε να σχηματίζονται 2 πανομοιότυπα μόρια DNA. Κατεύθυνση κάθε αλυσίδας 5΄ 3΄ αλλά αλυσίδες αντιπαράλληλες (3΄ άκρο της μιας απέναντι από 5΄ άκρο της άλλης).  

Το γενετικό υλικό των ευκαρυωτικών Οργάνωση DNA Το γενετικό υλικό των ευκαρυωτικών Μεγαλύτερο σε μήκος από αυτό των προκαρυωτικών. Ο αριθμός και το μήκος τους είναι χαρακτηριστικός για κάθε είδος οργανισμού. Το DNA σε σωματικό κύτταρο ανθρώπου έχει μήκος 2 m και συσπειρώνεται μέχρι 10μm

Οργάνωση DNA Πακετάρεται με τη βοήθεια πρωτεϊνών σχηματίζοντας ινίδια χρωματίνης που μοιάζουν με κομπολόι από χάντρες. Κάθε χάντρα λέγεται νουκλεόσωμα και αποτελεί βασική μονάδα οργάνωσης της χρωματίνης, σχηματίζεται δε από DNA μήκους 146 ζευγών βάσεων που περιβάλουν (2 στροφές) 8 μόρια (οκταμερές) πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες. Ανάλογα με το στάδιο του κυτταρικού κύκλου παρουσιάζεται διαφορετικός βαθμός συσπείρωσης, μικρός κατά τη μεσόφαση με σχηματισμό ινιδίων χρωματίνης που δεν είναι ορατά στο οπτικό μικροσκόπιο, ενώ μετά το τέλος της αντιγραφής κάθε ινίδιο διπλασιάστηκε. Τα 2 αντίγραφα συνδέονται μεταξύ τους σε δομή, το κεντρομερίδιο. Οι Αδελφές χρωματίδες είναι τα διπλασιασμένα χρωμοσώματα όσο είναι συνδεδεμένα στο κεντρομερίδιο. Στην κυτταρική διαίρεση οι αδελφές χρωματίδες αποκτούν μέγιστο βαθμό συσπείρωσης, οπότε τα μεταφασικά χρωμοσώματα είναι ορατά στο οπτικό μικροσκόπιο. Στο τέλος της κυτταρικής διαίρεσης προκύπτουν 2 νέα κύτταρα, γενετικά όμοια μεταξύ τους και με το αρχικό, αφού καθένα περιέχει τη 1 από τις 2 αδελφές χρωματίδες από κάθε χρωμόσωμα. Παρά τις μορφολογικές μεταβολές (ινίδια χρωματίνης, χρωματίδα, χρωμόσωμα) η χημική σύσταση του γενετικού υλικού παραμένει αμετάβλητη.

Γονιδίωμα Το συνολικό γενετικό υλικό ενός κυττάρου αποτελεί το γονιδίωμα του (συνήθως υπονοούμε το γενετικό υλικό μόνο του πυρήνα). Κύτταρα με 1 αντίγραφο γονιδιώματος (προκαρυωτικά, γαμέτες ευκαρυωτικών οργανισμών) ονομάζονται απλοειδή. Κύτταρα με γονιδίωμα σε 2 αντίγραφα (σωματικά κύτταρα ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών) ονομάζονται διπλοειδή. Για την περιγραφή του μήκους ή αλληλουχίας ενός νουκλεϊκού οξέος χρησιμοποιούμε τον όρο αριθμός βάσεων ή αλληλουχία βάσεων. Εννοούμε φυσικά αριθμό ή αλληλουχία νουκλεοτιδίων (π.χ. DNA: 10000 ζεύγη βάσεων, RNA: 5000 βάσεις)