DNA I – Χημική Δομή/Αρχιτεκτονική

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα κύτταρα αποθηκεύουν, ανακαλούν, και μεταφράζουν τις γενετικές πληροφορίες τους Οι κληρονομικές πληροφορίες μεταβιβάζονται από ένα μητρικό κύτταρο στα θυγατρικά κατά την κυτταρική διαίρεση Οι γενετικές πληροφορίες συσκευάζονται ως γονίδια Γονίδια: τα πληροφοριακά γενετικά στοιχεία που καθορίζουν τα χαρακτηριστικά ενός είδους

DNA 1940: Ταυτοποίηση του δεοξυριβονουκλεϊνικού οξέος (DNA) ως φορέα των γενετικών πληροφοριών Η δομή του DNA καθορίστηκε από τους Watson και Crick Στην πορεία ανακαλύφθηκε ότι το DNA συντηρείται, αντιγράφεται, εκφράζεται και εξελίσσεται

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ DNA Τα γονίδια βρίσκονται στα χρωμοσώματα Τα χρωμοσώματα είναι νηματοειδείς δομές στον πυρήνα και γίνονται ορατά κατά τη διαίρεση του κυττάρου Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από DNA και πρωτεΐνες Το DNA αποτελείται από δύο κλώνους που περιελίσσονται σε μια έλικα Αυτές οι δύο μακριές πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες αποτελούνται από 4 είδη νουκλεοτιδίων Οι αλυσίδες συγκρατούνται με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των βάσεων των νουκλεοτιδίων

ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ Αποτελούνται από μια πεντόζη στην οποία συνδέονται οι φωσφορικές ομάδες και μια αζωτούχο βάση Η πεντόζη είναι δεοξυριβόζη Η βάση μπορεί να είναι Aδενίνη (Α), Κυτοσίνη (C), Γουανίνη (G) ή Θυμίνη (Τ) Τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους ομοιοπολικά σε μια αλυσίδα μέσω των σακχάρων και των φωσφορικών ομάδων τους

ΔΙΠΛΗ ΕΛΙΚΑ Η διπλή έλικα συγκρατείται με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των βάσεων των δύο αντιπαράλληλων κλώνων Έτσι, όλες οι βάσεις βρίσκονται στο εσωτερικό της έλικας ενώ ο σακχαροφωσφορικός σκελετός στο εξωτερικό Η Α πάντα ζευγαρώνει με την Τ ενώ η C πάντα με τη G – ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΕΣ ΒΑΣΕΙΣ Η πιο ογκώδης πουρίνη ζευγαρώνει πάντα με βάση πυριμιδίνης Αυτή η διάταξη είναι η πιο ευνοϊκή από άποψη ενέργειας

DNA ΚΑΙ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΟΤΗΤΑ Αυτά κατανέμονται στα δύο θυγατρικά κύτταρα κατά τη διαίρεση Τα χρωμοσώματα εμπεριέχουν τα γονίδια Κάθε γονίδιο περιέχει τις πληροφορίες για τη σύνθεση μιας πρωτεΐνης

ΧΡΩΜΟΣΩΜΑΤΑ Το DNA συσκευάζεται σε σχέση με πρωτεΐνες για να δημιουργήσει τα χρωμοσώματα Το σύμπλοκο DNA και πρωτεϊνών ονομάζεται χρωματίνη Υπάρχουν επίπεδα οργάνωσης που διασφαλίζουν ότι το DNA δεν γίνεται ένα μπερδεμένο κουβάρι Υπάρχουν όμως και επιδράσεις άλλων πρωτεϊνών στο DNA που σχετίζονται με την έκφρασή του, με την αντιγραφή του, την επιδιόρθωσή του κλπ. Στον άνθρωπο, το DNA κατανέμεται σε 23 ζεύγη διαφορετικών χρωμοσωμάτων (22 αυτοσωματικά, Χ και Υ) Όλα τα κύτταρα, εκτός από τους γαμέτες και τα ερυθροκύτταρα περιέχουν 2 αντίγραφα του κάθε χρωμοσώματος, ένα μητρικής και ένα πατρικής προέλευσης – ΟΜΟΛΟΓΑ Τα φυλετικά χρωμοσώματα – ΧΧ - ένα Χ από κάθε γονιό ΧΥ - Χ από μητέρα, ένα Υ από πατέρα

ΚΑΡΥΟΤΥΠΟΣ Ο συνήθης τρόπος διάκρισης των χρωμοσωμάτων συνίσταται στο χρωματισμό τους με χρωστικές Η παρουσιάση του συνόλου των 46 βαμμένων χρωμοσωμάτων του ανθρώπου ονομάζεται καρυότυπος

ΣΥΝΔΡΟΜΑ DOWN SYNDROME: Το σύνδρομο ονομάζεται και Μογγολισμός και Τρισωμία 21. Τα άτομα αυτά έχουν μεγάλο κεφάλι και πρόσωπο με λοξά μάτια και απλανές βλέμμα, ανοικτό στόμα με μεγάλη γλώσσα και αυτιά που προεξέχουν. Έχουν χαμηλό ανάστημα, παρουσιάζουν καρδιακή δυσλειτουργία, ευπάθεια στις λοιμώξεις του αναπνευστικού συστήματος, πνευματική καθυστέρηση, και έχουν συνήθως υποπλασία των γεννητικών οργάνων και είναι στείρα. ΣΥΝΔΡΟΜΟ TURNER (44+X) : Είναι άτομα με 45 χρωματοσώματα που προέρχονται από ένα κανονικό γαμέτη 22+Χ και από ένα με 22+0, δηλ. χωρίς φυλετικό χρωματόσωμα (αριθμητική ανωμαλία). Τα άτομα φαινοτυπικά είναι θηλυκά, είναι στείρα με μη ανεπτυγμένα γεννητικά όργανα και ατροφικούς μαστούς, χαμηλό ανάστημα και μεμβρανώδη λαιμό. ΣΥΝΔΡΟΜΟ KLINEFELTER (44+XXY) : Πρόκειται για ανωμαλία (τρισωμία) στα φυλετικά χρωματοσώματα που προκαλείται από μή αποσύνδεση χρωματοσωμάτων Χ (αριθμητική ανωμαλία). Είναι αρσενικά άτομα (λόγω του Υ), στείροι με μικρούς όρχεις, παρουσιάζουν γυναικομαστία, έχουν λεπτή φωνή και αραιή τριχοφυΐα.

ΓΟΝΙΔΙΑ Η σημαντικότερη λειτουργία των χρωμοσωμάτων είναι ότι μεταφέρουν τα γονίδια Γονίδιο: το τμήμα του DNA που περιέχει τις πληροφορίες για την παρασκευή μιας ορισμένης πρωτεΐνης Ο άνθρωπος διαθέτει περίπου 30,000 γονίδια Μεταξύ των γονιδίων, υπάρχουν μεγάλες ποσότητες παρεμβαλλόμενου DNA που δεν μεταφέρει ουσιώδεις πληροφορίες (junk DNA). Η χρησιμότητά του δεν έχει ακόμη διασαφηνιστεί Παρόλο που η περιπλοκότητα ενός οργανισμού σχετίζεται με το μέγεθος του γονιδιώματός του, εντούτοις, δεν υπάρχει σχέση μεταξύ αριθμού χρωμοσωμάτων και περιπλοκότητας

ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Με τον κυτταρικό κύκλο, το DNA αντιγράφεται και μεταβιβάζεται αξιόπιστα στα δύο θυγατρικά κύτταρα Κατά τη μεσόφαση, τα χρωμοσώματα διπλασιάζονται και κατά τη μίτωση, κατανέμονται στα δύο θυγατρικά κύτταρα

ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΜΕΝΕΣ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΕΣ Αφετηρία αντιγραφής του DNA – Εκεί αρχίζει ο διπλασιασμός του DNA Τελομερίδιο – Βρίσκεται στα άκρα των χρωμοσωμάτων. Κεντρομερίδιο – επιτρέπει σε κάθε αντίγραφο κάθε χρωμοσώματος να μετακινηθεί στα θυγατρικά κύτταρα

ΜΕΣΟΦΑΣΗ Τα χρωμοσώματα είναι καλά οργανωμένα μέσα στον πυρήνα και καταλαμβάνουν συγκεκριμένες θέσεις Ο πυρήνας περιβάλλεται από τον πυρηνικό υμένα που βρίσκεται κάτω από τη πυρηνική μεμβράνη Υπάρχουν πυρηνικοί πόροι που διεκπεραιώνουν την ενεργό μεταφορά επιλεγμένων μορίων προς και από το κυτταροδιάλυμα Πυρηνίσκος – η πιο ευδιάκριτη περιοχή στο μεσοφασικό πυρήνα όπου μαζεύονται τα τμήματα των χρωμοσωμάτων που περιέχουν γονίδια για το ριβοσωματικό RNA

ΕΠΙΛΕΚΤΙΚΗ ΑΠΟΣΥΣΠΕΙΡΩΣΗ Το DNA του πυρήνα είναι πολύ συμπυκνωμένο και οργανωμένο λόγω του ότι προσδένεται με πρωτεΐνες που βοηθούν το δίπλωμά του Όμως, η δομή του είναι δυναμική και όχι στατική Γίνεται επιλεκτική αποσυσπείρωση διαφόρων περιοχών του DNA, ούτως ώστε τα ένζυμα που το αντιγράφουν, εκφράζουν ή επιδιορθώνουν να έχουν πρόσβαση σε αυτό Έτσι, η δομή του είναι μεν συμπηκνωμένη, αλλά είναι και ευέλικτη

ΝΟΥΚΛΕΟΣΩΜΑΤΙΑ Το DNA προσδένεται σε ΙΣΤΟΝΕΣ και άλλες χρωμοσωμικές πρωτεΐνες για να σχηματίσει τη χρωματίνη. Αυτές είναι πολύ φορτισμένες θετικά (λυσίνη, αργινίνη). Έτσι συνδέονται ισχυρά με το αρνητικό DNA Το πρώτο βασικό επίπεδο συσκευασίας της χρωματίνης είναι το νουκλεοσωμάτιο Ο πυρήνα του νουκλεοσωματίου περιέχει 8 πρωτεΐνες (2 από ιστόνες Η2Α, Η2Β, Η3 και Η4). Πάνω σε αυτές περιελίσσεται η δίκλωνη έλικα του DNA

ΨΗΛΟΤΕΡΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΣ ΤΟΥ DNA Τα νουκλεοσωμάτια στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο για να σχηματίσουν την ίνα των 30nm χρησιμοποιώντας την ιστόνη Η1 Η ιστόνη Η1 φέρνει τα νουκλεοσωμάτια κοντά το ένα στο άλλο

ΕΤΕΡΟΧΡΩΜΑΤΙΝΗ / ΕΥΧΡΩΜΑΤΙΝΗ Η χρωματίνη ενός μεσοφασικού χρωμοσώματος δεν εμφανίζει τον ίδιο βαθμό συσκευασίας σε όλη την έκταση του χρωμοσώματος Αυτό είναι επειδή στις περιοχές όπου τα γονίδια εκφράζονται η χρωματίνη είναι λιγότερο συμπαγής – ΕΥΧΡΩΜΑΤΙΝΗ Η πιο συμπυκνωμένη μορφή της χρωματίνης ονομάζεται ΕΤΕΡΟΧΡΩΜΑΤΙΝΗ Τα γονίδια που βρίσκονται στην ετεροχρωματίνη συνήθως δεν εκφράζονται

ΧΡΩΜΟΣΩΜΑ Χ Είναι παράδειγμα ετεροχρωματίνης Στους πυρήνες των θηλυκών θηλαστικών ένα από τα δύο Χ χρωμοσώματα αδρανοποιείται τυχαία και συμπυκνώνεται σε ετεροχρωματίνη Όλοι οι απόγονοι του κυττάρου αυτού θα κληρονομίσουν το ίδιο συμπυκνωμένο Χ χρωμόσωμα

ΑΝΑΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΗΣ ΧΡΩΜΑΤΙΝΗΣ Τα κύτταρα έχουν τη δυνατότητα να αναδιαμορφώνουν τη χρωματίνη τους χρησιμοποιώντας τα Σύμπλοκα Αναδιαμόρφωσης της Χρωματίνης Αυτά χρησιμοποιούν ενέργεια και μεταβάλλουν τη δομή των νουκλεοσωματίων Αυτά τα σύμπλοκα είναι απενεργοποιημένα κατά τη μίτωση για να παραμένει σφικτά συσκευασμένη η δομή των χρωμοσωμάτων