Αντιγραφή, Επιδιόρθωση και Ανασυνδυασμός του DNA ΔΙΑΛΕΞΗ 11 Αντιγραφή, Επιδιόρθωση και Ανασυνδυασμός του DNA

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διαδικασία της αντιγραφής του DNA είναι αναγκαία προυπόθεση για τη παραγωγή δύο ταυτόσημων θυγατρικών κυττάρων Επειδή είναι ευπαθές σε βλάβες από ζημιογόνες ουσίες και την ακτινοβολία του περιβάλλοντος, βρίσκεται υπό συνεχή επιτήρηση και επιδιόρθωση Κάθε κύτταρο διαθέτει ένα πολύπλοκο μηχανισμό για την ακριβή αντιγραφή των γενετικών του πληροφοριών αλλά και εξειδικευμένα ένζυμα που επιδιορθώνουν τις βλάβες στο DNΑ

ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ Ορισμένες βλάβες ή αλλαγές στο DNΑ δεν επιδιορθώνονται και μένουν μόνιμα ως μεταλλάξεις Συχνά επηρεάζουν τις πληροφορίες που κωδικοποιεί το DNΑ Οι περισσότερες είναι επιβλαβείς και είναι υπεύθυνες για κληρονομικά νοσήματα Οι μεταλλάξεις που συμβαίνουν στα κύτταρα του σώματος κατά τη διάρκεια της ζωής του ανθρώπου, μπορεί να προκαλέσουν νόσο, ακόμη και καρκίνο

ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA Κάθε κλώνος του DNA μπορεί να λειτουργήσει ως εκμαγείο ή καλούπι για να συνθέσει ένα καινούργιο συμπληρωματικό κλώνο

ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA Η ικανότητα του κλώνου να δρα ως εκμαγείο επιτρέπει στο κύτταρο να αντιγράφει τα γονίδια προτού τα μεταβιβάσει στους απογόνους του Με την αντιγραφή παράγονται δύο πλήρεις έλικες Η κάθε μια θυγατρική έλικα περιέχει ένα πατρικό κλώνο και ένα καινούργιο Αυτή η αντιγραφή λέγεται ημισυντηρητική

ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA Για να γίνει η αντιγραφή η διπλή έλικα πρέπει να ανοίξει για να εκτεθούν αζευγάρωτες οι βάσεις Ειδικές εναρκτήριες πρωτεΐνες συνδέονται με το DNA διασπούν τους δεσμούς υδρογόνου ανάμεσα στις βάσεις για να ανοίξει η αλυσίδα Οι θέσεις που ανοίγει το DNA ονομάζονται αφετηρίες ή σημεία έναρξης αντιγραφής Η αλληλουχία του DNA στο σημείο αφετηρίας είναι πλούσιο σε βάσεις Α και Τ που δεσμεύονται με 2 αντί 3 δεσμούς υδρογόνου, άρα ανοίγει πιο εύκολα Μόλις μια εναρκτήρια πρωτεΐνη προσδεθεί στο DNA προσελκύει μια ομάδα πρωτεϊνων για την αντιγραφή

ΔΙΧΑΛΕΣ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ Εκεί που γίνεται η αντιγραφή διακρίνονται διχάλες αντιγραφής (replication forks) Εκεί η πρωτεϊνική μηχανή μετακινείται κατά μήκος του DNA Από κάθε αφετηρία, σχηματίζονται δύο διχάλες που κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις (bidirectional) Στο κέντρο της διχάλας αντιγραφής βρίσκεται το ένζυμο DNA πολυμεράση που συνθέτει το νέο DNA Προσθέτει νουκλεοτίδια στο 3´ άκρο του νέου κλώνου σχηματίζοντας φωσφοδιεστερικό δεσμό μεταξύ του 3´ άκρου και της 5´ φωσφορικής ομάδας του εισερχόμενου νουκλεοτιδίου Η ενέργεια για τη συμπύκνωση προέρχεται από τη διάσπαση μιας φωσφορικής ομάδας από το τριφωσφορικό νουκλεοσίδιο Η πολυμεράση δεν αποσυνδέεται από το DNA κάθε φορά που προστίθεται ένα νουκλεοτίδιο

DNA ΠΟΛΥΜΕΡΑΣΗ Η DNA πολυμεράση λειτουργεί με τόση ακρίβεια που κάνει ένα λάθος κάθε 107 νουκλεοτίδια που αντιγράφει Μπορεί επίσης να διορθώνει τα λάθη της με τη δράση γνωστή ως ‘διόρθωση δοκιμίων’ Προτού προσθέσει ένα νέο νουκλεοτίδιο, το ένζυμο ελέγχει εάν το προηγούμενο ζευγαρώνει σωστά με το εκμαγείο Εάν όχι, τότε το αφαιρεί διασπώντας το φωσφοδιεστερικό δεσμό που μόλις σχημάτισε με τη δράση 3´→5´ νουκλεάσης (αποδόμηση νουκλεϊνικών οξέων)

Επειδή η πολυμεράση μπορεί να συνδέει ένα νουκλεοτίδιο μόνο σε ένα ήδη ζευγαρωμένο νουκλεοτίδιο, δεν μπορεί να αρχίσει από μόνη της νέο κλώνο DNA Ένα άλλο ένζυμο, η ΠΡΙΜΑΣΗ, συνθέτει ένα νέο τμήμα RNA περίπου 10 νουκλεοτίδια (ΕΚΚΙΝΗΤΗΣ) και αυτό αποτελεί σημείο έναρξης για την πολυμεράση

ΤΕΛΟΜΕΡΑΣΗ Η αντιγραφή των άκρων διεξάγεται από το ένζυμο τελομεράση Στο ακραίο τμήμα ενός γραμμικού μορίου DNA δεν υπάρχει χώρος για το σχηματισμό του RNA εκκινητή Έτσι, κάθε φορά που θα αντιγραφόταν ένα μόριο DNA θα χάνονταν κάποιες αλληλουχίες από τα άκρα του Η τελομεράση προσθέτει στο άκρο πολλαπλά αντίγραφα της ίδιας αλληλουχίας του τελομεριδίου Έτσι, παράγεται το εκμαγείο για τη δημιουργία του καθυστερημένου κλώνου

ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA Όταν προκύψουν λάθη στο DNA και δεν επιδιορθωθούν, οδηγούν σε μόνιμες μεταλλάξεις Μια τέτοια μόνιμη μετάλλαξη έχει επιπτώσεις Δρεπανοκυτταρική αναιμία – μετάλλαξη στην αλυσίδα της β-σφαιρίνης οδηγεί την αιμοσφαιρίνη να είναι λιγότερο διαλυτή, σχηματίζοντας ιζήματα. Τα ερυθροκύτταρα καταστρέφονται πιο εύκολα →αναιμία Μεταλλάξεις στα γεννητικά κύτταρα (γαμέτες) – κληρονομικές ασθένειες Μεταλλάξεις στα σωματικά κύτταρα – ασθένειες έως και καρκίνο

ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΑΤΑΙΡΙΑΣΤΩΝ ΒΑΣΕΩΝ DNA Ένα σύμπλοκο πρωτεϊνών επιδιόρθωσης αναγνωρίζει τα αταίριαστα ζεύγη νουκλεοτιδίων και την ασυμμετρία στη διπλή έλικα, αφαιρεί το ένα από τους δύο κλώνους και ανασυνθέτει το τμήμα που λείπει

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ Όταν ο ένας κλώνος υποστεί ζημιά, οι γενετικές πληροφορίες δεν χάνονται λόγω του συμπληρωματικού κλώνου Η οδός για επιδιόρθωση περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα: Νουκλεάσες αναγνωρίζουν το λανθασμένο DNA και το αφαιρούν αφήνοντας ένα κενό στον ένα κλώνο DNA πολυμεράση επιδιορθώνει τις βάσεις αφότου συνδεθεί με το 3´-ΟΗ άκρο του κομμένου κλώνου Λιγκάση γεμίζει την εγκοπή στο σακχαρο-φωσφορικό σκελετό