Ο φορέας της γενετικής πληροφορίας (DNA)

Παρουσίαση με θέμα: "Ο φορέας της γενετικής πληροφορίας (DNA)"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ο φορέας της γενετικής πληροφορίας (DNA)
Ανδρονίκη Κλώνη Ο φορέας της γενετικής πληροφορίας (DNA)

2 To DNA και το RNA είναι μακρομόρια από πολλά νουκλεοτίδια (ομοιοπολικό δεσμό).
Το νουκλεοτίδιο αποτελείται από μια πεντόζη (τη δεσοξυριβόζη), ενωμένη με μια φωσφορική ομάδα και μια αζωτούχα βάση. Φωσφοροδιεστερικός δεσμός: η ένωση του ΟΗ της πεντόζης με τη φωσφορική ομάδα του επόμενου νουκλεοτιδίου.

3 Όταν επιμηκύνεται μια αλυσίδα DNA ή RNA αυξάνεται πάντα με κατεύθυνση 5΄ προς 3΄
Φωσφοροδιεστερικός σκελετός (επανάληψη των μορίων φωσφορική ομάδα – πεντόζη)

4

5 Κάθετη απόσταση για μια πλήρη περιέλιξη
Μοντέλο της διπλής έλικας του DNA (1953) – Watson και Crick. Το DNA αποτελείται από 2 πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες με δεξιόστροφη έλικα. Η διπλή έλικα έχει σταθερό σκελετό (υδρόφιλο στο εξωτερικό τμήμα του και υδρόφοβο στο εσωτερικό) Οι αζωτούχες βάσεις της μιας αλυσίδας συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου με τις βάσεις της απέναντι αλυσίδας με βάση τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. πάχος Κάθετη απόσταση για μια πλήρη περιέλιξη

6 Α – Τ → δύο δεσμοί υδρογόνου
G – C → τρεις δεσμοί υδρογόνου Σε μια πλήρη περιέλιξη συναντούμε 10 ζευγάρια βάσεων

7

8 Οι 2 αλυσίδες ενός μορίου DNA είναι συμπληρωματικές
Οι 2 αλυσίδες ενός μορίου DNA είναι συμπληρωματικές. Κάθε αλυσίδα DNA χρησιμοποιείται ως καλούπι για τη σύνθεση μιας συμπληρωματικής αλυσίδας → 2 δίκλωνα μόρια DNA πανομοιότυπα με το μητρικό (αυτοδιπλασιασμός) και το κάθε ένα αποτελείται από μια παλιά και μια καινούργια αλυσίδα (ημισυντηρητικός μηχανισμός αντιγραφής) Οι 2 αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες.

9

10

11 Διαφορές RNA DNA Δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες – Δίκλωνο DNA
Αυτοαναπαράγεται Συναντάται περισσότερο στον πυρήνα RNA Μονή νουκλεοτιδική αλυσίδα – Μονόκλωνο RNA Παράγωγο του DNA Συναντάται εξίσου στον πυρήνα και στο κυτταρόπλασμα

12 Το ανθρώπινο κύτταρο περιέχει 46 μόρια DNA, το καθένα από τα οποία αποτελεί ένα χρωματόσωμα.
Στο ανθρώπινο κύτταρο υπάρχουν ~ 6 δισεκατομμ. ζεύγη αζωτούχων βάσεων που αν τα τυπώναμε θα γέμιζαν 900 τόμους βιβλίων.

13 Αντιγραφή του DNA Οι δύο αλυσίδες του μητρικού μορίου χωρίζουν και η καθεμιά λειτουργεί ως καλούπι για τη σύνθεση μιας νέας, συμπληρωματικής αλυσίδας.

14 Μηχανισμός της ημισυντηρητικής αντιγραφής του DNA
Ειδικές πρωτείνες για την έναρξη της διαδικασίας και που προκαλούν ξετύλιγμα των 2 αλυσίδων → ανοικτή θηλιά στο DNA DNA ελικάσες (ένζυμα που σπάζουν τους δεσμούς υδρογόνου για ξετύλιγμα των αλυσίδων

15

16 Η αντιγραφή γίνεται ταυτόχρονα από πολλές θέσεις έναρξης (και από τις 2 κατευθύνσεις με κατεύθυνση 5΄προς 3΄ της νέας αλυσίδας) και τελειώνει σε λίγες μόνο ώρες. Διχάλα αντιγραφής παρατηρείται στα 2 άκρα της θηλιάς και αντιπροσωπεύει τα σημεία επιμήκυνσης των καινούργιων αλυσίδων του DNA. DNA πολυμεράσες: είναι ειδικά ένζυμα για την επιμήκυνση των νέων αλυσίδων του DNA (συνδέουν τα νουκλεοτίδια), για τη διόρθωση λαθών που γίνεται κατά την αντιγραφή και για την αντικατάσταση των πρωταρχικών τμημάτων με τμήματα DNA Πριμάση: είναι ένζυμο το οποίο συνδέει νουκλεοτίδια RNA δημιουργώντας το πρωταρχικό τμήμα RNA (μικρή σε μέγεθος αλυσίδα RNA με ~ 10 νουκλεοτίδια) Ειδικά επιδιορθωτικά ένζυμα – 1 στο 10¹º λάθη

17

18

19 Η αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5΄προς 3΄ της νέας αλυσίδας.
Συνεχής αντιγραφή γίνεται χωρίς διακοπή Ασυνεχής αντιγραφή: σχηματίζει μικρά τμήματα DNA (θραύσματα Οkazaki) τα οποία συνδέονται με το ένζυμο – DNA δεσμάση αφού πρώτα έχουν αντικατασταθεί τα πρωταρχικά τμήματα RNA με τμήματα DNA

20 Διχάλα αντιγραφής

21

22

23 H έκφραση της γενετικής πληροφορίας
Μεταγραφή: η μεταφορά της γενετικής πληροφορίας από το DNA στο RNA Μετάφραση: η μεταφορά της πληροφορίας από το RNA στις πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για τη δομή και τη λειτουργία των κυττάρων. Το διπλανό σχήμα αποτελεί το κεντρικό δόγμα της Μοριακής Βιολογίας

24 Κεντρικό δόγμα της Μοριακής Βιολογίας
Κεντρικό δόγμα (με βάση τους ιούς)

25 Η γενετική πληροφορία είναι η καθορισμένη σειρά των αζωτούχων βάσεων των νουκλεοτιδίων.
Η πληροφορία υπάρχει σε τμήματα του DNA με συγκεκριμένη ακολουθία, τα γονίδια. Γονιδιακή έκφραση: οι πορείες της μεταγραφής και της μετάφρασης των γονιδίων * Σε ορισμένους ιούς έχουν RNA ως γενετικό υλικό και διαθέτουν το ένζυμο αντίστροφη μεταγραφάση για σύνθεση του DNA από το RNA

26 Η αντιγραφή του DNA διαιωνίζει τη γενετική πληροφορία.
Η μεταγραφή καθορίζει ποια γονίδια θα εκφραστούν, σε ποιους ιστούς και σε ποια στάδια της ανάπτυξης. Η μετάφραση χρησιμοποιεί την πληροφορία για να φτιάξει ένα πολυπεπτίδιο.

27 Τα γονίδια διακρίνονται σε 2 κατηγορίες:
Στα γονίδια που μεταγράφονται σε mRNA και μεταφράζονται στη συνέχεια σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες Στα γονίδια που μεταγράφονται και παράγουν tRNA, rRNA και snRNA Σε κάθε ομάδα κυττάρων εκφράζονται διαφορετικά γονίδια. π.χ. στα ερυθροκύτταρα εκφράζονται τα γονίδια των αιμοσφαιρινών

28 Είδη μορίων RNA Το αγγελιαφόρο RNA (mRNA): μεταφέρουν την πληροφορία του DNA για την παραγωγή μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Το μεταφορικό RNA (tRNA): κάθε μεταφορικό RNA συνδέεται με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ και το μεταφέρει στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης. Το ριβοσωμικό RNA (rRNA): συνδέονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν το ριβόσωμα. Το μικρό πυρηνικό RNA (snRNA): συνδέονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν μικρά ριβοζονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια (καταλύουν την ωρίμανση του mRNA.

29

30 Μεταγραφή του DNA RNA πολυμεράση: είναι το ένζυμο που καταλύει τη μεταγραφή. RNA πολυμεράση ΙΙ: για τη σύνθεση mRNA

31 Μηχανισμός Υποκινητής: η περιοχή του DNA που προσδένεται η RNA πολυμεράση ΙΙ για να ξεκινήσει η μεταγραφή, με τη βοήθεια του μεταγραφικού παράγοντα (πρωτεΐνη) Κανόνας της συμπληρωματικότητας των βάσεων. Το μόριο του RNA που προκύπτει είναι συμπληρωματικό προς τη μια αλυσίδα της διπλής έλικας του γονιδίου → μεταγραφόμενη. Η συμπληρωματική της στο DNA → μη μεταγραφόμενη

32

33 Η μεταγραφή σταματά στο τέλος του γονιδίου → αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής
Απελευθέρωση του RNA

34 Ωρίμανση του mRNA Οι αλληλουχίες που μεταφράζονται → εξώνια
Οι αλληλουχίες που δεν μεταφράζονται → εσώνια Πρόδρομο mRNA: το mRNA που περιέχει εσώνια και εξώνια. Με τη διαδικασία της ωρίμανσης μετατρέπεται σε mRNA κατά την οποία τα εσώνια κόβονται από τα ριβοζονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια (snRNPs). Τα εξώνια που μένουν συρράπτονται μεταξύ τους και μεταφέρονται στα ριβοσώματα για την πρωτεϊνοσύνθεση.

35 Γενετικός κώδικας Κώδικας αντιστοίχησης νουκλεοτιδίων RNA με αμινοξέα πρωτεϊνών. - 20 αμινοξέα που συγκροτούν τις πρωτεΐνες - 4 νουκλεοτίδια Κώδικας τριπλέτας: 3 νουκλεοτίδια αντιστοιχούν σε ένα αμινοξύ (4³=64 συνδυασμοί).

36 Ο γενετικός κώδικας είναι κώδικας τριπλέτας (τριάδα νουκλεοτιδίων του mRNA). Το κωδίκιο κωδικοποιεί ένα αμινοξύ. Είναι συνεχής (δεν παραλείπεται κάποιο νουκλεοτίδιο) Μη επικαλυπτόμενος (κάθε νουκλεοτίδιο ανήκει σε ένα μόνο κωδίκιο) Όλοι οι οργανισμοί έχουν το ίδιο γενετικό κώδικα Τα αμινοξέα κωδικοποιούνται από 2-6 διαφορετικά κωδίκια → συνώνυμα Υπάρχει κωδίκιο έναρξης (AUG) και κωδίκια λήξης (UAG, UGA και UAA) * Το κωδίκιο αφορά και το m RNA και την αντίστοιχη τριπλέτα στη μη μεταγραφόμενη αλυσίδα του DNA

37 Μετάφραση του mRNA

38 H μετάφραση του mRNA πραγματοποιείται στα ριβοσωμάτα με τη βοήθεια των tRNA και αρκετών πρωτεϊνών και ενέργειας. Γίνεται αντιστοίχηση των κωδίκιων σε αμινοξέα που στη συνέχεια αυτά τα αμινοξέα συνδέονται σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Κάθε μόριο tRNA έχει μια ειδική τριπλέτα νουκλεοτιδίων → αντικωδίκιο (προσδένεται με το αντίστοιχο κωδίκιο του mRNA)

39 Ριβόσωμα: αποτελείται από μια μικρή (θέση πρόσδεσης του mRNA) και μια μεγάλη υπομονάδα (2 θέσεις εισδοχής των tRNA) Κάθε tRNA έχει μία ειδική θέση σύνδεσης με ένα αμινοξύ Πρωτεϊνοσύνθεση: Έναρξη Επιμήκυνση Λήξη

40

41 1. Έναρξη Το mRNA συνδέεται με τη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος.
1. Έναρξη Το mRNA συνδέεται με τη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος. Το πρώτο κωδίκιο είναι πάντοτε το AUG και σε αυτό προσδένεται το tRNA με το αμινοξύ μεθειονίνη. Σύμπλοκο έναρξης (με την πρόσδεση του mRNA και του tRNA). Στη συνέχεια η μεγάλη υπομονάδα συνδέεται με τη μικρή.

42 2. Επιμήκυνση Το ριβόσωμα κινείται κατά μήκος του mRNA κατά ένα κωδίκιο. Τα μόρια t RNA με αντικωδίκιο συμπληρωματικό του επόμενου κωδίκιου του mRNA προσδένεται στην κατάλληλη εισδοχή του ριβοσώματος μεταφέροντας το αμινοξύ δημιουργώντας έτσι μια πολυπεπτιδική αλυσίδα.

43 3. Λήξη Η επιμήκυνση σταματά σε ένα κωδίκιο λήξης (UGA, UAG ή UAA) – δεν υπάρχουν tRNA που να αντιστοιχούν σε αυτά Παράγοντα απελευθέρωσης: προκαλεί τη λήξη και την απελευθέρωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας (αποχωρισμός των 2 υπομονάδων του ριβοσώματος)

44 Πολυσώματα Είναι το σύμπλεγμα των ριβοσωμάτων που δημιουργεί το mRNA

45 Μεταλλάξεις Αλλαγές στο γενετικό υλικό (γεννητικά ή σωματικά κύτταρα του οργανισμού) Χρωματοσωμικές Γονιδιακές Δημιουργία γενετικής ποικιλότητας αλλά και εμφάνιση πολλών κληρονομικών ασθενειών (μετάλλαξη των γεννητικών κυττάρων)

46 Ουδέτερες μεταλλάξεις: δεν έχουν σοβαρή επίδραση στον φαινότυπο (αλλαγή ενός αμονιξέος)
Σιωπηλές μεταλλάξεις: δημιουργούνται συνώνυμα κωδίκια τα οποία δεν προκαλούν αλλαγή στην πρωτεΐνη που παράγεται. Κάποιες μεταλλάξεις μπορεί να είναι ωφέλιμες για τους οργανισμούς ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο ζουν. Οι χρωματοσωμικές μεταλλάξεις αφορούν α) αλλαγές στον αριθμό (αριθμητικές χρωματοσωμικές ανωμαλίες) ή β) στη δομή των χρωματοσωμάτων (δομικές χρωματοσωμικές ανωμαλίες) αλλάζοντας τον φαινότυπο.

47 1α) Αριθμητικές χρωματοσωμικές ανωμαλίες
Δημιουργούνται στα αυτοσωματικά ή φυλετικά χρωματοσώματα. Ανευπλοειδή: άτομα με περίσσεια ή έλλειψη μικρού αριθμού χρωαματοσωμάτων Μονοσωμία: η απουσία ενός χρωματοσώματος Τρισωμία: η παρουσία ενός χρωματοσώματος επιπλέον

48 Μη αποσύνδεση των χρωματοσωμάτων ή των χρωματίδων κατά τη μειωτική διαίρεση. Αυτή η ανωμαλία θα μεταφερθεί σε όλα τα εμβρυϊκά κύτταρα με τη μίτωση → ανευπλοειδές άτομο

49 Πολυπλοειδισμός: οι οργανισμοί που διαθέτουν πολλαπλάσιες σειρές χρωματοσωμάτων.
Οι οργανισμοί αυτοί είναι φαινοτυπικά κανονικοί διότι δε διαταράσσεται η γενετική ισορροπία.

50 Σύνδρομο Down (τρισωμία του 21ου)
1 παιδί στις 700 γεννήσεις Επιπρόσθετο χρωματόσωμα 21 → κάθε σωματικό κύτταρο έχει 47 χρωματοσώματα Πρόβλημα στο φαινότυπο: δυσμορφία στο πρόσωπο, χαμηλό ανάστημα, καρδιακή δυσλειτουργία, ευπάθεια στις λοιμώξεις και πνευματική καθυστέρηση Συνήθως ζουν μέχρι τη μέση ηλικία και είναι στείρα

51 Συμβαίνει στη 1η μειωτική διαίρεση κυρίως στη μητέρα σε μεγάλη ηλικία.
Καθώς αυξάνεται η ηλικία της µητέρας αυξάνεται και η συχνότητα εµφάνισης της ανωµαλίας.

52 Σύνδρομο Klinefelter Συμβαίνει στα φυλετικά χρωματοσώματα
Ένα επιπρόσθετο Χ χρωματόσωμα σε αρσενικό άτομο (ΧΧΥ) 1 φορά στις 2000 γεννήσεις Είναι αρσενικά τα άτομα αλλά οι όρχεις είναι πολύ μικροί και το άτομο είναι στείρο. Γυναικομαστία και άλλα θηλυκά χαρακτηριστικά

53 Σύνδροµο Klinefelter. Τα συµπτώµατα εµφανίζονται κατά την εφηβεία. Στα αριστερά, υποπλασµένα γεννητικά όργανα και δεξιά η γυναικοµαστία που εµφανίζεται στα άτοµα µε σύνδροµο Klinefelter

54 Άλλες τρισωμίες (ανωμαλίες) των φυλετικών χρωματοσωμάτων
Άτομα με ΧΥΥ: αρσενικά κάπως ψηλότερα από τα κανονικά Άτομα ΧΧΧ: θηλυκά και δεν παρουσιάζουν διαφορά στο φαινότυπο

55 Σύνδρομο Turner Μονοσωμία (ΧΟ), φαινοτυπικά είναι θηλυκά τα άτομα, τα γεννητικά τους όργανα δεν αναπτύσσονται κατά την εφηβεία ούτε και τα δευτερεύοντα χαρακτηριστικά τους, είναι στείρα και έχουν χαμηλό ανάστημα 1 άτομο στις 5000 γεννήσεις

56 Γυναίκα µε σύνδροµο Turner
Γυναίκα µε σύνδροµο Turner. Το ύψος της δεν ξεπερνά τα 150 cm ενώ διακρίνεται και ένα άλλο χαρακτηριστικό αυτών των ατόµων, η χαµηλή γραµµή των µαλλιών που βρίσκεται πιο κάτω από τους λοβούς των αυτιών.

57 1β) Δομικές χρωματοσωμικές ανωμαλίες
Αλλαγές στη δομή ενός ή περισσότερων χρωματοσωμάτων. Μπορεί να αφορούν μερικά γονίδια ή μεγάλο τμήμα του χρωματοσώματος. Έλλειψη: ένα μέρος του χρωματοσώματος χάνεται κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης π.χ. σύνδρομο “φωνή της γάτας” Διπλασιασμός: ένωση του χρωματοσώματος με ομόλογο χρωματόσωμα Αναστροφή Μεταφορά: σύνδεση τμήματος με ένα μη ομόλογο χρωματόσωμα (αμοιβαία μεταφορά → ανταλλαγή χρωματοσωμικών τμημάτων)

58 Έλλειψη Διπλασιασμός Αναστροφή Μεταφορά 2. 1. 4. 3.

59

60 Ελλείψεις και διπλασιασμοί μπορούν να συμβούν και κατά τη χιασματυπία.
Οι ελλείψεις σε ομόζυγη κατάσταση και του Χ χρωματοσώματος σε αρσενικό άτομο δημιουργούν γενετική ανισορροπία και είναι θνησιγόνες. Στην αμοιβαία μεταφορά και στην αναστροφή η ισορροπία των γονιδίων δε διαταράσσεται, καθώς τα γονίδια είναι σωστά αριθμητικά όμως μπορούν να επηρεάσουν το φαινότυπο.

61 2. Γονιδιακές μεταλλάξεις
Οι χημικές μεταβολές που παρουσιάζονται στη σύσταση του DNA των γονιδίων. Οι μεταλλάξεις στα γεννητικά κύτταρα είναι σημαντικές διότι μπορούν να κληρονομηθούν στους απογόνους Μεταβολή στη σειρά των νουκλεοτιδίων του τμήματος του DNA (γονίδιο) → αλλαγή στη χημική σύσταση της πρωτεΐνης Αντικατάσταση Έλλειψη Προσθήκη Αντιστροφή

62

63 Παραδείγματα τέτοιων μεταλλάξεων: αλφισμός, θαλασσαιμίες, φαινυλκετονουρία (ασθένεια που προκαλείται από έλλειψης ειδικού ενζύμου λόγω μετάλλαξης), κ.α. Με τη Μοριακή Βιολογία και τη Γενετική μπορεί να γίνει έγκαιρα η διάγνωση γενετικών ασθενειών για την πρόληψη τους με θεραπευτική αγωγή ή για εντοπισμό φορέων (π.χ. μεσογειακή αναιμία) Η διάγνωση των ασθενειών μπορεί να γίνει με: Μελέτη καρυότυπου Βιοχημικές μεθόδους Ανάλυση της αλληλουχίας των βάσεων του DNA

64