Περιεχόμενο
- Η Δομή του DNA
- Ειδική σύνδεση ζεύγους βάσεων
- Πού βρίσκεται το DNA;
- Αναπαραγωγή DNA
- Ιντρόνια και εξόνια
- Μεταγραφή RNA
- Πώς ανακαλύφθηκε η δομή του DNA;
DNA, ή δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, είναι ένα νουκλεϊνικό οξύ (ένα από τα δύο τέτοια οξέα που βρίσκονται στη φύση) που χρησιμεύει για την αποθήκευση γενετικών πληροφοριών για έναν οργανισμό με τρόπο που μπορεί να μεταδοθεί σε επόμενες γενιές. Το άλλο νουκλεϊνικό οξύ είναι RNA, ή ριβονουκλεϊκό οξύ.
Το DNA φέρει τον γενετικό κώδικα για κάθε πρωτεΐνη που παράγει το σώμα σας και έτσι ενεργεί ως πρότυπο για το σύνολο σας. Μια σειρά από ϋΝΑ που κωδικοποιεί για ένα προϊόν πρωτεΐνης ονομάζεται α γονίδιο.
Το DNA αποτελείται από πολύ μακρά πολυμερή μονομερών μονάδων που ονομάζονται νουκλεοτίδια, που περιέχουν τρεις ξεχωριστές περιοχές και έρχονται σε τέσσερις διαφορετικές γεύσεις στο DNA, χάρη στις διακυμάνσεις στη δομή μιας από αυτές τις τρεις περιοχές.
Στα ζωντανά πράγματα, το DNA συνδυάζεται μαζί με πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες για να δημιουργήσουν μια ουσία που ονομάζεται χρωματίνη. Η χρωματίνη στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς διασπάται σε μια σειρά ξεχωριστών κομματιών, που ονομάζονται χρωμοσώματα. Το DNA μεταφέρεται από τους γονείς στους απογόνους τους, αλλά ορισμένα από τα DNA σας πέρασαν από τη μητέρα σας αποκλειστικά, όπως θα δείτε.
Η Δομή του DNA
Το DNA αποτελείται από νουκλεοτίδια και κάθε νουκλεοτίδιο περιλαμβάνει μια αζωτούχο βάση, μία έως τρεις φωσφορικές ομάδες (στο DNA, υπάρχει μόνο μία) και ένα μόριο σακχάρου πέντε ατόμων άνθρακα που ονομάζεται δεοξυριβόζη. (Το αντίστοιχο σάκχαρο στο RNA είναι ριβόζη.)
Στη φύση, το DNA υπάρχει ως ζευγαρωμένο μόριο με δύο συμπληρωματικούς κλώνους. Αυτοί οι δύο κλώνοι ενώνονται σε κάθε νουκλεοτίδιο κατά μήκος της μέσης και η προκύπτουσα "σκάλα" στριμμένη στη μορφή ενός διπλή έλικα, ή ζεύγος σπειρών μετατόπισης.
Οι αζωτούχες βάσεις έρχονται σε μία από τις τέσσερις ποικιλίες: αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και θυμίνη (Τ). Η αδενίνη και η γουανίνη βρίσκονται σε μια κατηγορία μορίων που ονομάζονται πουρίνες, τα οποία περιέχουν δύο ενωμένους χημικούς δακτυλίους, ενώ η κυτοσίνη και η θυμίνη ανήκουν στην τάξη των μορίων που είναι γνωστά ως πυριμιδίνες, τα οποία είναι μικρότερα και περιέχουν μόνο ένα δακτύλιο.
Ειδική σύνδεση ζεύγους βάσεων
Είναι η σύνδεση των βάσεων μεταξύ των νουκλεοτιδίων σε γειτονικές έλικες που δημιουργούν τους "στύλους" της σκάλας "DNA". Όπως συμβαίνει, μια πουρίνη δεσμεύεται μόνο με μια πυριμιδίνη σε αυτή τη ρύθμιση, και είναι ακόμα πιο συγκεκριμένη από αυτή: Το Α δεσμεύει και μόνο στο Τ, ενώ το Ο δεσμεύεται και μόνο στον G.
Αυτό ένα-προς-ένα ζεύγος βάσεων σημαίνει ότι εάν είναι γνωστή η ακολουθία νουκλεοτιδίων (συνώνυμη με την "ακολουθία βάσεων" για πρακτικούς σκοπούς) για έναν κλώνο ϋΝΑ, η αλληλουχία των βάσεων στο άλλο συμπληρωματικό κλώνο μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί.
Η σύνδεση μεταξύ γειτονικών νουκλεοτιδίων στον ίδιο κλώνο DNA προκαλείται από το σχηματισμό δεσμών υδρογόνου μεταξύ του σακχάρου ενός νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας του επόμενου.
Πού βρίσκεται το DNA;
Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς, το ϋΝΑ βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, καθώς οι προκαρυώτες στερούνται πυρήνες. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, το DNA βρίσκεται στον πυρήνα. Εδώ, είναι διασπασμένη χρωμοσωμάτων. Οι άνθρωποι έχουν 46 διαφορετικά χρωμοσώματα με 23 από κάθε γονέα.
Αυτά τα 23 διαφορετικά χρωμοσώματα είναι όλα διακριτά στη φυσική εμφάνιση κάτω από ένα μικροσκόπιο, έτσι ώστε να μπορούν να αριθμηθούν 1 έως 22 και στη συνέχεια Χ ή Υ για το ερωτικό χρωμόσωμα. Τα αντίστοιχα χρωμοσώματα από διαφορετικούς γονείς (π.χ. το χρωμόσωμα 11 από τη μητέρα σας και το χρωμόσωμα 11 από τον πατέρα σας) ονομάζονται ομόλογα χρωμοσώματα.
Το DNA βρέθηκε επίσης στα μιτοχόνδρια των ευκαρυωτικών γενικά καθώς επίσης στους χλωροπλάστες των φυτικών κυττάρων ΕΙΔΙΚΑ. Αυτό από μόνο του υποστηρίζει την επικρατούσα ιδέα ότι και τα δύο αυτά οργανίδια υπήρχαν ως ελεύθερα βακτηρίδια πριν απορροφηθούν από πρώιμους ευκαρυώτες πάνω από δύο δισεκατομμύρια χρόνια.
Το γεγονός ότι το DNA στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες κωδικοποιεί για τα πρωτεϊνικά προϊόντα ότι το πυρηνικό DNA δεν προσδίδει ακόμα μεγαλύτερη πίστη στη θεωρία.
Επειδή το DNA που εισέρχεται στα μιτοχόνδρια μόνο από το μητρικό κύτταρο αυγών, χάρη στον τρόπο που παράγονται και συνδυάζονται το σπέρμα και τα αυγά, όλο το μιτοχονδριακό ϋΝΑ έρχεται μέσα από τη μητρική γραμμή ή τις μητέρες οποιωνδήποτε οργανισμών DNA εξετάζεται.
Αναπαραγωγή DNA
Πριν από κάθε κυτταρική διαίρεση, ολόκληρο το DNA στον πυρήνα του κυττάρου πρέπει να αντιγραφεί, ή αναπαραχθεί, έτσι ώστε κάθε νέο κελί που δημιουργήθηκε στο τμήμα που πρόκειται σύντομα να έρθει μπορεί να έχει ένα αντίγραφο. Επειδή το DNA είναι δίκλωνο, πρέπει να ξετυλίγεται πριν αρχίσει η αναπαραγωγή, έτσι ώστε τα ένζυμα και άλλα μόρια που συμμετέχουν στην αναπαραγωγή να έχουν χώρο κατά μήκος των κλώνων για να κάνουν τη δουλειά τους.
Όταν αντιγράφεται ένας απλός κλώνος DNA, το προϊόν είναι στην πραγματικότητα ένας νέος κλώνος συμπληρωματικός προς τον πρότυπο (αντιγραφόμενο) κλώνο. Έχει έτσι την ίδια αλληλουχία βάσης DNA με τον κλώνο που δεσμεύτηκε με το πρότυπο πριν ξεκινήσει η αντιγραφή.
Έτσι, κάθε παλαιός κλώνος ϋΝΑ συνδυάζεται με ένα νέο κλώνο ϋΝΑ σε κάθε νέο αναδιπλασιαζόμενο μόριο DNA διπλής έλικος. Αυτό αναφέρεται ως ημι-συντηρητική αναπαραγωγή.
Ιντρόνια και εξόνια
Το DNA αποτελείται από ιντρόνια, ή τμήματα DNA που δεν κωδικοποιούν για προϊόντα πρωτεΐνης και εξόνια, τα οποία κωδικοποιούν περιοχές που παράγουν πρωτεϊνικά προϊόντα.
Ο τρόπος με τον οποίο περνούν οι εξώνες κατά μήκος των πληροφοριών για τις πρωτεΐνες μεταγραφή ή την κατασκευή αγγελιαφόρου RNA (mRNA) από το DNA.
Όταν μετατρέπεται ένας κλώνος ϋΝΑ, ο προκύπτων κλώνος του mRNA έχει την ίδια αλληλουχία βάσης με το σύμπλοκο ϋΝΑ του προτύπου, εκτός από μία διαφορά: όπου η θυμίνη εμφανίζεται στο ϋΝΑ, ουρακίλη (U) εμφανίζεται στο RNA.
Πριν το mRNA μπορεί να αποσταλεί για να μεταφραστεί σε μια πρωτεΐνη, τα ιντρόνια (το μη κωδικοποιητικό τμήμα των γονιδίων) πρέπει να αφαιρεθούν από τον κλώνο. Τα ένζυμα "συνδέουν" ή "κόψουν" τα ιντρόνια έξω από τους κλώνους και συνδέουν όλα τα εξόνια μαζί για να σχηματίσουν τον τελικό κωδικοποιητικό κλώνο του mRNA.
Αυτό ονομάζεται μετα-μεταγραφική επεξεργασία RNA.
Μεταγραφή RNA
Κατά τη μεταγραφή του RNA, το ριβονουκλεϊνικό οξύ δημιουργείται από έναν κλώνο DNA που έχει διαχωριστεί από τον συμπληρωματικό του σύντροφο. Ο κλώνος DNA που χρησιμοποιείται έτσι είναι γνωστός ως ο κλώνος μήτρας. Η ίδια η μεταγραφή εξαρτάται από έναν αριθμό παραγόντων, συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων (π.χ., RNA πολυμεράση).
Η μεταγραφή λαμβάνει χώρα στον πυρήνα. Όταν ο κλώνος mRNA είναι πλήρης, αφήνει τον πυρήνα μέσα από τον πυρηνικό φάκελο μέχρι να συνδεθεί με το a ριβοσώματος, όπου ξεδιπλώνεται η μετάφραση και η πρωτεϊνική σύνθεση. Έτσι η μεταγραφή και η μετάφραση διαχωρίζονται φυσικά το ένα από το άλλο.
Πώς ανακαλύφθηκε η δομή του DNA;
James Watson και Francis Crick είναι γνωστοί ως συν-ανακαλύπτριες ενός από τα βαθύτερα μυστήρια της μοριακής βιολογίας: η δομή και το σχήμα της διπλής έλικας DNA, το μόριο που είναι υπεύθυνο για τον μοναδικό γενετικό κώδικα που φέρει ο καθένας.
Ενώ το δίδυμο κέρδισε τη θέση τους στο πανθεόν των μεγάλων επιστημόνων, η δουλειά τους εξαρτάται από τα ευρήματα διάφορων άλλων επιστημόνων και ερευνητών, τόσο παρελθόντων όσο και λειτουργούντων στο χρόνο Watsons και Cricks.
Στα μέσα του 20ού αιώνα, το 1950, ο Αυστριακός Έρwin Chargaff ανακάλυψε ότι η ποσότητα αδενίνης σε ϋΝΑ κλώνους και η ποσότητα θυμίνης που υπήρχαν ήταν πάντοτε όμοια και ότι μια παρόμοια σχέση διατηρήθηκε για την κυτοσίνη και την γουανίνη. Έτσι, η ποσότητα των παρόντων πουρινών (Α + Ο) ήταν ίση με την ποσότητα των πυριμιδινών που υπάρχουν.
Επίσης, Βρετανός επιστήμονας Ροζαλίντ Φράνκλιν χρησιμοποίησε κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ για να υποθέσει ότι οι κλώνοι DNA σχηματίζουν σύμπλοκα που περιέχουν φωσφορικά που βρίσκονται κατά μήκος του εξωτερικού μέρους του κλώνου.
Αυτό ήταν σύμφωνο με ένα μοντέλο διπλής έλικας, αλλά ο Franklin δεν το αναγνώρισε, αφού κανείς δεν είχε κανέναν καλό λόγο να υποπτεύεται αυτή τη μορφή DNA. Όμως, μέχρι το 1953, οι Watson και Crick κατάφεραν να το βάλουν μαζί χρησιμοποιώντας την έρευνα του Franklins. Τους βοήθησε το γεγονός ότι η χημική-μοριακή κατασκευή μοντέλων ήταν η ίδια μια ταχέως βελτιωμένη προσπάθεια εκείνη την εποχή