DNA - Η ΕΛΙΚΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ

Transcript

1 DNA - Η ΕΛΙΚΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ Ερευνητική Εργασία Β Τετράμηνο

2 2

3 DNA - Η ΕΛΙΚΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ Ερευνητική Εργασία Β Τετράμηνο ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΓΑΡΓΑΛΙΑΝΩΝ Β' Τάξη Επιβλέποντες Καθηγητές: Κούρδογλου Νίκος, Καλογεροπούλου Χριστίνα Ονόματα Μελών: Βασιλοπούλου Χριστίνα Βλαχαδάμη Αθανασία Βλάχος Νικηφόρος Γκιουμιουσλιού Μιχάλης Κόκκαλη Μαρία Κωστοπούλου Αναστασία Μαθιόπουλος Αναστάσης Μανούσος Γιώργος Μερεντιτή Νίκη Ξιάρχου Ευπραξία Παναγοπούλου Αθανασία Παπαχριστοφίλου Ιωάννα Πάττα Σοφία Ποδαρά Παρασκευή Σκόκου Μαρία Φιλοπούλου Διονυσία Χούλια Ζωή 3

4 Περιεχόμενα Περίληψη. σελ. 5 Πρόλογος σελ. 6 Θεωρητικό.σελ. Διαδικασία έρευνας/μεθοδολογία..σελ. Αποτελέσματα...σελ. Συμπεράσματα... σελ. Συζήτηση σελ. Κριτική και αυτοκριτική... σελ. Βιβλιογραφία.. σελ. Παράρτημα....σελ. 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ: ΑΥΤΗ ΕΙΝΑΙ Η ΑΡΧΗ ΤΟΥ ΤΑΞΙΔΙΟΥ ΜΑΣ Ένα σύνολο 17 μαθητών αποφασίσαμε να ασχοληθούμε με το «DNA», το μόριο που καθοδηγεί τις περισσότερες λειτουργίες των οργανισμών. Ήμασταν όλοι αποφασισμένοι να εργαστούμε σκληρά αν και γνωρίζαμε ότι απαιτούνταν μεγάλη προσπάθεια εκ μέρους μας. Το πρώτο που κάναμε ήταν να χωριστούμε σε τέσσερις υποομάδες, εκ των οποίων η κάθε μία ασχολούνταν με μία διαφορετική παράμετρο του θέματος. Οι παράμετροι αυτές ήταν : Ο χρόνος και ο τόπος ανακάλυψης της δομής του DNA 10 ερευνητές που έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην ανακάλυψη αυτή. Η ανακάλυψη της δομής του DNA από βιολογική πλευρά Οι γνώσεις των πολιτών για το DNA Το DNA στην τέχνη Ύστερα, αποφασίσουμε να συντάξουμε ερωτηματολόγια ως το πρώτο ερευνητικό μας εργαλείο. Φτιάξαμε 4 ερωτηματολόγια ένα για κάθε ηλικιακή ομάδα, δηλαδή ένα για τους συμμαθητές μας ηλικίας ετών, ένα για τα άτομα ηλικίας 20-40, ύστερα ένα για αυτούς που είναι από ετών και τέλος για τους Αφού συμπληρώθηκαν, τα επεξεργαστήκαμε ηλεκτρονικά, δημιουργήσαμε γραφήματα με βάση τα αποτελέσματά τους και καταλήξαμε σε τελικά συμπεράσματα. Κατόπιν, κάθε ομάδα εργάστηκε ξεχωριστά για τη συγκέντρωση των επιμέρους δεδομένων. Ως ολομέλεια, συλλέξαμε ικανοποιητικές πληροφορίες για κάθε παράμετρο, στηριζόμενοι τόσο στο Διαδίκτυο όσο και σε ειδικά βιβλία, τα οποία μας έδωσαν οι καθηγητές μας. Στείλαμε επίσης ένα γράμμα στον κύριο Watson, έναν από τους δύο ερευνητές που ανακάλυψαν τη δομή του DNA. Δυστυχώς όμως δε λάβαμε απάντηση από εκείνον. Επεξεργαστήκαμε όλες τις πληροφορίες, κρατήσαμε αυτές που μας ήταν απαραίτητες και συντάξαμε την τελική εργασία. Παράλληλα, δημιουργήσαμε το έγγραφο του Power Point, το οποίο χρησίμευε στην παρουσίαση της εργασίας μας στο τέλος του τετραμήνου μπροστά στο σύνολο της σχολικής κοινότητας. Τέλος, γνωρίζοντας ότι η τελική μας εργασία θα ολοκληρωνόταν με την κατασκευή ενός τεχνήματος σχετικού με το θέμα, αποφασίσαμε να συνεργαστούμε για τη δημιουργία ενός μοντέλου της διπλής έλικας του DNA ύψους δύο μέτρων, φτιαγμένο από ειδικά μετρημένα χαρτονάκια, στο κόψιμο και την επεξεργασία των οποίων όλοι βοηθήσαμε, κυρίως όμως η υπεύθυνη ομάδα. 5

6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ- ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ποιο είναι το ζήτημα; Το αντικείμενο της παρούσας έρευνας αποτελεί το DNA (δεσοξυριβονουκλεϊκό οξύ). Όπως προαναφέραμε και στην περίληψη θελήσαμε να το εξετάσουμε τόσο από βιολογική όσο και από ιστορική πλευρά. Έτσι, κάναμε μία εκτενή έρευνα σε σχέση με δέκα σημαντικούς ερευνητές, οι οποίοι διαδραμάτισαν σπουδαίο ρόλο στην ανακάλυψη της δομής του DNA αλλά και μελετήσαμε διαδικασίες όπως η αντιγραφή, η μεταγραφή και η μετάφραση. Ποιος ο σκοπός της έρευνας- Γιατί έχει ενδιαφέρον; Για όλους εμάς το μεγαλύτερο ενδιαφέρον είχε η προοπτική να γνωρίσουμε σε βάθος το DNA για το οποίο τελευταία γίνεται πολύς λόγος μιας και γιορτάζει 60 χρόνια από το έτος ανακάλυψής του. Ελκυστική ήταν επίσης η ιδέα να γίνουμε '' μικροί δημοσιογράφοι-ερευνητές '' ερχόμενοι σε επαφή με άτομα διαφόρων ηλικιών και επιχειρώντας να ερευνήσουμε τις γνώσεις και τις απόψεις τους για το θέμα. Ποιο αναμένουμε να είναι εκ των προτέρων το αποτέλεσμα της έρευνας; Αναμένουμε από τους ανθρώπους οι οποίοι κλίθηκαν να συμπληρώσουν τα ερωτηματολόγιά μας να δώσουν ειλικρινείς απαντήσεις ώστε να μην δυσκολευτούμε στην επεξεργασία τους και να μας παρέχουν αξιόπιστα αποτελέσματα-συμπεράσματα. Επίσης θα θέλαμε να συλλέξουμε επαρκείς πληροφορίες ώστε το αποτέλεσμα να είναι ολοκληρωμένο και έγκυρο. Γιατί νομίζουμε ότι είναι σημαντική αυτή η ερευνητική εργασία; Θεωρούμε πως είναι πολύ σημαντική η συνεργασία 17 εφήβων διαφορετικών μεταξύ τους μα και συνάμα πρόθυμων να ερευνήσουν όλοι μαζί τη διπλή έλικα ως ένα θέμα κοινού ενδιαφέροντος. Ακόμη, αρεσκόμαστε στην ιδέα να πληροφορήσουμε όσους συμμαθητές και συμπολίτες μας μπορούμε για ένα θέμα για το οποίο καθημερινά λαμβάνουν τόσες πολλές πληροφορίες χωρίς όμως να έχουν λεπτομερειακές γνώσεις για αυτό. Ποια είναι η διάρθρωση της έρευνας; Το πρώτο πράγμα που ερευνήσαμε ήταν το πόσα γνωρίζει κάθε ηλικιακή ομάδα για το συγκεκριμένο θέμα. Έπειτα, προσπαθήσαμε να καταγράψουμε το βίο δέκα ερευνητών που συνέβαλαν στην ανακάλυψη της δομής του DNA αλλά και στην εξέλιξή του. Στη συνέχεια καταγράψαμε τις διαδικασίες αντιγραφή, μεταγραφή και μετάφραση που γίνονται σε αυτό. 6

7 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Η ομάδα «Αζωτούχες Βάσεις» ασχολήθηκε με την εύρεση ορισμένων ονομάτων που της δόθηκαν όπως John Kendrew, Linus Pauling, James Watson, Francis Crick, William Bragg, Maurice Wilkins, Max Perutz και Rosalind Franklin για τους οποίους έπρεπε να ερευνήσουν για τη ζωή τους και για την συνεισφορά τους στη ανακάλυψη του DNA. Επίσης έψαξαν πληροφορίες για το πανεπιστήμιο του Cambridge στο οποίο έγιναν οι έρευνες. Χρησιμοποίησαν διάφορες ιστοσελίδες όπως η Wikipedia και διάφορα σχετικά βιβλία. Η ομάδα «ΑΒ & Δεσμός» ασχολήθηκε με το βιολογικό μέρος της εργασίας. Ερεύνησε το μοντέλο του DNA, την διπλή έλικα. Ασχολήθηκε με τη δομή του DNA, τις αζωτούχες βάσεις και τους δεσμούς υδρογόνου. Επίσης με το κεντρικό δόγμα της βιολογίας, την αντιγραφή του DNA, τη μεταγραφή, τη μετάφραση του RNA και την δημιουργία των πρωτεϊνών. Χρησιμοποίησαν το βιβλίο της Βιολογίας της Β Λυκείου της Γενικής Παιδείας, το «Τι τρελό κυνηγητό» Εκδόσεις Κάτοπτρο Αθήνα 1990 και το «Βιολογία Τόμος 1» - Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης Ηράκλειο Η ανακάλυψη της δομής του DNA από τη σκοπιά της ιστορίας ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το 1953 ο James Watson και ο Francis Crick, δυο ερευνητές που εργάζονταν στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, παρουσίασαν ένα μοντέλο της δομής του DNA, που ονομάστηκε μοντέλο της διπλής έλικας, πραγματοποιώντας έτσι την ανακάλυψη της ελικοειδούς δομής του γενετικού υλικού των οργανισμών. Από πολλούς η ανακάλυψη της διπλής έλικας του DNA θεωρείται η μεγαλύτερη βιολογική ανακάλυψη του 20 ου αιώνα. Για την συνεισφορά τους στη μελέτη της δομής του DNA, οι Watson και Crick μοιράστηκαν το 1962 το Βραβείο Νόμπελ Ιατρικής και Φυσιολογίας μαζί με τον Maurice Wilkins, ο όποιος επίσης εργάστηκε προς αυτή την κατεύθυνση. 7

8 J.Watson F.Crick Μεγάλης σημασίας κρίναμε λοιπόν να γνωρίσουμε το Πανεπιστήμιο του Cambridge και την διανοητική «ατμόσφαιρα» του ως το χώρο που σίγουρα συνέλαβε στην μεγάλη ανακάλυψη της δομής του DNA από τους δυο μεγάλους επιστήμονες αλλά και τους άλλους συνεργάτες - επιστήμονες που εργάζονταν την ίδια χρονική περίοδο εκεί. Τo Cambridge ήταν και είναι πολύ σπουδαίο. Βρίσκεται στα πέντε πρώτα ακαδημαϊκά και έδινε στους φοιτητές μια εικόνα ότι ήταν οι εκλεκτοί σε διαφορετικά επίπεδα. Το πανεπιστήμιο του Cambridge στην Πανεπιστημιούπολη της Αγγλίας είναι το 2 ο αρχαιότερο πανεπιστήμιο του συνολικού αγγλόφωνου πληθυσμού. Το πανεπιστήμιο αναπτύχθηκε από μια ομάδα λογίων στην πόλη του Cambridge η οποία σχηματίστηκε πιθανότατα το 1209 από ακαδημαϊκούς που εγκατέλειψαν την Οξφόρδη. James Dewey Watson Γεννημένος στις 6 Απριλίου 1928, είναι ένας Αμερικανός μοριακός βιολόγος, γενετιστής και ζωολόγος. Μετά τις σπουδές του στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και το Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα, εργάστηκε στο εργαστήριο Cavendish στο Πανεπιστήμιο του Cambridge στην Αγγλία, όπου συνάντησε για πρώτη φορά το μελλοντικό συνεργάτη και φίλο του, Francis Crick. Το 1956, ο Watson έγινε ένα από τα νεότερα μέλη των Βιολογικών Εργαστηρίων του Πανεπιστημίου του Harvard, εργαζόμενος στην προώθηση της έρευνας στη μοριακή βιολογία. Μεταξύ 1988 και 1992, συνδέθηκε με το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας, βοηθώντας στη δημιουργία του Ανθρώπινου Γονιδιώματος. Watson έχει γράψει πολλά επιστημονικά βιβλία, συμπεριλαμβανομένου του βιβλίου "Η Μοριακή Βιολογία του Γονιδίου" (1965) και του, με σημαντική εμπορική επιτυχία, βιβλίου του "The Double Helix" (1968), στο οποίο αναφερόταν κυρίως στο μεγάλο επίτευγμα του διδύμου. Από το 1968, υπηρέτησε ως διευθυντής του Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) στο Long Island της Νέας Υόρκης, το οποίο σε μεγάλο βαθμό επεκτείνεται στο επίπεδο της χρηματοδότησης και της έρευνας. Στο CSHL, που μετατόπισε την έμφαση της έρευνας του στη μελέτη του καρκίνου, το 1994, ξεκίνησε ως πρόεδρος και υπηρέτησε για 10 χρόνια. Έπειτα, διορίστηκε καγκελάριος εξυπηρετώντας μέχρι το Francis Crick Γεννήθηκε και μεγάλωσε στο Weston Favell. Στην ηλικία των 21, πήρε πτυχίο 8

9 στη Φυσική από το University College του Λονδίνου. Ο Crick είχε αποτύχει μέχρι τότε να κερδίσει μια θέση στο κολέγιο του Cambridge. Αργότερα έγινε ένας διδακτορικός φοιτητής εκεί, όπου εργάστηκε κυρίως στο εργαστήριο Cavendish και στο Ιατρικό Ερευνητικό Συμβούλιο. Ο Crick ξεκίνησε το διδακτορικό του ερευνητικό πρόγραμμα στη μέτρηση του ιξώδους του νερού σε υψηλές θερμοκρασίες. Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, εργάστηκε για το Admiralty Ερευνητικό Εργαστήριο, από το οποίο προέκυψε μια ομάδα πολλών διακεκριμένων επιστημόνων. Εργάστηκε για το σχεδιασμό μαγνητικών ακουστικών για όσους εργάζονται σε ορυχεία και έπαιξε σημαντικό ρόλο στο σχεδιασμό ενός νέου ορυχείου. Maurice Wilkins Ήταν ένας Βρετανός βιοφυσικός, πιο γνωστός για τη συμμετοχή του στην ανακάλυψη της δομής του DNA. Από τον Wilkins και βοηθό/συνάδερφο του Rosalind Franklin παρατηρήθηκαν οι Χ-ray εικόνες περίθλασης για τις ευθυγραμμισμένες ίνες μέσα στο DNA, με τη βοήθεια των οποίων ο James Watson και ο Francis Crick ήταν τότε σε θέση να οικοδομήσουν ένα ακριβές, λεπτομερές μοντέλο του μορίου του DNA. Αργότερα εργάστηκε για ένα διάστημα με τον Mark Oliphant στη μελέτη του διαχωρισμού των ισοτόπων σε βόμβες. Μετά την τρομακτική επιτυχία του έργου αυτού, που είχε ως αποτέλεσμα τις πυρηνικές βόμβες που έπεσαν στη Χιροσίμα και Ναγκασάκι, ο Wilkins ανέπτυξε μια πολύ αρνητική στάση απέναντι στα πυρηνικά όπλα και αποφάσισε να πάει σε «άλλο κλάδο της επιστήμης». Επέστρεψε στη Βρετανία και έγινε λέκτορας Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Αγίου Ανδρέα στη Σκοτία, όπου εργάστηκε στη βιοφυσική, επιδιώκοντας την αξιοποίηση των κρυσταλλογραφημάτων των ακτινών X στη βιολογική έρευνα. Το 1950 αυτός και o Raymond Gosling πήραν τις πρώτες εικόνες του μορίου του DNA. Διορίστηκε επίσης επίτιμος λέκτορας στο νεοσυσταθέν τμήμα Βιοφυσικής στο King College, όπου το 1961 ένα πλήρως τμήμα βιοφυσικής ιδρύθηκε. Εκτός από το Νόμπελ, ο Wilkins τιμήθηκε με το βραβείο Albert(επίσης από κοινού με τους Watson και Crick) και με το Lasker από το American Public Health Association το William Henry Bragg Ήταν Βρετανός φυσικός, χημικός, μαθηματικός και ενεργός αθλητής, καθώς και μέλος του τάγματος της αξίας, διοικητής του τάγματος της βρετανικής αυτοκρατορίας και μέλος της βασιλικής εταιρίας. Το 1915 βραβεύτηκε για την εργασία του πάνω στη περίθλαση των ακτινών Χ με Νόμπελ Φυσικής το οποίο μοιράστηκε με τον γιο του, τον William Lawrence Bragg. Το ορυκτό "μπραγκίτης" ονομάστηκε έτσι προς τιμήν των Bragg, πατέρα και γιο, καθώς ήταν το πρώτο ορυκτό που μελετήθηκε με τη βοήθεια των ακτινών Χ. 9

10 John Kendrew Γεννήθηκε στην Οξφόρδη. Το παρευρέθηκε στο Trinity College του Cambridge ως σημαντικός μελετητής και αποφοίτησε του στη χημεία το Πέρασε τους πρώτους μήνες του Β' Παγκοσμίου Πολέμου να κάνει έρευνα σχετικά με κινητική αντίδραση, και στη συνέχεια έγινε μέλος της ομάδας "Air" του Υπουργείου Έρευνας, όπου ασχολούνταν με ραντάρ. Το 1940, ασχολήθηκε με την επιχειρησιακή έρευνα στη Βασιλική Πολεμική Αεροπορία, κρατώντας τον τιμητικό βαθμό του Αντισμηνάρχου RAF. Κατά τη διάρκεια του πολέμου εμφάνισε ενδιαφέρον για τα προβλήματα βιοχημείας και αποφάσισε να εργαστεί στη δομή των πρωτεϊνών. Το 1947 έγινε συνεργάτης του Peterhouse με τον οποίο στο Ιατρικό Ερευνητικό Συμβούλιο (MRC) συμφώνησαν να δημιουργήσουν μια μονάδα έρευνας για τη μελέτη της μοριακής δομής των βιολογικών συστημάτων, υπό τη διεύθυνση του Sir Lawrence Bragg. Το 1954 έγινε Καθηγητής στο Βασιλικό εργαστήριο "Davy-Faraday" του Λονδίνου. Το βραβείο Νόμπελ Χημείας 1962 απονεμήθηκε από κοινού στους Max Ferdinand και John Perutz Cowdery Kendrew για τις μελέτες τους στις δομές των σφαιρικών πρωτεϊνών. Linus Pauling Αμερικανός χημικός, βιοχημικός, ακτιβιστής της ειρήνης, συγγραφέας και εκπαιδευτικός. Ήταν ένας από τους ιδρυτές της κβαντικής χημείας και της μοριακής βιολογίας και πρωτοπόρος στην εφαρμογή της κβαντικής θεωρίας για τη δομή των μορίων. Για πρώτη φορά εκτίθεται στις έννοιες της κβαντικής μηχανικής ενώ σπούδαζε στο Oregon State University. Ο Pauling ενδιαφερόταν για το πώς η κβαντική μηχανική θα μπορούσε να εφαρμοστεί στον τομέα της προτίμησής του, την ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων και των μορίων. Αργότερα ταξίδεψε στην Ευρώπη για να σπουδάσει με υποτροφία υπό Γερμανούς φυσικούς στο Μόναχο, οι οποίοι ήταν εμπειρογνώμονες στο νέο πεδίο της κβαντικής μηχανικής και σε άλλους κλάδους της φυσικής. Ο Pauling είναι το μόνο πρόσωπο που έχει βραβευτεί με δύο βραβεία Νόμπελ, ένα στη Χημεία το 1954 και ένα Ειρήνης το

11 Max Perutz Ήταν ένας Αυστριακός μοριακός βιολόγος, ο οποίος μοιράστηκε το 1962 το βραβείο Νόμπελ Χημείας με τον John Kendrew, για τις σπουδές τους από τις δομές της αιμοσφαιρίνης και των σφαιρικών πρωτεϊνών. Προτάθηκε να κερδίσει το Βασιλικό Μετάλλιο της Βασιλικής Εταιρείας το 1971 και το μετάλλιο Copley το Στο Cambridge προέδρευσε του Συμβουλίου Ιατρικής Έρευνας και υπήρξε ιδρυτικό μέλος του Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας. Η προσφορά του Perutz στη μοριακή βιολογία στο Cambridge τεκμηριώνεται στην Ιστορία από το πανεπιστήμιο στον τέταρτο τόμο του Cambridge University Press που δημοσιεύθηκε από το Rosalind Franklin H πλέον γνωστή ελικοειδής δομή του DNA, μια στριμμένη σκάλα με βάση ζεύγη-σκαλοπάτια απαραίτητες για τη λειτουργία της κληρονομικής, αποκρυπτογραφήθηκε το Όμως, μολονότι τα άτομα που συνήθως συνδέονται με αυτό το αξιοσημείωτο επίτευγμα είναι οι James Watson, Francis Crick και Maurice Wilkins, ωστόσο υπήρχε και ένα άλλο πρόσωπο του οποίου η πραγματικά ουσιαστική συμβολή σε αυτή την ανακάλυψη δεν αναγνωρίστηκε από την Επιτροπή Νόμπελ το Αυτό το άτομο ήταν Rosalind Franklin. Η Rosalind Franklin γεννήθηκε τον Ιούλιο του Αποφοίτησε με διδακτορικό από το Πανεπιστήμιο του Cambridge το Το 1951, εργάστηκε ως επιστημονικός συνεργάτης για τον John Randall στο King 's College του Λονδίνου, έναν χημικό από την εκπαίδευση με τη βοήθεια του οποίου η Franklin πλέον είχε μπει ως ειδικός στον κόσμο της δομής του γραφίτη και άλλων ενώσεων του άνθρακα πριν καν μετακομίσει στο Λονδίνο. Στο βιβλίο του James Watson για την ανακάλυψη της δομής του DNA με τίτλο "The Double Helix" Rosalind Franklin σκιαγραφήθηκε ανακριβώς ως υποτακτικός του Maurice Wilkins στο King College. Στην πραγματικότητα, ο Maurice Wilkins και η Rosalind Franklin ήταν συμμαθητές και η Franklin ήταν που είχε ανακαλύψει ότι το DNA θα μπορούσε να παγιώσει σε δύο διαφορετικές μορφές, μια μορφή Α και Β μορφή εργαζόμενη με τον John Randall. Ο Wilkins έδωσε τις μορφές Α και Β της Franklin στους Watson και Crick, ωθώντας τους ένα βήμα πιο κοντά στο έργο της αποσαφήνιση της μοριακή δομή του γενετικού υλικού. 11

12 Η ανακάλυψη της δομής του DNA από τη σκοπιά της βιολογίας ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στις μέρες μας ο περισσότερος κόσμος ξέρει τι είναι το DNA και, όταν δεν το ξέρουν, το θεωρούν μια κακόφημη λέξη, όπως «χημικό» ή «συνθετικό». Η διπλή έλικα είναι πράγματι ένα καταπληκτικό μόριο. Ο σύγχρονος άνθρωπος είναι ίσως χρονών και ο πολιτισμός υπάρχει εδώ και χρόνια μόνο το DNA και το RNA, όμως, υπάρχουν εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Όλο αυτό το διάστημα η διπλή έλικα βρισκόταν εκεί και λειτουργούσε και όμως, η ύπαρξή της μας έχει γίνει γνωστή τις τελευταίες έξι δεκαετίες μόνο! Όπως έχει προαναφερθεί, η ανακάλυψη της δομής του DNA αποδίδεται στους J. Watson και F. Crick. Αλλά, αξίζει να αναφέρουμε την σημαντικότατη συμβολή του Maurice Wilkins και της Rosalind Franklin, οι οποίοι έκαναν το πρώτο ουσιαστικό βήμα προς την ανακάλυψη, μελετώντας το DNA με περίθλαση ακτινών X. Το κίνητρο και τα πλεονεκτήματα για την ανακάλυψη Ο James Watson δεν προσπαθούσε μέσω της διατριβής του να αποδείξει τις ικανότητες του ως επαγγελματίας. Αυτό που ήθελε ήταν οι λύσεις στα επιστημονικά του ερωτήματα και δεν τον απασχολούσε καθόλου αν θα τις έβρισκε με σοβαρές ή επιδεικτικές μεθόδους. Ήθελε μόνο να τις βρίσκει όσο το δυνατό γρηγορότερα. Πολλοί ισχυρίστηκαν ότι αυτό οφειλόταν στο γεγονός ότι το δίδυμο των επιστημόνων ήταν υπερβολικά ανταγωνιστικοί, αλλά τα γεγονότα μάλλον τους διέψευσαν. Γιατί οι Watson και Crick, όχι μόνο έλεγαν στον Wilkins πώς να κατασκευάσει μοντέλα του DNA, αλλά του δάνειζαν και οδηγούς απαραίτητους για τα αναγκαία μέλη του μοντέλου. Μπορεί γι' αυτό να φαίνονταν συχνά ανυπόφοροι και ανταγωνιστικοί, αλλά αυτό που επιθυμούσαν με πάθος και επιμονή οι ίδιοι ήταν να μάθουν τις κρυμμένες έως τότε λεπτομέρειες της δομής του τόσο πολύτιμου γενετικού μας υλικού. αυτό αποτέλεσε το ισχυρότερο κίνητρό τους για πρόοδο και ήταν μάλλον και πλεονεκτικό. Εκτός όμως της αστείρευτης δίψας τους για γνώση, ο James και ο Francis δεν είχαν επίσης εξωτερική πίεση για να επιλύσουν το πρόβλημά τους, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούσαν να ασχολούνται άλλοτε εντατικά για ένα διάστημα και άλλοτε να το αφήνουν για λίγο. Πλεονέκτημα βέβαια αποτέλεσε και το γεγονός ότι είχαν πολύ αποδοτικές μεθόδους συνεργασίας, οι οποίες ήταν ό,τι έλειπε από τις υπόλοιπες επιστημονικές ομάδες της εποχής που μελετούσαν το ίδιο θέμα. Εάν ο ένας πρότεινε μια ιδέα, ο άλλος την έπαιρνε στα σοβαρά, ενώ, αν την κατέρριπτε, το έκανε με αμερόληπτο και φιλικό τρόπο. 12

13 ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ To υλικό όλων των οργανισμών στη φύση αποτελείται από νουκλεϊκό οξύ. Υπάρχουν δύο τύποι νουκλεϊκού οξέος: το DNA (δεσοξυριβονουκλεϊκό οξύ) και το πολύ συγγενικό RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ). Μερικοί μόνο ιοί χρησιμοποιούν RNA για τα γονίδιά τους. Όλοι οι οργανισμοί και οι περισσότεροι ιοί χρησιμοποιούν DNA. Κάθε κύτταρο, κάθε οργανισμός κατασκευάζει τις δομές του και πραγματοποιεί λειτουργίες σύμφωνα με μια σειρά πληροφοριών που έχει κληρονομήσει. Οι πληροφορίες είναι καταγεγραμμένες στην αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων του DNA, του μορίου που αποτελεί το γενετικό υλικό των κυττάρων. Τα μόρια του DNA και του RNA είναι μακριά και λεπτά, μερικές μάλιστα φορές εξαιρετικά μακριά. Το DNA είναι ένα πολυμερές νουκλεοτιδίων με μια ραχοκοκαλιά που έχει εναλλασσόμενες ομάδες φωσφορικών οξέων και σακχάρων, τα οποία ονομάζονται δεσοξυριβόζες. Το κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από τρία συστατικά: 1) μία αζωτούχα βάση 2) μία πεντόζη (σάκχαρο) που ονομάζεται δεσοξυριβόζη και 3) μία φωσφορική ομάδα. Βάση μπορεί να είναι μία αδενίνη (Α), μία θυμίνη (Τ), μία γουανίνη (G) ή μία κυτοσίνη (C). Ο αριθμός των βάσεων της αδενίνης είναι ίσος με τον αριθμό βάσεων της θυμίνης. Το ίδιο συμβαίνει με τον αριθμό των βάσεων της γουανίνης με τον αριθμό βάσεων της κυτοσίνης. Το γεγονός ότι ο αριθμός των βάσεων Α ισούται με τον αριθμό των βάσεων Τ και των G με των C, ανακαλύφθηκε από τον Chargaff και ονομάστηκε κανόνας του Chargaff. Κάθε κύτταρο μας έχει στον πυρήνα 46 μόρια DNA που περιέχουν συνολικά περίπου 6 δισεκατομμύρια βάσεις. Το DNA απαντάται συνήθως ως διπλή έλικα που αποτελείται από δυο χωριστές αλυσίδες, οι οποίες περιελίσσονται η μια γύρω από την άλλη και έχουν κοινό άξονα περιστροφής και κάθε πλήρης στροφή της έλικας περιέχει δέκα ζεύγη βάσεων. Οι δυο αυτές αλυσίδες έχουν αντίθετες κατευθύνσεις, όταν δηλαδή η σειρά των ατόμων στη ραχοκοκαλιά της μιας κατευθύνεται προς τα πάνω, τότε της άλλης κατευθύνεται προς τα κάτω. Σε κάθε επίπεδο οι βάσεις ζευγαρώνουν. Με άλλα λόγια, μια βάση στη μια αλυσίδα σχηματίζει ζευγάρι με την απέναντι βάση στην άλλη αλυσίδα. Ορισμένα μόνο ζεύγη είναι δυνατά (Α--Τ, Τ--Α, G---C, C---G). Τα ζεύγη αυτά σταθεροποιούνται με ασθενείς δεσμούς ανάμεσα στις πλευρικές ομάδες των βάσεων που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου. Tο ζεύγος AT αναπτύσσει δύο δεσμούς υδρογόνου και το ζεύγος GC τρεις. Το ζευγάρωμα αυτό των βάσεων είναι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της δομής. Οι αζωτούχες βάσεις της διπλής έλικας ζευγαρώνουν με συγκεκριμένους συνδυασμούς, η αδενίνη (Α) με τη θυμίνη (Τ) και η γουανίνη (G) με την κυτοσίνη (C). Η αδενίνη και η γουανίνη είναι πουρίνες, δηλαδή αζωτούχες βάσεις με δύο δακτυλίους ατόμων άνθρακα. Αντίθετα η κυτοσίνη και η θυμίνη είναι πυριμιδίνες, δηλαδή αζωτούχες βάσεις που φέρουν ένα μόνο δακτύλιο ατόμων άνθρακα. Επομένως οι πουρίνες Α και G 13

14 έχουν περίπου διπλάσιο πλάτος από τις πυριμιδίνες C και Τ. Το πλάτος ενός ζεύγους πουρίνης πυριμιδίνης έχει σταθερή διάμετρο 2nm. Το DNA ως γενετικό υλικό έχει κάποιες ιδιότητες όπως: 1. Παράγει ακριβή αντίγραφα και μεταβιβάζει αναλλοίωτη τη γενετική πληροφορία από κύτταρο σε κύτταρο, από γενιά σε γενιά. 2. Προσδιορίζει την παραγωγή των διάφορων ειδών RNA και μέσω αυτών των πρωτεϊνών. Η γενετική πληροφορία που είναι καταγεγραμμένη στο μόριο του DNA κατευθύνεται μονόδρομα προς τις πρωτεΐνες και αυτή η πορεία ονομάζεται κεντρικό δόγμα της βιολογίας. Προϋπόθεση για τη μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας από τα κύτταρα στα θυγατρικά τους είναι ο αυτοδιπλασιασμός του μορίου του DNA. Για να αυτοδιπλασιαστεί το DNA αρχικά οι δεσμοί υδρογόνου θραύονται και οι δύο αλυσίδες του DNA ξετυλίγονται και διαχωρίζονται. Κάθε αλυσίδα λειτουργεί ως εκμαγείο από το οποίο σχηματίζεται μια νέα συμπληρωματική αλυσίδα, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται δύο ζεύγη αλυσίδων. Οι δύο αλυσίδες είναι συμπληρωματικές, δηλαδή η καθεμία διαθέτει τις πληροφορίες που χρειάζονται για την κατασκευή της άλλης. Τα νουκλεοτίδια διατάσσονται κατά μήκος της αλυσίδας εκμαγείου σύμφωνα με τους κανόνες ζευγαρώματος των βάσεων και ενώνονται μεταξύ τους σχηματίζοντας τη νέα αλυσίδα. ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ Η αντιγραφή των δύο κλώνων γίνεται με τη βοήθεια ενός ενζύμου της DNA πολυμεράση ΙΙΙ. Κατά την αντιγραφή, απέναντι από κάθε νουκλεοτίδιο και των δύο μητρικών κλώνων τοποθετείται ένα άλλο νουκλεοτίδιο σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας των βάσεων. Δηλαδή απέναντι από τις αζωτούχες βάσεις της αδενίνης τοποθετούνται αζωτούχες βάσεις θυμίνης και απέναντι από τις αζωτούχες βάσεις της γουανίνης τοποθετούνται αζωτούχες βάσεις κυτοσίνης. Έτσι, σταδιακά σχηματίζονται οι δύο θυγατρικές πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες. Στο τέλος του αυτοδιπλασιασμού του μητρικού μορίου, έχουν παραχθεί δύο μόρια που το καθένα από αυτά αποτελείται από μία μητρική και από μια θυγατρική αλυσίδα. Ο τρόπος αυτοδιπλασιασμού του DNA χαρακτηρίζεται ως ημισυντηριτικός. 14

15 Τα λάθη κατά την αντιγραφή Το ανθρώπινο γονιδίωμα έχει γύρω στα τρία δισεκατομμύρια ζεύγη αζωτούχων βάσεων και, ενώ είναι γνωστό ότι μόνο ένα μικρό μέρος από αυτές χρειάζεται να αντιγραφεί με ακρίβεια, η αναλογία σφάλματος δε μπορεί να ξεπερνά το ένα στα δέκα τρισεκατομμύρια (χονδρικά). Στην αντίθετη περίπτωση ο οργανισμός θα τορπιλιζόταν κατά την εξέλιξη από τα δικά του λάθη. Παρ' όλα αυτά υπάρχει ένας φυσικός αριθμός εμφάνισης σφαλμάτων αντιγραφής που θα ήταν δύσκολο να ελαττωθεί σε λιγότερο από ένα στα εκατό χιλιάδες. Έτσι, θα μπορούσε να υποστηριχθεί ότι το DNA, με τόσα πολλά πιθανά λάθη στην αντιγραφή του, δε θα μπορούσε να είναι το γενετικό υλικό. Μια τέτοια αντίληψη όμως οι δύο επιστήμονες την κατέρριψαν, αποδεικνύοντας ότι το κύτταρο αναπτύσσει μηχανισμούς που διορθώνουν τα λάθη. Λόγω του ότι η διπλή έλικα έχει δύο συμπληρωματικά αντίγραφα της πληροφορίας της αλληλουχίας, γίνεται κατανοητό πώς συμβαίνει κάτι τέτοιο. Απέδειξαν πως ο παρατηρούμενος ρυθμός σφάλματος, δηλαδή ο ρυθμός των μεταλλάξεων, οφείλεται σε σφάλματα του μηχανισμού επιδιόρθωσης σφαλμάτων και έτσι μειώνεται κατά πολύ. Ιδιαίτερα ο Crick ήταν αυτός που τόνισε πως το ένζυμο το οποίο αντέγραφε το DNA στο δοκιμαστικό σωλήνα, περιέχει μέσα του μηχανισμό επιδιόρθωσης. Το 1ο μοντέλο Το αποτέλεσμα της πρώτης προσπάθειας του διδύμου να κατασκευάσει το δικό του μοντέλο, το 1951, μπορεί να μην ανταποκρινόταν στην πραγματικότητα ήταν όμως ένα σημαντικό βήμα και σε αυτή οφείλεται το γεγονός ότι έστρεψαν την προσοχή τους στο στοιχείο - κλειδί για τη δομή: η συμπληρωματικότητα των βάσεων. Η αποτυχία βρισκόταν στο ότι υπήρχαν μόνο δύο δεσμοί υδρογόνου μεταξύ G και C αλλά και οι βάσεις ήταν πολύ μακριά τοποθετημένες από τον άξονα της δομής. Αυτά τα λάθη εντούτοις δεν άλλαζαν το γεγονός ότι εκείνο το πρώτο μοντέλο περιείχε όλα τα βασικά χαρακτηριστικά της διπλής έλικας: πρώτον ότι οι δύο ελικοειδείς αλυσίδες είχαν αντίθετη κατεύθυνση, ένα χαρακτηριστικό το οποίο είχε φανερώσει η εργασία της Franklin, δεύτερον ότι η ραχοκοκαλιά του DNA είχε τις βάσεις στοιβαγμένες στο εσωτερικό της και τρίτον ότι υπήρχε εξειδικευμένο ζευγάρωμα μεταξύ των βάσεων. ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ Mεταγραφή ονομάζεται το πρώτο στάδιο της γονιδιακής έκφρασης και περιγράφει τη διαδικασία κατά την οποία δημιουργείται ένα μόριο RNA, με χρήση μιας αλυσίδας του DNA ως πρoτύπου, της οποίας είναι συμπληρωματικό. Χρησιμοποιείται ο όρος μεταγραφή γιατί η γενετική πληροφορία, ενώ είναι γραμμένη στη γλώσσα του DNA, μεταγράφεται στη γλώσσα του RNA, με τη διαφορά πως η βάση ουρακίλη 15

16 χρησιμοποιείται αντί της θυμίνης (το RNA συνίσταται από ουρακίλη στη θέση της θυμίνης). Η διαδικασία αυτή συμβαίνει στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων ή στο πυρηνοειδές των προκαρυωτικών. Σκοπός της είναι να μεταφερθούν οι γενετικές πληροφορίες από το DNA στα ριβοσώματα, για να γίνει η πρωτεϊνοσύνθεση. Η μεταγραφή του DNA μπορεί να γίνει πολλές φορές ταυτόχρονα επιταχύνοντας τις διεργασίες του κυττάρου. Σπανίως η μεταγραφή συμβαίνει αντίστροφα δημιουργώντας DNA με καλούπι το RNA από ρετροϊούς με τη βοήθεια του ενζύμου αντίστροφη μεταγραφάση. Περιγραφή της μεταγραφής Σε ένα γονίδιο, δηλαδή ένα τμήμα του DNA, ανοίγει η διπλή έλικα του DNA. Έπειτα, σχηματίζεται με τη βοήθεια ένζυμων, όπως της RNA πολυμεράσης, ο αντίστοιχος κλώνος του RNA σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας, τώρα όμως στη θέση της βάσης θυμίνης τοποθετείται η βάση ουρακίλη. Όπως είναι προφανές λοιπόν, η σύνθεση του μορίου του RNA γίνεται με την ίδια αρχή της συμπληρωματικότητας των βάσεων η οποία διέπει και τη σύνθεση του DNA. Κατά τη διάρκεια της μεταγραφής μπορούν να γίνουν λάθη, δηλαδή να παραβιαστεί η αρχή της συμπληρωματικότητας, συχνότερα από ό,τι στην αντιγραφή του DNA. Η μεταγραφή τελειώνει και μετά η έλικα του DNA ξανακλείνει, ενώ το RNA ταξιδεύει στα ριβοσώματα, για τη μετάφραση του RNA. ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ Το τελευταίο στάδιο στην έκφραση της γενετικής πληροφορίας είναι η μετάφραση της, δηλαδή η παραγωγή του πρωτεϊνικού μορίου. Η μελέτη των μεταφραστικών μηχανισμών ξεκίνησε από τα βακτήρια. Στο ευκαρυωτικό κύτταρο τα μόρια του trna όπως και του mrna παράγονται στον πυρήνα και μεταφέρονται στο κυτταρόπλασμα όπου γίνεται η μετάφραση. Η διαδικασία είναι επαναλαμβανόμενη, κάθε trna φορτώνεται στο κυτταρόπλασμα με το αμινοξύ που του αντιστοιχεί, αφήνει το φορτίο του στην πεπτιδική αλυσίδα που σχηματίζεται σε κάποιο ριβόσωμα και φεύγει από το ριβόσωμα για να ξαναφορτωθεί με καινούργιο αμινοξύ. Αυτή γίνεται στα ριβοσώματα και απαγορεύει την παραγωγή μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας με καθορισμένη αλληλουχία αμινοξέων. Με τον τρόπο αυτό η γενετική πληροφορία που είναι καταγεγραμμένη στα νουκλεινικά οξέα, μεταφράζεται σε μια διαφορετική γλώσσα 20 διαφορετικών γραμμάτων, όσα είναι τα διαφορετικά αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες όλων των οργανισμών. Ενώ κατά την μεταγραφή δεν παρουσιάζονται προβλήματα, κατά τη 16

17 μετάφραση παρουσιάζεται το εξής πρόβλημα: οι αζωτούχες βάσεις είναι 4 αλλά τα διαφορετικά αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες είναι είκοσι. Συνεπώς δεν είναι δυνατό ένα νουκλεοτίδιο να κωδικοποιεί ένα αμινοξύ, διότι τότε δε θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν περισσότερα από τέσσερα διαφορετικά αμινοξέα. Αν όμως μια τριάδα νουκλεοτιδίων κωδικοποιεί ένα αμινοξύ, τότε οι συνδυασμοί που προκύπτουν είναι 64 δηλαδή αριθμός ικανός για την κωδικοποίηση των 20 διαφορετικών αμινοξέων. Με τα πειράματα που έγινα το 1961 από το Μ. Νίρεμπεργκ προσδιορίστηκε το αμινοξύ που κωδικοποιεί από κάθε τριάδα νουκλεοτιδίων να ονομάζεται κωδικόνιο. Άλλοι παράγοντες που παίρνουν μέρος στην πρωτεινοσύνθεση εκτός του mrna, τα ριβοσώματα και φυσικά τα αμινοξέα είναι επίσης το trna, διάφορα ένζυμα και ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ. Το trna διαθέτουν μια χαρακτηριστική τριάδα νουκλεοτιδίων που λέγεται αντικωδικόνιο και είναι συμπληρωματική με ένα κωδικόνιο του mrna. Το trna διαθέτει επίσης μια θέση σύνδεσης του με ένα αμινοξύ. λήξη: Η διαδικασία της μετάφρασης έχει 3 στάδια την έναρξη, την επιμήκυνση και την Έναρξη: το mrna, που έχει συντεθεί στον πυρήνα, μεταναστεύει στο κυτταρόπλασμα και συνδέεται με ένα ριβόσωμα σε συγκεκριμένη θέση. Το πρώτο κωδικόνιο που «διαβάζει» το ριβόσωμα είναι το AUG, που χαρακτηρίζεται ως κωδικόνιο έναρξης, γιατί σηματοδοτεί την έναρξη της πρωτεινοσύνθεσης. Ταυτόχρονα μεταφέρεται και συνδέεται στο ριβόσωμα ένα μόριο trna, που φέρει το αμινοξύ μεθειονίνη και έχει αντικωδικόνιο συμπληρωματικό του κωδικόνιο έναρξης. Επιμήκυνση: Ένα δεύτερο μόριο trna με αντικωδικόνιο συμπληρωματικό του δεύτερου, κατά σειρά, κωδικονίου τοποθετείται στο ριβόσωμα, δίπλα στο πρώτο, μεταφέροντας εκεί το δεύτερο αμινοξύ. Ανάμεσα στο δεύτερο αμινοξύ και στη μεθειονίνη και δημιουργείται ένας δεσμός που τα συγκρατεί ενωμένα. Το πρώτο trna αποδεσμεύει τη μεθειονίνη και απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα, ενώ το ριβόσωμα μετατοπίζεται προς το επόμενο κωδικόνιο. Με αυτή όμως τη μετατόπιση το δεύτερο trna μεταφέρεται στη θέση του ριβοσώματος στην οποία ήταν το πρώτο trna. Στη συνέχεια ένα τρίτο trna, το οποίο μεταφέρει το τρίτο αμινοξύ, συνδέεται στο ριβόσωμα, δίπλα στο δεύτερο. Ανάμεσα στο δεύτερο και στο τρίτο αμινοξύ σχηματίζεται πεπτιδικός δεσμός. Κάθε φορά που το ριβόσωμα μετατοπίζεται στο επόμενο σε θέση κωδικονίου του mrna, ένα νέο trna, με το αμινοξύ που μεταφέρει, τοποθετείται απέναντι από το κωδικόνιο αυτό. Το νέο αμινοξύ ενώνεται με πεπτιδικό δεσμό με το προηγούμενο και η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται, επιμηκύνοντας την πεπτιδική αλυσίδα μέχρι την ολοκλήρωση της σύνθεσης της. Λήξη: Όταν το ριβόσωμα φτάσει σε ένα από τα τρία κωδικόνια λήξης (UAG, UAA, UGA), σταματάει η πρωτεινοσύνθεση. Βέβαια, όπως έχει ήδη αναφερθεί, με τη 17

18 σύνθεση των πολυπεπτιδικών αλυσίδων δεν ολοκληρώνεται πάντα και η σύνθεση των πρωτεινικών μορίων. Πολλές από τις πολυπεπτιδικές αλυσίδες χρειάζεται να υποστούν ενζυμική επεξεργασία στα κατάλληλα οργανίδια, προκειμένου να αποτελέσουν ή να συμμετάσχουν στη δημιουργία ενός πρωτεϊνικού μορίου. ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΗΣ ΑΝΑΚΑΛΥΨΗΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΟΥ DNA 1869: Ο Fritz Miescher ανακαλύπτει ότι οι πυρήνες κυττάρων από πύον περιέχουν μια όξινη ουσία, στην οποία έδωσε το όνομα «πηρυνίνη» (ή νουκλεΐνη, nuclein). Αργότερα, βρίσκει ότι η πυρηνίνη συντίθεται από μια πρωτεΐνη και μια ένωση στην όποια θα δοθεί το όνομα νουκλεϊκό οξύ και μεταγενέστερα DNA. 1919: Ο Phoebus Aaron Levene προτείνει την δομή «τετρανουκλεοτιδίον» για το DNA, στην οποία οι τέσσερις βάσεις διατάσσονται η μια μετά την άλλη σε ένα σύνολο τεσσάρων. 1928: Ο Frederick Griffith βρίσκει ότι μια ουσία στα θερμο νεκρωμένα βακτηρίδια μπορεί να προκαλέσει κληρονομήσιμες αλλαγές στα ζωντανά βακτηρίδια που βρίσκονται παραπλεύρως προς αυτά. Ο ίδιος αποκαλεί το φαινόμενο «μετασχηματισμό». 1938: Oι Rudolf Signer, Torbjorn Caspersson και Einer Hammarsten βρίσκουν ότι τα μοριακά βάρη του DNA κυμαίνονται μεταξύ 500,000 και 1,000,000 daltons. Το τετρανουκλεοτίδιο του Levene πρέπει να είναι ένα πολυνουκλεοτίδιο. 1944: Οι Oswald Avery, Colin MacLeod και McCarty αποδεικνύουν ότι το DNA αποτελεί τη χημική ταυτότητα του παράγοντα μετασχηματισμού του Griffith και προτείνουν ότι το DNA μπορεί να λειτουργεί ως το γενετικό υλικό. 1949: Ο Erwin Chargaff αναφέρει ότι η σύσταση βάσεων του DNA διαφέρει από το ένα είδος στο άλλο, ωστόσο η αναλογία μεταξύ των ποσοτήτων των δυο βάσεων πουρίνης, της αδενίνης και της γουανίνης και αυτή μεταξύ των ποσοτήτων των δυο βάσεων πυριμιδίνης, της θυμίνης και της κυτοσίνης, παραμένει περίπου η ίδια, δηλαδή ένα προς ένα. 1949: Ο Roger και η Colette Venderly, μαζί με τον Αntré Boivin βρίσκουν τη μισή ποσότητα DNA στους πυρήνες των γαμετικών κυττάρων σε σχέση με αυτή που βρίσκουν στα σωματικά κύτταρα, παραλληλίζοντας κατ αυτό τον τρόπο το εύρημα τους με τη μείωση στον αριθμό χρωμοσωμάτων, γεγονός το οποίο κάνει το DNA να φαίνεται 18

19 ως το γενετικό υλικό. 1951: Η Rosalind Franklin διακρίνει δυο μορφές DNA, την παρακρυσταλλική Β μορφή και την κρυσταλλική Α μορφή. 1952: Ο Al Hershey και η Martha Chase βρίσκουν ότι το DNA, αλλά σχεδόν καθόλου οποιαδήποτε πρωτεΐνη από έναν λοιμώδη ιό βακτηριδίου (βακτηριοφάγο), εισέρχεται στο βακτηριδιακό κύτταρο και μπορεί να ανακτηθεί από τα απογονικά ιικά σωμάτια. 1952: Η Rosalind Franklin και ο Raymond Gosling παράγουν ένα έξοχο περιθλασίγραμμα ακτινών Χ της Β μορφής του DNA. 1953: Οι James Watson και Francis Crick, οι Rosalind Franklin και Raymond Gosling, οι Maurice Wilkins, W.E Seeds, Alec Stokes και Herbert Wilson και ο Bertil Jacobson, όλοι δημοσίευσαν άρθρα για τη δομή του DNA. 1954: Ο George Gamow προτείνει ένα κώδικα DNA για τη σύνθεση των πρωτεϊνών. 1955: Ο Seymour Benzer αναλύει τη λεπτή δομή του γενετικού υλικού ενός ιού βακτηριδίων σε ένα επίπεδο πλησίον των αποστάσεων που διαχωρίζουν τις μεμονωμένες βάσεις κατά μήκος της αλυσίδας του DNA. 1957: Ο Francis Crick προτείνει «την υπόθεση της αλληλουχίας» και «το κεντρικό δόγμα». 1958: Οι Matthew Meselson και Franklin Stahl αποδεικνύουν τον ημισυντηρητικό μηχανισμό αντιγραφής του DNA. 1959: Ο Arthur Kornberg και οι συνεργάτες του απομονώνουν το ενζυμο DNA πολυμεράση. 1961: Ο Marshall Nirenberg και ο Heinrich Matthaei δείχνουν ότι η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων μπορεί να κωδικοποιήσει ένα συγκεκριμένο αμινοξύ, θέτοντας τα θεμέλια για την αποκρυπτογράφηση του γενετικού κώδικα. 1962: Το βραβείο Nobel στην ιατρική απονέμεται στους James Watson, Francis Crick και Maurice Wilkins. ΤΕΧΝΗΜΑ 19

20 Εκ των τεσσάρων υποομάδων τις οποίες συγκρότησαν τα μέλη της ερευνητικής εργασίας μας, μια είχε αναλάβει την κατασκευή του τεχνήματος που θα συνόδευε την παρουσίαση της εργασίας. Αρχικά, ο κ. Κούρδογλου πρότεινε στην ομάδα των «τεχνιτών» μια πολύ καλή ιδέα, αν και δύσκολη, ως τέχνημα. Αυτή ήταν μια διπλή έλικα με ύψος περίπου δυο μέτρα, με βάσεις από πλαστικά μπουκάλια νερού και κουτάκια αναψυκτικών. Ενώ είχαν κινητοποιηθεί όλοι οι μαθητές που συμμετείχαν στην εργασία και είχαν συγκεντρώσει τα μπουκάλια που ήταν απαραίτητα, τελικά δεν ήταν εφικτό να ολοκληρωθεί το τέχνημα. Χρειάζονταν δυο μακριά σίδερα για την περιστροφή των μπουκαλιών (η οποία θα έπρεπε να είναι ακριβής) και κανείς μηχανικός δεν μπορούσε να περιστρέψει τα σίδερα με ακρίβεια ώστε να βγει το επιθυμητό αποτέλεσμα. Έτσι, ήταν ανάγκη να κατασκευαστεί κάτι άλλο ως τέχνημα. Η νέα ιδέα ήταν εξίσου καλή. Γι αυτήν χρειάστηκε μια χοντρή πετονιά ύψους πάλι περίπου δυο μέτρων, καλαμάκια και τις βάσεις σε μορφή χαρτονιού. Οι βάσεις κολλήθηκαν μεταξύ τους με συγκεκριμένο τρόπο και έτσι δημιουργήθηκαν οι δεσμοί ΑΤ, ΤΑ, CG, GC. Για να βγει αρκετά μεγάλο το τέχνημα έπρεπε να κοπούν πολλές βάσεις (δηλ. χαρτόνια) γι αυτό βοήθησαν και οι υπόλοιπες υποομάδες. Η μόνη δυσκολία που εμφανίστηκε και δυσκόλεψε λιγάκι το έργο αυτό ήταν ότι τα χαρτόνια και τα καλαμάκια δεν είχαν κοπεί ομοιόμορφα. ΣΥΖΗΤΗΣΗ Κάθε ομάδα της Ε.Ε. έχει αναλάβει να επεξεργαστεί ένα συγκεκριμένο κομμάτι της εργασίας μας, ειδικότερα η ομάδα «αζωτούχες βάσεις» συνέλεξε πληροφορίες για το ιστορικό πλαίσιο της ανακάλυψης της διπλής έλικας του DNA, ενώ η «ερευνητές», η «ΑΒ και δεσμός» και η «διπλή έλικα» εργάστηκαν στο ερευνητικό, θεωρητικό, τεχνικό κομμάτι της εργασίας μας αντίστοιχα. Αναλυτικότερα, η πρώτη ομάδα, δηλαδή οι αζωτούχες βάσεις, αναζήτησε στοιχεία σχετικά με τους επιστήμονες οι οποίοι συνέβαλαν στην ανακάλυψη της διπλής έλικας του DNA. Μία δυσκολία που συνάντησε η ομάδα αυτή ήταν ότι λόγω του μεγάλου πλήθους πληροφοριών που υπήρχαν γι αυτούς κατέστη δύσκολο να ξεχωρίσουν τα ορθά στοιχεία που πραγματικά χρειάζονταν. Η δεύτερη ομάδα, «ερευνητές», αρχικά έστειλαν ένα στο ίδρυμα Μελίνα Μερκούρη με σκοπό να συλλέξουν πληροφορίες για την συνάντηση της ίδιας με τον Watson, η απάντηση όμως τους απογοήτευσε καθώς δεν υπήρχε καθόλου υλικό γι αυτή τη συνάντηση. Ακόμη τους δυσκόλεψε η αναζήτηση του του ίδιου του Watson όμως κατάφεραν τελικά να βρουν τη διεύθυνση. Κατά τ άλλα το τελικό αποτέλεσμα ήταν αρκετά ικανοποιητικό. Η τρίτη ομάδα, «ΑΒ και δεσμός», δεν συνάντησε κανένα τροχοπέδη διότι τα βιβλία που δανείστηκε από τον κ. Κούρδογλου ήταν επαρκή και συνέλεξε με ευκολία, θα μπορούσαμε να πούμε, τις πληροφορίες που χρειάστηκε. Έτσι, το αποτέλεσμα και αυτής της ομάδας ήταν αρκετά καλό. Η τελευταία ομάδα, «διπλή έλικα», που 20

21 ασχολήθηκε με το τέχνημα της εργασίας μας, ενώ αρχικά είχε αποφασιστεί να δημιουργήσει την διπλή έλικα του DNA με τους δεσμούς σε μορφή πλαστικών μπουκαλιών νερού και κουτιών αναψυκτικού, αποδείχθηκε δύσκολο να βρεθεί ειδικός τεχνίτης ώστε να τους βοηθήσει στην περιστροφή της έλικας. Συνεπώς το σχέδιο αυτό απορρίφθηκε. Τελικά κατέληξαν σε ένα διαφορετικό σχέδιο που είχε ως κύριο υλικό το χαρτί το οποίο ήταν πιο εύκολο να επεξεργαστεί. Το τέχνημα που τελικά κατασκευάστηκε είναι πολλά υποσχόμενο. Όλοι σαν Ε.Ε. κάναμε μία απόπειρα να στείλουμε στον κ. Watson το οποίο συντάξαμε εμείς οι ίδιοι με ερωτήσεις που γεννήθηκαν κατά τη διάρκεια της εργασίας. Μας απογοήτευσε ιδιαίτερα το γεγονός ότι δεν πήραμε απάντηση αλλά δεν πτοηθήκαμε και συνεχίσαμε κανονικά την εργασία μας. Ένα άλλο πρόβλημα που αντιμετωπίσαμε ήταν ο περιορισμένος χρόνος που μας ανάγκασε κάποιες φορές να μην ασχοληθούμε όσο έπρεπε με κάποια θέματα της εργασίας μας. Κλείνοντας, το τελικό αποτέλεσμα της εργασίας μας, παρόλο τα όποια εμπόδια και δεδομένης της κατάστασης που επικρατούσε, ήταν αρκετά ικανοποιητικό. Γιώργος Μανούσος, Νίκη Μερεντίτη, Αναστασία Κωστοπούλου, Ιωάννα Παπαχριστοφίλου. ΚΡΙΤΙΚΗ - ΑΥΤΟΚΡΙΤΙΚΗ Η δική μας υποομάδα «Αζωτούχες βάσεις» έκανε μια έρευνα σχετικά με την αναζήτηση κάποιων επιστημόνων που είχαν ασχοληθεί με το DNA.Έτσι ο καθένας ανέλαβε από 3-4 ονόματα και αναζήτησε πληροφορίες στο διαδίκτυο. Η πιο πολύ δουλειά έγινε ατομικά δηλαδή στο σπίτι και όχι στο σχολείο. Στο σχολείο φέραμε όλοι τις πληροφορίες που είχαμε συγκεντρώσει για κάθε επιστήμονα. Η συνεργασία μας ήταν πολύ καλή, δεν υπήρξε καμία ένταση διότι αυτά που είχαμε αναλάβει να βρούμε ήταν συγκεκριμένα. Έτσι όλα τα παιδιά συγκεντρώσαμε τις πληροφορίες μας και ολοκληρώσαμε την εργασία μας. Ήμασταν συνεπής και καταφέραμε να ολοκληρώσουμε την εργασία μας με επιτυχία. Την ομάδα "ΑΒ & δεσμός" συγκρότησαν τέσσερα κορίτσια και ένα αγόρι. Από την πρώτη συνάντηση της ολομέλειας, μελετούσαμε όλοι μαζί τα στοιχεία τα οποία έθετε υπο τη διάθεσή μας ο κος Κούρδογλου, είτε αυτά ήταν συνεντεύξεις είτε αποσπάσματα βιβλίων, διαβάζοντάς τα και συζητώντας για τις πληροφορίες που μπορούσαμε να αντλήσουμε κάθε φορά. Βέβαια, δεν ήταν εφικτό κάθε εβδομάδα να συγκεντρωνόμαστε όλοι μαζί, γι' αυτό ο συντονιστής όριζε την ατομική εργασία του καθενός. Μολονότι υπήρξαν σίγουρα στιγμές κακής συνεννόησης και πιθανόν να μπορούσαμε να είχαμε βοηθήσει περισσότερο ο ένας τον άλλον στις επιμέρους έρευνες, συνολικά η 21

22 συνεργασία μας ήταν ικανοποιητική, αν σκεφτεί κανείς πως πάντα τηρούσαμε τα χρονοδιαγράμματα και προχωρούσε η ομαδική εργασία. Στην αρχή της ερευνητικής εργασίας χωριστήκαμε σε ομάδες. Πιστεύω πως όλοι μείναμε ευχαριστημένοι από τα μέλη της ομάδας μας και δεθήκαμε αμέσως. Η ομάδα μου «Οι ερευνητές» είχε αναλάβει την επεξεργασία των ερωτηματολογίων. Κατά τη γνώμη μου όλοι συνεργαστήκαμε και στο τέλος φέραμε το επιθυμητό αποτέλεσμα. Επίσης όταν κάποιος από την ομάδα μας αντιμετώπιζε κάποιο πρόβλημα όλοι οι άλλοι τον βοηθούσαν. Το μόνο πρόβλημα που αντιμετωπίσαμε ήταν ότι είχαμε περιορισμένο χρόνο για να τελειώσουμε και να παραδώσουμε τις εργασίες μας. Παρ όλα αυτά τα καταφέραμε και παραδώσαμε τις εργασίες μας χωρίς καθυστέρηση. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑ Β Γενικού Λυκείου Γενικής Παιδείας CAMPELL - REECE «Βιολογία Τόμος 1» - Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης Ηράκλειο 2010 CLAYTON JULIE- DENNIS CARINA «50 χρόνια DNA» Ιατρικές Εκδόσεις Π.Χ. Πασχαλίδη Αθήνα 2004 CRICK FRANCIS «Τι τρελό κυνηγητό» Εκδόσεις Κάτοπτρο Αθήνα 1990 NCBE, University of Reading Modeling the helix WATSON D. JAMES «Η διπλή Έλικα» Εκδόσεις Τροχαλία Αθήνα

23 23